劉清芝 ， 陳志偉， 牛永盛， 師進(jìn)生

(1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 化學(xué)與藥學(xué)院， 山東 青島 266109； 2. 山東理工大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院， 山東 淄博 255049)

馬尼拉草在環(huán)境建設(shè)中主要用于草坪[1-4]。每年修剪所得的馬尼拉草多數(shù)用于動物飼料或有機(jī)肥料制備等，附加值較少，且對于其化學(xué)成分了解甚少，缺乏更高價值的使用[3，5-7]。與其他高附加值的精油(玫瑰，薰衣草等)相比，馬尼拉草成本低(幾乎無成本)，且產(chǎn)量大(春秋兩季每周修剪一次)，因而對其精油的提取會產(chǎn)生相對較高的附加值。

植物精油的提取，目前應(yīng)用較廣的有水蒸氣蒸餾法，還有水中蒸餾、水上蒸餾、同時蒸餾萃取以及超臨界萃取等方法。過去提取藥材中的揮發(fā)油大多采用傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾(HD)[8]的方法，傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法雖然操作簡單[4]，但是提取出來的揮發(fā)油含量較少，實驗損失大；而且蒸餾后的藥材必須進(jìn)行第二次蒸餾以便提高純植物精油成分的純度。亞臨界萃取法[5]適合貴重材料或者難提取成分的提取，能夠?qū)崿F(xiàn)無溶劑殘留的特點，但是其設(shè)備投資大。水中蒸餾適用于成分穩(wěn)定的、能揮發(fā)而且難溶或不溶于水的植物成分的提取，但是由于植物長時間的浸泡，植物中的芳香成分將會有損失，植物長時間在100 ℃的水中浸泡導(dǎo)致植物中的芳香成分可能產(chǎn)生變質(zhì)[6-10]。水上蒸餾的優(yōu)點是提取出的芳香成分的品質(zhì)較好、蒸餾速度快，但芳香物質(zhì)在回流冷凝的過程中會流回到蒸餾水中，造成提取出來的揮發(fā)油成分不足[11-12]。蒸餾萃取法(SDE法)[13]被廣泛用于郁金香、馬鞭草、松針等植物中揮發(fā)性成分的提取及揮發(fā)性香氣研究等，具有水蒸氣蒸餾法不能比較的好處。SDE法是將水蒸氣蒸餾和溶劑的分離萃取過程結(jié)合起來，蒸餾萃取法實驗步驟少，溶劑用量少，樣品在實驗過程中損失比較低，提取量大。

本文采用在水蒸氣蒸餾法的基礎(chǔ)上使用揮發(fā)油提取器，直接提取馬尼拉草揮發(fā)油。通過正交實驗和單因素實驗得出馬尼拉草揮發(fā)油提取的最佳工藝，并使用同時蒸餾萃取法對工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1 實驗

將馬尼拉草樣品研磨成漿、密封保存，置于冰箱冷凍24 h;再置于冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥48 h;取草樣粉末100.00 g置于1 000 mL硬質(zhì)圓底燒瓶中，加入適量的高純水，并加入數(shù)粒磁子以防在加熱過程中產(chǎn)生爆沸現(xiàn)象，圓底燒瓶口用保鮮膜封好，浸泡一段時間；連接揮發(fā)油測定器和回流冷凝管，并檢測儀器的氣密性，向揮發(fā)油測定器加入高純水，達(dá)到刻度線時為止，同時在水層上方加入3.00 mL CH3COOCH2CH3；使用油浴鍋加熱處理，調(diào)節(jié)油浴鍋的控制溫度開關(guān)置200 ℃，緩緩加熱至水沸騰；加熱2 h后，停止加熱，冷卻至室溫(約為25 ℃)。打開揮發(fā)油提取器開關(guān)，將水層放出，取出油脂層；將油脂層置于10 mL容量瓶中，定容到10 mL，再稱量3.00 g Na2SO4進(jìn)行干燥，靜置24 h，稱量揮發(fā)油質(zhì)量，對產(chǎn)物進(jìn)行GC-MS分析。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 正交實驗

設(shè)計了L9(33)正交實驗，分別就加熱時間、加水量和馬尼拉草樣浸泡時間對馬尼拉草得油率的影響進(jìn)行分析。馬尼拉草樣為同一批次采集并處理。實驗結(jié)果表明:(1)影響馬尼拉草揮發(fā)油提取的最主要原因是加熱時間，其次是加水量，影響最小的是浸泡時間；(2)當(dāng)浸泡時間為6 h、加水量為400 mL、加熱時間為6 h時馬尼拉草揮發(fā)油的提取效率最大為0.51%；當(dāng)浸泡時間為6 h、加水量為600 mL、加熱時間為2 h時馬尼拉草揮發(fā)油的提取效率最小，為0.13%。

2.2 浸泡時間對馬尼拉草揮發(fā)油提取的影響

控制加熱時間為4 h，加水量為600 mL，浸泡時間為1、2、3、4、5、6 h時結(jié)果見圖1。由圖1可見，在1～4 h的范圍內(nèi)，隨著時間的增加，得油率逐漸上升，浸泡時間為4 h時得油率達(dá)到最大，為0.26%；當(dāng)浸泡時間繼續(xù)增加(4～6 h范圍內(nèi))時，得油率逐漸降低。因此，最佳浸泡時間為4 h。

圖1 得油率隨浸泡時間變化曲線

2.3 加水量對馬尼拉草揮發(fā)油提取的影響

浸泡時間為4 h、加熱時間為4 h，加水量為100、200、300、400、500、600、700、800 mL時實驗結(jié)果見圖2。由圖2可見，在加水量為100～400 mL范圍內(nèi)，隨著加水量的增加，得油率逐漸增加，400 mL時達(dá)到最大值，為0.31%；當(dāng)加水量繼續(xù)增加時(400～800 mL)得油率趨于平穩(wěn)，約0.31%；在800 mL之后，得油率有下降趨勢。因此，最佳加水量為400 mL。

2.4 加熱時間對馬尼拉草揮發(fā)油提取的影響

在控制浸泡時間為4 h、加水量為400 mL，加熱時間為1、2、3、4、5、6、7、8、9 h時實驗結(jié)果見圖3。由圖3可見，在加熱時間在1～6 h范圍內(nèi)，得油率隨加熱時間的增加而增加，在加熱時間為6 h時得油率達(dá)到最大值，為0.41%；當(dāng)加熱時間繼續(xù)增加時(6～9 h)得油率趨于平穩(wěn)，約0.4%。因此，可以得出馬尼拉草樣最佳加熱時間為6 h。

圖3 得油率隨加熱時間變化曲線

3 數(shù)據(jù)處理分析

揮發(fā)油通過GC-MS(見圖4)分析，經(jīng)過NIST08譜庫檢索、CAS號查詢等手段分析檢測，利用色譜峰面積校正歸一化法計算，獲得20種成分，見表1。由表1可知，在馬尼拉草揮發(fā)油成分中含量最高的是穿心蓮內(nèi)酯C20H30O5，含量為0.0059%；鄰苯二甲酸二丁酯C16H22O4含量次之，為0.0054%；揮發(fā)油中含量最少的為六甲基環(huán)三硅氧烷C6H18O3Si3和苯甲醛C7H6O，含量分別為0.0012%和0.0011%。

揮發(fā)油中包含烯烴、醛類、醇類、醚類、烷烴、酯類和呋喃7大類，還有油酸酰胺和哌嗪兩種物質(zhì)。烯烴類的3-芐基-1-丁烯，主要用作雌家蠅和雄家蠅的性引誘劑，有時作為毒物和殺蟲劑混用，此種植物殺蟲劑對環(huán)境無危害。醇類的植物醇和異植物醇，可用作生產(chǎn)維生素K1、維生素E等維生素的基本原料，對人體有利。酯類有穿心蓮內(nèi)酯、鄰苯二甲酸二丁酯和鄰苯二甲酸二異丁酯，穿心蓮內(nèi)酯具有清熱解毒的作用，在治療上呼吸道感染及痢疾或者急性胃腸炎等方面有特殊療效。呋喃有正丁基呋喃和2-正戊基呋喃，可用作香料的加工。

圖4 揮發(fā)油成分色譜圖

出峰時間min結(jié)束時間min成分名稱成分含量%2.9553.112正丁基呋喃C8H12O0.00214.1965.2093-芐基-1-丁烯C11H140.042111.16411.412正十八醛C18H36O0.004712.61812.86鄰苯二甲酸二丁酯C16H22O40.005413.33413.624穿心蓮內(nèi)酯C20H30O50.005913.99314.092鄰苯二甲酸二異丁酯C16H22O40.001814.33814.453仲丁醚C8H18O0.002314.51114.601植物醇C20H40O0.003515.23915.449苯甲醛C7H6O0.001115.63215.928異植物醇C20H40O0.003716.61716.856反式-2-己烯醛C6H10O0.004117.28517.371油酸酰胺C18H35NO0.001918.67918.805哌嗪C4H10N20.003120.11820.2412-正戊基呋喃C9H14O0.002520.24120.38順4-叔丁基環(huán)已烷羧酸C11H20O20.003221.88122.012叔丁基環(huán)已烷C10H200.003322.01222.135八甲基環(huán)四硅氧烷C8H24O4Si40.001422.23822.364二十烷C20H400.002322.42522.529二十一烷C21H420.001922.75522.855六甲基環(huán)三硅氧烷C6H18O3Si30.0012

4 結(jié)論

(1) 對馬尼拉草揮發(fā)油提取影響最大的是加熱時間，其次是加水量，影響最小的是浸泡時間，當(dāng)提取條件為加熱時間6 h、加水量400 mL、浸泡時間4 h時，揮發(fā)油最大提取率為0.41%。

(2) 利用GC-MS對馬尼拉草進(jìn)行分析檢索，共檢測出20種物質(zhì)，包括烷烴、烯烴、醛類、醇類、醚類和酯類，其中利用價值很高的物質(zhì)有3-芐基-1-丁烯、苯甲醛、植物醇、鄰苯二甲酸二丁酯和穿心蓮內(nèi)酯。

(3) 本實驗為馬尼拉草的深度研究提供了依據(jù)，為修剪的草料的再利用提供了參考。該實驗操作簡單、原材料易得，應(yīng)用于綜合實驗，豐富了實驗內(nèi)容，將前沿的科學(xué)技術(shù)及時用于教學(xué)實驗增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化了對學(xué)生專業(yè)技能培養(yǎng)。

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