薰衣草精油提取残渣中多酚的提取纯化工艺研究

薰衣草精油提取残渣中多酚的提取纯化工艺研究

张特，王秀丽，林洋，武旋，刘琴

(南京财经大学食品科学与工程学院，江苏 南京 210023)

摘要：以总酚含量为考察指标，从提取溶剂、料液比、提取时间和提取温度4个方面对薰衣草精油提炼残渣中的多酚提取工艺进行了优化，并对AB-8大孔树脂对薰衣草多酚的纯化工艺进行了研究。结果表明：以70%丙酮酸 [V(丙酮)∶V(HCl， 1 mol·L-1)= 7∶3]作提取溶剂，在料液比为1∶20(g∶mL)、40 ℃下水浴加热1.0 h时多酚提取率最高；吸附动力学结果表明，按照AB-8大孔树脂与薰衣草多酚的质量比为450∶1上样时，在10 min内吸附率达到90%以上，20 min左右可达到吸附饱和，饱和吸附量约为2.5 mg·g-1；解附实验表明，用甲醇和水的混合溶液进行梯度洗脱时，10 min内即可达到100%的解附率，其中60%的甲醇水溶液可将薰衣草多酚完全洗脱出来。

关键词：薰衣草；多酚；提取；纯化

基金项目：江苏省大学生创新创业训练计划项目(201410327022Z)

收稿日期：2015-05-18

作者简介：张特，男，安徽涡阳人，研究方向：食品化学，E-mail：1074610486@qq.com；

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2015.09.010

中图分类号：TQ 461文献标识码：A

薰衣草(lavender)，又称黄香草，气芳香、味辛凉。我国薰衣草的主要栽培地区有新疆、陕西等地[1]。薰衣草具有改善睡眠、解痉镇痛[2]、抗菌消炎[3]、抗肿瘤[4]的功效，被广泛应用于香薰、香料[5]、医药、洗涤[6]、食品等行业[7]。国内外学者对薰衣草进行了大量研究，唐平平等[8]研究表明，饮用薰衣草花茶、嗅闻薰衣草精油均能缓解焦虑的症状；国外也有学者指出了薰衣草芳香疗法可以改善PMS(pre-menstrual syndrome)[9]并且治疗老年痴呆[10]。

薰衣草精油是由薰衣草花提炼出来的具有消毒、抗菌等多种生理作用的薰衣草主要加工产品，但其只占薰衣草干花含量的1.5%左右，提取精油后的残渣中含有具有较高抗氧化性的多酚类化合物[11]，而目前残渣大部分被丢弃，因此，提取残渣中的多酚类物质可实现资源的再利用、提高薰衣草加工产业的附加值。

陈计峦等[12]进行了薰衣草多酚的提取，最优提取条件为：提取剂为体积分数75%的乙醇、料液比1∶25(g∶mL)、提取温度40 ℃、提取时间1 h，但并没有对不同溶剂的提取率进行比较。在对薰衣草精油的研究中，目前常用的分离提纯方法为柱色谱法，赵军等[13]和李紫薇等[14]研究表明，AB-8大孔树脂对薰衣草精油中多酚物质的分离纯化效果最优。而李紫薇等[14]在研究大孔树脂分离纯化薰衣草总黄酮时发现,体积分数为90%的乙醇才可将大孔树脂洗脱完毕，其最佳吸附pH值为6.0、吸附时间为20 min。

作者以薰衣草精油提取残渣为原料，以总酚含量(total phenolic content，TPC)为考察指标，对薰衣草多酚提取工艺进行了单因素优化；并以AB-8大孔树脂为纯化材料，对薰衣草多酚在AB-8大孔树脂上的吸附、解附时间及洗脱剂的选择进行了研究，确定了薰衣草多酚提取纯化的最佳工艺条件。

1实验

1.1　原料、试剂与仪器

薰衣草精油提取残渣，江苏省农科院李春阳博士赠送。

甲醇(AR)、乙醇(AR)、丙酮(AR)、石油醚(AR)、盐酸(GR)，南京化学试剂有限公司；Folin&Ciocalteus酚试剂，上海蓝季科技发展有限公司；阿魏酸(CP)，国药集团化学试剂有限公司；无水碳酸钠(AR)，上海山浦化工有限公司；AB-8大孔吸附树脂，天津海光化工有限公司。

FW-100型高速万能粉碎机，天津华鑫仪器厂；HH-4型数显恒温水浴锅，常州国华电器有限公司；SHA-B型水浴恒温振荡器，金坛荣华仪器制造有限公司；TE214S型电子天平，德国赛多利斯公司；Hitachi U-3900型紫外可见分光光度计，日本日立仪器有限公司；Allegra 64R Centrifuge型高速冷冻离心机，美国Beckman Coulter有限公司；N-1100D-WD型旋转蒸发仪，日本东京理化。

1.2　方法

1.2.1薰衣草精油提取残渣预处理

薰衣草精油提取残渣粉碎过60目筛，然后用沸程为30～60 ℃的石油醚采用索氏抽提法在60 ℃下抽提8 h再次除油，除油后摊开放在通风橱中过夜，将残留的石油醚挥发干，得到供试样品。

1.2.2薰衣草多酚的提取

1)提取工艺标准曲线的绘制

采用Folin酚法对所提取的熏衣草总酚含量进行测定[14]。鉴于薰衣草多酚中存在大量的阿魏酸衍生物，采用阿魏酸为标准样品进行总酚含量的测定，具体过程如下：配制浓度分别为50 μg·mL-1、100 μg·mL-1、200 μg·mL-1、250 μg·mL-1、400 μg·mL-1的阿魏酸系列标准溶液，分别取300 μL标准溶液加入3.9 mL Folin酚工作液，再加入3 mL 60 g·L-1Na2CO3溶液，于25 ℃下水浴1.5 h后测定溶液在760 nm处的吸光度，以吸光度为纵坐标、溶液浓度为横坐标绘制标准曲线，见图1。拟合标准曲线方程为y=0.0025x+0.0342，R2=0.9990，在浓度为50～400 μg·mL-1之间线性关系良好。

图1　以阿魏酸为标准样品的总酚测定标准曲线 Fig.1　The standard curve for determination of total phenol with ferulic acid as standard sample

2)提取溶剂的优化

取样品各1.000 g置于50 mL圆底烧瓶中，分别用15 mL70%甲醇酸 [V(甲醇)∶V(HCl，1 mol·L-1)= 7∶3]、70%乙醇酸 [V(乙醇)∶V(HCl，1 mol·L-1)= 7∶3]、70%丙酮酸 [V(丙酮)∶V(HCl，1 mol·L-1)= 7∶3]、70%甲醇水 [V(甲醇)∶V(水)=7∶3]、70%乙醇水 [V(乙醇)∶V(水)=7∶3]、70%丙酮水[V(丙酮)∶V(水)=7∶3] 于50 ℃条件下振荡提取2 h，提取液用冷冻离心机离心。测定提取液的总酚含量，以总酚含量表示提取率，比较不同提取溶剂对总酚提取效率的影响。

3)料液比的优化

取样品各1.000 g置于50 mL圆底烧瓶中，按料液比(g∶mL,下同)1∶10、1∶15、1∶20、1∶25分别加入70%丙酮酸溶液，在50 ℃下恒温振荡提取1.5 h，提取液用冷冻离心机离心。测定提取液的总酚含量，比较不同料液比对总酚提取效率的影响。

4)提取时间的优化

取样品各1.000 g置于50 mL圆底烧瓶中，按料液比1∶20加入70%丙酮酸溶液，分别在40 ℃下恒温振荡提取0.5 h、1.0 h、1.5 h 和2.0 h，测定提取液中的总酚含量，比较不同提取时间对总酚提取效率的影响。

5)提取温度的优化

取样品各1.000 g置于50 mL圆底烧瓶中，按料液比1∶20加入70%丙酮酸溶液，然后分别在30 ℃、40 ℃、50 ℃和60 ℃条件下恒温振荡提取1.5 h，测定提取液中的总酚含量，比较不同提取温度对总酚提取效率的影响。

1.2.3薰衣草多酚的纯化

1)纯化工艺标准曲线的绘制

精确称取阿魏酸，配制浓度分别为20 μg·mL-1、30 μg·mL-1、40 μg·mL-1、50 μg·mL-1、60 μg·mL-1的系列标准溶液，在350 nm波长下测定吸光度，绘制标准曲线。

2)吸附实验

取样品20 g，以70%丙酮酸作提取溶剂，在料液比为1∶20、提取温度为40 ℃条件下水浴振荡提取1.0 h(单因素优化得到的最优条件)，然后经冷冻离心机离心，将上层清液用旋转蒸发仪蒸干溶剂，随后加10 mL蒸馏水重新溶解。将上述浓缩后的溶液按1∶100比例用蒸馏水稀释，得到总酚浓度为66.7 μg·mL-1的溶液。

准确称量AB-8大孔树脂0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g于4个烧杯中，用30 mL 95%乙醇溶液浸泡8 h，蒸馏水洗涤3次后分别放入编号为①～④的锥形瓶中备用。将上述4个锥形瓶中的蒸馏水过滤除去，然后分别加入浓度为66.7 μg·mL-1的薰衣草多酚溶液各50 mL，用保鲜膜密封，并在25 ℃条件下水浴振荡，每隔10 min在350 nm下测定溶液吸光度，直至吸光度基本不变，以获得饱和吸附量和最佳吸附时间。

3)解附实验

准确称量AB-8大孔树脂1.0 g 6份，分别放入编号为①～⑥的锥形瓶中，用30 mL 95%乙醇溶液浸泡8 h，用蒸馏水洗3次后分别加入浓度为66.7 μg·mL-1多酚溶液各50 mL，用保鲜膜密封，在25 ℃下水浴振荡30 min，然后倒出上层溶液，得到吸附饱和的AB-8大孔树脂。在装有吸附饱和的AB-8大孔树脂的锥形瓶中分别加入50 mL蒸馏水、20%甲醇溶液、40%甲醇溶液、60%甲醇溶液和80%甲醇溶液以及纯甲醇作为洗脱剂，25 ℃下水浴振荡，每隔10 min测定溶液在350 nm下的吸光度，直至吸光度基本不变。

2结果与讨论

2.1　薰衣草多酚的提取工艺研究

2.1.1提取溶剂的优化(图2)

图2　提取溶剂的优化 Fig.2　Optimization of extraction solvent

由图2可知，选用70%甲醇水、70%乙醇水和70%丙酮水3种混合溶剂提取时，70%甲醇水的提取率最高；而70%甲醇酸、70%乙醇酸、70%丙酮酸3种酸性的混合溶剂对薰衣草多酚的提取率均显著高于不含酸的混合溶剂，其中70%丙酮酸对薰衣草多酚的提取率最高。因此，选用70%丙酮酸作提取溶剂。

2.1.2料液比的优化(图3)

由图3可知，多酚提取率随溶剂用量的增加而升高，当料液比为1∶20时，提取率达到最高。因此，选取料液比为1∶20。

2.1.3提取时间的优化(图4)

由图4可知，多酚提取率在1.0 h即达到最大，超过1.0 h后，多酚提取率随提取时间延长逐渐降低。原因可能是溶出的多酚在1.0 h后随提取时间的延长被氧化而导致含量降低。因此，选取提取时间为1.0 h。

图3　料液比的优化 Fig.3　Optimization of the solid-liquid ratio

图4　提取时间的优化 Fig.4　Optimization of extraction time

2.1.4提取温度的优化(图5)

图5　提取温度的优化 Fig.5　Optimization of extraction temperature

由图5可知，提取温度为40 ℃时多酚提取率最大，当提取温度高于40 ℃后，多酚提取率反而下降，这可能是在温度较高的条件下多酚会受热氧化分解所导致的。因此，选取提取温度为40 ℃。

2.2　薰衣草多酚的纯化工艺研究

2.2.1AB-8大孔树脂对薰衣草多酚的吸附

AB-8大孔树脂是多酚提取纯化中常用的柱层析材料。研究发现，薰衣草多酚初提液浓缩时若用有机溶剂和水的混合溶剂(如50%甲醇水)重新溶解时，大孔树脂对多酚提取液中的多酚几乎没有吸附。考虑到薰衣草多酚的水溶性较好，因此在浓缩时采用纯水重新溶解进行吸附实验。对AB-8大孔树脂对薰衣草多酚的吸附量和吸附动力学进行研究，结果见图6。

图6　AB-8大孔树脂对薰衣草多酚的吸附实验结果 Fig.6　Experimental results for the adsorption of AB-8 macroporous resin to lavender polyphenols

由图6可以看出，AB-8大孔树脂对薰衣草多酚的饱和吸附量约为2.5 mg·g-1；吸附动力学表明，大孔树脂对薰衣草的吸附很快，50 mL多酚溶液中加入2.0 g大孔树脂(即大孔树脂与薰衣草多酚质量比约600∶1上样)时，在前10 min即可达到吸附饱和；加入1.5 g大孔树脂(即大孔树脂与薰衣草多酚质量比为450∶1上样)时，在10 min可达到90%左右的吸附率，而在20 min时，达到吸附饱和。采用AB-8大孔树脂进行分离纯化时，从经济角度出发，可以按照大孔树脂与薰衣草总酚质量比为450∶1进行分离提取。

2.2.2不同溶剂对AB-8大孔树脂上薰衣草多酚的解附(图7)

图7　解附实验结果 Fig.7　Experimental results of desorption

由图7可以看出，溶剂对于薰衣草多酚在大孔树脂上的解附速度非常快，无论用何种溶剂，10 min时即达到了最大的解附率。这与李紫薇等[14]的结果有所不同，这可能是由于原料中的多酚的组成存在差异。他们的提取原料为薰衣草，而本实验的提取原料为薰衣草精油提取残渣。在用甲醇水混合溶剂洗脱时发现，尽管水也可以把部分薰衣草多酚溶解，随着甲醇含量增加，多酚洗脱率增大， 用60%甲醇水溶液已基本洗脱完毕，说明薰衣草多酚由极性较大的化合物组成。

3结论

以总酚含量为考察指标，对薰衣草精油提取残渣中的多酚的提取及纯化工艺进行了研究。结果表明，以70%丙酮酸[V(丙酮)∶V(HCl，1 mol·L-1)=7∶3]为提取溶剂，当料液比为1∶20(g∶mL)、提取温度为40 ℃、提取时间为1.0 h时多酚提取率最大。按照大孔树脂与薰衣草多酚质量比为450∶1上样时，10 min内可达到90%以上的吸附率；20 min可达到吸附饱和，饱和吸附量约为2.5 mg·g-1。解附实验结果表明，60%甲醇水溶液可在10 min内将大孔树脂上的薰衣草多酚完全洗脱。本研究结果表明薰衣草精油提取残渣中富含多酚类物质，用大孔树脂吸附和有机溶剂洗脱即可对薰衣草多酚进行纯化，可为薰衣草精油提取残渣的再利用提供参考。

参考文献：

[1]张春玲，赵继飚，张朝英，等.用GC/MS分析云南薰衣草(Lavender)挥发油的化学成分[J].河南科学，1999，17(4)：388-391.

[2]高婷婷，谭勇，魏雯，等.薰衣草的研究进展[C]//海峡两岸暨CSNR全国第十届中药及天然药物资源学术研讨会论文集.2012.

[3]张群，扎灵丽.薰衣草的研究和应用[J].时珍国医国药，2008，19(6)：1312-1314.

[4]宋晓琳.薰衣草有效成分的抗肿瘤作用及其机制研究[D].延吉：延边大学，2012.

[5]TANKEU S Y，VERMAAK I，KAMATOU G P P，et al.Vibrational spectroscopy and chemometric modeling：An economical and robust quality control method for lavender oil[J].Industrial Crops and Products，2014，59：234-240.

[6]张赟彬，王景文，李月霞，等.薰衣草精油改善壳聚糖基食品包装膜的应用品质[J].农业工程学报，2014，30(2)：286-292.

[7]PORTO C D，DECORTI D，KIKIC K.Flavour compounds ofLavandulaangustifoliaL.to use in food manufacturing:Comparison of three different extraction methods[J].Food Chemistry，2009，112(4)：1072-1078.

[8]唐平平，温晓菊.薰衣草花茶与薰衣草精油抗焦虑作用的对比研究[J].农业考古，2013，(2)：248-250.

[9]MATSUMOTO T，ASAKURA H，HAYASHI T.Does lavender aromatherapy alleviatepremenstrual emotional symptoms？：A randomized crossover trial[J].BioPsychoSocial Medicine，2013，7(1)：12-19.

[10]O′CONNOR D W，EPPINGSTALL B，TAFFE J，et al.A rando-mized controlled cross-over trial of dermally-applied lavender (Lavandulaangustifolia) oil as a treatment of agitated behaviour in dementia[J] .BMC Complementary and Alternative Medicine，2013，13：315-321.

[11]杨洁，高峰林.新疆狭叶薰衣草总黄酮抗氧化活性的研究[J].中国食品添加剂，2010，(2)：162-165.

[12]陈计峦，宋丽军，张云，等.薰衣草精油抗氧化成分提取及其对DPPH·清除率的研究[J].食品与发酵工业，2009，35(1)：173-176.

[13]赵军，谭为，徐芳，等.大孔树脂纯化薰衣草总黄酮的工艺[J].食品研究和开发，2012，33(12)：42-45.

[14]李紫薇，欧阳艳，腊萍，等.大孔吸附树脂分离纯化薰衣草总黄酮[J].食品工业科技，2012，33(17)：245-251.

[15]LIU Q，WU L，PU H，et al.Profile and distribution of soluble and insoluble phenolics in Chinese rapeseed (Brassicanapus) [J].Food Chemistry，2012，135(2)：616-622.

Study on Extraction and Purification of Polyphenols from Extraction

Residue of Lavender Essential Oil

ZHANG Te，WANG Xiu-li，LIN Yang，WU Xuan，LIU Qin

(CollegeofFoodScienceandEngineering，NanjingUniversityof

FinancesandEconomics，Nanjing210023，China)

Abstract：Using total phenolic content(TPC) as index,the extraction conditions of lavender polyphenols from extraction residue of lavender essential oil were optimized based on following factors：extraction solvent，solid-liquid ratio,extraction time and extraction temperature.Then the purification of lavender polyphenols was studied by using AB-8 macroporous resin as separation material.The results showed that the best solvent was 70% acidified acetone [V(acetone)∶V(HCl,1 mol·L-1)=70∶30].The extraction yield of polyphenols was the highest when the solid-liquid ratio was 1∶20(g∶mL)，extraction time was 1 h and extraction temperature was 40 ℃.The adsorption kinetic results showed that,the saturable adsorption of AB-8 macroporous resin was 2.5 mg·g-1,the adsorption rate reached more than 90% within 10 min and reached saturation in 20 min by controling the mass ratio of AB-8 resin and total phenolics at 450∶1，desorption could be completed with in 10 min with the desorption rate of 100% when methanol aqueous solution was used as elution solvent.And the lavender polyphenols could be completely eluted by 60% methanol solution.

Keywords：lavender；polyphenols；extraction；purification