胡晓倩,朱洋洋,陈乐,吴永祥

(黄山学院生命与环境科学学院,黄山安徽,245041)

新鲜黄山贡菊叶中挥发油的提取＊

胡晓倩,朱洋洋,陈乐,吴永祥

(黄山学院生命与环境科学学院,黄山安徽,245041)

文中采用水蒸气蒸馏法对黄山贡菊新鲜根、茎、叶、花及干叶、干花中挥发油进行了提取实验,并用正交实验法对新鲜叶中挥发油的提取条件进行了优化。实验结果表明:从叶中提取的挥发油得率最高,pH值在 5～9之间对叶中挥发油的得率无明显影响,粒径大小、浸泡时间、料液比、蒸馏时间对挥发油的得率均有影响,优化后最佳提取工艺为粒径大小 4 mm、浸泡时间 12 h、料液比 (g∶mL)1∶3、蒸馏时间 4 h,挥发油得率达 0.002 0 mL/g,验证实验表明此工艺稳定、可行。

黄山贡菊叶,水蒸气蒸馏法,正交实验,挥发油

贡菊[Dendranthem a m orifolium(Ramat)Tzvel.cv.Gongju]中有效成分主要为挥发油、黄酮、绿原酸等[1-5],而挥发油有较好的药理作用,如抑菌性能[6]、抗氧化性能[7]、消炎作用[8]等。菊花根、嫩苗、叶、花均可入药,菊花茎叶与花序的药用功能相似[9],但目前对贡菊的研究和利用多集中在花序上,对贡菊干花中挥发油的提取工艺及组分都已有一定的研究,如秦民坚等测得从贡菊干花中提取的挥发油成分主要为萜类和倍半萜的含氧衍生物及烷烃类[10]。Shoji Yahara等从贡菊花中分得一种新的三萜棕榈酸酯[11]。一直以来,学者对黄山贡菊的根、茎、叶等部位的研究与利用较少。在贡菊的栽培过程中,会产生大量茎叶,如能将这些茎叶进行开发利用,则能大大提高药农收入,增加菊花栽培的经济效益。本研究拟着重对黄山贡菊叶中挥发油的提取工艺进行了研究,旨为作为药用和保健食品资源的黄山贡菊植株不同部位的综合开发利用提供实验参考依据。

1 实验材料与仪器

1.1 材料

黄山贡菊 [Dendranthem a m orifolium(Ramat)Tzvel.cv.Gongju]植株,采自黄山贡菊原产地黄山市歙县上丰赵村;贡菊干花,购于黄山市丰华大市场,由黄山学院生命与环境科学学院张慧冲副教授鉴定。

1.2 主要仪器

挥发油提取测定仪 (安徽省天长市千玻教学仪器有限公司),YP3001N电子天平 (上海精密科学仪器有限公司),DGX-9073B-2电热鼓风干燥箱 (上海福玛实验设备有限公司)。

2 实验方法

2.1 材料预处理

取新鲜贡菊植株,除去枯黄及坏死部分,清洗,晾干,摘下叶,切下根,把新鲜根、茎、叶装进保鲜袋放入冰箱备用。新鲜叶 60℃烘干,碎成粒径 2～4 mm备用。

2.2 水蒸气蒸馏法提取挥发油的基本步骤[12]

(1)用天平称取样品,碎成粒径 2～4 mm。向1 000 mL圆底烧瓶中加自来水、材料及沸石 5粒。

(2)烧瓶置电热套中连接电源 (电压为 150 V)缓缓加热至沸。在饱和水蒸气的渗透扩散作用下,贡菊内低沸点油分先被蒸出,在加大蒸气流量时,稍高沸点油分被蒸出,从而能高效提取挥发油。保持微沸至测定器中油滴不再增加,实验发现,约 4～5 h以后挥发油得量非常稳定。

(3)停止加热,放置片刻,开启活塞使油层下降至其上端恰与刻度 0线平齐,读取挥发油得量 (mL),并计算供样品中挥发油的得率 (mL/g)。

2.3 挥发油得率的计算

2.4 从贡菊干叶与干花中提取挥发油得率的比较

干叶和干花分别取材料 50 g,700 mL蒸馏水浸泡 12 h,按照方法 2.2分别提取其中的挥发油。

2.5 从新鲜贡菊植株不同部位(花、根、茎、叶)中提取挥发油

按照方法 2.2,分别取黄山贡菊不同部位 (花、根、茎、叶 )的材料 200 g,分别按照 1∶2、1∶2.5、1∶3(g∶mL)料液比加蒸馏水浸泡 12 h,在挥发油测定器中150 V蒸馏 5 h。

2.6 不同 pH值提取贡菊叶中的挥发油

按照方法 2.2,称取黄山贡菊叶 200 g,按 1∶3料液比加蒸馏水浸泡 12 h,提取时自然状态下的 pH值为 7,实验组用 1 mol/L的 HCl或 NaOH调 pH值分别为 5和 9。

2.7 正交实验法优化贡菊叶中挥发油的提取工艺

查阅有关文献资料[13]和根据进行的预实验,本实验选择粒径大小 (A)、浸泡时间 (B)、料液比 (C)、蒸馏时间(D)4个因素,以挥发油得率为考察指标,每个因素选择 3个水平,选用 L9(34)正交表进行实验,以期得到一种提取成本低但提取效率高,挥发油质量好的提取条件。

2.7.1 因素水平表的设置

表1 因素水平表

2.7.2 正交实验的方案

表2 正交实验方案

3 结果与分析

3.1 从黄山贡菊干叶与干花中提取挥发油得率的比较

表3 从黄山贡菊干叶与干花中提取挥发油的得率

从表 3可知,贡菊干叶中提取挥发油的得率为0.006 5 mL/g,显著高于从贡菊干花中提取挥发油的得率 0.003 8 mL/g。

3.2 新鲜贡菊植株不同部位(根、茎、叶、花)提取挥发油得率的比较

表4 新鲜贡菊植株不同部位(根、茎、叶、花)提取的挥发油的得率

从表 4可以看出,从新鲜贡菊植株不同部位(叶、茎、根、花)提取到的挥发油的量有显著差异,其中从新鲜贡菊叶中提取到的挥发油量最高,分别比茎中提取的约高 3倍,比根中提取的约高 7倍;从新鲜贡菊花中提取到的挥发油的量是微乎其微。作者所查到的文献资料基本都是以四大名菊 (贡菊、滁菊、杭菊、亳菊)的干花为研究对象的,但本实验研究表明,不论是从新鲜的贡菊叶中还是从贡菊干叶中,提取挥发油的得率要显著高于从花中的挥发油提取得率,这为黄山贡菊的研究开发提供了新的发展思路。目前,黄山贡菊的开发利用 40%用于医药配方,60%用于饮料方面。因此,黄山贡菊的根茎叶,尤其是叶,在医用方面的开发有较大的潜力,而花则是饮品的价值较高。

刘青等[14]得贡菊花中挥发油为黄色,按《中华人民共和国药典》2000年版附录中挥发油测定法得到挥发油是黄褐色[15]。本实验所得挥发油颜色根据提取部位的不同有所差异,分别有淡黄色、黄色、红棕色、红褐色、深绿色 5种 (表 3、表 4)。从黄山贡菊根、茎、叶提取到的挥发油分别是红褐色和黄色,还是符合文献和药典的要求,只有从黄山贡菊干花中提取到的挥发油呈深绿色,颜色明显差异于从干叶中及新鲜根茎叶中提取的挥发油的颜色,这可能是因为从新鲜贡菊菊花制成干花的过程中,由于温度、水分的改变、或者是制作过程添加了某些化学物质等因素导致了提取的挥发油的颜色的改变。

综上所述,新鲜贡菊叶可以做为挥发油提取的优良原材料。本实验的后续研究就以新鲜贡菊叶为研究对象,来优化从贡菊叶中提取挥发油的工艺。

3.3 不同 pH值对贡菊叶挥发油提取得率的影响

表5表明,在 pH值 5、pH值 7(自然状态下)、pH值 9这 3种状态下,从贡菊叶中提取挥发油的得率基本一致,因此,在自然状态下提取叶中的挥发油可以不考虑 pH值这个因素的影响。

表5 不同 pH值对贡菊叶挥发油提取得率的影响

3.4 正交实验结果分析

3.4.1 正交实验结果

表 6 正交实验结果 L 9(34)(n=2)

3.4.2 正交实验方差分析表

表7 方差分析表

由表 7可知:对挥发油得率的影响大小,为浸泡时间﹥蒸馏时间﹥粒径大小﹥料液比,其中浸泡时间和蒸馏时间对挥发油得率的影响尤为明显。

3.4.3 正交因子效应图

由表 7可画出 4个正交影响因子的效应曲线图(图1)。

图 1 四个正交因子的影响效应曲线图

由图 1可知,从黄山贡菊叶中提取挥发油得率最高的工艺 (A1B3C3D3)为粒径大小 2 mm、浸泡时间 12 h、料液比 1∶4、蒸馏时间 5 h。

(1)粒径越小越好,但在 2～4 mm间对得率只有轻微影响。考虑到切的越小越费时费力,很不经济,所以选择粒径大小 4 mm很合适。

(2)由曲线走势可知,浸泡时间小于 6 h对得率影响不明显,但超过 6 h对得率的影响明显增强。所以浸泡时间不应低于 6 h,本实验浸泡时间为 12 h效果最好。

(3)料液比对得率的效应曲线趋向平缓,考虑到应节约水资源,所以料液比 1∶3为最佳选择。

(4)蒸馏时间在 3～4 h间效应曲线上升特快,4～5 h间趋向平缓。考虑到电能的利用对得率的影响,所以以定蒸馏时间 4 h为合理。

(5)综合考虑以上四因素,用水蒸气蒸馏法提取黄山贡菊叶中挥发油时的优化最佳工艺 (A2B3C2D2)为:粒径大小 4 mm、浸泡时间 12 h、料液比 1∶3、蒸馏时间 4 h。

3.4.4 验证实验结果

为了考察在实际生产中优化最佳提取工艺是否既能节约提取成本又不影响挥发油得率,本文做如下验证实验:黄山贡菊新鲜叶各取 200 g,分别按照得率最高工艺 (A1B3C3D3)和优化最佳工艺 (A2B3C2D2)提取挥发油,结果见表 8。

表8 正交实验的验证实验

由表 8可知,优化最佳工艺挥发油提取量只比得率最高工艺挥发油提取量低 0.000 1 mL/g,而且优化后的挥发油提取工艺重现性良好。因此,考虑生产中节约成本和能源,在未来实际生产中应选择优化最佳工艺,即粒径大小 4 mm、浸泡时间 12 h、料液比 1∶3、蒸馏时间 4 h。

4 讨论

(1)有关研究表明,溶剂提取法、超临界 CO2流体萃取法对挥发油的品质和化学成分有很大影响[16-17],而水蒸气蒸馏法是一种经济适用的有效提取中草药中挥发油的重要方法,此法避免了溶剂萃取过程中存在有机溶剂残留的弊端、未对油质造成影响、操作简便安全,而且不污染环境,产品可直接用于食品、药品、化妆品的领域,因此水蒸气蒸馏法较优。

(2)本实验仅对影响挥发油得率的因素进行分析,并未对挥发油颜色进行任何处理。在实验中发现,不同提取条件下和不同部位提取的挥发油的颜色有些许差异,具体的原因有待于深入研究。

2004年,黄山贡菊被国家质检总局批准列为原产地保护的农产品。近年来,黄山市高度重视黄山贡菊产业发展,实施原产地产品保护,推进无公害贡菊生产及品牌创建,开发出黄山贡菊礼茶等系列饮品,发展贡菊生产已经成为山区农民增收的重要渠道,已成为黄山市最具特色的优势主导农产品之一,但这是以贡菊的花的茶用为主要发展手段的。近年来,为了提高菊花的附加值,有关企业及科研人员进行了提取菊花硒、黄酮类化合物、挥发油等方面的研究[18-20],将贡菊提取物挥发油和黄酮类物质用于新型保健食品及医用方面的开发,将有巨大的潜在市场和发展空间。黄山市每年采摘菊花之后,除了少数有经验的药农有时在夏季会用贡菊叶浸泡的汁水来止痒消炎外,对贡菊的叶子几乎没有任何利用。本实验的研究结果可以为黄山贡菊叶的开发利用——其挥发油作为新型药用或保健食品的开发,提供理论参考。

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Study on Extraction Process of Volatile O il fromDendranthem a m orifolium(Gongju)Fresh Leaves

Hu Xiao-qian,Zhu Yang-yang,Chen Le,Wu Yong-xiang
(Life and Environment Science College,Huangshan University,Huangshan 245041,China)

The volatile oil extraction yield of the different parts in Gongju was compared and extraction process from fresh leaveswas optimized.The volatile oilwas extracted bywater distillation from roots,stems,leaves,flowers and dried leaves,dried flowersof fresh Gongju.The extracting conditions from fresh leaveswere optimized by orthogonal design.It showed that the extraction yield from fresh leaveswas the highest,there was no significant variation in volatile oil yield from fresh leaveswhen pH valued at 5～9,the extraction yield was affected by particle size,soaking ti me,solid-liquid ratio,distillation ti me.The opti mum extraction conditionswere:particle size 4mm,soaking ti me 12 h,solid-liquid ratio 1∶3,the distillation time 4 h,the extraction yield 0.0020 mL/g.The opti mum extraction processwas stable and feasible.The results shows that the study of deep processing of Gongju leaves is necessary and itmay have good application in medical and health products industries.

fresh leaves ofDendranthem a m orifoliumcv.Gongju,steam distillation,orthogonal design,volatile oil

硕士,副教授。

＊黄山学院自然科学基金项目(2010xkj004)

2010-09-15,改回日期:2010-12-07