叶征美 刘鑫 沈明娟等

摘 要 采用有机溶剂萃取法提取千层金精油，在单因素试验的基础上，以石油醚（60～90 ℃）为提取溶剂，选取提取时间、提取温度、料液比为影响因素，用正交试验优化千层金精油的提取工艺，并采用气相色谱-质谱（GC-MS）技术鉴定了千层金精油的化学成分。结果表明，千层金精油的最佳提取工艺条件为：提取时间3 h，提取温度50 ℃，料液比1 ∶ 20，在此工艺条件下的精油提取得率4.51%。GC-MS分析结果表明，千层金精油共含有41个组分，主要成分为甲基丁香酚，相对含量达到了83.55%，其次为肉桂酸甲酯（4.55%）、3，4，5-三甲氧基苯甲酸甲酯（1.81%）、大根香叶烯D（1.36%）。

关键词 千层金；精油；有机溶剂提取；正交试验；气相色谱-质谱

中图分类号 TQ65 文献标识码 A

千层金（Melaleuca bracteata），又名黄金宝树、黄金香柳，属于桃金娘科白千层属，为常绿乔木。原产于新西兰、澳大利亚，是从白千层属植物中选育出来的变异新种，于1999年引进我国[1]，目前主要应用于园林观赏树木种植。千层金是优良的彩叶树种，树形优美，具备较高的观赏价值，耐水淹、抗盐碱，特別适合沿海地区城市绿化使用，是目前世界上最流行、视觉效果最好的色叶乔木新树种之一，可用于庭园景观、道路美化、社区绿化，也可用于林相改造；千层金叶芳香宜人，挥发性精油含量高，其所含的芳香油是目前世界上珍贵的化妆品香料之一，而且千层金精油具有很强的杀螨活性[2]和驱虫性[3]，值得进一步的推广种植和开发应用。钟昌勇等[4]的试验结果表明，采用水蒸馏法提取千层金枝叶精油，其得率可达到1.13%，精油的主要成分为甲基丁香酚，含量超过95%。目前，关于千层金精油提取工艺的研究仍很少，精油的组成成分及含量也有待于进一步研究。

植物精油传统的提取方法有水蒸气蒸馏法、有机溶剂萃取法、压榨法、吸收法等，随着科学进步与技术的发展，一些新型的精油提取方法也相继出现，如超声波辅助萃取法、微波辅助萃取法、超临界流体萃取法、分子蒸馏法、微胶囊-双水相萃取法等。有机溶剂萃取法是用挥发性有机溶剂如石油醚、乙醚等连续回流提取或浸提，将植物原料中的某些成分浸提出来，后提取液经蒸馏或减压蒸馏去除溶剂，即可获得粗制精油[5]。有机溶剂萃取法具有所需设备简单、产品得率高、萃取范围宽等优点，被广泛应用于植物精油的提取，如廖玉琴[6]等采用有机溶剂浸提法通过正交试验对柠檬精油的提取工艺进行优化，张艳[7]等研究了不同溶剂提取桂皮精油的最佳条件及成分的差异性。随着科学技术的发展，有机溶剂萃取法也不断得到改善，并延伸出了多种更为高效、便捷的精油提取方法，如超声波辅助萃取法[8]、微波辅助萃取法[9]等。

本研究采用有机溶剂萃取法，通过设计正交试验优化了千层金精油的提取工艺，研究不同工艺参数（有机溶剂、萃取时间、萃取温度、料液比）对千层金精油的影响规律，确定千层金精油有机溶剂提取的最佳工艺条件；并采用气相色谱-质谱（GC-MS）技术分析和鉴定千层金精油的化学成分，旨在为千层金精油的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料与试剂 材料：千层金叶片（采自福建农林大学植物园）。

试剂：石油醚（沸程60～90 ℃）、正己烷、乙醚、甲醇、乙酸乙酯均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司。二氯甲烷为色谱纯，购自德国Merck公司。

1.1.2 主要仪器 LGJ-25C型冷冻干燥机（北京四环科学仪器厂有限公司），FW177型中草药粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司），EL204型电子天平（上海梅特勒-托利多仪器有限公司），ZHWY-2008型全温度恒温培养震荡器（上海智城分析仪器制造有限公司），N-1001型旋转蒸发仪（日本EYELA公司），6890N-5973I型气相色谱-质谱联用仪（美国Agilent公司），DB-5MS型色谱柱（美国Agilent公司），毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）（美国Agilent公司）。

1.2 方法

1.2.1 材料预处理 摘取无机械损伤、无病虫害的千层金叶片，在冻干机内冻干48 h后取出，用粉碎机磨成粉末，过40目筛。后置于-20 ℃冰箱内备用。

1.2.2 提取方法 取样品5 g，装于带盖子的玻璃瓶中，置于转速为120 r/min的恒温培养震荡器内，设置一定的温度、料液比和时间等参数进行有机溶剂萃取，萃取液经抽滤后取出，滤渣再重复萃取1次，合并滤液；滤液经旋转蒸发除去有机溶剂，得精油，称取质量，计算精油得率，每组实验重复3次。

提取率/%=所得精油质量/提取前物料质量×100

1.2.3 单因素试验

（1）萃取溶剂。选取石油醚、正己烷、乙醚、甲醇、乙酸乙酯等5种有机溶剂在40 ℃、料液比1 ∶ 20条件下萃取4 h，研究这几种有机溶剂对千层金精油提取的影响。

（2）萃取时间。以石油醚作为提取溶剂，在提取温度40 ℃、料液比1 ∶ 20条件下研究不同浸提时间水平（1、2、3、4、5 h）对千层金精油提取率影响。

（3）萃取温度。以石油醚作为提取溶剂，在提取时间3 h、料液比1 ∶ 20条件下研究不同温度（30、40、45、50、55、60 ℃）对千层金精油提取率的影响。

（4）料液比。以石油醚作为提取溶剂，在提取时间3 h、提取温度为50 ℃条件下研究不同料液比水平（1 ∶ 10、1 ∶ 15、1 ∶ 20、1 ∶ 25、1 ∶ 30、1 ∶ 35）对千层金精油精油提取率影响。

1.2.4 正交试验 根据单因素实验结果，选取萃取时间（A）、萃取温度（B）、料液比（C）三因素，进行 L9（33）正交试验。

1.2.5 有机溶剂提取千层金精油成分分析 取样品5 g，在温度为50 ℃、料液比为1 ∶ 20、时间为3 h的条件下进行有机溶剂萃取，萃取液经过滤后取出，滤渣再重复萃取1次，合并滤液；滤液经旋转蒸发除去有机溶剂，得精油。精油经无水二氯甲烷溶解稀释后供GC-MS分析用。

气相色谱条件：色谱柱为DB-5MS；毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），载气为氦气，流速 1.0 mL/min；升温程序为：柱初温 50 ℃，保持5 min，以3 ℃ /min 升温至100 ℃，保持 5min；再以 5 ℃/min 升温至 250 ℃ ，保持 2 min。分流比为5 ∶ 1。

质谱条件：电离方式EI，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，扫描质量范围m/z 45～550。

1.3 数据处理与分析

1.3.1 正交实验数据统计方法 采用DPS 数据处理系统对正交试验结果进行分析，并应用Originpro 7.5软件作图。

1.3.2 千层金精油成分鉴定方法 采用GC-MS分析鉴定，所得色谱和质谱信息经计算机数据处理系统对NIST05标准谱图库进行检索和人工检索，同时结合其保留时间，进行对照和解析，确认各化合物，并用峰面积归一化法确定各成分的质量分数。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 不同有机溶剂对千层金精油提取的影响

采用不同有机溶剂萃取千层金浸提物的提取率如图1所示，千层金在不同溶剂中精油浸提的结果见表1。试验结果表明，以无水乙醚和乙酸乙酯作为溶剂的提取率都高于30%，但是提取出的精油呈青绿色且气味差，可能是由于浸提过程中，千层金叶片中的叶绿素等其他物质一同被提取出来，导致精油不纯；甲醇溶剂也会浸提出一部分的叶绿素等杂质，气味不佳；石油醚和正己烷提取精油的得率虽然不高，分别为3.78%和2.96%，但是杂质很少，气味芳香、浓郁，石油醚在相同提取条件下精油得率稍高于正己烷，综合考虑后选用石油醚作为千层金精油有机溶剂浸提的最佳溶剂进行以下单因素和正交试验。

2.1.2 浸提时间对千层金精油提取的影响 从图2可见，随着萃取时间的延长，提油量逐渐上升，当萃取时间达到3 h后，延长萃取时间提油量变化不大，这是由于在提取的初始阶段，物料中的精油含量较高，固液间存在较大的浓度差，扩散驱动力较大，油脂分子不断扩散到溶剂中，提油率不断升高；但随着提取时间延长，溶剂中油脂量趋于饱和，溶液体系渗透压趋于平衡，提油率不再增加，因此浸提时间选3 h比较适宜。

2.1.3 萃取温度对千层金精油提取的影响 由图3表明，随着温度上升，精油提取量随之增加，温度达到50 ℃后，精油提取率达4.49%，但当温度升高到55 ℃时，提油量下降，这可能是温度的升高增强了分子之间的扩散作用，促进了溶剂分子渗透到物料的细胞内部，溶质分子扩散到溶剂中，从而提高了提取率，但是随着提取温度进一步的升高，温度接近石油醚沸点，石油醚损失，导致提油率下降。当萃取温度达到60 ℃时，精油提率大幅升高，但是精油的味道有略微灼烧味，可能是由于温度太高，瓶内样品处于蒸煮状态，将部分杂质也提取出来，所以得率骤然上升。因此，提取温度选50 ℃比较适宜。

2.1.4 料液比对千层金精油提取的影响 图4表明，提取精油量随着料液比的减小而增大，在料液比为1 ∶ 20提取精油量达到最大值，随后提取精油量呈下降趋势，这是因为随着料液比的减小，增加了物料与溶剂的接触面积，并且增大了固液浓度差，提高了油脂分子的传质速率和扩散速度，从而增加了精油的提取得率[10]。但过多的溶液反而使精油得率减小，不仅造成溶剂的浪费，后期浓缩成本也高。因此，料液比选1 ∶ 20比较适宜。

2.2 正交试验结果分析

由于萃取时间、萃取温度、料液比3个因素间能相互影响，因此在上述3个单因素试验的基础上，采用 L9（33）正交表安排试验，以提取精油量作为试验指标，通过正交实验优化得到石油醚提取千层金精油的最佳工艺。因素-水平安排表见表2，正交试验结果如表3所示。

由表3直观分析可知：极差RA>RC>RB，由此可知，各因素对有机溶剂提取法提取千层金精油的影响程度依次为：A（时间）>C（料液比）>B（温度）。即提取时间是千层金精油有机溶剂浸提工艺的最关键控制因素，其次为料液比和提取温度。从k值大小可知，最优化工艺组合条件为A2B2C2，即：提取时间3 h，提取温度为50 ℃，料液比l ∶ 20。但该条件不在以上9组试验中，对该条件进行3次验证试验，其出油率的平均值为4.51%，说明A2B2C2为最优组合。

2.3 有机溶剂萃取法提取千层金精油的成分分析

有机溶剂萃取千层金精油的GC-MS总离子流图见图5，千层金挥发物质的化学组成见表4。在本试验千层金精油总共检测出41种物质，含量占峰面总面积的96.72%，甲基丁香酚是千层金精油含量最高的一种物质，其相对含量达到83.55%，其次为肉桂酸甲酯（4.55%）、3，4，5-三甲氧基苯甲酸甲酯（1.81%），大根香叶烯D相对含量为（1.36%），其他检测出的成分相对含量均未达到1%以上。通过成分归类分析表明，千层金精油成分主要是醚类物质，共3种，占总面积的83.97%，其次为酯类5种，占6.69%，烯烃类化合物共18种，占3.59%，烷烃类化合物共10种，占1.85%。此外还有少量的酚类化合、芳香烃类化合物、醇类化合物等。

3 讨论与结论

3.1 讨论

本研究采用正交试验方法优化了千层金精油的有机溶剂萃取工艺，在提取温度50 ℃、料液比1 ∶ 20下提取3 h，精油得率可达到4.51%，比钟昌勇等[4]采用水蒸汽常压回流蒸馏法提取千层金精油得率（1.13%）高，而且有机溶剂萃取获得的精油呈现淡黄色，气味芳香、浓郁，油品高。

本研究对千层金精油总共检测出41种物质，其中甲基丁香酚含量最高，相对含量达到83.55%，这与前人的报道相吻合。钟昌勇[4]等的试验结果表明，千层金枝叶的水蒸汽萃取精油共鉴定出42种成分，甲基丁香酚的相对含量达到95.45%；Aboutabl[11]等也有相似报道，埃及产千层金叶片的水蒸汽蒸馏物中甲基丁香酚的相对含量高达97.7%。本研究采用有机溶剂萃取千层金精油，可有效提取出除甲基丁香酚外的其它精油组分，如肉桂酸甲酯（4.55%）、3，4，5-三甲氧基苯甲酸甲酯（1.81%）、大根香叶烯D（1.36%）等。然而，也有文献[2]报道泰国品种千层金精油的主要成分为甲基异丁香酚（28.98%）、 榄香素（21.57%）、2，3-Dimethoxy-5-propen-2-yl-phenol（20.26%）、甲基丁香酚（14.61%），这可能与千层金的品种、产地以及试验设计等有关。

甲基丁香酚在许多植物精油中都存在，如细辛、肉豆蔻、辣椒、柠檬草、龙蒿、罗勒、八角茴香和茴香等。有报道显示，甲基丁香酚具有很强的诱杀桔小实蝇的能力，被作为果蝇诱剂应用[12-14]，在植物保护上具有潜在的利用价值；甲基丁香酚对多种食源性真菌、细菌和酵母菌具有很强的抗菌活性[15]，这可能和甲基丁香酚作为潜在的群体感应抑制剂有关[16]。甲基丁香酚还具有较强的中枢抑制作用，其镇静、镇痛、麻醉、降温等作用尤为明显。此外，甲基丁香酚由于能直接松弛气管平滑肌，因此有镇咳作用。本研究提取的千层金精油中富含甲基丁香酚，而且本研究从千层金叶片中提取到的肉桂酸甲酯已被广泛应用于香料和防晒护肤品中[17]，3，4，5-三甲氧基苯甲酸甲酯等物质是抗焦虑药曲美托嗪、肠胃药马来酸曲美布汀等的主要原料，大根香叶烯 D是许多倍半萜烯碳氢化合物的前体[18]，这些都显示了千层金具有潜在巨大的研究前景和应用价值，值得进一步深入研究。

3.2 结论

（1）采用有机溶剂萃取法提取千层金精油，以石油醚（60～90 ℃）为提取溶剂，选取提取时间、提取温度、料液比为影响因素，获得的千层金精油的最佳提取工艺条件为：提取时间3 h，提取温度50 ℃，料液比1 ∶ 20，在此工艺条件下的精油提取得率为4.51%。

（2）采用气相色谱-质谱（GC-MS）技术鉴定了千层金精油的化学成分，结果表明，采用有机溶剂萃取法提取获得的千层金精油共含有41个组分，主要成分为甲基丁香酚，相对含量达到了83.55%，其次为肉桂酸甲酯（4.55%）、3，4，5-三甲氧基苯甲酸甲酯（1.81%）、大根香叶烯D（1.36%）。

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责任编辑：沈德发