朱廣龍，趙 挺，康冬冬，魏學智*

木香薷(Elsholtzia stauntoni Benth.)系唇形科香薷屬植物，該植物富含精油［1］。植物精油是以植物的花朵、葉、枝、根、皮、樹膠、全草和果實為原料，經(jīng)水蒸汽蒸餾法、壓榨法或溶劑萃取法提取的一類能被嗅覺嗅出氣味或味覺品出香味的天然化合物［2］。它是植物的次生代謝物質(zhì)，由分子量較小的簡單化合物組成，常溫下具揮發(fā)性的油狀液體物質(zhì)［3］。植物精油所含化學成分比較復雜，按化學結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族和萜類3大類化合物以及它們的含氧衍生物如醇、醛、酮、酸、醚、酯、內(nèi)酯等，此外還有含氮和含硫化合物［4－7］。植物精油具有其獨特的組成和生物活性，所以它在醫(yī)藥、抗菌、化妝品、添加劑、生態(tài)旅游等方面有廣泛的用途［5－19］。對精油的提取方法主要有以下幾種［19－22］:(1)壓榨法，工藝簡單，不改變原油性質(zhì);但所得產(chǎn)品不純，得率不高;(2)水蒸汽蒸餾法，適用于幼嫩柔軟的植物材料，出油率高，但高溫影響精油成分及活性;(3)超臨界流體萃取技術(shù)，兼有氣、液兩種流體的特點，提出率高且對精油影響小。同一種植物因生長環(huán)境不同，采集期不同，取材部位不同，所含精油的成分、性質(zhì)和含量均可能有差異。本文采用正交表方法設計粉碎程度、蒸餾方法、餾出液體積三因素來研究木香薷精油最佳提取工藝，為木香薷的開發(fā)和利用提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 材料

材料采自山西省洪洞縣興唐寺鄉(xiāng)低山丘陵陽坡。選取木香薷當年生枝葉，采后陰干。

1.2 方法

精油提取方法采用水蒸氣蒸餾法。水蒸氣蒸餾法分兩種形式:共沸蒸餾法和水蒸氣蒸餾法，二者的區(qū)別在于是否設置水蒸氣發(fā)生器［20－22］。

1.2.1 木香薷精油提取

(1)浸泡:將材料陰干后切碎(切段長1.5 cm)，混勻，稱取100 g材料置于200 g 25%NaCl溶液與0.12%聚乙烯醇(V聚乙烯醇∶V水=2∶1 000)的混合液中浸泡12 h，重復3次。

(2)蒸餾:于水蒸氣發(fā)生瓶中，加入約占容器3/4的水，檢查整個裝置不漏氣后，旋開T形管的螺旋夾，加熱至沸.當有大量水蒸氣產(chǎn)生并從T形管的支管沖出，立即旋緊螺旋夾，水蒸氣則進入蒸餾裝置，開始蒸餾。當餾出液達到1 500 mL時即可停止蒸餾.

(3)靜置:加入適量無水CaCl2，靜置24 h。

(4)萃取:收集餾出液，取石油醚(30℃ ～60℃沸程)375 mL，每次取125 mL加入餾出液萃取3次，得萃取液約370 mL。取適量CaCl2干燥24 h。

(5)水浴分離:在55℃水浴條件下，對蒸餾燒瓶中的萃取液進行水浴分離。餾出的石油醚回收待重復利用，蒸餾燒瓶中得桔黃色精油。

1.2.2 三因素正交分析

在本實驗中設計粉碎程度、蒸餾方法、餾出液體積三因素進行正交分析。粉碎程度設兩個處理，切段材料與粉末狀材料。切段材料切段長1.5 cm，粉末材料用多功能粉碎機(湖南長沙常宏制藥機械設備廠)粉碎過60目篩。蒸餾方法設兩個處理即共沸蒸餾法、水蒸氣蒸餾法。餾出液體積設5個處理分別為 1 000 mL、1 250 mL、1 500 mL、1 750 mL、2 000 mL。其中由于粉碎程度與蒸餾方法二因素分別只有兩個處理，為了方便在部分數(shù)據(jù)處理過程中將二者合并?？傻霉?0組，每組稱取材料100 g，重復3次，正交表見1.

1.2.3 木香薷不同器官精油的提取比較研究

分別設計了莖葉組、花穗組和光莖組3組進行比較。3組所采用的方法均為切段后水蒸氣蒸餾法，餾出液體積為1 500 mL。每組稱取材料100 g，重復3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理及作圖 均使用統(tǒng)計軟件SPSS13.0。

表1 粉碎程度、蒸餾方法、餾出液體積三因素正交分析表

2 結(jié)果與分析

2.1 總結(jié)果表

粉碎程度、蒸餾方法、餾出液體積三因素正交分析結(jié)果見表2.

表2 粉碎程度、蒸餾方法、餾出液體積三因素正交分析結(jié)果

2.2 餾出液體積與精油產(chǎn)量的關(guān)系

如圖1所示，4種提取方法均是在餾出液體積達到1 500 mL之后達到穩(wěn)定期。切段后水蒸氣蒸餾提取的精油量最高，達到1.573 g;切段后共沸蒸餾法提取的精油量最低，為1.307 g;其余兩者處于中間;粉末材料水蒸氣蒸餾法可得1.423 g，粉末材料共沸蒸餾法得到1.341 g。餾出液體積為2 000 mL時，切段后水蒸氣蒸餾法在到達穩(wěn)定期后還可以繼續(xù)增長，達到1.658 g，而其余三者基本保持穩(wěn)定。

圖1 精油量隨不同餾出液體積變化

如表3所示，餾出液體積以0.05和0.01兩個顯著水平設5個處理對精油量進行多重比較表明:

(1)切段水蒸氣蒸餾法提取的精油量在餾出液體積為1 000 mL到1 500 mL階段時差異顯著(p＜0.05)，而餾出液體積在1 500 mL到2 000 mL階段時差異不顯著(P＞0.05)。以0.01為顯著水平時餾出液體積為1 250 mL和1 500 mL二者差異未達到極顯著，說明和餾出液體積為1 000 mL到1 250 mL階段相比，精油量的增長速度有所減緩。

(2)水蒸氣蒸餾法提取粉末材料，當餾出液體積為1 000 mL到1 500 mL階段時精油量差異顯著(p＜0.05)，但餾出液體積為1 250 mL和1 500 mL二者差異不顯著(P＞0.05)，說明和餾出液體積為1 000 mL到1 250 mL階段相比，精油量的增長較慢;而餾出液體積在1 500 mL到2 000 mL階段時差異不顯著。以0.01為顯著水平時變化規(guī)律相同。

(3)共沸蒸餾法提取粉末材料，當餾出液體積為1 000 mL到1 500 mL階段時精油量差異顯著(p＜0.05)，而餾出液體積在1 500 mL到2 000 mL階段時差異不顯著(P＞0.05)。以0.01為顯著水平時規(guī)律相同。

(4)切段后共沸蒸餾法提取的精油量，在餾出液體積為1 000 mL到1 500 mL階段時差異顯著(p＜0.05)，但餾出液體積為1 250 mL和1 500 mL二者差異不顯著(P＞0.05)，說明和餾出液體積為1 000 mL到1 250 mL階段相比，精油量的增長較慢;而餾出液體積為1 500 mL到2 000 mL三者差異不顯著(P＞0.05)，說明當餾出液體積達到1 500 mL時提取的精油量開始進入穩(wěn)定期。以0.01為顯著水平時餾出液體積為1 000 mL到1 500 mL階段時差異極顯著(p＜0.01)，但餾出液體積為1 250 mL到2 000 mL時4者差異未達到極顯著，說明餾出液體積達到1 250 mL后提取的精油量開始逐漸進入穩(wěn)定期。

表3 精油量隨不同餾出液體積變化多重比較

2.3 提取方法與精油產(chǎn)量的關(guān)系

如圖2所示當餾出液體積為2 000 mL時，以切段后水蒸氣蒸餾法所提取的精油量最多，達到1.658 g;其次是粉末材料水蒸氣蒸餾法為1.420 g;再是粉末材料共沸蒸餾法為1.330 g;切段后共沸蒸餾法最低，為1.323 g。如表4多重比較顯示，在0.05與0.01兩個顯著性水平上，切段后水蒸氣蒸餾法提取的精油量與其它3種方法的差異分別達到了顯著與極顯著。因此，可以確定在這4種提取方法中，切段后水蒸氣蒸餾法是木香薷精油提取的最佳方法。這4種方法都受兩因素影響，確定哪種因素對提高精油提取量很重要。如表5所示，分別對兩種因素做了方差分析。水蒸氣蒸餾法與共沸蒸餾法相比差異極顯著(p＜0.01);而切段與粉末材料的處理對比中差異不顯著(P＞0.05)。說明在木香薷精油提取過程中水蒸氣蒸餾法比共沸蒸餾法更有效，材料的狀態(tài)對結(jié)果影響不大。

圖2 餾出液體積為2 000 mL時不同提取方法比較

表4 餾出液體積為2 000 mL時不同方法提取精油量多重比較

2.4 木香薷精油提取最佳方法的比較

如圖3所示，在粉碎程度、蒸餾方法、餾出液體積3因素不同處理下，提取精油量最好的3種工藝組合從高到低依次為切段后水蒸氣蒸餾法與餾出液體積2000mL、1750mL、1500mL的組合，其提取精油量分別為1.658 g、1.613 g、1.573 g。如表6所示對不同餾出液體積處理的多重比較表明:無論在0.05還是在0.01的顯著水平上，餾出液體積為2 000 mL、1 750 mL、1 500 mL均無顯著或極顯著的差異。從合理利用資源的角度考慮，木香薷精油提取的最佳工藝組合為切段后水蒸氣蒸餾法餾出液體積1 500 mL。

表5 餾出液體積為2 000 mL時不同方法拆分后提取精油量多重比較

表6 最佳提取方法不同餾出液體積處理多重比較

2.5 木香薷不同部位對精油提取的比較研究

如圖4所示，在木香薷不同器官每100 g干重材料中，以花穗組中精油的提取量最大，達到1.872 g，其次莖葉組為1.617 g，以光莖組中精油的提取量最低為1.076 g。如表7所示，對三種處理進行多重比較，表明三者之間的差異顯著(p＜0.05);其中光莖組與其它兩者之間的差異達到極顯著(p＜0.01)，而莖葉組與花穗組之間差異未達到極顯著。

圖3 粉碎程度、蒸餾方法、餾出液體積三因素正交分析

圖4 木香薷不同部位對精油提取比較研究

表7 木香薷不同部位精油提取比較研究

3 討論

3.1 餾出液體積與精油產(chǎn)量的關(guān)系

在精油提取試驗設計因素時，一般將蒸餾時間與溫度設為兩個因素。在試驗過程中時間很容易控制，但要控制蒸餾溫度恒定不變非常困難，因此易造成試驗數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性。在無法完全控制蒸餾溫度恒定的條件下，找出一種較可靠的相關(guān)指標就很有必要。試驗中火力不變的情況下使用餾出液體積這一指標則較為可靠。在火力不變的情況下，蒸餾溫度可能受外界溫度的影響，餾出液體積會隨隨之產(chǎn)生相應的正相關(guān)變化，這樣就可以抵消影響，保證結(jié)果的可靠性。由于餾出液體積是一個因變量指標，需整個試驗中保持火力恒定。在本試驗中均使用同一型號電熱爐，調(diào)至相同的功率即1 500 W。這樣蒸餾液體積與蒸餾時間基本呈線形關(guān)系。

在本試驗中4種提取方法提取的精油量均是在餾出液體積為1 500 mL左右時達到穩(wěn)定期，顯著性分析顯示不同的方法其最佳平衡點并不都是1 500 mL，因試驗時間的限制不能再細化指標進行更為準確的定位。在本試驗中1 500 mL這個蒸餾體積是精油提取最大量與資源浪費最小量之間的最佳平衡點。

3.2 提取方法與精油產(chǎn)量的關(guān)系

為了方便試驗，將粉碎程度與蒸餾方法兩處理的兩因素合并為單因素的4處理。4種處理在餾出液體積為2 000 mL時提取的精油量進行比較，可保證實驗的準確性。在這四處理中以切段后水蒸氣蒸餾法效果最好，與另外三種處理差異顯著。但由于是合并后的處理，在分析時有必要將其單獨分析以找出主因素。兩因素單獨分析表明，水蒸氣蒸餾法與共沸蒸餾法之間差異顯著，切段與粉末材料之間差異不顯著，表明水蒸氣蒸餾法優(yōu)于共沸蒸餾法，而切段與粉末材料兩處理之間差異不顯著。而切段后水蒸氣蒸餾法與粉末材料水蒸氣蒸餾法之間差異顯著，這與羅光明等［22］的研究基本相同，材料的狀態(tài)影響藥材揮發(fā)油滲出的速度和得率。

3.3 木香薷不同部位與精油提取的關(guān)系木香薷的藥用部位為地上部分，為進一步明確其精油的主要存在部位，分別設計了莖葉組、花穗組和光莖組三組進行試驗。從本研究中可知，香薷精油富集于花穗中，莖葉部分精油含量次之，近地面的莖稈精油含量最低。但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)花上只有極少數(shù)的腺毛，是否在花上除了腺毛分泌結(jié)構(gòu)外尚有其余的精油運輸通道有待進一步研究。

4 結(jié)論

木香薷精油提取的最佳工藝為切段后水蒸氣蒸餾法，餾出液體積1 500 mL;水蒸氣蒸餾法提取木香薷精油要優(yōu)于共沸蒸餾法。在對木香薷不同部位精油提取的比較研究中，以花穗組材料提取的精油量最大，花穗組與莖葉組之間提取的精油量無顯著差異，光莖組提取的精油量最少。

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