山苍子精油的提取及缓释凝胶制备

王梦茵， 王浩楠， 王文荣， 何建宇， 柯金炼， 苏良佺， 卢玉栋*

（1. 福建师范大学 化学与材料学院，福建省高分子材料重点实验室，福建 福州 350007； 2. 福建省林业科学研究院，福建 福州 350012）

山苍子又名山鸡椒等，属樟科木姜子属落叶小乔木，主要分布于亚洲东部和太平洋诸岛[1-2]。山苍子油是从山苍子果中提取得到的天然精油，含有柠檬醛、高级醇、有机酸等，呈微黄色，其有非常强烈柠檬味[3-4]。我国是世界上最大的山苍子油生产和输出国[5]。有研究表明，山苍子油具有驱蚊防虫的活性成分[6-8]，一般认为是精油中的柠檬醛、D-柠檬烯刺激蚊虫的嗅觉神经元而引起了蚊虫的主动躲避行为[9-10]。此外山苍子各部位所提取的油还有抗菌、抗炎、抗氧化[11]、抗癌等一系列生物活性[12]，与其所含成分息息相关。以山苍子油为原料制成的驱蚊防虫产品、抗菌保鲜膜[13]及用于临床治疗的各类药品能发挥有效的作用。尽管如此，由于山苍子油易挥发，且主要成分柠檬醛是热敏性物质，在光照、空气中容易发生氧化，使其香气特性和药性发作变化[14-15]，极大地限制了山苍子油应用范围。因此，适当的处理以提高山苍子油的稳定性，对山苍子油的应用有极大推动作用。

目前已有许多将山苍子油制成乳化剂或微胶囊化等的包埋工艺研究[16-17]，本文首次采用凝胶法。凝胶是外观均匀并保持一定形态的弹性半固体，由一定浓度的高分子溶液或溶胶增大粘度后失去流动性形成[18]。采用凝胶法包埋山苍子油，可以有效减缓精油挥发，制作工艺简便、可行，产品质地优良、均匀细腻，适用多种场合，稳定性良好。

1 实验

1.1 仪器和药品

山苍子果（福州秋垄心田农业科技有限公司），卡波姆940（AR，国药集团化学试剂有限公司），海藻酸钠（AR，国药集团化学试剂有限公司），三乙醇胺（AR，国药集团化学试剂有限公司），氯化钙（AR，国药集团化学试剂有限公司），Span80（AR，国药集团化学试剂有限公司），Tween80（AR，国药集团化学试剂有限公司），山茶油（福建胜华农业科技发展有限公司）。

均质机（上海力辰仪器科技有限公司），蒸馏器（上海力辰仪器科技有限公司）。

1.2 山苍子精油的提取

称取一定质量的新鲜山苍子，加入1 000 mL蒸馏烧瓶中，加入一定量蒸馏水，连接挥发油测定器，加热至一定温度，设定时间，提取完毕后将提取出的山苍子精油转移至已称量好的小烧杯中称量，计算得率，山苍子精油得率计算公式如式（1）所示。

1.3 GC-MS检测方法

1.3.1 气相色谱条件

采用DB-35MS 色谱柱（25 m×0.20 mm×0.20 μm），进样口温度230℃，柱温50℃，程序升温：初始温度50℃保持2 min，接着以5℃/min 升至180℃保持8 min，升温速度10℃/min升至280℃保持2 min。分流比100∶1，进样量1 µL，柱流量为1 mL/min。载气为氦气，流速为1 mL/min。

1.3.2 质谱条件

离子源为EI 70 eV，离子源温度230℃，接口温度为280℃，溶剂延迟时间3 min，扫描质量范围30～500 m/z。

首先吸取50 µL山苍子精油，用正己烷溶解，定容到1 mL，再稀释10倍进行上机。采用NIST质谱图库进行鉴定，用峰面积归一化法进行定量分析。

1.4 山苍子精油凝胶剂的制备

根据参考文献[19]调整后采用如下方法制备：取100 mL洁净的烧杯，倒入50 mL的蒸馏水，将1.0 g基质（卡波姆940、海藻酸钠、聚丙烯酸钠）缓慢加到蒸馏水上，并放到50℃的水浴加热，开启磁力搅拌器，待搅拌均匀后，加甘油10 mL，将含有山苍子精油的乳液倒入凝胶基质中，在水浴下继续搅拌一定时间，加入凝固剂（三乙醇胺或氯化钙），搅拌均匀后，导入模具，冷却，即得山苍子精油凝胶剂。

2 结果与讨论

2.1 山苍子精油的提取

2.1.1 蒸馏时间对山苍子精油提取率的影响

为了考察蒸馏时间对山苍子精油提取率的影响，保持蒸馏温度80℃，料液比1∶4的条件下，分别测定了不同蒸馏时间后山苍子精油的提取率，结果如表1所示。

表1 蒸馏时间对山苍子精油提取率的影响

从表1可以看出随着时间的增加，山苍子精油的提取率增加。当提取时间达到120 min时，山苍子精油的提取基本完成，山苍子精油的提取率为4.7%，其后随着时间的延长，提取率基本不变。

2.1.2 料液比对山苍子精油提取率的影响

为了考察不同料液比（山苍子与水的质量比）对山苍子精油提取率的影响，保持蒸馏温度80℃，蒸馏时间2 h的条件下，分别用1∶2、1∶3、1∶4、1∶5的料液比进行山苍子精油提取，结果如表2所示。

表2 料液比对山苍子精油提取率的影响

从表2可知当料液比从1∶2增加至1∶4时，山苍子精油的提取率会随之增加，料液比为1∶4时，山苍子精油的提取率为4.8%。因此提高料液比会加快提取的速度，提高山苍子精油的提取率，但料液比继续增加时，山苍子精油的提取率反而下降了，这是由于水用量太多，造成精油溶解在水里的量增大，因此获得精油的质量反而不如1∶4料液比，因此要选择合适的料液比。

2.1.3 温度对山苍子精油提取率的影响

为了考察温度对山苍子精油提取率的影响，保持料液比1∶4，蒸馏时间2 h的条件下，分别在50、60、70、80、90℃条件下进行山苍子精油提取，结果如表3所示。

表3 温度对山苍子精油提取率的影响

从表3可知，随着温度的不断提高，山苍子精油提取率呈先上升后下降的趋势，在80℃的条件下提取山苍子精油，提取率达到最高，为4.9%。进一步提高温度，由于温度过高造成精油挥发，得率反而下降。所以最佳提取温度为80℃。

在韩艳利等[20]的提取实验中，水蒸气蒸馏法提取山苍子油的最佳条件为料液比为 1∶20，提取时间为 4 h，得率为 3.17%，本实验在温度80℃，料液比1∶4，蒸馏时间2 h的条件下精油得率为4.9%，在考虑了提取温度的影响后，更高的料液比是精油得率更高的关键原因，此外山苍子果产地及采摘季节不同也会造成一定影响。

2.2 山苍子精油成分分析

运用GC-MS技术分析山苍子精油成分，确定了其中25个组分，其相对百分含量占精油挥发性化学成分的95.24%。根据质谱图库鉴定，各化学成分在精油中的相对百分含量见表4。由表4可知，精油主要成分是柠檬醛（(Z)-柠檬醛和(E)-柠檬醛）、柠檬烯（9.09%）、芳樟醇（1.82%）、香茅醛（1.78%）、香叶醇（1.29%）等。其中提取得到柠檬醛含量为71.08%，属于较高水平，这与实验条件及山苍子品种有关。所测得有机物含量整体比例与其他文章[21]较为近似，其中与不同品种相比，柠檬烯和香茅醛的含量相对较少。

表4 山苍子精油化学成分及相对百分含量

2.3 山苍子精油的凝胶化

查询相关文献可得这些主要成分具有驱除蚊虫的功效，而山苍子精油属于食品添加剂，与目前传统的驱蚊产品如避蚊胺、拟除虫菊酯（以农药作为活性成分）相比，具有天然、安全、环保的功能。但由于精油挥发性太强，因此在使用的时候存在刺鼻、有效期太短的问题。后续研究尝试通过纳米乳化加凝胶的方法制备山苍子精油凝胶，解决了山苍子精油挥发性太强，味道过于刺鼻及有效期太短的问题。

2.3.1 空白凝胶剂配方的确定

本实验选择卡波姆940、海藻酸钠、聚丙烯酸钠为凝胶基质，用量范围为0.2%～1.5%，经实验选择1%这三种凝胶基质，分别选择三乙醇胺和氯化钙作为成型剂，选出合适的凝胶基质和成型剂。

由表5可知，成型剂三乙醇胺对凝胶成型具有重要的影响，发现随着成型剂添加量的增加，卡波姆940粘度不断上升，当比例为1∶1的时候，已成凝胶状。而海藻酸钠与聚丙烯酸钠利用三乙醇胺为成型剂不好成型。由表6可知，成型剂氯化钙对凝胶成型具有重要的影响，发现随着成型剂添加量的增加，海藻酸钠与聚丙烯酸钠的粘度不断上升，当比例为1∶1的时候，已成凝胶状。但综合考虑三乙醇胺的用量、凝胶基质的成本、用量及性能，本实验选择卡波姆940作为凝胶基质，三乙醇胺作为成型剂。

表5 三乙醇胺用量对凝胶剂的影响

表6 氯化钙用量对凝胶剂的影响

2.3.2 山苍子精油纳米乳液的制备

选择表6的配方为乳液配方，选择Span80、Tween80为乳化剂，山茶油为油相，山苍子精油为功能成分。实验中，分别称取油相、水相于两烧杯中，在搅拌下将水相缓慢加入油相，揽拌30 min后得到均一的粗乳液，将制备好的粗乳液进进行均质5 min，即得到均一的纳米乳液，搅拌冷却至室温备用。

表7 纳米乳液基础配方

2.3.3 山苍子精油凝胶的制备

取洁净的烧杯，倒入100 g的蒸馏水，将2 g卡波姆940加入蒸馏水，并放到50℃的水浴加热，缓慢搅拌，待搅拌均匀后，将50 g山苍子精油乳液倒入凝胶基质中，在水浴下继续搅拌10 min，加入适当比例的三乙醇胺，搅拌15 min，导入模具，冷却至室温，即得山苍子精油凝胶。

将山苍子精油凝胶、山苍子乳液、山苍子精油分别装在不同的烧杯中，保证三者精油质量一致。敞开置放于20平方左右的房间中，每天称其质量，计算山苍子精油的损失率。计算公式如式（2）～（4）所示。

由表8可知，随着时间的延长，山苍子精油的损失率不断增大。未处理的山苍子精油第一天损失率达到了12.32%，山苍子乳液达到了5.1%，而山苍子精油凝胶的损失率只有0.2%。未处理的山苍子精油，在10天的时候，已经完全挥发完整。山苍子纳米乳液在15天的时候损失率已经达到了95%以上，缓释期虽然比为处理的山苍子精油增大了很多，但还不够长。山苍子精油凝胶的精油损失率在15天的时候，损失率才8.65%，60天的时候损失率为31.08%，有明显的缓释效果。

表8 不同工艺制备以山苍子精油为基质的产品质量损失率比较（%）

3 小结

山苍子精油提取的最佳工艺条件为：提取温度为80℃，料液比为1∶4，提取时间为2小时。山苍子精油凝胶的制备工艺为：2%质量浓度的卡波姆940搅拌均匀后，加入50%的山苍子精油乳液，在水浴下继续搅拌10分钟，加入三乙醇胺，搅拌15分钟，导入模具，冷却至室温，制得山苍子精油凝胶。制备的山苍子精油凝胶外观均匀细腻，稳定性好，没有油水分离现象，释放期超过60天以上，其稳定的性质极大拓宽应用范围。