百里香精油的提取工艺①

杨 敏

（云南农业大学香料研究所 云南昆明 650201）

百里香又名麝香草，唇形科百里香属多年生芳香植物，原产于地中海沿岸，广泛分布于世界各地。百里香花和叶具有强烈的芳香气味，在食用、药用和观赏等方面有应用价值，是人类应用最古老的调味香料之一。百里香精油具有抗氧化、杀菌、抑菌等特性［1-6］，广泛应用在食品、医药和化妆品等领域［7-12］。目前百里香精油的提取方法主要有水蒸气蒸馏法、有机溶剂萃取法和超临界流体萃取法。水蒸气蒸馏法温度高，有效香气成分易于分解［13］；溶剂萃取法在低温下操作可避免水解发生，但通常提取时间长达数小时，精油中存在残留溶剂，而且溶剂必须通过蒸馏除去，易发生不利的热降解反应；超临界流体萃取法是近年来发展的提取百里香精油的新方法，但设备昂贵，成本和操作技术要求较高。由于超临界流体萃取法工艺过程简单，提取温度低，萃取选择性较强，不会破坏精油的品质，可以得到香气纯正，性能优良的百里香精油，产品收率可达4.22%，因此应用前景较好。水蒸气蒸馏法是目前提取芳香植物精油普遍采用的方法，近年来国内很多学者对水蒸气蒸馏法提取百里香精油进行了研究，水蒸气蒸馏提取百里香精油的得率为1.59%，因为成本低，无溶剂残留，香味纯正，是目前提取百里香精油的最佳方法。近年，双水相萃取技术［14-15］引起了人们广泛关注，在生物化学和生物化工领域的产品分离和提取中被广泛应用。微胶囊技术能有效保护精油成分，双水相萃取技术选择性和专一性较高，提取挥发油的前景较好，但用于百里香精油提取的相关报道还较少。笔者结合微胶囊和双水相萃取技术，采用β-环糊精-硫酸钠双水相体系［16］提取百里香精油，通过正交试验法研究了β-环糊精浓度、硫酸钠浓度、萃取温度和萃取时间对提取百里香精油的影响，简化提取步骤，缩短提取时间，避免提取过程中由高温引起的氧化和聚合，降低能耗及生产费用，提高精油质量，优化工艺参数，筛选最佳提取工艺，为百里香精油提取工艺的进一步研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

百里香，购自安徽亳州药材公司；α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精，郑州万瑞达化工产品有限公司；硫酸钠（分析纯），中国医药上海试剂公司生产；95%乙醇（分析纯），上海化学试剂厂。

LK粉碎机，上海隆拓仪器设备有限公司；挥发油测定器，上海青浦沪西仪器厂；KDC-160HR高速冷冻离心机，中国科大创新科技有限公司；电热恒温水浴锅，北京市永光明医疗仪器厂；RE-5205旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂。

1.2 方法

1.2.1 微胶囊双水相体系萃取百里香工艺流程

百里香粉碎，加入40%乙醇浸泡24 h，过滤，滤液加入β-环糊精和硫酸钠，搅拌静置，糊精相离心，糊精囊化物加入95%乙醇搅拌释放囊心，离心，百里香精油和乙醇减压蒸馏，得到百里香精油

1.2.2 百里香样液的制备

在粉碎机中加入百里香250 g粉碎并过筛，然后加入40%乙醇溶液浸泡百里香24 h，料液比1∶2，抽滤，再加入40%乙醇溶液浸泡滤渣24 h，抽滤，合并滤液备用。

1.2.3 囊壁材料的选择

采用α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精3种壁材制备百里香精油微胶囊，通过比较精油微胶囊密度及水溶性，选择最佳的精油包裹材料。

1.2.4 微胶囊双水相体系的选择

为了比较百里香精油在不同水相中的分布，研究β-环糊精-硫酸钠体系和β-环糊精-氢氧化钠体系提取百里香精油的工艺，并采用单因素实验和正交实验对微胶囊双水相体系萃取百里香精油的工艺进行研究，获得提取百里香精油的最佳工艺。

精油收率/%＝RK/（1+RK）

其中R＝Vt/Vb（Vt，Vb分别是上、下相体积，mL）；K＝Ct/Cb（Ct，Cb分别是上下相百里香精油的质量浓度，mg/mL）

2 结果与分析

2.1 囊壁选择实验

由表1可知，采用α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精制备精油微胶囊，3种壁材包裹制备的精油微胶囊的密度差别较小。3种壁材制备的微胶囊溶解性有所不同，在水中溶解性较好的是用β-环糊精制备的精油微胶囊，没有分层现象，溶解性不好的是用α-环糊精和γ-环糊精制备的精油微胶囊，容易出现分层现象。因此，β-环糊精是最佳的囊壁材料。

表1 3种包裹方法得到的百里香精油微胶囊的物理性能

2.2 微胶囊双水相体系的选择

在离心管中加入30 mL百里香样液，45%的β-环糊精和20%的硫酸钠，40℃搅拌，通过分析百里香精油上、下相中的含量，测定百里香精油在2种体系中的分相能力。由表2可知，上相β-环糊精中主要是百里香精油，在这2个体系中的分布也不相同，比较了2种微胶囊双水相体系的K和精油回收率，可知K在β-环糊精-硫酸钠体系中较大，为89.8，精油回收率较高，可达95%。两个体系提取的百里香精油都具有强烈的药香味，颜色均为淡黄绿色，透明度较高的是β-环糊精-硫酸钠体系提取的精油。因此，β-环糊精-硫酸钠体系是最佳的微胶囊双水相体系。

表2 双水相体系的选择

2.3 β-环糊精-硫酸钠微胶囊双水相体系萃取百里香精油的影响因素研究

2.3.1β-环糊精浓度对百里香精油收率的影响

当萃取时间30 min，硫酸钠浓度15%，萃取温度40℃时，研究不同β-环糊精浓度（40%、45%、50%、55%、60%）对百里香精油收率的影响结果见图1。

图1 不同β-环糊精浓度对精油收率的影响

由图1可知，百里香精油收率随着β-环糊精浓度的增加而升高，但如果β-环糊精浓度超过55%精油收率就下降，原因是精油被包裹在过量的β-环糊精中，导致精油微胶囊难于释放，使得精油收率下降。因此，45%的β-环糊精浓度是最佳萃取浓度。

2.3.2 硫酸钠浓度对百里香精油收率的影响

当萃取时间30 min，ββ-环糊精浓度40%，萃取温度40℃时，不同硫酸钠浓度（15%、20%、25%、30%、35%）对精油收率的影响结果见图2。

图2 不同硫酸钠浓度对精油收率的影响

由图2可知，百里香精油收率随着硫酸钠浓度的增加而升高，但如果硫酸钠浓度超过30%精油收率就下降，原因是硫酸钠浓度增加后，改变了两相与水分子的竞争，进而双水相分配系数被改变，精油收率随之下降。因此，20%的硫酸钠浓度是最佳的萃取浓度。

2.3.3 萃取温度对百里香精油收率的影响

当萃取时间30 min，β-环糊精浓度45%，硫酸钠浓度20%时，不同萃取温度（30、35、40、45、50℃）对百里香精油收率的影响，试验结果见图3。

图3 不同萃取温度对精油收率的影响

由图3可知，百里香精油收率随着温度的升高而升高，当温度45℃时精油收率达到最高。若继续升高温度，会造成精油挥发损失，精油收率明显下降。因此，45℃是最佳的萃取温度。

2.3.4 萃取时间对百里香精油收率的影响

当β-环糊精浓度40%，硫酸钠浓度15%，萃取温度40℃时，不同萃取时间（10、20、30、40、50 min）对百里香精油收率的影响结果见图4。

由图4可知，百里香精油收率随着萃取时间的增加而升高，若延长萃取时间，精油收率不再升高。如果长时间萃取，精油中的酚类物质结构会被改变。因此，20 min是最佳的萃取时间。

2.4 环糊精-硫酸钠微胶囊双水相萃取百里香精油的正交试验

在单因素实验结果基础上，采用4因素3水平正交试验设计法，研究β-环糊精浓度、硫酸钠浓度、萃取温度和萃取时间4个因素对精油收率的影响，优化最佳萃取工艺参数，详见表3。

图4 不同萃取时间对精油收率的影响

微胶囊双水相萃取百里香精油的影响因素正交试验结果表明，硫酸钠浓度＞萃取时间＞β-环糊精浓度＞萃取温度。正交试验得到精油萃取的最佳组合为A2B2C3D1，即加入45%β-环糊精和20%硫酸钠在45℃下萃取20 min，精油收率可达95.22%。

3 讨论与结论

本研究采用β-环糊精-硫酸钠双水相体系提取百里香精油，研究了萃取时间、β-环糊精浓度、硫酸钠浓度和萃取温度对提取百里香精油的影响，结果表明：影响百里香精油收率的因素依次为硫酸钠浓度、萃取时间、β-环糊精浓度、萃取温度。本研究建立了微胶囊双水相提取百里香精油的方法，通过正交试验得到提取百里香精油的最佳条件为：β-环糊精浓度45%，硫酸钠浓度20%，45℃下萃取20 min，精油平均收率可达95%以上。

微胶囊双水相法可用于醛、酮、醇等弱极性至无极性香味成分的提取，而且能分离细胞匀浆中的极微小碎片，提取过程避免加热和相变，分相时间短，仅为5～15 min，大多数情况下，目标产物的收率高于90%，容易连续操作和工程放大，而且处理容量大，工艺步骤少，提取质量高，能耗及生产费用低，主要用于生物大分子物质和中草药有效成分的分离。微胶囊双水相法提取植物精油，能有效地保护精油的天然组分，提取过程不会发生高温、氧化、聚合等情况，调整精油和盐的用量即可改变分配比，控制囊化萃取物中精油的成分比例，达到有目的和最有效的囊化萃取，从而有效地保护目标产品在提取过程中的化学和物理性质，应用前景较好。王娣等［17］采用微胶囊双水相体系萃取百里香精油，结果表明微胶囊双水相体系中硫酸钠浓度对精油收率的影响最为显著，其次是β-环糊精浓度和萃取温度。最佳工艺条件是在45℃下加入0.45 g/mLβ-环糊精和0.20 g/mL硫酸钠，百里香精油的收率可达95%，与本研究结果相似。

本研究采用正交实验法研究了β-环糊精浓度、硫酸钠浓度、萃取温度和萃取时间4个因素对精油收率的影响，结果表明，最佳萃取时间为20 min，因此本工艺只需进行20 min萃取，精油收率就可达95%以上。王娣等［18］利用超临界CO2提取百里香精油，试验得出制备百里香精油的工艺条件为：萃取压力25 MPa，萃取温度40℃，萃取时间4 h，萃取收率为4.22%。因此，传统提取百里香精油的方法存在着提取时间长，收率不高等问题。本研究不但简化了提取步骤，缩短了提取时间，能耗及生产费用低，提取的精油质量高，而且在低温常压下操作，安全无毒，简单快捷，提取百里香精油的前景较好。因此，采用微胶囊双水相技术提取百里香精油的优越性是传统提取法不可比拟的，可广泛应用于植物挥发油的提取。

表3 正交试验结果

百里香应用广泛，在食用、药用、观赏方面具有重要开发价值，是一种开发潜力较大的芳香植物。百里香香味清香、持久，可在日化产品和食品中广泛应用，而且在抗氧化、抗菌消炎、抗癌抗病毒、防治血栓等方面具有重要的药用价值。本研究采用β-环糊精-硫酸钠双水相体系提取百里香精油，精油收率可达95%，而且能简化提取步骤，降低能耗，值得进一步开发应用。百里香属植物种类多，今后要加强百里香在抗病毒方面的研究，并扩大种植面积，进一步深入探索微胶囊双水相技术提取百里香精油的工艺，提高精油的品质，发展百里香产业，开发利用好这一重要天然香料资源。