萬壽菊葉精油的提取及化學(xué)成分分析

李 健，宋帥娣，劉 寧，陳姝娟

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150076)

萬壽菊葉精油的提取及化學(xué)成分分析

李 健，宋帥娣，劉 寧，陳姝娟

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150076)

采用水蒸氣蒸餾法提取黑龍江產(chǎn)萬壽菊葉精油，通過單因素和正交試驗(yàn)，研究萬壽菊葉精油提取的最佳工藝條件。結(jié)果表明：最佳工藝條件為料液比1:6、蒸餾時(shí)間5h、加熱溫度110℃，此條件下精油的產(chǎn)率為0.0944%。采用氣相色譜-質(zhì)譜法對(duì)精油的化學(xué)成分進(jìn)行分析，共分離出31個(gè)峰，鑒定出其中的29個(gè)化合物，占總峰面積的93.55%。主要成分有異松油烯(37.02%)、2-異丙基-5-甲基-3-環(huán)己烯-1-酮(14.08%)、檸檬烯(13.08%)、β-羅勒烯(8.78%)、石竹烯(4.18%)。

萬壽菊；精油；水蒸氣蒸餾；化學(xué)成分；氣相色譜-質(zhì)譜

萬壽菊學(xué)名Tagetes erecta L.，為菊科萬壽菊屬一年生草本植物，原產(chǎn)于熱帶美洲[1]，現(xiàn)已經(jīng)傳播到世界各地。其抗性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、花期長(zhǎng)、花型豐富、花色純正且品種眾多，在我國(guó)廣泛栽培[2]?，F(xiàn)在我國(guó)從北部到江南各省市自治區(qū)均有引種栽培。黑龍江省已成為全國(guó)最大的加工花卉種植大省，萬壽菊種植面積占世界總種植面積的35.10%。萬壽菊精油，用以調(diào)制擬香型優(yōu)雅的香水、花露水和生產(chǎn)芳香醫(yī)療型化妝品。國(guó)外還用它配制食用香精、煙用香精和保健飲料[3]。

目前對(duì)于萬壽菊的研究多集中于葉黃素方面，對(duì)于精油的化學(xué)成分也有一定的研究[4-8]，萬壽菊精油具有抗氧化[9-10]、驅(qū)蚊[11-13]、抑菌[14-15]等生物活性。而有關(guān)黑龍江產(chǎn)萬壽菊精油的提取及成分分析還尚未見報(bào)道，本研究擬采用正交試驗(yàn)方法優(yōu)化水蒸氣提取萬壽菊葉精油條件，應(yīng)用氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析其化學(xué)成分，為萬壽菊資源的綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

萬壽菊 黑龍江省嘉寶生物技術(shù)開發(fā)有限公司。

揮發(fā)油測(cè)定器 自制；GC6890N-MS5973N型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 Agilent公司；FA2004N電子天平上海精密科學(xué)儀器有限公司；XT4200C電子天平 Precisa公司；HR2006攪拌機(jī) 飛利浦電子香港有限公司；W501升降恒溫油浴鍋 上海申勝生物有限公司。

1.2 方法

1.2.1 精油制備工藝流程

萬壽菊葉→打漿→水蒸氣蒸餾→油水混合物→冷凍除水→萬壽菊葉精油

1.2.2 提取條件對(duì)精油產(chǎn)率的影響

先進(jìn)行單因素試驗(yàn)，分別討論料液比、破碎度、加鹽量、加熱溫度、蒸餾時(shí)間對(duì)萬壽菊葉精油提取率

的影響。

在單因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)。根據(jù)前面單因素的試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)。進(jìn)行三因素三水平的正交試驗(yàn)，因素水平表見表1。

表1 L9(34)正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels in the L9(34) orthogonal array design

1.2.3 精油產(chǎn)率的計(jì)算

1.2.4 色譜條件

色譜柱：J&W DB-5石英毛細(xì)柱(30m×0.25mm，0.25μm)；升溫程序：180℃保持1min，以20℃/min升至240℃，保持4min；載氣(He)流速1.0mL/min，壓力2.4kPa，進(jìn)樣量0.5μL；分流比10:1。

1.2.5 質(zhì)譜條件

電子轟擊(EI)離子源；電子能量70eV；傳輸線溫度275℃；離子源溫度200℃；母離子m/z 285；激活電壓1.5V；質(zhì)量掃描范圍m/z 35～500。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同提取條件對(duì)萬壽菊葉精油產(chǎn)率的影響

2.1.1 料液比

稱取500g萬壽菊葉，打漿，加熱溫度120℃，蒸餾時(shí)間5h，料液比分別為1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7的情況下，研究不同液料比對(duì)萬壽菊葉精油提取率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 料液比對(duì)萬壽菊葉精油產(chǎn)率的影響Fig.1 Effect of material/liquid ratio on oil yield

從圖1可以看出，萬壽菊葉精油的產(chǎn)率隨著料液比的減小是不斷增加的，其中1:6時(shí)的提取率最大，1:2時(shí)的提取率最小。實(shí)驗(yàn)表明，并不是料液比越小越好，相反過小的料液比還會(huì)增加成本。

2.1.2 破碎度

稱取500g萬壽菊葉，料液比1:6，加熱溫度120℃，蒸餾時(shí)間5h，破碎程度分別為切碎、打漿(打漿1、打漿2)的情況下，研究不同破碎程度對(duì)萬壽菊葉精油提取率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 破碎程度對(duì)萬壽菊葉精油產(chǎn)率的影響Fig.2 Effect of breaking way of raw material on oil yield

從圖2可以看出，萬壽菊葉精油的產(chǎn)率隨著破碎程度的增加是不斷增加的，其中采用二檔打漿時(shí)的產(chǎn)率最大，切碎時(shí)的產(chǎn)率最小。

2.1.3 加鹽(NaCl)量

稱取500g萬壽菊葉，料液比1:6，打漿，加熱溫度120℃，蒸餾時(shí)間5h，加鹽量分別為0、2%、4%、6%、10%的情況下，研究不同加鹽量對(duì)萬壽菊葉精油產(chǎn)率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 加鹽量對(duì)萬壽菊葉精油產(chǎn)率的影響Fig.3 Effect of salt amount on oil yield

由圖3可以看出，萬壽菊葉精油的產(chǎn)率隨著加鹽量的增加沒有太大的變化。因此在此后的實(shí)驗(yàn)中采用不加鹽的方式進(jìn)行水蒸氣蒸餾提取萬壽菊葉精油。

2.1.4 加熱溫度

稱取500g萬壽菊葉，料液比1:6，加熱溫度120℃，蒸餾時(shí)間5h，加熱溫度分別為100、110、120、130、140℃時(shí)，研究不同加熱溫度對(duì)萬壽菊精油產(chǎn)率的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 加熱溫度對(duì)萬壽菊葉精油產(chǎn)率的影響Fig.4 Effect of heating temperature on oil yield

從圖4可以看出，萬壽菊葉精油的產(chǎn)率隨著加熱溫度的增加先增加后下降，其中110℃時(shí)產(chǎn)率最大，140℃時(shí)的產(chǎn)率最小。130℃是產(chǎn)率明顯下降，140℃時(shí)產(chǎn)率顯著下降，說明加熱溫度過高會(huì)造成蒸汽冷凝的不完全，從而導(dǎo)致產(chǎn)率的下降。

2.1.5 蒸餾時(shí)間

稱取500g萬壽菊葉，料液比1:6，打漿，加入2% NaCl，加熱溫度110℃，蒸餾時(shí)間5h，蒸餾時(shí)間分別為1、2、3、4、5、6h的情況下，研究不同蒸餾時(shí)間對(duì)萬壽菊葉精油產(chǎn)率的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 蒸餾時(shí)間對(duì)萬壽菊葉精油產(chǎn)率的影響Fig.5 Effect of distillation duration on oil yield

從圖5可以看出，萬壽菊葉精油的產(chǎn)率隨著蒸餾時(shí)間的增加先增加后下降，其中蒸餾4h時(shí)產(chǎn)率最大，1h時(shí)的產(chǎn)率最小。這表明蒸餾時(shí)間并不是越長(zhǎng)越好，提取達(dá)到極限，再延長(zhǎng)時(shí)間也無益處，反而會(huì)造成精油的損失，增加成本。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

從正交試驗(yàn)的結(jié)果可以看出，料液比、加熱溫度、蒸餾時(shí)間3個(gè)因素對(duì)萬壽菊葉精油的產(chǎn)率均有影響。3個(gè)因素對(duì)精油的產(chǎn)率的影響程度的大小為加熱溫度＞蒸餾時(shí)間＞料液比。根據(jù)正交試驗(yàn)，得到最佳的提取工藝條件為A3B2C2，即最佳工藝條件為加熱溫度110℃、蒸餾時(shí)間5h、料液比1:6，在此條件下，萬壽菊葉精油產(chǎn)率為0.0944%。

表2 水蒸氣蒸餾法提取萬壽菊葉精油工藝參數(shù)優(yōu)化的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 L9(34) orthogonal array design layout and experimental results

2.3GC-MS分析條件

氣相色譜：初始溫度60℃，以2℃/min速率升溫至240℃，進(jìn)樣口溫度250℃，載氣(氦氣)柱流量1mL/ min。

質(zhì)譜：電離方式EI，電離電壓70V，離子源溫度260℃，掃描質(zhì)量范圍20～600u。

成分解析：對(duì)照質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫各組分相對(duì)含量依據(jù)離子流峰面積比確定。

2.4GC-MS分析

萬壽菊葉精油經(jīng)GC-MS分析所得到的氣相色譜圖共存在31個(gè)吸收峰(圖6)，用面積歸一化法計(jì)算出相對(duì)含量，相應(yīng)質(zhì)譜數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)檢索并結(jié)合文獻(xiàn)查閱，共鑒定出29種化合物，占峰面積的93.55%，結(jié)果見表3。

圖6 萬壽菊葉精油總離子流圖Fig.6 Total ion current chromatogram of essential oil from African marigold leaves

萬壽菊葉精油的組成成分非常復(fù)雜，精油組分主要以萜類形式存在，占整個(gè)精油含量的92.74%，如異松油烯(37.02%)、檸檬烯(13.08%)、β-羅勒烯(8.78%)等12種單萜類化合物；石竹烯(4.18%)、莎草烯(0.15%)、β-甜沒藥烯(0.38%)等4種倍半萜類化合物。含氧化合物組

分有醇類、酮類、酯類、醛類等，如6,6-二甲基-雙環(huán)[3.1.1]庚-2-烯-2-甲醇(1.95%)、4-松油醇(0.68%)、α-松油醇(0.86%)、植醇(0.79%)等4種醇類物質(zhì)；2-異丙基-5-甲基-3-環(huán)己烯-1-酮(14.08%)1種酮類。

本實(shí)驗(yàn)測(cè)定出萬壽菊葉精油中異松油烯的相對(duì)含量高達(dá)37.02%，異松油烯是廣泛用于調(diào)制香料及作香化基礎(chǔ)的原料，這可為萬壽菊精油在化妝品行業(yè)中的廣泛應(yīng)用提供參考。

表3 萬壽菊葉精油的化學(xué)組成與相對(duì)含量Table 3 Chemical components and their relative contents in essential oil from African marigold leaves

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)采用水蒸氣蒸餾法優(yōu)選提取萬壽菊葉精油的最佳工藝條件，在最佳工藝條件下，即加熱溫度110℃、蒸餾時(shí)間5h、料液比1:6，萬壽菊葉精油的產(chǎn)率為0.0944%。采用水蒸氣蒸餾法提取的萬壽菊葉精油主要化學(xué)成分以萜烯類形式存在，主要成分有異松油烯(37.02%)、2-異丙基-5-甲基-3-環(huán)己烯-1-酮(14.08%)、檸檬烯(13.08%)、β-羅勒烯(8.78%)、石竹烯(4.18%)。

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Extraction and Chemical Composition Analysis of Essential Oil from African Marigold (Tagetes erecta L.) Leaves

LI Jian，SONG Shuai-di，LIU Ning，CHEN Shu-juan
(College of Food Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China)

The steam distillation extraction of essential oil from African marigold leaves was optimized for achieving maximum oil yield using single factor and orthogonal array design methods, and chemical composition analysis of the extracted oil was carried out using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The optimal conditions for oil extraction were found as follows: material-liquid ratio 1:6; distillation duration 5 h; and heating temperature 110 ℃, and the resultant oil yield was up to 0.0944%. The GC-MS analysis showed that 31 peaks were separated, and 29 of them were identified, accounting for 93.55% of the total peak area, and the main components were cyclohexene (37.02%), 2-isopropyl-5-methyl-3-cyclohexen-1-one (14.08%), limonene (13.08%), 3,7-dimethyl-1,3,6-octatriene (8.785%) and caryophyllene (4.18%).

African marigold (Tagetes erecta L.)；essential oil；steam distillation；chemical composition；GC-MS

TQ651.2

A

1002-6630(2010)18-0359-04

2010-05-26

黑龍江省嘉定生物技術(shù)開始有限公司合作橫向課題(130103)

李健(1956—)，男，教授，學(xué)士，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)。E-mail：lijian4852147@163.com