山蒼子精油的提取及緩釋凝膠制備

王夢茵， 王浩楠， 王文榮， 何建宇， 柯金煉， 蘇良佺， 盧玉棟*

（1. 福建師范大學(xué) 化學(xué)與材料學(xué)院，福建省高分子材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350007； 2. 福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012）

山蒼子又名山雞椒等，屬樟科木姜子屬落葉小喬木，主要分布于亞洲東部和太平洋諸島[1-2]。山蒼子油是從山蒼子果中提取得到的天然精油，含有檸檬醛、高級(jí)醇、有機(jī)酸等，呈微黃色，其有非常強(qiáng)烈檸檬味[3-4]。我國是世界上最大的山蒼子油生產(chǎn)和輸出國[5]。有研究表明，山蒼子油具有驅(qū)蚊防蟲的活性成分[6-8]，一般認(rèn)為是精油中的檸檬醛、D-檸檬烯刺激蚊蟲的嗅覺神經(jīng)元而引起了蚊蟲的主動(dòng)躲避行為[9-10]。此外山蒼子各部位所提取的油還有抗菌、抗炎、抗氧化[11]、抗癌等一系列生物活性[12]，與其所含成分息息相關(guān)。以山蒼子油為原料制成的驅(qū)蚊防蟲產(chǎn)品、抗菌保鮮膜[13]及用于臨床治療的各類藥品能發(fā)揮有效的作用。盡管如此，由于山蒼子油易揮發(fā)，且主要成分檸檬醛是熱敏性物質(zhì)，在光照、空氣中容易發(fā)生氧化，使其香氣特性和藥性發(fā)作變化[14-15]，極大地限制了山蒼子油應(yīng)用范圍。因此，適當(dāng)?shù)奶幚硪蕴岣呱缴n子油的穩(wěn)定性，對山蒼子油的應(yīng)用有極大推動(dòng)作用。

目前已有許多將山蒼子油制成乳化劑或微膠囊化等的包埋工藝研究[16-17]，本文首次采用凝膠法。凝膠是外觀均勻并保持一定形態(tài)的彈性半固體，由一定濃度的高分子溶液或溶膠增大粘度后失去流動(dòng)性形成[18]。采用凝膠法包埋山蒼子油，可以有效減緩精油揮發(fā)，制作工藝簡便、可行，產(chǎn)品質(zhì)地優(yōu)良、均勻細(xì)膩，適用多種場合，穩(wěn)定性良好。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器和藥品

山蒼子果（福州秋壟心田農(nóng)業(yè)科技有限公司），卡波姆940（AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），海藻酸鈉（AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），三乙醇胺（AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），氯化鈣（AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），Span80（AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），Tween80（AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），山茶油（福建勝華農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司）。

均質(zhì)機(jī)（上海力辰儀器科技有限公司），蒸餾器（上海力辰儀器科技有限公司）。

1.2 山蒼子精油的提取

稱取一定質(zhì)量的新鮮山蒼子，加入1 000 mL蒸餾燒瓶中，加入一定量蒸餾水，連接揮發(fā)油測定器，加熱至一定溫度，設(shè)定時(shí)間，提取完畢后將提取出的山蒼子精油轉(zhuǎn)移至已稱量好的小燒杯中稱量，計(jì)算得率，山蒼子精油得率計(jì)算公式如式（1）所示。

1.3 GC-MS檢測方法

1.3.1 氣相色譜條件

采用DB-35MS 色譜柱（25 m×0.20 mm×0.20 μm），進(jìn)樣口溫度230℃，柱溫50℃，程序升溫：初始溫度50℃保持2 min，接著以5℃/min 升至180℃保持8 min，升溫速度10℃/min升至280℃保持2 min。分流比100∶1，進(jìn)樣量1 μL，柱流量為1 mL/min。載氣為氦氣，流速為1 mL/min。

1.3.2 質(zhì)譜條件

離子源為EI 70 eV，離子源溫度230℃，接口溫度為280℃，溶劑延遲時(shí)間3 min，掃描質(zhì)量范圍30～500 m/z。

首先吸取50 μL山蒼子精油，用正己烷溶解，定容到1 mL，再稀釋10倍進(jìn)行上機(jī)。采用NIST質(zhì)譜圖庫進(jìn)行鑒定，用峰面積歸一化法進(jìn)行定量分析。

1.4 山蒼子精油凝膠劑的制備

根據(jù)參考文獻(xiàn)[19]調(diào)整后采用如下方法制備：取100 mL潔凈的燒杯，倒入50 mL的蒸餾水，將1.0 g基質(zhì)（卡波姆940、海藻酸鈉、聚丙烯酸鈉）緩慢加到蒸餾水上，并放到50℃的水浴加熱，開啟磁力攪拌器，待攪拌均勻后，加甘油10 mL，將含有山蒼子精油的乳液倒入凝膠基質(zhì)中，在水浴下繼續(xù)攪拌一定時(shí)間，加入凝固劑（三乙醇胺或氯化鈣），攪拌均勻后，導(dǎo)入模具，冷卻，即得山蒼子精油凝膠劑。

2 結(jié)果與討論

2.1 山蒼子精油的提取

2.1.1 蒸餾時(shí)間對山蒼子精油提取率的影響

為了考察蒸餾時(shí)間對山蒼子精油提取率的影響，保持蒸餾溫度80℃，料液比1∶4的條件下，分別測定了不同蒸餾時(shí)間后山蒼子精油的提取率，結(jié)果如表1所示。

表1 蒸餾時(shí)間對山蒼子精油提取率的影響

從表1可以看出隨著時(shí)間的增加，山蒼子精油的提取率增加。當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到120 min時(shí)，山蒼子精油的提取基本完成，山蒼子精油的提取率為4.7%，其后隨著時(shí)間的延長，提取率基本不變。

2.1.2 料液比對山蒼子精油提取率的影響

為了考察不同料液比（山蒼子與水的質(zhì)量比）對山蒼子精油提取率的影響，保持蒸餾溫度80℃，蒸餾時(shí)間2 h的條件下，分別用1∶2、1∶3、1∶4、1∶5的料液比進(jìn)行山蒼子精油提取，結(jié)果如表2所示。

表2 料液比對山蒼子精油提取率的影響

從表2可知當(dāng)料液比從1∶2增加至1∶4時(shí)，山蒼子精油的提取率會(huì)隨之增加，料液比為1∶4時(shí)，山蒼子精油的提取率為4.8%。因此提高料液比會(huì)加快提取的速度，提高山蒼子精油的提取率，但料液比繼續(xù)增加時(shí)，山蒼子精油的提取率反而下降了，這是由于水用量太多，造成精油溶解在水里的量增大，因此獲得精油的質(zhì)量反而不如1∶4料液比，因此要選擇合適的料液比。

2.1.3 溫度對山蒼子精油提取率的影響

為了考察溫度對山蒼子精油提取率的影響，保持料液比1∶4，蒸餾時(shí)間2 h的條件下，分別在50、60、70、80、90℃條件下進(jìn)行山蒼子精油提取，結(jié)果如表3所示。

表3 溫度對山蒼子精油提取率的影響

從表3可知，隨著溫度的不斷提高，山蒼子精油提取率呈先上升后下降的趨勢，在80℃的條件下提取山蒼子精油，提取率達(dá)到最高，為4.9%。進(jìn)一步提高溫度，由于溫度過高造成精油揮發(fā)，得率反而下降。所以最佳提取溫度為80℃。

在韓艷利等[20]的提取實(shí)驗(yàn)中，水蒸氣蒸餾法提取山蒼子油的最佳條件為料液比為 1∶20，提取時(shí)間為 4 h，得率為 3.17%，本實(shí)驗(yàn)在溫度80℃，料液比1∶4，蒸餾時(shí)間2 h的條件下精油得率為4.9%，在考慮了提取溫度的影響后，更高的料液比是精油得率更高的關(guān)鍵原因，此外山蒼子果產(chǎn)地及采摘季節(jié)不同也會(huì)造成一定影響。

2.2 山蒼子精油成分分析

運(yùn)用GC-MS技術(shù)分析山蒼子精油成分，確定了其中25個(gè)組分，其相對百分含量占精油揮發(fā)性化學(xué)成分的95.24%。根據(jù)質(zhì)譜圖庫鑒定，各化學(xué)成分在精油中的相對百分含量見表4。由表4可知，精油主要成分是檸檬醛（(Z)-檸檬醛和(E)-檸檬醛）、檸檬烯（9.09%）、芳樟醇（1.82%）、香茅醛（1.78%）、香葉醇（1.29%）等。其中提取得到檸檬醛含量為71.08%，屬于較高水平，這與實(shí)驗(yàn)條件及山蒼子品種有關(guān)。所測得有機(jī)物含量整體比例與其他文章[21]較為近似，其中與不同品種相比，檸檬烯和香茅醛的含量相對較少。

表4 山蒼子精油化學(xué)成分及相對百分含量

2.3 山蒼子精油的凝膠化

查詢相關(guān)文獻(xiàn)可得這些主要成分具有驅(qū)除蚊蟲的功效，而山蒼子精油屬于食品添加劑，與目前傳統(tǒng)的驅(qū)蚊產(chǎn)品如避蚊胺、擬除蟲菊酯（以農(nóng)藥作為活性成分）相比，具有天然、安全、環(huán)保的功能。但由于精油揮發(fā)性太強(qiáng)，因此在使用的時(shí)候存在刺鼻、有效期太短的問題。后續(xù)研究嘗試通過納米乳化加凝膠的方法制備山蒼子精油凝膠，解決了山蒼子精油揮發(fā)性太強(qiáng)，味道過于刺鼻及有效期太短的問題。

2.3.1 空白凝膠劑配方的確定

本實(shí)驗(yàn)選擇卡波姆940、海藻酸鈉、聚丙烯酸鈉為凝膠基質(zhì)，用量范圍為0.2%～1.5%，經(jīng)實(shí)驗(yàn)選擇1%這三種凝膠基質(zhì)，分別選擇三乙醇胺和氯化鈣作為成型劑，選出合適的凝膠基質(zhì)和成型劑。

由表5可知，成型劑三乙醇胺對凝膠成型具有重要的影響，發(fā)現(xiàn)隨著成型劑添加量的增加，卡波姆940粘度不斷上升，當(dāng)比例為1∶1的時(shí)候，已成凝膠狀。而海藻酸鈉與聚丙烯酸鈉利用三乙醇胺為成型劑不好成型。由表6可知，成型劑氯化鈣對凝膠成型具有重要的影響，發(fā)現(xiàn)隨著成型劑添加量的增加，海藻酸鈉與聚丙烯酸鈉的粘度不斷上升，當(dāng)比例為1∶1的時(shí)候，已成凝膠狀。但綜合考慮三乙醇胺的用量、凝膠基質(zhì)的成本、用量及性能，本實(shí)驗(yàn)選擇卡波姆940作為凝膠基質(zhì)，三乙醇胺作為成型劑。

表5 三乙醇胺用量對凝膠劑的影響

表6 氯化鈣用量對凝膠劑的影響

2.3.2 山蒼子精油納米乳液的制備

選擇表6的配方為乳液配方，選擇Span80、Tween80為乳化劑，山茶油為油相，山蒼子精油為功能成分。實(shí)驗(yàn)中，分別稱取油相、水相于兩燒杯中，在攪拌下將水相緩慢加入油相，攬拌30 min后得到均一的粗乳液，將制備好的粗乳液進(jìn)進(jìn)行均質(zhì)5 min，即得到均一的納米乳液，攪拌冷卻至室溫備用。

表7 納米乳液基礎(chǔ)配方

2.3.3 山蒼子精油凝膠的制備

取潔凈的燒杯，倒入100 g的蒸餾水，將2 g卡波姆940加入蒸餾水，并放到50℃的水浴加熱，緩慢攪拌，待攪拌均勻后，將50 g山蒼子精油乳液倒入凝膠基質(zhì)中，在水浴下繼續(xù)攪拌10 min，加入適當(dāng)比例的三乙醇胺，攪拌15 min，導(dǎo)入模具，冷卻至室溫，即得山蒼子精油凝膠。

將山蒼子精油凝膠、山蒼子乳液、山蒼子精油分別裝在不同的燒杯中，保證三者精油質(zhì)量一致。敞開置放于20平方左右的房間中，每天稱其質(zhì)量，計(jì)算山蒼子精油的損失率。計(jì)算公式如式（2）～（4）所示。

由表8可知，隨著時(shí)間的延長，山蒼子精油的損失率不斷增大。未處理的山蒼子精油第一天損失率達(dá)到了12.32%，山蒼子乳液達(dá)到了5.1%，而山蒼子精油凝膠的損失率只有0.2%。未處理的山蒼子精油，在10天的時(shí)候，已經(jīng)完全揮發(fā)完整。山蒼子納米乳液在15天的時(shí)候損失率已經(jīng)達(dá)到了95%以上，緩釋期雖然比為處理的山蒼子精油增大了很多，但還不夠長。山蒼子精油凝膠的精油損失率在15天的時(shí)候，損失率才8.65%，60天的時(shí)候損失率為31.08%，有明顯的緩釋效果。

表8 不同工藝制備以山蒼子精油為基質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量損失率比較（%）

3 小結(jié)

山蒼子精油提取的最佳工藝條件為：提取溫度為80℃，料液比為1∶4，提取時(shí)間為2小時(shí)。山蒼子精油凝膠的制備工藝為：2%質(zhì)量濃度的卡波姆940攪拌均勻后，加入50%的山蒼子精油乳液，在水浴下繼續(xù)攪拌10分鐘，加入三乙醇胺，攪拌15分鐘，導(dǎo)入模具，冷卻至室溫，制得山蒼子精油凝膠。制備的山蒼子精油凝膠外觀均勻細(xì)膩，穩(wěn)定性好，沒有油水分離現(xiàn)象，釋放期超過60天以上，其穩(wěn)定的性質(zhì)極大拓寬應(yīng)用范圍。