用不同方法提取山苍子油的比较研究

韩艳利，旷春桃，李湘洲，姜思同，李 颖

（中南林业科技大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004）

用不同方法提取山苍子油的比较研究

韩艳利，旷春桃，李湘洲，姜思同，李 颖

（中南林业科技大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004）

采用超声微波辅助水蒸气蒸馏法，微波辅助水蒸气蒸馏法和水蒸气蒸馏法提取山苍子干果中山苍子油。通过单因素实验对提取工艺进行了优化，超声微波协同提取法的提取条件为：微波功率100 W，液料比20∶1，提取时间2 h，得率为3.22%；微波辅助水蒸气蒸馏法的提取条件为：微波功率100 W，液料比20∶1，提取时间2 h，得率为3.20%；在液料比为20∶1，提取时间为4h的条件下，普通水蒸气蒸馏法的得率为3.17%。

山苍子油；提取；超声微波辅助水蒸气蒸馏法；微波辅助水蒸气蒸馏法；水蒸气蒸馏法

山苍子Litsea cubeba是樟科木姜子属落叶灌木或小乔木，主要分布在我国湖南、广东、江西和贵州等省份[1]，其果实中富含精油，俗称山苍子油，山苍子油具有抗氧化[2-4]，抗菌[5-6]和抗病虫害[7-9]等作用，在医药和农业科学领域有着重要作用；山苍子油中主要成分为柠檬醛，柠檬醛是一种合成香料的重要原料[10-13]，广泛应用于日化、烟草、化妆品、食品等领域。

目前工业上提取山苍子油主要采用水蒸气蒸馏法（SD），邓波[14]采用SD法提取山苍子油，比较了山苍子粉碎前后的提取情况，粉碎后山苍子油的提取率提高，能耗降低，提取时间缩短，与其它新型提取方法相比，该方法得率低，耗时长。张德权等[15]采用超临界CO2提取山苍子果实中山苍子精油和山苍子核仁油，山苍子油和核仁油总得率为30.19%，主要为核仁油，要获得山苍子油需要进一步分离。因此研究如何高效提取山苍子油对于提高山苍子资源的利用具有重要意义。

微波辅助水蒸气蒸馏法（MASD）具有选择性高，穿透性强等优点，广泛应用于挥发油的提取[16-17]；超声-微波协同提取法（UMASD）结合了微波的加热迅速和超声波的空化振荡等优点，已有采用该方法提取挥发油的研究报道[18-19]，研究表明，上述方法在提取挥发油方面具有提取效率高，提取时间短的优点。

通过对本实验的超声-微波协同萃取仪进行改造，使之适用于MASD和UMASD提取挥发油，然后采用SD，MASD和UMASD分别提取山苍子干果中山苍子油，优化其提取工艺，旨在为山苍子油的提取和利用提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

山苍子干果（湖南永顺，粉碎，过20目备用），蒸馏水（自制），石油醚（30-60沸程)（天津市恒兴化学试剂制造有限公司）。

1.2 主要仪器

CW2000超声-微波协同萃取仪（上海新拓微波溶样测试技术有限公司），WK-10B高能性中药粉碎机（山东青州市精诚机械制造有限公司），ZDHW调温电热套（北京中兴伟业仪器有限公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 实验装置图

本研究通过本实验室的超声-微波协同萃取仪进行改造，使之适用于MASD和UMASD提取挥发油，实验装置如图1。

图1 超声微波协同法和微波辅助水蒸气法装置Fig.1 Schematic of UMASD and MASD

1.3.2 山苍子油含量的测定

称取40 g山苍子干果于1 000 mL圆底烧瓶中，加入约400 mL蒸馏水，连接挥发油测定器，按《中国药典》2010版一部附录XD挥发油测定法测定山苍子干果中精油含量，平行测定3次，取平均值。

1.3.3 UMASD提取山苍子油

称取一定质量过20目的山苍子粉末，加入超声微波协同提取仪的500 mL反应器中，按试验设计方案加入一定比例蒸馏水，设置微波功率和提取时间，提取完毕后将提取出的山苍子油转移至已称量好的小烧杯中，用石油醚润洗挥发油收集器内壁，将残余液一并转移至小烧杯中，待石油醚挥发完毕后称量，计算得率。

1.3.4 MASD提取山苍子油

采用1.3.3 的方法提取山苍子油，区别是在提取时将超声波关闭。

1.3.5 SD提取山苍子油

称取一定质量的山苍子粉末，加入500 mL蒸馏烧瓶中，按试验条件加入一定量蒸馏水，连接挥发油测定器，电热套微沸加热至设定时间，其它处理方法同1.3.3，计算得率。

2 结果与分析

2.1 山苍子油的含量

按《中国药典》2010版一部附录XD挥发油测定法测定山苍子干果中油含量，平均含量为3.35%。

2.2 UMASD和MASD提取山苍子油

2.2.1 微波功率对山苍子油得率的影响

在液料比为10∶1，提取时间2 h下，考察了不同功率对提取山苍子油得率的影响。

表1 山苍子油得率与微波功率的关系(UMASD和MASD)Table 1 Relationship of L. cubeba essential oil yield and microwave power (UMASD and MASD)

由表1可以看出，随着微波功率的增大，UMASD和MASD法提取山苍子油的得率增大，相同条件下，UMASD的得率高于MASD，因为在超声振荡和微波的协同作用下，山苍子果实细胞壁更容易破裂，山苍子油的逸出速率更快，从而导致得率增大，但微波功率过高会导致液体爆沸，故适宜功率选择100 W。

2.2.2 液料比对山苍子油得率的影响

在微波功率100 W，提取时间2 h下，考察了不同液料比对提取山苍子油得率的影响。

表2 山苍子油得率与液料比关系（UMASD和MASD）Table 2 Relationship of L. cubeba essential oil yield and liquid to solid ratio (UMASD and MASD)

由表2可知，随着液料比的增大，山苍子油的得率逐渐变大，当液料比为达到20∶1后，山苍子油的得率不再增加，由Fick定律可知，溶质的扩散速率与浓度差成正比，故得率随液料比增大而增大，当液料比超过20∶1后，由于干果粉末投料量的减少，导致挥发油收集过程中损失加大，故适宜液料比为20∶1。

2.2.3 提取时间对山苍子油得率的影响

在微波功率为100 W，液料比为20∶1条件下，考察了不同提取时间对山苍子油得率的影响。

表3 山苍子油得率与提取时间关系（UMASD和MASD）Table 3 Relationship of L. cubeba essential oil yield andextraction time (UMASD and MASD)

由表3可以看出，山苍子油的得率随着时间的增加而增大，2 h后增加缓慢。已有研究表明，超声波的空化效应和伴随超声波空化产生的机械效应会使得涡流扩散加强[21]，从而在提取过程中增大了总的扩散系数[22]，缩短了提取时间；而微波除具有加热作用外，还具有区别于常规加热方式的非热效应[23]，非热效应会产生诸如促进物质扩散等作用，同样会缩短提取时间。因此，在山苍子油的提取过程中，2 h内已将大部分山苍子油提取出来，同时，考虑到提取时间过长可能还会导致山苍子油中化学成分的变化，因此，适宜提取时间为2 h。

2.3 SD提取山苍子精油

2.3.1 液料比对山苍子油得率的影响

在提取时间为2 h时，考察不同液料比对山苍子油得率的影响。

表4 山苍子油得率与液料比关系（SD）Table 4 Relationship of L. cubeba essential oil yield and liquid to solid ratio (SD)

由表4可以看出，随着液料比的增大，山苍子油的提取率逐渐变大，至20∶1后趋于稳定，但传统水蒸气蒸馏法加热慢，受热不均匀，对细胞壁的破坏作用小，山苍子油得率增加不大。

2.3.2 提取时间对山苍子油得率的影响

在液料比为20:1时，考察不同提取时间对山苍子油得率的影响。

表5 山苍子油得率与提取时间关系（SD）Table 5 Relationship of L. cubeba essential oil yield and extraction time (SD)

从表5可以看出，随着提取时间的增大，山苍子油的得率逐渐增大，在5.0 h可达最大，因为水蒸气蒸馏法提取山苍子油的扩散系数小，传质速率比较慢，所以需要较长时间才能将山苍子油提取完全。但当提取时间为4.0 h时，山苍子油提取率逐渐趋缓，同时鉴于提取时间不宜过长的原则，因此，适宜提取时间为4.0 h。

3 结 论

山苍子干果中平均含油率为3.35%；单因素实验表明，UMASD提取山苍子油的条件为功率100.00 W，液料比20∶1，提取时间2 h，得率为3.22%。

MASD提取山苍子油的条件为功率为100 W，液料比为20∶1，提取时间为2 h，得率为3.20%。

SD提取山苍子油的条件为液料比为20∶1，提取时间为4 h，得率为3.17%。

受微波加热的非热效应和超声场中空化和机械搅拌振荡作用的影响，UMASD和MASD提取山苍子油在较短时间内就可以将山苍子油提取完全，得率较高，较之SD提取山苍子油有较大优势；但有关UMASD和MASD提取山苍子油的化学成分与SD法的比较还需进一步研究，以便为UMASD和MASD的应用提供一定理论依据。

[1] 陈富强,罗 勇,李清湖. 粤东地区森林灌木层优势植物生物量估算模型[J].中南林业科技大学学报,2013, 33(2):5-10.

[2] 程 超. 山苍子油的抗氧化作用[J]. 食品研究与开发, 2005,26(4):155-158.

[3] 顾仁勇, 刘莹莹. 山苍子精油抑菌及抗氧化作用的研究[J].食品科学, 2006, 27(11): 86-89.

[4] Hwang J K, Choi E M, Lee J H. Antioxidant activity of Litsea cubeba[J]. Fitoterapia, 2005, 76(7-8): 684-686.

[5] 余伯良. 山苍子油对霉菌抗菌性及其与黄曲霉产毒关系的研究[J]. 微生物学通报, 1998, 25(3): 144-147.

[6] Tiwari B K, Valdramidis V P, Donnell C P O, et al. Application of natural antimicrobials for food preservation[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(14): 5987-6000.

[7] Liu Z L, Goh S H, Ho S H. Screening of Chinese medicinal herbs for bioactivity against Sitophilus zeamais Motschulsky and Tribolium castaneum (Herbst)[J]. Journal of Stored Products Research, 2007, 43(3): 290-296.

[8] Seo S M, Kim J H, Lee S G, et al. Fumigant antitermitic activity of plant essential oils and components from Ajowan(Trachyspermum ammi), Allspice (Pimenta dioica), Caraway(Carum carvi), Dill (Anethum graveolens), Geranium(Pelargonium graveolens), and Litsea (Litsea cubeba) oils against Japanese Termite (Reticulitermes speratus Kolbe)[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(15): 6596-6602.

[9] Jiang Z. L., Akhtar Y., Bradbury R. et al. Comparative toxicity of essential oils of Litsea pungens and Litsea cubeba and blends of their major constituents against the cabbage looper, Trichoplusia ni[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2009, 57(11):4833-4837.

[10] 白 杨. 柠檬醛合成龙涎香型香料工艺研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2009.

[11] Ueno T, Masuda H, Ho C T. Formation Mechanism of p-Methylacetophenone from Citral via a tert-Alkoxy Radical Intermediate[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2004, 52(18): 5677-5684.

[12] Meric P, Yu K M K, Tsang S C. Micelle-Hosted Palladium Nanoparticles Catalyze Citral Molecule Hydrogenation in Supercritical Carbon Dioxide[J]. Langmuir, 2004, 20(20): 8537-8545.

[13] 念保义,徐 刚,吴坚平.离子液体中柠檬醛选择性催化加氢合成薄荷醇的研究[J].浙江大学学报:理学版, 2007, 34(5):556-559, 564.

[14] 邓 波.从山苍子果实提取山苍子油新工艺的研究[J]. 香料香精化妆品, 1999, 27(3): 1-5.

[15] 张德权, 吕飞杰, 台建祥. 超临界CO2流体技术萃取山苍子油的研究[J]. 食品与发酵工业, 1999, 26(2): 54-57.

[16] 王乃馨. 微波辅助提取迷迭香挥发油的工艺研究[J]. 农业机械, 2011, 54(29): 58-60.

[17] Zhai Y J, Sun S, Song D Q, et al. Rapid extraction of essential oil from dried Cinnamomum cassia Presl and Forsythia suspensa(Thunb.) Vahl by ionic liquid microwave extraction[J]. Chinese Journal of Chemistry, 2010, 28(12): 2513-2519.

[18] 商学兵, 李 超. 超声波协同微波提取白豆蔻挥发油的工艺研究[J]. 农业机械, 2011, 54(5): 64-67.

[19] Lou Z X, Wang H. X Zhu S, et al. Ionic liquids based simultaneous ultrasonic and microwave assisted extraction of phenolic compounds from burdock leaves[J].Analytica Chimica Acta, 2012,716 (2): 28-33.

[20] 李瑞敏,李湘洲,张 胜.姜黄油的不同提取方法及其化学成分的研究[J].中南林业科技大学学报，2013,33(4):114-120.

[21] Qin W, Yuan Y H, Dai Y Y. Improvement of separation processes by using ultrasound[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 1995, 14(1): 1-5.

[22] 黄可龙, 李进飞, 刘素琴. 超声场强化中药有效成分提取动力学模型[J]. 化工学报, 2004, 55(4): 646-648.

[23] Huang K M, Yang X Q, Hua W, et al. Experimental evidence of a microwave non-thermal effect in electrolyte aqueous solutions[J].New Journal of Chemistry, 2009, 33(7): 1486-1489.

Comparative study of extraction of Litsea cubeba essential oil by different methods

HAN Yan-li, KUANG Chun-tao, LI Xiang-zhou, JIANG Si-tong, LI Ying
(School of Materials Science and Engineering, Central South University of Forestry &Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

∶ Ultrasonic and microwave-assisted steam distillation (UMASD), microwave-assisted steam distillation(MASD) and steam distillation(SD) were used to extract essential oil from dried Litsea cubeba fruits. The extraction process was optimized by single factor experiments. The extraction yield of UMASD was 3.22% under the optimum conditions of microwave power 100W, liquid to solid ratio 20∶1 and extraction time 2 hours. The extraction yield of MASD was 3.20% under the optimum conditions of microwave power 100 W, liquid to solid ratio 20∶1 and extraction time 2 hours. The extraction yield of SD was 3.17% under liquid to solid ratio 20∶1 and extraction time 4 hours.

∶ Litsea cubeba essential oil; extraction; ultrasonic and microwave-assisted steam distillation; microwave-assisted steam distillation; steam distillation

S727.32

A

1673-923X(2013)11-0175-04

2013-08-16

国家林业公益性行业科研专项(201204811)，湖南省科技计划项目(2012NK3103)

韩艳利（1986-），男，辽宁北票人，硕士研究生，主要从事天然产物化学与利用

旷春桃（1973-），男，湖南衡山人，副教授，硕士生导师，主要从事天然产物化学与利用及有机合成的研究；E-mail：hnkct@163.com

[本文编校：吴 毅]