不同工藝提取的杉木精油組分含量研究

李文珠，吳青思，哈力克，許婉麗

（浙江農(nóng)林大學(xué) 工程學(xué)院，浙江 臨安 311300）

精油（essentialoil）是存在于植物體中的一類可隨水蒸氣蒸餾，且具有一定香味的揮發(fā)性油狀液體的總稱[1]。早在五千年前，人們就通過(guò)物理方法進(jìn)行提取或精煉加工而未改變其原來(lái)成分的天然香料。到了16世紀(jì)就發(fā)明了用水蒸氣蒸餾提取芳香植物精油的方法。到了20年代19世紀(jì)，天然香料的提取方法也隨著化學(xué)工業(yè)和機(jī)械工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展，除了水蒸氣蒸餾法外還有通過(guò)減壓分餾、揮發(fā)性溶劑浸提法等。近年來(lái)，超臨界二氧化碳萃取和分子蒸餾技術(shù)取得了新發(fā)展[2～3]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開(kāi)展杉木精油的水蒸氣、超臨界CO2萃取和干餾等不同提取方法研究[4～10]。本文采用常壓水中蒸餾法、減壓水中蒸餾法、直接蒸汽蒸餾法和干餾法分別提取杉木精油，并對(duì)杉木精油的主要理化性能和組成成分進(jìn)行對(duì)比研究，為杉木精油的生產(chǎn)和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

MQ3130木材刨絲機(jī)（自制）；HB65-HST精油提取器（北京億百川科技發(fā)展有限公司）；R-210旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（瑞士步琪公司）；7890A-5975C型安捷倫GC/MS；TC-15套式恒溫器；常溫常壓蒸餾裝置（自制）；干餾釜（自制）；直接蒸汽蒸餾裝置（自制）；DR-A1阿貝折光儀、JA2003電子天平、PZ-B-5液體比重天平。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

杉木采自浙江省江山市，樹(shù)齡15 a，去皮后切斷成20 cm的小段，然后用自制木材刨絲機(jī)將木材加工成5mm×2.5mm尺寸的木絲，取其中心材部分的木絲截成長(zhǎng)度為5mm的碎料，自然陰干后用塑料袋密封，備用。

2 試驗(yàn)部分

采用常壓水中蒸餾、減壓水中蒸餾、直接蒸汽蒸餾和干餾4種方法對(duì)杉木碎料進(jìn)行提取試驗(yàn)。

2.1 杉木精油提取

2.1.1 常壓水中蒸餾 稱取一定量的杉木碎料與蒸餾水共混裝入反應(yīng)釜中進(jìn)行加熱，水蒸氣與精油形成的混合氣體經(jīng)過(guò)冷凝器冷凝后分離得到杉木精油，并稱取質(zhì)量計(jì)算杉木精油的提取得率。

2.1.2 減壓蒸餾 稱取一定量的杉木碎料，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行減壓蒸餾，收集蒸餾出來(lái)的杉木精油，并計(jì)算杉木精油的提取得率。

2.1.3 直接蒸汽蒸餾 稱取一定量的杉木碎料裝在反應(yīng)釜內(nèi)篩板上，通入蒸汽經(jīng)帶孔的盤(pán)管噴射出來(lái)，使原料進(jìn)行蒸餾。將水蒸氣與精油的混合氣體降溫冷卻，收集蒸餾出來(lái)的精油，并計(jì)算杉木精油提取得率。

2.1.4 干餾法 稱取一定量的杉木碎料放入干餾釜中，控制加熱溫度，收集冷凝液，得到干餾杉木精油，并計(jì)算杉木精油的提取得率。

2.2 杉木精油基本理化性能測(cè)試

用肉眼觀測(cè)不同提取方法精油的顏色，透明度，有無(wú)結(jié)晶，是否存在分層等理化性能，聞其氣味。用液體比重天平測(cè)試其密度，用阿貝折光儀測(cè)試4種精油的折光率。

2.3 杉木精油GC/MS測(cè)定

采用GC/MS測(cè)定杉木精油組分含量。色譜測(cè)試條件：色譜柱DB-5MS（30m×0.25mm×0.25μm）毛細(xì)管柱，載氣為He，流量1.2m L/min，進(jìn)樣分流比5：1；起始溫度60℃，停留1min，以8℃/min，升至260℃，停留3m in。質(zhì)譜條件：質(zhì)譜離子源為EI，離子源溫度250℃，電子能量70 eV，發(fā)射電流0.5mA，電子倍增器電壓1.3 kV，掃描范圍50～650μ。

3 結(jié)果與分析

3.1 杉木精油得率及基本性能

將不同工藝提取的杉木精油滴于普通濾紙上，有明顯的杉木清香，在室溫下放置一定時(shí)間后均有明顯揮發(fā)，再分別對(duì)提取的杉木精油進(jìn)行外觀、香味、比重、折光率等觀察和性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同工藝提取杉木精油得率、外觀特征和性能指標(biāo)

由表1可知，不同工藝提取杉木精油得率差別很明顯，其中干餾法的得率最高，達(dá)到5.86%，減壓蒸餾的得率最低，為0.13%，兩者相差將近7倍。4種方法提取的杉木精油的折光率和比重值基本相近，而外觀特征和氣味略有不同，干餾法得到的杉木精油顏色呈淡黃色，并有明顯的焦煙味，常壓水中蒸餾和減壓蒸餾得到的杉木精油主要為晶體狀，而水蒸汽蒸餾得到的杉木精油為乳白色絮狀。據(jù)文瑞明[11]研究表明，含有5～18個(gè)碳原子的直鏈烯烴是液體，更高級(jí)的烯烴則是蠟狀固體。醇類中4～11個(gè)碳的醇為油狀液體，僅可部分溶于水；高級(jí)醇為無(wú)臭、無(wú)味的固體，不溶于水，純品柏木醇是白色晶體。由此推斷晶體狀可能主要為高級(jí)醇類（柏木醇），即杉木精油中晶體狀成分越多，柏木醇的含量越高，油狀主要為烯烴類物質(zhì)。

3.2 不同工藝提取杉木精油成分對(duì)比

GC/MS總離子流色譜圖直接由儀器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行檢索，并查閱有關(guān)資料[12～13]進(jìn)行杉木精油組分定性分析，各峰相對(duì)含量根據(jù)峰面積歸一化法給出，面積大小直接反應(yīng)了杉木精油化合物的組分含量。不同工藝提取的杉木精油總離子流色譜圖和化學(xué)組成結(jié)果見(jiàn)下列圖1、圖2、圖3、圖4和表2。

圖1 常壓水中蒸餾杉木精油總離子流色譜

圖2 減壓蒸餾杉木精油總離子流色譜

圖3 直接蒸汽蒸餾杉木精油總離子流色譜

圖4 干餾法提取杉木精油總離子流色譜

從表2可看出，常壓水中蒸餾得到的杉木精油中共分出30個(gè)色譜峰，其中鑒定出26個(gè)化合物，占精油總量的90.44%。減壓蒸餾得到的杉木精油中共分出11個(gè)色譜峰，其中鑒定出6個(gè)化合物，占精油總量的90.14%。直接蒸汽蒸餾得到的杉木精油中共分出52個(gè)色譜峰，其中鑒定出47個(gè)化合物，占精油總量的96.71%。干餾法得到的杉木精油中共分出41個(gè)色譜峰，其中鑒定出37個(gè)化合物，占精油總量的99.21%。

表2 不同提取工藝得到杉木精油的GC/MS分析結(jié)果

表2續(xù)

杉木精油是由多種化學(xué)性質(zhì)不同的成分組成的混合物，基本組成有脂肪族、芳香族烴類、萜類及其含氧衍生物，主要有效成分為柏木醇、α-柏木烯、β-柏木烯、α-蒎烯等。不同提取工藝得到的杉木精油組分含量區(qū)別明顯，常壓水中蒸餾提取的杉木精油中主要有柏木醇38.67%、α-松油醇10.7%、亞油酸10.05%及α-柏木烯4.87%和α-蒎烯2.95%；直接蒸氣蒸餾提取的杉木精油中主要含有柏木醇26.96%、α-柏木烯20.91%、多種萜烯類物質(zhì)、少量α-松油醇3.45%和乙酸柏木酯2.82%；減壓蒸餾提取的杉木精油中大部分為酯類，油酸甲酯67.23%、棕櫚酸甲酯10.17%、甲基-10-棕櫚酸甲酯2.55%，柏木醇僅有7.46%；干餾法得到的杉木精油中以柏木醇31.96%和α-柏木烯22.94%占多數(shù)，還有少量多種萜烯類和萜醇類。

由此可見(jiàn)，常壓水中蒸餾得到的精油柏木醇含量最高，含有香味的低沸點(diǎn)的萜烯少，精油呈結(jié)晶狀，杉木香氣較淡；減壓蒸餾所得杉木精油中基本不含低沸點(diǎn)的萜烯類成分，而以高沸點(diǎn)的柏木腦為主，這可能是易揮發(fā)性成份被抽到真空泵里去了；直接蒸汽蒸餾和干餾地得到的杉木精油中低沸點(diǎn)的a-柏木烯和高沸點(diǎn)柏木腦的含量相近，因此呈濃稠狀，且杉木香氣濃郁。

4 結(jié)論與建議

不同提取工藝得到杉木精油得率差別明顯，干餾法提取的杉木精油得率最高，其次為直接蒸汽蒸餾法，再次是常壓水中蒸餾發(fā)，減壓蒸餾的得率最低。提取的4種杉木精油具有明顯的杉木香氣，折光率1.3～1.5，比重0.930～0.960 g/cm3。常壓水中蒸餾和減壓蒸餾主要為白色晶體狀，主要組分為高沸點(diǎn)的柏木醇和少量的油狀烯烴；減壓蒸餾提取時(shí)低沸點(diǎn)的油狀烯烴類基本被抽出，精油大部分為酯類、酸類和醇類，呈結(jié)晶狀且氣味略淡；直接蒸汽蒸餾和干餾法的為絮狀，其中主要含有高沸點(diǎn)結(jié)晶狀的柏木腦和低沸點(diǎn)的α-柏木烯等烯烴類，且含量相近。

對(duì)不同工藝提取杉木精油的測(cè)試分析可知，杉木精油的得率和品質(zhì)與提取方法和工藝密切相關(guān)，今后應(yīng)進(jìn)一步探索和優(yōu)化杉木精油的提取工藝。

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