馬賢波，李新漢，張富琴，陳名紅，葉艷青，黃超

云南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，昆明 650500

近年來(lái)，開發(fā)和利用天然產(chǎn)物有效成分，綠色安全制造有利于人體健康的化學(xué)產(chǎn)品已成為工業(yè)生產(chǎn)和化學(xué)教育的重要方向[1]。鮮花作為簡(jiǎn)單易得的經(jīng)濟(jì)作物，其含有的精油、色素等成分常添加應(yīng)用于日用化學(xué)品的制備中而廣受大眾青睞。例如知名度較高的多年生亞灌木，具有“芳香之王”美譽(yù)的唇形科薰衣草屬植物——薰衣草，現(xiàn)代研究表明薰衣草及其精油中的芳香成分具有抗菌、抗焦慮、抗氧化、抗突變等功效[2]，為我們認(rèn)識(shí)神奇化學(xué)世界和加工化學(xué)產(chǎn)品提供了天然材料。大多數(shù)高校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中包含“菠菜色素的提取”“黃連素的提取”等天然產(chǎn)物的提取實(shí)驗(yàn)，涵蓋分離、提取、純化等過(guò)程，但是，將提取天然產(chǎn)物應(yīng)用于制備鮮花香皂的教學(xué)實(shí)驗(yàn)卻鮮有報(bào)道。因此，我們結(jié)合實(shí)驗(yàn)可操作性和本校多年教學(xué)基礎(chǔ)[3,4]，設(shè)計(jì)將提取到的鮮花色素和精油加入到透明皂的制備當(dāng)中，制成了日用的鮮花香皂產(chǎn)品。

本文介紹了鮮花香皂的制備，該實(shí)驗(yàn)是集創(chuàng)新性、系統(tǒng)性、連貫性于一體的綜合性實(shí)驗(yàn)，很大程度上提高了學(xué)生獨(dú)立思考、動(dòng)手操作和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。學(xué)生通過(guò)動(dòng)手制作鮮花香皂，將化學(xué)知識(shí)充分運(yùn)用于我們的日常生活中，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，師生之間樂教樂學(xué)。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

(1) 通過(guò)薰衣草中色素、精油的提取和透明皂的制備三個(gè)實(shí)驗(yàn)了解天然產(chǎn)物中有效成分提取以及分離提純方法，與此同時(shí)，掌握皂化反應(yīng)基本原理；

(2) 掌握天然產(chǎn)物中有效成分提取、添加混合和透明皂制備的操作方法；

(3) 掌握溶劑浸提法、水蒸氣蒸餾的基本原理和方法。

2 實(shí)驗(yàn)原理

吳霞課題組[5]對(duì)薰衣草化學(xué)成分進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)將分離得到的黃酮類化合物在薄層色譜上進(jìn)行酸水解檢識(shí)出葡萄糖，證實(shí)為苷類。黃酮類化合物廣泛分布于植物界中，且易溶于水，水溶液色澤鮮艷且著色能力強(qiáng)[6]?；诖祟惢衔锏奈锢硇再|(zhì)，可采用溶劑浸提法提取薰衣草色素。另外從薰衣草中提取出來(lái)的薰衣草精油作為天然植物提取物，包括芳樟醇、乙酸芳樟酯、乙酸薰衣草酯、薰衣草醇和樟腦等主要成分[7]。對(duì)于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的薰衣草精油則多采用水蒸氣蒸餾法提取，利用高溫水蒸氣將精油從薰衣草中蒸餾出來(lái)，再經(jīng)冷凝形成乳白色的油水混合物，最后利用油水不互溶原理經(jīng)分液分離混合液體。油脂在酸或堿的催化下會(huì)發(fā)生水解，利用油脂的此類性質(zhì)，在氫氧化鈉介質(zhì)下經(jīng)熱誘導(dǎo)，硬脂酸甘油酯發(fā)生皂化反應(yīng)生成硬脂酸鈉，即為肥皂的主要成分[8]。其反應(yīng)式見圖1。

圖1 硬脂酸皂化反應(yīng)式

本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于將三個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新性改進(jìn)并串聯(lián)為一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，以提高其效率、減少試劑能耗和全過(guò)程提升。用樹脂吸附提取可得到天然優(yōu)質(zhì)的薰衣草紅色素[9]，但考慮到實(shí)際推廣難度，不予采用此方法提取色素。查閱文獻(xiàn)我們發(fā)現(xiàn)薰衣草色素和玫瑰花色素含有相同呈色功能的黃酮類化合物，因此借鑒了更利于操作的玫瑰花色素提取方法來(lái)提取薰衣草色素。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，王方課題組[10]通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)研究表明：玫瑰花紅色素提取的最佳條件為：70% (V/V)，乙醇為溶劑，pH值為1.0，物料比(m/V)為1 : 8，浸提溫度60 °C，時(shí)間為1 h。結(jié)合王方課題組的工作，將提取到的天然產(chǎn)物有效成分加入到透明皂的制備當(dāng)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在提取玫瑰花紅色素的實(shí)驗(yàn)中，調(diào)節(jié)pH值為3.0時(shí)也有一樣的效果。降低提取時(shí)酸的用量，為后續(xù)皂化反應(yīng)降低堿的用量和實(shí)現(xiàn)連貫綜合制備鮮花香皂打下基礎(chǔ)。

3 儀器和試劑

儀器：分析天平(上海天平儀器廠)、電爐(北京市永光明醫(yī)療有限公司)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(N-1100D-WD，東京理化(日本))、燒杯(150 mL、50 mL)、量筒、玻璃棒、玻璃管、圓底燒瓶、三頸燒瓶、分液漏斗、水蒸氣發(fā)生裝置、溫度計(jì)、冷凝管、蒸餾頭、尾接管、膠管若干、錐形瓶、模具(市售商品)等，除特殊標(biāo)注外均從上海仁科生物科技有限公司購(gòu)買。

材料：鮮花(以薰衣草為例，市售的干薰衣草或者鮮薰衣草均可)、牛油(市售商品)。

試劑：無(wú)水乙醇、蒸餾水(課題組制備)、冰醋酸、蓖麻油、氫氧化鈉、蔗糖、丙三醇、NaCl、無(wú)水Na2SO4等。除特殊標(biāo)注外，試劑均為分析純，均購(gòu)自阿拉丁生化科技股份有限公司。

其他：pH試紙、稱量紙、藥匙、剪刀、鑷子等，均購(gòu)自上海仁科生物科技有限公司。

4 實(shí)驗(yàn)操作步驟

4.1 鮮花色素提取實(shí)驗(yàn)

稱取20.0 g薰衣草，洗凈后剪碎放入錐形瓶中，加入無(wú)水乙醇50 mL并用冰醋酸調(diào)pH至3.0左右，裝入圓底燒瓶中，在60 °C下持續(xù)加熱1 h，用紗布過(guò)濾以后得到薰衣草色素提取液，重復(fù)2–3次反復(fù)提取至無(wú)色，將所有提取液合并，旋蒸后得到薰衣草色素濃縮液。全程大致需要80 min。

4.2 鮮花精油提取實(shí)驗(yàn)

稱取干薰衣草200.0 g按照花液比(m/V)為1 : 7進(jìn)行粉碎(其中m單位為g，V單位為mL)，添加一定量的NaCl溶液使之與粉碎液混合，然后將其轉(zhuǎn)移到蒸餾釜中進(jìn)行薰衣草精油的提取。先回流1 h，然后進(jìn)行過(guò)濾。搭建水蒸氣蒸餾裝置，將濾液進(jìn)行水蒸氣蒸餾30 min，得到油水混合物。對(duì)分層的餾出液進(jìn)行萃取，在萃取液中加入少量無(wú)水Na2SO4，最后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行濃縮，得到薰衣草精油，全程大致需要120 min。

4.3 透明皂制作實(shí)驗(yàn)

稱取7.0 g牛油，加入12 mL蓖麻油攪拌混合均勻，再加入30% (質(zhì)量百分比，后文同) NaOH 9 mL和95%乙醇5 mL，水浴加熱至80 °C左右勻速攪拌10–15 min，待皂化反應(yīng)完全后停止加熱，再加入2.0 g甘油、3%蔗糖8 mL和5 mL水，不斷攪拌混勻后降至60–70 °C，倒入冷模中冷卻定型即可得到透明皂。全程大致需30 min。

4.4 鮮花香皂制作實(shí)驗(yàn)

稱取7.0 g牛油，加入12 mL蓖麻油攪拌混合均勻，再加入20% NaOH 9 mL和60%乙醇5 mL，水浴加熱至80 °C左右勻速攪拌10–15 min，待皂化反應(yīng)完全后停止加熱，再加入2.0 g甘油、3%蔗糖8 mL、薰衣草色素濃縮液5 mL、薰衣草精油濃縮液5滴，不斷攪拌混勻后降至60–70 °C，倒入冷模中冷卻定型即可得到鮮花香皂。

5 結(jié)果與討論

5.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

由表1可知，制備透明皂和鮮花香皂所需時(shí)間以及加熱溫度差不多。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，制備鮮花香皂所需的NaOH溶液濃度和乙醇溶液濃度相比透明皂的制備要稍低。從薰衣草中提取色素和精油的實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間都是固定的，危險(xiǎn)性低，重現(xiàn)性高，便于教學(xué)推廣。

表1 實(shí)驗(yàn)相關(guān)條件對(duì)比

5.2 實(shí)際教學(xué)結(jié)果分析

本科有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中如“菠菜色素的提取”“黃連素的提取”“水蒸氣的蒸餾”等實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以及考查范圍有一定局限性，無(wú)法達(dá)到綜合性的教學(xué)目標(biāo)，并且實(shí)驗(yàn)過(guò)程枯燥乏味，學(xué)生無(wú)法對(duì)學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生興趣，教學(xué)和學(xué)習(xí)效果不佳，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了該綜合性實(shí)驗(yàn)，在串聯(lián)三個(gè)已有實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)達(dá)到相同的效果。本實(shí)驗(yàn)納入本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生從鮮花色素的提取、鮮花精油的提取、透明皂的制備做起，具有連貫性和系統(tǒng)性。學(xué)生參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，制作出鮮花香皂，親身體會(huì)到化學(xué)與我們的生活息息相關(guān)。實(shí)驗(yàn)取得了很好的教學(xué)效果，不僅提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和科研思維，更提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和綠色環(huán)保意識(shí)。

6 實(shí)驗(yàn)開設(shè)建議

(1) 本實(shí)驗(yàn)面向化學(xué)類專業(yè)本科高年級(jí)學(xué)生開設(shè)，可作為有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的選修實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。由于本實(shí)驗(yàn)綜合性很強(qiáng)，完整做一次實(shí)驗(yàn)時(shí)間約為4 h。一次實(shí)驗(yàn)課可有15–25人參加，每組2–3人，一年中開設(shè)兩輪：上半年4–6月，下半年9–10月。實(shí)驗(yàn)集中在一天完成。本實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)證，大概需要5個(gè)課時(shí)，其中1個(gè)課時(shí)作為由教師做知識(shí)補(bǔ)充，剩下4個(gè)課時(shí)完成實(shí)驗(yàn)部分。具體課時(shí)可分配如下：鮮花色素的提取1個(gè)課時(shí)，鮮花精油提取2個(gè)課時(shí)，最后制備鮮花香皂1個(gè)課時(shí)。

(2) 實(shí)驗(yàn)開始前一周，指導(dǎo)教師布置學(xué)生查閱相關(guān)資料，如天然產(chǎn)物的提取、水蒸氣蒸餾、透明皂的制備等操作，并完成思考題。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，指導(dǎo)教師需提醒學(xué)生注意：在制備鮮花香皂時(shí)，要控制好實(shí)驗(yàn)的溫度；在加入蓖麻油時(shí)，反應(yīng)時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，在加入20% NaOH和60%乙醇后要迅速攪拌，并且要確保酯化反應(yīng)完全時(shí)才可以停止加熱。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要求學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

(3) 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)學(xué)生親身經(jīng)歷鮮花香皂的制作過(guò)程，從一開始的色素和精油的提取，到完成一塊鮮花香皂的制備，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)變得生動(dòng)有趣，大大激發(fā)了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)熱情。這樣的綜合性實(shí)驗(yàn)，鍛煉了學(xué)生的綜合能力、實(shí)踐能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)驗(yàn)技能。

7 思考題

(1) 提取薰衣草色素時(shí)為什么要調(diào)pH至3.0左右？過(guò)高或過(guò)低會(huì)有什么影響？

(2) 提取薰衣草精油時(shí)為什么要先進(jìn)行冷凝回流？對(duì)產(chǎn)率有什么影響？

(3) 水蒸氣蒸餾時(shí)溫度如何控制？沒有蒸氣進(jìn)入三頸燒瓶中時(shí)要如何處理？

(4) 制備透明皂中加入甘油、蔗糖的目的是什么？

(5) 制備透明皂時(shí)如何檢驗(yàn)皂化反應(yīng)發(fā)生完全？

(6) 制備透明皂時(shí)溫度過(guò)高或過(guò)低對(duì)皂化反應(yīng)有何影響？出現(xiàn)油脂不凝固應(yīng)該如何處理？油脂凝固至無(wú)法攪動(dòng)該如何處理？

8 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)結(jié)合了豐產(chǎn)天然產(chǎn)物鮮花色素和精油的提取以及透明皂的制備，基于以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)——鮮花香皂的制備，該實(shí)驗(yàn)利用毒性低且便于獲取的化學(xué)試劑代替性質(zhì)相似但有危害的試劑。通過(guò)該綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了綠色、高效、簡(jiǎn)便提取天然產(chǎn)物有效成分和制作鮮花香皂全過(guò)程操作，并對(duì)香皂日化產(chǎn)品有了更深入的認(rèn)知。我們期望通過(guò)該綜合實(shí)驗(yàn)，達(dá)到提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、拓展學(xué)生綜合素質(zhì)、寓教于樂的目的。