微波法和水蒸气蒸馏法提取丁香精油的研究

刘晓丽 钟少枢 于泓鹏 吴克刚 柴向华

（广东工业大学轻工化工学院食品科学与工程系，广东 广州 510006）

微波法和水蒸气蒸馏法提取丁香精油的研究

刘晓丽 钟少枢 于泓鹏 吴克刚 柴向华

（广东工业大学轻工化工学院食品科学与工程系，广东 广州 510006）

以丁香为原料，分别采用微波法和水蒸气蒸馏法提取精油，探讨微波萃取对丁香精油提取率和精油品质的影响。以丁香精油提取率为指标，通过正交试验优化微波提取条件，采用气相色谱－质谱（GC－MS）法鉴定其化学成分，并与水蒸气蒸馏法提取的精油进行比较。结果表明，微波萃取丁香精油的最佳工艺参数为微波功率300W、料液比1∶4（m∶V）、微波时间25s、提取次数4，该条件下精油的提取率可达到20.65%，远远高于水蒸气蒸馏法的11.33%；从该精油中鉴定出19种成分，其中3种丁香精油有效成分的得率分别为丁香酚13.2%、石竹烯4.4%、乙酰基丁香酚2.2%，石竹烯和乙酰基丁香酚得率分别是水蒸气蒸馏精油的2.8倍和2倍。微波萃取是丁香精油较有效的提取方式。

丁香；精油；微波萃取；成分；气相色谱－质谱

丁香精油是从桃金娘科植物丁香（Syzygium aromaticumL.）的干燥花蕾中提取的挥发油，其主要成分为丁香酚、乙酰基丁香酚、石竹烯等［1］，具有抑菌、杀虫［2］、抗氧化［1］及消炎作用［3］。传统的丁香精油提取方法主要有蒸馏（SDE）、有机溶剂提取［4］等，存在提取温度过高、提取时间过长、能耗高等问题。微波萃取（microwave assisted extraction，MAE）法具有穿透力较强、选择性好、加热效果显著等优点，在食品有效成分萃取领域得到广泛应用［5，6］。目前，微波萃取应用于丁香精油的提取未见报道。本试验利用微波法从丁香花蕾中提取精油，计算精油得率，并采用气相色谱和质谱联用仪检测两种精油的组成成分，明确各精油中主要成分的含量，并与传统的水蒸气蒸馏法进行比较。

1 材料与方法

1.1 材料

丁香：购于广州百佳超市。

1.2 仪器

微波固液相合成/萃取仪：XH－200A，北京祥鹄科技发展有限公司；

气－质联用仪：HP－68 90/5973MSD，美国惠普公司；

旋转蒸发器：RE－52AA，上海亚荣生化仪器厂。

1.3 方法

1.3.1 微波萃取丁香精油 参照林梦南等的方法［4］并修改，将丁香花蕾于40℃进行鼓风干燥14h，粉碎至40目。准确称取10g丁香粉末与无水乙醇一起装入烧瓶中，置于微波萃取仪，在一定的微波功率下萃取一定时间。过滤得到萃取液并静置使其分层，去掉水层后加入无水硫酸钠静置过夜，旋转蒸发除去有机溶剂，得丁香精油。

1.3.2 微波萃取的正交试验 通过前期的单因素试验探讨了微波功率、压力、温度、料液比、微波时间、提取次数等因素对精油提取率的影响，进一步采用L16（45）的正交试验，对单因素试验筛选出的提取条件进行优化，研究精油提取率随着微波功率、料液比、微波时间、提取次数的变化。各因素与水平见表1。

表1 微波萃取丁香精油正交试验的因素和水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test for MAE of clove oils

1.3.3 水蒸气蒸馏法（SDE） 参照于泓鹏等［7］的方法并修改，称取20g丁香粉末与200mL水装入烧瓶中，利用水蒸气蒸馏装置蒸馏3h，馏出液加入氯化钠至溶液饱和，再加入一定量的乙醚摇匀、静置，去掉水层，用无水硫酸钠吸收水分后过滤，将滤液中乙醚回收，得到丁香精油，计算精油提取率。

1.3.4 精油提取率的计算 精油的提取率按式（1）计算：

1.3.5 GC－MS分析条件 参照于泓鹏等［4］的方法并修改，DB－5MS毛细管柱（30m×0.25mm）；升高温度的程序：初温45℃→5℃/min→105℃（3min）→6℃/min→145℃（5min）→5 ℃/min→205℃（6min）→6℃/min→250℃（8min）；分流比：50∶1；进样量为1μL；进样口温度：250℃；气化室温度：300 ℃；载气类型：氦气（纯 度99.99%）；离子源温度：230℃；离子源类型：EI；四极杆温度150℃；电子能量：70eV。

1.3.6 精油主要成分得率的计算 精油的主要成分得率按式（2）计算：

2 结果与讨论

2.1 精油微波提取工艺的优化

由表2可知，料液比对丁香精油的提取率影响最大，而微波功率和提取次数影响较小。微波萃取丁香精油的最适的提取工艺是为AlB2C2D3，即微波功率300W、料液比1∶4（m∶V）、微波时间25s、提取次数4。

表2 微波提取精油的正交试验结果Table 2 Orthogonal test results of MAE of the essential oils

利用正交试验获得的最优条件萃取丁香精油，结果精油的平均提取率达到20.65%，精油比重为1.071g/mL，精油呈褐色，有浓郁的丁香气味。

2.2 两种方法提取的精油GC－MS结果

MAE法提取的丁香精油GC－MS检测的总离子流色谱（TIC）见图1。经GC－MS联用仪标准质谱数据库NIST的计算机检索，并参照文献［4］，共鉴定出其中19种成分，并经面积归一化法确定其相对百分含量。同时，与SDE法得到的丁香精油做对照，进行GC－MS检测，TIC图见图2，两种精油中各组分相对含量见表3。

由图1和表3可知，从MAE法提取的丁香精油中鉴定出的19种成分，占挥发油总质量的99.8%，其中质量分数在1%以上的组分有4种，分别是丁香酚63.75%、石竹烯20.46%、乙酰基丁香酚10.78%、α－律草烯3.41%。

由图2和表3可知，从SDE法提取的丁香精油中鉴定出22种成分，占挥发油总质量的99.9%，其中质量分数在1%以上的组分有5种，分别是丁香酚71.56%、石竹烯13.96%、乙酰基丁香酚9.78%、α－律草烯1.86%、环氧石竹烯1.12%。

图1 微波萃取丁香精油成分GC－MS总离子流色谱Figure 1 Total ion currents chromatogram of the clove essential oil obtained by MAE

图2 水蒸气馏丁香精油GC－MS总离子流色谱Figure 2 Total ion currents chromatogram of the clove essential oil obtained by SDE

2.3 两种提取方法的比较

SDE和MAE丁香油的得油率、主要成分的得率和精油的相对密度见表4。

由表4可知，MAE法提取的丁香精油得率为20.65%，远远高于传统的SDE法的11.33%，MAE对丁香精油的提取效率较高。作为丁香精油主要活性成分的3种物质在两种精油中的得率不同，MAE法提取精油中丁香酚的得率为14.7%，稍低于SDE法提取精油（13.2%），这是由于SDE法对于分子量相对较小，沸点较低的化合物提取效率较高。另外，SDE提取时间长，温度较高，再加上系统是开放式的，精油中的有效成分容易受热分解或氧化破坏，其中乙酰基丁香酚在水环境中长时间加热容易分解而生成乙酸和丁香酚［3］，因此，SDE法中的丁香酚含量较高。而MAE法精油中分子量相对较大的石竹烯和乙酰基丁香酚的得率分别为4.4%和2.2%，分别是SDE法提取的2.8和2倍。MAE法提取的丁香精油中色素和其他脂溶性物质较多，因此颜色较深，相对密度稍大于SDE的精油。

表3 两种方法提取丁香精油的成分分析ńTable 3 Chemical composition of two essential oils extracted from clove bud

表4 两种提取方法制备的丁香精油对比Table 4 Comparison of essential oils of clove buds extracted with MAE and SDE

3 结论

（1）微波法提取丁香精油的最佳工艺参数为微波功率300W、料液比1∶4（m∶V）、微波时间25s、提取次数4，在此条件下精油的提取率达到了20.65%；

（2）微波提取精油的得率远远高于水蒸气蒸馏法，其有效成分中丁香酚的得率稍低于水蒸气蒸馏法，但石竹烯和乙酰基丁香酚的得率相对较高，并且提取时间大大缩短，因此，微波萃取是丁香精油较有效的提取方式。

（3）微波提取的精油含有非挥发性成分和色素等杂质，黏度较高。如能结合分子蒸馏等分离技术对精油进行纯化，去除这些杂质，可以降低丁香精油黏度，提高其品质。目前，这方面的研究正在进行中。

1 徐汉虹.杀虫植物与植物性杀虫剂［M］.北京：中国农业出版社，1998.

2 Goni P，López P，Sánchez C，et al.Antimicrobial activity in the vapour phase of a combination of cinnamon and clove essential oils［J］.Food Chemistry，2009，116（4）：982～989.

3 Guan Wenqiang，Li Shufen，Yan Ruixiang，et al.Comparison of essential oils of clove buds extracted with supercritical carbon dioxide and other three traditional extraction methods［J］.Food Chemistry，2007，101（4）：1 558～1 564.

4 于泓鹏，吴克刚，吴彤锐，等.丁香精油的超临界CO2和溶剂回流萃取及其GC－MS分析［J］.食品与发酵工业，2009，35（1）：145～148.

5 林梦南，苏平，应丽亚，等.紫苏精油微波萃取工艺的响应面优化及其化学成分研究［J］.浙江大学学报，2011，37（6）：677～683.

6 张慧，刘宗敏，黎继烈.微波萃取在食品工业中的应用［J］.食品与机械，2006，22（6）：147～150.

7 于泓鹏，吴克刚，吴彤锐，等.丁香精油超临界CO2萃取－分子蒸馏提取丁香精油的研究［J］.林产化学与工业，2009，29（5）：76～78.

Microwave assisted extraction and steam distillation extraction of essential oils from clove buds

LIU Xiao－li ZHONG Shao－shu YU Hong－peng WU Ke－gangCHAI Xiang－hua

（Department of Food Science and Technology，School of Chemical Engineering and Light Industry，Guangdong University of Technology，Guangzhou，Guangdong510006，China）

The clove bud oils were extracted by microwave assisted extraction（MAE）method and steam distillation extraction （SDE）method.The yield and the quality of the clove oils extracted with microwave assisted extraction were investigated in the present study.The optimal extracting conditions were determined by orthogonal experiment Composition of the clove bud oils was identified by gas chromatography－mass spectroscopy（GC－MS）.The results of orthogonal experiment indicated that the optimum parameters of MAE method for clove bud oils were as follow：power of microwave was 300W，ratio of clove to liquid was 1∶4（m∶V），time of irradiation was 25s，time of extracting was 4.The yield of the essential oils was 20.65%at this condition and significantly higher than the steam distillation extraction method’s（11.33%）.Nineteen compounds were identified by GC－ MS，representing 99.8%of the total oil.The yields of three main components were 13.2%，4.4%and 2.2%for eugenol，caryophyllene and eugenol acetate respectively.Among the main components，caryophyllene and eugenol acetate were 2.8and 2 times compared with that of steam distillation oils.The MAE has been proved to be a effective method for obtaining clove oil with high quality.

Syzygium aromaticumL.；essential oil；microwaveassisted extraction；composition；GC－MS

10.3969 /j.issn.1003－5788.2012.04.030

广东省科技计划农业攻关项目（编号：2010B020312014，2011B020310009）；广东省自然科学基金项目（编号：10451009001004396）

刘晓丽（1977－），女，广东工业大学副教授，博士。E－mail：jumper45＠sina.com

2012－05－15