薩如拉，陳建興，春 花，棚橋光彥，趙雪梅*

(1.赤峰學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000； 2.內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)(集團(tuán))股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000； 3.日本岐阜大學(xué) 應(yīng)用生物科學(xué)部，岐阜 岐阜 501-1193)

高壓水蒸氣蒸餾法提取和厚樸樹枝有效精油成分

薩如拉1，陳建興1，春 花2，棚橋光彥3，趙雪梅1*

(1.赤峰學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000； 2.內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)(集團(tuán))股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000； 3.日本岐阜大學(xué) 應(yīng)用生物科學(xué)部，岐阜 岐阜 501-1193)

為了有效利用和厚樸的樹枝，在1.5、1.7、2.1 MPa等不同壓力條件下，對(duì)和厚樸樹枝進(jìn)行高壓水蒸氣蒸餾以提取有效成分厚樸酚與和厚樸酚。對(duì)蒸餾液和廢液進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析，并以有機(jī)溶劑提取出的厚樸酚與和厚樸酚作為全部提取量，計(jì)算厚樸酚與和厚樸酚的轉(zhuǎn)移率。結(jié)果表明，1.5 MPa高壓水蒸氣蒸餾的精油收率為4.53%，厚樸酚與和厚樸酚的轉(zhuǎn)移率分別為33.61%和30.59%。2.1 MPa高壓水蒸氣蒸餾的精油收率最高(9.05%)，但是厚樸酚與和厚樸酚的轉(zhuǎn)移率比1.5 MPa條件下的轉(zhuǎn)移率降低。在高溫高壓條件下，短時(shí)間內(nèi)從和厚樸樹枝中得到了高提取率的厚樸酚與和厚樸酚。和厚樸的蒸餾壓力越高，各成分的提取率越高，但隨著壓力的增加，提取成分有可能發(fā)生化學(xué)變化。

和厚樸樹枝； 高壓水蒸氣蒸餾法； 厚樸酚； 和厚樸酚

和厚樸(Magnoliaobvata)屬于木蘭科木蘭屬，小枝紫色，花白色，芳香，6—7月開花，主要分布于日本千島群島以南以及中國(guó)大陸的東北、廣州、青島、北京等地。適應(yīng)地區(qū)為山東半島、遼東半島和南部暖帶落葉闊葉林區(qū)東部。和厚樸是優(yōu)良的藥材樹種，樹皮(厚樸)藥用[1-2]。厚樸主要含酚類(厚樸酚、和厚樸酚)、生物堿類(木蘭箭毒堿)和揮發(fā)油類，油中主要為β-桉葉醇等成分。厚樸味苦、辛、性溫，主治濕阻脾胃，氣滯痞滿，胸脘悶脹，食欲不香，惡心、嘔吐，腹痛腹脹等病癥[3]。

和厚樸的樹根可以作為板材、樹皮作為中藥材利用，但樹枝和樹葉殘留在林地沒有被有效利用。林地殘材和厚樸樹枝及樹葉含有厚樸酚、和厚樸酚等有生理活性的成分，因此，這些殘材是未被利用的、可再生的生物質(zhì)資源。為了緩解化石資源枯竭、地球變暖、資源浪費(fèi)等問題，有必要研發(fā)這些資源的有效利用技術(shù)[4]。為了提高林地殘材的附加價(jià)值，高效提取和厚樸樹枝中的有效成分，在不同高壓條件下對(duì)和厚樸樹枝進(jìn)行了水蒸氣蒸餾，分析提取液的各成分收率、含量以及隨提取時(shí)間的變化，并以有機(jī)溶劑提取出的厚樸酚與和厚樸酚作為厚樸的全部提取量，計(jì)算各高壓水蒸氣蒸餾的厚樸酚與和厚樸酚的轉(zhuǎn)移率。

1 材料和方法

1.1 材料、試劑及儀器設(shè)備

材料：將采于岐阜大學(xué)應(yīng)用生物科學(xué)部附屬實(shí)驗(yàn)林的和厚樸樹枝干燥后使用。對(duì)照品：厚樸酚(批號(hào)：378-47992，英文名：magnolol，松浦藥業(yè))、和厚樸酚(批號(hào)：378-37293，英文名：honokiol，松浦藥業(yè))。試劑：乙醇、甲苯、乙酸乙酯、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、鹽酸。儀器設(shè)備：索氏提取器、油浴鍋、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、日阪高溫高壓成型設(shè)備HTP-40/58、三浦貫流蒸汽鍋爐FH-300、日本島津GCMS-QP5050A。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 和厚樸樹枝的有機(jī)溶劑提取 為了測(cè)定和厚樸樹枝(5.15 g，干質(zhì)量4.82 g)的全提取成分，進(jìn)行了有機(jī)溶劑提取[5]。在常壓下使用索氏提取器，將150 mL乙醇/甲苯的混合液(體積比1∶2)倒入平底燒瓶，在油浴中[(115±3)℃]進(jìn)行24 h回流濃縮。使用乙酸乙酯溶解提取物，加水進(jìn)行分液后去除水層。有機(jī)層里加NaHCO3溶液分液，回收水層。得到的有機(jī)層里再加NaOH溶液分液，同樣回收水層?；厥盏腘aOH水溶液和NaHCO3水溶液里分別加鹽酸，將溶液變成酸性。再把酸性溶液用乙酸乙酯分液、濃縮，得到和厚樸樹枝的目的提取成分，將其作為全部提取成分(精油)。利用式(1)計(jì)算精油收率，利用式(2)計(jì)算精油中各成分的含量。

精油收率=xo/Wo×100%

(1)

其中，xo：精油總質(zhì)量(g)，Wo：原料干質(zhì)量(g)。

各成分含量=x1/W1×100%

(2)

其中，x1：各成分的質(zhì)量(g)，W1：精油總質(zhì)量(g)。

蒸餾成分中加乙苯(C=0.1 mg/mL)作為內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行GC-MS分析。使用設(shè)備以及測(cè)定條件如下，GC：SHIMADZU GC-17A；GC-MS：SHIMADZU GCMS-QP5050A；毛細(xì)管柱：J&W Scientific DB-5MS,0.25 mm(I.D.)×30 m(L)×0.5 μm；載氣：He；控制方式：分裂；毛細(xì)管柱入口壓力：100 kPa；電離方式：EI；電壓：1.5 kV；測(cè)定方式：掃描。

和厚樸樹枝有機(jī)溶劑提取成分分析條件如下，進(jìn)樣溫度：250 ℃；氣化室溫度：300 ℃；升溫程序：初始溫度180 ℃，保持5 min，以5 ℃/min速率升至300 ℃，保持5 min；分析時(shí)間：5～34 min。

1.2.2 和厚樸樹枝的高壓水蒸氣蒸餾 將1.0 kg[干質(zhì)量935 g(2.1 MPa條件下鮮質(zhì)量600 g，干質(zhì)量561 g)]的和厚樸樹枝裝進(jìn)高壓水蒸氣蒸餾裝置中[6-8]，分別以1.5 MPa (196 ℃)、1.7 MPa(200 ℃)、2.1 MPa(214 ℃)作為蒸餾壓力，上升到設(shè)定的壓力后，于1.5 MPa、1.7 MPa分別回收0～20 min、20～30 min、30～40 min、40～50 min、50～60 min時(shí)間段的蒸餾液，于2.1 MPa分別回收0～10 min、10～20 min、20～30 min、30～40 min時(shí)間段的蒸餾液，最后回收廢液5 min。蒸餾液和廢液分別使用乙酸乙酯分液，硫酸鈉脫水有機(jī)層，濃縮干燥得到精油。稱量精油，利用式(1)求精油收率，并進(jìn)行GC-MS分析，分析測(cè)定條件同1.2.1。

2 結(jié)果與分析

2.1 和厚樸樹枝的有機(jī)溶劑提取結(jié)果

從和厚樸樹枝得到的乙醇/甲苯提取物為0.20 g，精油收率為4.15%。GC-MS色譜圖和主要峰值對(duì)應(yīng)的化合物見圖1，檢測(cè)到了厚樸酚、和厚樸酚、β-桉葉油醇等。精油各組分含量由各化合物峰面積和內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)峰面積比計(jì)算得到(以下相同)。厚樸酚為0.028 68 g，在精油中的含量為14.43%；和厚樸酚為0.004 55 g，含量為2.28%；倍半萜烯類為0.006 81 g，含量為3.41%。將該結(jié)果當(dāng)作和厚樸樹枝中包含的全部厚樸酚、和厚樸酚，作為計(jì)算轉(zhuǎn)移率的指標(biāo)。

2.2 和厚樸樹枝的高壓水蒸氣蒸餾結(jié)果

2.2.1 1.5 MPa的高壓水蒸氣蒸餾 在1.5 MPa的和厚樸樹枝高壓水蒸氣蒸餾中，回收了28.56 L的蒸餾液，得到了42.39 g精油成分，精油收率為4.53%。各蒸餾時(shí)間段的GC-MS色譜圖和主要峰值對(duì)應(yīng)的化合物見圖2，檢測(cè)出厚樸酚、和厚樸酚、倍半萜烯等成分。厚樸酚為1.87 g，在精油中的含量為4.41%；和厚樸酚為0.27 g，含量為0.64%；倍半萜烯類1.78 g，含量為4.20%。把有機(jī)溶劑提取值作為理論值，計(jì)算轉(zhuǎn)移率，厚樸酚、和厚樸酚的轉(zhuǎn)移率分別為33.61%、30.59%。從排水管中回收了1.9 L廢液，得到了1.07 g精油成分，精油收率為0.12%，厚樸酚、和厚樸酚的轉(zhuǎn)移率分別為1.53%、2.18%。各蒸餾時(shí)間的和厚樸樹枝蒸餾精油量和收率見表1。從表1可以看出，各蒸餾時(shí)間段中沒有明顯的成分變化，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)收率越來(lái)越少，0～20 min的收率最高。因?yàn)楹秃駱銟渲Φ臉淦げ糠指魵饨佑|的面積廣，在短時(shí)間內(nèi)高溫高壓的水蒸氣中，有效成分比較容易溶解并被蒸餾。

圖1 和厚樸樹枝有機(jī)溶劑提取成分的色譜圖和主要峰值對(duì)應(yīng)的化合物

圖2 和厚樸樹枝1.5 MPa水蒸氣蒸餾各時(shí)間段的蒸餾成分色譜圖和主要峰值對(duì)應(yīng)的化合物

蒸餾壓力/MPa項(xiàng)目0～20min20～30min30～40min40～50min50～60min1．5精油量/g22．937．115．113．783．46收率/%2．450．760．550．400．371．7精油量/g25．606．624．592．722．74收率/%2．740．710．490．290．292．1精油量/g35．838．416．55收率/%6．381．501．17

2.2.2 1.7 MPa的高壓水蒸氣蒸餾 1.7 MPa和厚樸樹枝的高壓水蒸氣蒸餾中回收了32.74 L蒸餾液，得到了42.27 g精油成分，精油收率為4.52%。各蒸餾時(shí)間段的GC-MS色譜圖和主要峰值對(duì)應(yīng)的化合物見圖3，檢測(cè)到了厚樸酚、和厚樸酚、倍半萜烯等。與1.5 MPa蒸餾成分幾乎相同，各蒸餾時(shí)間段中沒有明顯的成分變化。主要成分及含量為：厚樸酚1.76 g，在精油中的含量為4.06%；和厚樸酚0.26 g，含量為0.60%；倍半萜烯類1.32 g，含量為3.04%。厚樸酚的轉(zhuǎn)移率為31.64%，和厚樸酚的轉(zhuǎn)移率為29.46%。雖然跟1.5 MPa蒸餾的精油收率幾乎相同，但是厚樸酚、和厚樸酚的轉(zhuǎn)移率比1.5 MPa蒸餾降低，在高溫高壓條件下厚樸酚與和厚樸酚等精油成分有可能發(fā)生了化學(xué)變化。從廢液中得到了1.24 g精油成分，精油收率為0.13%；厚樸酚的轉(zhuǎn)移率為1.87%，和厚樸酚的轉(zhuǎn)移率為2.56%，雖然低于各時(shí)間段的收率和轉(zhuǎn)移率，但有效成分還少量殘留于廢液中。與1.5 MPa蒸餾相同，0～20 min的時(shí)間段得到了最高的收率，并隨時(shí)間的延長(zhǎng)收率減少。由于廢液里的精油成分含量很少，可以認(rèn)為高壓條件下精油成分幾乎全部溶解并且被蒸餾。

圖3 和厚樸樹枝1.7 MPa水蒸氣蒸餾各時(shí)間段的蒸餾成分色譜圖和主要峰值對(duì)應(yīng)的化合物

2.2.3 2.1 MPa的高壓水蒸氣蒸餾 在2.1 MPa和厚樸樹枝的高壓水蒸氣蒸餾中，回收了13.66 L蒸餾液，得到了50.79 g精油成分，精油收率為9.05%，得到了各條件中最大的收率。在高溫高壓條件下部分木材組織被破壞，蒸氣比較容易與精油接觸，提高了溶解度。各蒸餾時(shí)間段的GC-MS色譜圖和主要峰值對(duì)應(yīng)的化合物見圖4，主要成分還是厚樸酚、和厚樸酚、倍半萜烯等。比1.5、1.7 MPa的蒸餾檢測(cè)出了更多的峰值，并且各時(shí)間段的組成成分也有了很多變化。0～20 min時(shí)間段內(nèi)有C10H10O4、C10H12O、C15H24等單帖化合物、倍半萜烯等的峰值和C30H50O2等三萜類化合物的峰值。較早的時(shí)間段內(nèi)低分子量的化合物被蒸餾，隨著蒸餾時(shí)間的延長(zhǎng)，高沸點(diǎn)的物質(zhì)也被蒸餾。厚樸酚為0.95 g，在精油中的含量為1.87%；和厚樸酚為0.08 g，含量為0.16%；倍半萜烯類為1.24 g，含量為2.43%。厚樸酚的轉(zhuǎn)移率為28.46%，和厚樸酚的轉(zhuǎn)移率為15.11%。2.1 MPa蒸餾的收率約為1.5 MPa(40 min)、1.7 MPa(40 min)的2倍，但厚樸酚與和厚樸酚的轉(zhuǎn)移率減少。0～10 min時(shí)間段得到了最高的轉(zhuǎn)移率及最高收率(4.61%)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)收率和轉(zhuǎn)移率逐漸減少。2.1 MPa的高溫高壓水蒸氣蒸餾條件下，短時(shí)間內(nèi)促進(jìn)了和厚樸樹枝有效成分的溶解，并被蒸餾，但隨著蒸餾時(shí)間的延長(zhǎng)，一些溶解的化合物，包括厚樸酚與和厚樸酚有可能發(fā)生了化學(xué)變化而降低了轉(zhuǎn)移率。圖4顯示，在2.1 MPa和厚樸樹枝的蒸餾廢液中沒有檢測(cè)到厚樸酚、和厚樸酚，也就是說，在2.1 MPa條件下進(jìn)行40 min的水蒸氣蒸餾，目的成分完全被蒸餾，并得到了高收率。

圖4 和厚樸樹枝2.1 MPa水蒸氣蒸餾各時(shí)間段的蒸餾成分色譜圖和主要峰值對(duì)應(yīng)的化合物

3 結(jié)論與討論

為了有效利用林地殘材，對(duì)和厚樸樹枝進(jìn)行了1.5、1.7、2.1 MPa的高壓水蒸氣蒸餾，以提取生理活性成分厚樸酚與和厚樸酚。各高壓水蒸氣蒸餾能夠蒸餾出常壓水蒸氣蒸餾不能蒸餾到的難揮發(fā)性物質(zhì)厚樸酚、和厚樸酚，高壓水蒸氣蒸餾的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)得非常明顯。蒸餾壓力越高，和厚樸樹枝細(xì)胞中的精油成分越容易接觸水蒸氣，提高了蒸餾效率，縮短了蒸餾時(shí)間。1.5、1.7、2.1 MPa蒸餾的收率分別為4.53%、4.52%、9.05%，1.5 MPa的蒸餾中得到了厚樸酚(33.61%)、和厚樸酚(30.59%)的高轉(zhuǎn)移率。在2.1 MPa蒸餾中雖然得到了最高的收率，并且廢液中不含厚樸酚、和厚樸酚，但是厚樸酚與和厚樸酚的轉(zhuǎn)移率低于其他2個(gè)條件的轉(zhuǎn)移率，這是由于在高溫高壓條件下，溶解的精油成分發(fā)生了化學(xué)變化從而降低了轉(zhuǎn)移率，具體的化學(xué)變化待進(jìn)一步研究。根據(jù)以上結(jié)果，高壓水蒸氣蒸餾中，在一定壓力范圍內(nèi)，壓力越高對(duì)成分的蒸餾越有效果，但有些成分會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，所以必須根據(jù)被蒸餾的材料、提取成分而選擇適合的壓力范圍。本試驗(yàn)中，和厚樸樹枝在1.5 MPa(196 ℃)條件下的水蒸氣蒸餾中比較穩(wěn)定，其是最適合的蒸餾壓力。通過和厚樸樹枝有效成分提取試驗(yàn)，為林地殘材的進(jìn)一步研究和開發(fā)提供了試驗(yàn)依據(jù)，并提高了林地殘材的附加價(jià)值。

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Extraction of Active Components of Essential Oil inMagnoliaobvataTwigs by High Pressure Steam Processing

SA Rula1,CHEN Jianxing1,CHUN Hua2,TANAHASHI Mitsuhiko3,ZHAO Xuemei1*

(1.College of Life Science,Chifeng University,Chifeng 024000,China; 2.Inner Mongolia Mengniu Dairy(Group) Co.,Ltd,Hohhot 010000,China; 3.Faculty of Applied Biological Sciences,Gifu University,Gifu 501-1193,Japan)

In order to utilize the twigs ofMagnoliaobvataeffectively,they were extracted with high pressure steam distillation method to get magnolol and honokiol under three different pressure conditions,1.5,1.7,2.1 MPa.GC-MS was conducted to analyze the distillate and waste,and the yield of essential oil and the transfer rate of each component under different pressures were compared.The yield of essential oil under the high pressure of 1.5 MPa was 4.53%,and the transfer rates of magnolol and honokiol were 33.61% and 30.59%,respectively.The yield of essential oil under the high pressure of 2.1 MPa was 9.05%,but the transfer rates of magnolol and honokiol were decreased compared with the condition of 1.5 MPa.The results indicated that high extraction rate of magnolol and honokiol was obtained within a short period of time under the condition of high temperature and high pressure.The higher the pressure of steam processing extraction,the greater the yield of each component,but with the increase of pressure the extracted component may change chemically.

Magnoliaobvatatwig; high pressure steam processing; magnolol; honokiol

2017-02-16

赤峰學(xué)院科研項(xiàng)目(ZRYB200605)；內(nèi)蒙古教育廳高校資助項(xiàng)目(NJ10238)；內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目(NJZC16258)

薩如拉(1976-)，女，內(nèi)蒙古通遼人，講師，博士，主要從事生物質(zhì)資源有效利用技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用研究。 E-mail：sarula20081212@sohu.com

*通訊作者：趙雪梅(1973-)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，副教授，碩士，主要從事園林植物與觀賞園藝研究。 E-mail：zxm1133@126.com

R284.2

A

1004-3268(2017)05-0152-05