李 健，宋帅娣，刘 宁，陈姝娟

(哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150076)

万寿菊叶精油的提取及化学成分分析

李 健，宋帅娣，刘 宁，陈姝娟

(哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150076)

采用水蒸气蒸馏法提取黑龙江产万寿菊叶精油，通过单因素和正交试验，研究万寿菊叶精油提取的最佳工艺条件。结果表明：最佳工艺条件为料液比1:6、蒸馏时间5h、加热温度110℃，此条件下精油的产率为0.0944%。采用气相色谱-质谱法对精油的化学成分进行分析，共分离出31个峰，鉴定出其中的29个化合物，占总峰面积的93.55%。主要成分有异松油烯(37.02%)、2-异丙基-5-甲基-3-环己烯-1-酮(14.08%)、柠檬烯(13.08%)、β-罗勒烯(8.78%)、石竹烯(4.18%)。

万寿菊；精油；水蒸气蒸馏；化学成分；气相色谱-质谱

万寿菊学名Tagetes erecta L.，为菊科万寿菊属一年生草本植物，原产于热带美洲[1]，现已经传播到世界各地。其抗性强、适应性广、花期长、花型丰富、花色纯正且品种众多，在我国广泛栽培[2]。现在我国从北部到江南各省市自治区均有引种栽培。黑龙江省已成为全国最大的加工花卉种植大省，万寿菊种植面积占世界总种植面积的35.10%。万寿菊精油，用以调制拟香型优雅的香水、花露水和生产芳香医疗型化妆品。国外还用它配制食用香精、烟用香精和保健饮料[3]。

目前对于万寿菊的研究多集中于叶黄素方面，对于精油的化学成分也有一定的研究[4-8]，万寿菊精油具有抗氧化[9-10]、驱蚊[11-13]、抑菌[14-15]等生物活性。而有关黑龙江产万寿菊精油的提取及成分分析还尚未见报道，本研究拟采用正交试验方法优化水蒸气提取万寿菊叶精油条件，应用气相色谱-质谱(GC-MS)分析其化学成分，为万寿菊资源的综合利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

万寿菊 黑龙江省嘉宝生物技术开发有限公司。

挥发油测定器 自制；GC6890N-MS5973N型气相色谱-质谱联用仪 Agilent公司；FA2004N电子天平上海精密科学仪器有限公司；XT4200C电子天平 Precisa公司；HR2006搅拌机 飞利浦电子香港有限公司；W501升降恒温油浴锅 上海申胜生物有限公司。

1.2 方法

1.2.1 精油制备工艺流程

万寿菊叶→打浆→水蒸气蒸馏→油水混合物→冷冻除水→万寿菊叶精油

1.2.2 提取条件对精油产率的影响

先进行单因素试验，分别讨论料液比、破碎度、加盐量、加热温度、蒸馏时间对万寿菊叶精油提取率

的影响。

在单因素的基础上进行正交试验。根据前面单因素的试验结果，进一步优化参数。进行三因素三水平的正交试验，因素水平表见表1。

表1 L9(34)正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels in the L9(34) orthogonal array design

1.2.3 精油产率的计算

1.2.4 色谱条件

色谱柱：J&W DB-5石英毛细柱(30m×0.25mm，0.25μm)；升温程序：180℃保持1min，以20℃/min升至240℃，保持4min；载气(He)流速1.0mL/min，压力2.4kPa，进样量0.5μL；分流比10:1。

1.2.5 质谱条件

电子轰击(EI)离子源；电子能量70eV；传输线温度275℃；离子源温度200℃；母离子m/z 285；激活电压1.5V；质量扫描范围m/z 35～500。

2 结果与分析

2.1 不同提取条件对万寿菊叶精油产率的影响

2.1.1 料液比

称取500g万寿菊叶，打浆，加热温度120℃，蒸馏时间5h，料液比分别为1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7的情况下，研究不同液料比对万寿菊叶精油提取率的影响，结果如图1所示。

图1 料液比对万寿菊叶精油产率的影响Fig.1 Effect of material/liquid ratio on oil yield

从图1可以看出，万寿菊叶精油的产率随着料液比的减小是不断增加的，其中1:6时的提取率最大，1:2时的提取率最小。实验表明，并不是料液比越小越好，相反过小的料液比还会增加成本。

2.1.2 破碎度

称取500g万寿菊叶，料液比1:6，加热温度120℃，蒸馏时间5h，破碎程度分别为切碎、打浆(打浆1、打浆2)的情况下，研究不同破碎程度对万寿菊叶精油提取率的影响，结果如图2所示。

图2 破碎程度对万寿菊叶精油产率的影响Fig.2 Effect of breaking way of raw material on oil yield

从图2可以看出，万寿菊叶精油的产率随着破碎程度的增加是不断增加的，其中采用二档打浆时的产率最大，切碎时的产率最小。

2.1.3 加盐(NaCl)量

称取500g万寿菊叶，料液比1:6，打浆，加热温度120℃，蒸馏时间5h，加盐量分别为0、2%、4%、6%、10%的情况下，研究不同加盐量对万寿菊叶精油产率的影响，结果如图3所示。

图3 加盐量对万寿菊叶精油产率的影响Fig.3 Effect of salt amount on oil yield

由图3可以看出，万寿菊叶精油的产率随着加盐量的增加没有太大的变化。因此在此后的实验中采用不加盐的方式进行水蒸气蒸馏提取万寿菊叶精油。

2.1.4 加热温度

称取500g万寿菊叶，料液比1:6，加热温度120℃，蒸馏时间5h，加热温度分别为100、110、120、130、140℃时，研究不同加热温度对万寿菊精油产率的影响，结果如图4所示。

图4 加热温度对万寿菊叶精油产率的影响Fig.4 Effect of heating temperature on oil yield

从图4可以看出，万寿菊叶精油的产率随着加热温度的增加先增加后下降，其中110℃时产率最大，140℃时的产率最小。130℃是产率明显下降，140℃时产率显著下降，说明加热温度过高会造成蒸汽冷凝的不完全，从而导致产率的下降。

2.1.5 蒸馏时间

称取500g万寿菊叶，料液比1:6，打浆，加入2% NaCl，加热温度110℃，蒸馏时间5h，蒸馏时间分别为1、2、3、4、5、6h的情况下，研究不同蒸馏时间对万寿菊叶精油产率的影响，结果如图5所示。

图5 蒸馏时间对万寿菊叶精油产率的影响Fig.5 Effect of distillation duration on oil yield

从图5可以看出，万寿菊叶精油的产率随着蒸馏时间的增加先增加后下降，其中蒸馏4h时产率最大，1h时的产率最小。这表明蒸馏时间并不是越长越好，提取达到极限，再延长时间也无益处，反而会造成精油的损失，增加成本。

2.2 正交试验结果

从正交试验的结果可以看出，料液比、加热温度、蒸馏时间3个因素对万寿菊叶精油的产率均有影响。3个因素对精油的产率的影响程度的大小为加热温度＞蒸馏时间＞料液比。根据正交试验，得到最佳的提取工艺条件为A3B2C2，即最佳工艺条件为加热温度110℃、蒸馏时间5h、料液比1:6，在此条件下，万寿菊叶精油产率为0.0944%。

表2 水蒸气蒸馏法提取万寿菊叶精油工艺参数优化的正交试验设计及结果Table 2 L9(34) orthogonal array design layout and experimental results

2.3GC-MS分析条件

气相色谱：初始温度60℃，以2℃/min速率升温至240℃，进样口温度250℃，载气(氦气)柱流量1mL/ min。

质谱：电离方式EI，电离电压70V，离子源温度260℃，扫描质量范围20～600u。

成分解析：对照质谱数据库各组分相对含量依据离子流峰面积比确定。

2.4GC-MS分析

万寿菊叶精油经GC-MS分析所得到的气相色谱图共存在31个吸收峰(图6)，用面积归一化法计算出相对含量，相应质谱数据经计算机检索并结合文献查阅，共鉴定出29种化合物，占峰面积的93.55%，结果见表3。

图6 万寿菊叶精油总离子流图Fig.6 Total ion current chromatogram of essential oil from African marigold leaves

万寿菊叶精油的组成成分非常复杂，精油组分主要以萜类形式存在，占整个精油含量的92.74%，如异松油烯(37.02%)、柠檬烯(13.08%)、β-罗勒烯(8.78%)等12种单萜类化合物；石竹烯(4.18%)、莎草烯(0.15%)、β-甜没药烯(0.38%)等4种倍半萜类化合物。含氧化合物组

分有醇类、酮类、酯类、醛类等，如6,6-二甲基-双环[3.1.1]庚-2-烯-2-甲醇(1.95%)、4-松油醇(0.68%)、α-松油醇(0.86%)、植醇(0.79%)等4种醇类物质；2-异丙基-5-甲基-3-环己烯-1-酮(14.08%)1种酮类。

本实验测定出万寿菊叶精油中异松油烯的相对含量高达37.02%，异松油烯是广泛用于调制香料及作香化基础的原料，这可为万寿菊精油在化妆品行业中的广泛应用提供参考。

表3 万寿菊叶精油的化学组成与相对含量Table 3 Chemical components and their relative contents in essential oil from African marigold leaves

3 结 论

本实验采用水蒸气蒸馏法优选提取万寿菊叶精油的最佳工艺条件，在最佳工艺条件下，即加热温度110℃、蒸馏时间5h、料液比1:6，万寿菊叶精油的产率为0.0944%。采用水蒸气蒸馏法提取的万寿菊叶精油主要化学成分以萜烯类形式存在，主要成分有异松油烯(37.02%)、2-异丙基-5-甲基-3-环己烯-1-酮(14.08%)、柠檬烯(13.08%)、β-罗勒烯(8.78%)、石竹烯(4.18%)。

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Extraction and Chemical Composition Analysis of Essential Oil from African Marigold (Tagetes erecta L.) Leaves

LI Jian，SONG Shuai-di，LIU Ning，CHEN Shu-juan
(College of Food Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China)

The steam distillation extraction of essential oil from African marigold leaves was optimized for achieving maximum oil yield using single factor and orthogonal array design methods, and chemical composition analysis of the extracted oil was carried out using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The optimal conditions for oil extraction were found as follows: material-liquid ratio 1:6; distillation duration 5 h; and heating temperature 110 ℃, and the resultant oil yield was up to 0.0944%. The GC-MS analysis showed that 31 peaks were separated, and 29 of them were identified, accounting for 93.55% of the total peak area, and the main components were cyclohexene (37.02%), 2-isopropyl-5-methyl-3-cyclohexen-1-one (14.08%), limonene (13.08%), 3,7-dimethyl-1,3,6-octatriene (8.785%) and caryophyllene (4.18%).

African marigold (Tagetes erecta L.)；essential oil；steam distillation；chemical composition；GC-MS

TQ651.2

A

1002-6630(2010)18-0359-04

2010-05-26

黑龙江省嘉定生物技术开始有限公司合作横向课题(130103)

李健(1956—)，男，教授，学士，研究方向为食品化学。E-mail：lijian4852147@163.com