黎 莉，呂 萌，方繼德，巨修練，劉 戀，顧 蕓，胡云飛，鄧 斌

［武漢工程大學(xué)綠色化工過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，環(huán)境與化工清潔生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心（國(guó)家級(jí)），湖北 武漢 430074］

0 引 言

樟樹［Cinnamomum camphora（L.）Presl］系樟科樟屬常綠喬木植物，在我國(guó)資源豐富，主要分布在長(zhǎng)江以南及西南各省區(qū)；全株各部分均可供藥用，具有祛風(fēng)散寒，消腫止痛，強(qiáng)心鎮(zhèn)痙，殺蟲等作用［1］.樟樹的根、莖、葉、枝和果均富含揮發(fā)油，揮發(fā)油的化學(xué)成分是重要的化工原料，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、輕工、食品和香料等行業(yè).

溶液萃取法［2］、水蒸氣蒸餾［3］、同時(shí)蒸餾萃取法［4］是目前最常用的提取精油的方法，而傳統(tǒng)方法從植物中提取精油面臨的主要問題是最終產(chǎn)品的品質(zhì)不高和質(zhì)量不穩(wěn)定.較低的提取效率、熱不穩(wěn)定性成分的損失、不飽和成分的熱分解和水解反應(yīng)以及溶劑的殘留都是這些傳統(tǒng)方法難以避免的.另外，傳統(tǒng)方法都消耗大量的能源并耗時(shí)巨大.所以，一些新技術(shù)引入植物精油提取行業(yè).

微波具有良好的選擇加熱性和穿透性，已廣泛應(yīng)用于精油的分離和分析.微波輔助提取是指使用適合的溶劑在微波反應(yīng)器中從天然藥用植物［5］、礦物［6］、動(dòng) 物 組 織［7］中 提 取 各 種 化 學(xué) 成 分.與傳統(tǒng)的方式相比，保持熱效應(yīng)的同時(shí)引入微波能，利用微波的穿通性加快提取速率.而微波無溶劑提取法這種新技術(shù)，則是在大氣條件下利用微波干餾新鮮的原料（如果材料干燥則需要浸泡一段時(shí)間），加熱植物原料本身所含的水分從而達(dá)到提取的目的.微波無溶劑提取已經(jīng)應(yīng)用于多種香料［8］、中草藥［9］.

本研究以樟樹落葉為原料，分別采用傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾（HD）、微波輔助－水蒸氣蒸餾法（MAHD）、無溶劑微波提取法（SFME）提取揮發(fā)油，通過氣相色譜－質(zhì)譜法（GC－MS）分析測(cè)定其化學(xué)成分，考察了不同方法提取的揮發(fā)油的品質(zhì)和提取率，分析了主要成分變化及其可能的原因，為微波技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用于植物揮發(fā)油的提取奠定了一定的基礎(chǔ).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

NJL07－3型實(shí)驗(yàn)專用微波爐（南京杰金微波設(shè)備有限公司），F(xiàn)innigan Trace GC－MS氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó)熱電菲尼根質(zhì)譜公司）.揮發(fā)油提取器（天津玻璃儀器廠，符合2010年版中華人民共和國(guó)藥典有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)）.樟樹落葉于2010年10月采自武漢工程大學(xué)校園內(nèi)（含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)約60%），產(chǎn)地為湖北武漢，經(jīng)中南民族大學(xué)萬定榮教授鑒定，樟樹葉為樟科樟屬常綠大喬木樟樹Cinnamomum camphora （L.）Presl的落葉.無水Na2SO4（分析純，天津博迪化工有限公司生產(chǎn)）.蒸餾水為武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院自制.

1.2 揮發(fā)油的提取

1.2.1 水蒸汽蒸餾（Hydro－distillation，HD）準(zhǔn)確稱取樟樹落葉樣品20.00g，剪碎至1cm2后置于500mL圓底燒瓶中，再加入300mL蒸餾水，按常規(guī)水蒸汽蒸餾法提取至冷凝器中揮發(fā)油含量不再增加.收集上層油相，加入Na2SO4干燥后，4℃儲(chǔ)藏備用.

1.2.2 微波輔助水蒸汽蒸餾（Microwave assisted hydro－distillation，MAHD） 準(zhǔn)確稱取樟樹落葉樣品20.00g，剪碎至1cm2后置于500mL圓底燒瓶中，再加入300mL蒸餾水.在微波功率為500W的情況下，連續(xù)進(jìn)行微波輔助蒸餾，直到冷凝器中揮發(fā)油含量不再增加為止.收集上層油相，加入Na2SO4干燥后，4℃儲(chǔ)藏備用.

1.2.3 微波無溶劑提?。⊿olvent－free microwave extraction，SFME）） 準(zhǔn)確稱取樟樹落葉樣品20.00g，剪碎至1cm2后置于500mL圓底燒瓶中，再加入300mL蒸餾水.在微波功率為300W的情況下，連續(xù)進(jìn)行微波無溶劑蒸餾，直到冷凝器中揮發(fā)油含量不再增加為止.收集上層油相，加入Na2SO4干燥后，4℃儲(chǔ)藏備用.

1.3 氣相色譜－質(zhì)譜條件

1.3.1 氣相色譜條件 Finnigan Trace GC－MS氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀，色譜柱為：DB－1色譜柱（30m×0.25mm，0.25μm）；柱溫60～280℃，程序升溫3℃／min，恒溫3min；進(jìn)樣量為0.06μL，分流比25∶1，進(jìn)樣口溫度220℃，接口溫度為220℃，載氣為高純氦氣（99.999%），流量：0.9mL／min，壓力0.4MPa.

1.3.2 質(zhì)譜條件：EI離子源；電子能量70eV；分子量掃描范圍35～550amu. 用二氯甲烷分別稀釋HD，MAHD，SFME三種方法所得的樟樹落葉揮發(fā)油，按照上述實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行GC－MS分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 三種提取方法對(duì)揮發(fā)油提取率的比較

按上述實(shí)驗(yàn)條件對(duì)樟樹葉揮發(fā)油進(jìn)行提取和分析測(cè)定，樟樹葉揮發(fā)油的提取率及性狀見表1.

由表1可知，三者的提取率接近，無明顯差異，但由于微波技術(shù)的應(yīng)用，時(shí)間消耗明顯降低，揮發(fā)油品質(zhì)也有所提高.時(shí)間從HD 6h縮短為MAHD 40min，而SFME更短只需20min，僅為HD法的1／18.提取時(shí)間的明顯縮短能大幅度降低能耗，同時(shí)揮發(fā)油的品質(zhì)也有所改善，由淡黃色變成無色透明狀.

表1 不同提取方法對(duì)揮發(fā)油品質(zhì)及提取率的影響Table 1 Effects on quality and extraction yield of volatile oil of different methods

2.2 揮發(fā)油成分測(cè)定

經(jīng)GC－MS分析鑒定，通過譜庫(kù)NIST04檢索及文獻(xiàn)查閱，確認(rèn)了29種化學(xué)成分，用峰面積歸一化法確定各化學(xué)成分的相對(duì)含量（表2）.

2.3 揮發(fā)油成分分析和比較

由表2可知，HD，MAHD，SFME三種不同的方法的樟樹葉揮發(fā)油的主要成分基本相同，其中以單萜類含氧化合物為主，分別為79.94%（HD），84.23%（MAFD），71.99%（SFME）.HD 法所得的揮發(fā)油共鑒定出21種化合物，主要為香樟醇25.58%，桉樹葉醇21.26%，樟腦16.79%，α－松油醇11.19%.MAHD法所得揮發(fā)油共鑒定出19種化合物，主要為桉樹葉醇28.72%，香樟醇26.29%，樟腦15.64%，α－松油醇10.16%.SFME法所得揮發(fā)油共鑒定出25種化合物，主要為桉樹葉醇17.74%，香樟醇17.74%，樟腦17.74%，α－松油醇12.46%.

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在單萜類含氧化合物方面HD法與MAHD法得到的成分接近，桉樹葉醇和香樟醇得率MAHD法略大于HD法，而在樟腦和莰醇方面HD法優(yōu)于MAHD法.另外SFME法所得揮發(fā)油與另外兩種方法所得揮發(fā)油成分有較大差異，除樟腦得率相近外，其余成分得率均低于其他兩種方法所得揮發(fā)油.在單萜類化合物方面，SFME法（14.24%）明顯優(yōu)于 HD 法（4.97%）與MAHD法（5.91%），不僅質(zhì)量分?jǐn)?shù)上SFME法有優(yōu)勢(shì)，而且種類上SFME法也有明顯的優(yōu)勢(shì)，SFME法有9種單萜類化合物，而其他兩種方法只有5種.在倍半萜類化合物方面，SFME法也同樣優(yōu)勢(shì)明顯，種類和質(zhì)量分?jǐn)?shù)均多于其他兩種方法.值得注意的是質(zhì)量上MAHD法（1.39%）所得比HD法（0.75%）所到接近大了一倍.在倍半萜類含氧化合物方面，HD法得率最高（14.53%），SFME 法 次 之 （11.12%），MAHD 法 最 低（8.49%）.

表2 不同方法對(duì)揮發(fā)油化學(xué)成分的影響Table 2 Effects on chemical constituents of volatile oil of different methods

因此實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)不同要求采用不同工藝.MAHD法更適合于提取富含單萜類含氧化合物的揮發(fā)油.SFME法對(duì)單萜類物質(zhì)提取具有獨(dú)特的效果，與其他兩種方法相比，提取率最高，萜類種類也最多，SFME法有13種，MAHD法和HD法各有7種.對(duì)于倍半萜類氧化物而言，HD法有一定優(yōu)勢(shì).當(dāng)MAHD法和HD法提取的揮發(fā)油成分和得率比較接近時(shí)，考慮到MAHD法大幅減少了反應(yīng)時(shí)間，大大降低了能耗，MAHD法無疑明顯優(yōu)于HD法.

三種方法得到的主要成分相似，但是在其他成分上卻差異明顯.原因可能有兩點(diǎn)：一個(gè)原因是由于HD的提取時(shí)間最長(zhǎng)（6h），能更好的提取高沸點(diǎn)的化合物；二是微波對(duì)提取過程的影響.HD法中揮發(fā)油是在熱效應(yīng)的影響下在原料中從內(nèi)向外擴(kuò)散，再擴(kuò)散進(jìn)水中，再由水蒸氣攜帶出來，因此揮發(fā)油中就偏向于極性大的成分，即高沸點(diǎn)的化合物.而MAHD法不僅利用了熱效應(yīng)，同時(shí)利用微波的穿通性使揮發(fā)油從物料內(nèi)向外擴(kuò)散的速率大大加快，因而MAHD法提取效率明顯高于HD法，大大減少了時(shí)間，同時(shí)可以得到更多極性稍小的成分.SFME則是直接加熱物料內(nèi)部的水分，直接使細(xì)胞產(chǎn)生裂紋或者孔洞，揮發(fā)油直接隨水分子氣化，一起進(jìn)入冷凝器，因此效率更高，耗時(shí)更短，同時(shí)極性小的成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于另外兩種.

3 結(jié) 語

微波技術(shù)應(yīng)用于樟樹揮發(fā)油提取工藝使提取時(shí)間大幅縮短，大大提高了提取效率，并降低了能源.并且提取率相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)略微上升，揮發(fā)油品質(zhì)有所提高.通過GC－MS分析，筆者發(fā)現(xiàn)水蒸氣蒸餾法，微波輔助－水蒸氣蒸餾法，微波無溶劑提取法三者所得揮發(fā)油的主要成分相近，但是其他成分差距明顯.水蒸氣蒸餾法更適合于提取沸點(diǎn)高，極性大的物質(zhì)，微波輔助－水蒸氣蒸餾法適合于單萜類氧化物，微波無溶劑提取法更適合于提取不含氧萜類物質(zhì).

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