香樟精油的提取及分子蒸馏精制工艺的研究

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香樟(Cinnamomum camphora(L.)Presl),广泛分布于我国长江以南,是重要的经济树种和城市绿化树种,每年产生大量的枝叶,但资源利用率低,而从中提取的精油,具有抑菌、抗氧化、杀虫、抗炎等多种生物活性,是化工、医药、香料、食品等行业的重要原料。目前香樟精油的提取方法主要为传统工艺,且有关精油精深加工方面的研究还较少,精油的应用价值较低。因此,本文以香樟叶为原料,采用一种新型的绿色溶剂二氧化碳膨胀乙醇(CO2-expanded ethanol,CXE)提取香樟精油,通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析精油的化学组成,并测定精油的抗氧化和抑菌活性,对新工艺与常规的水蒸气蒸馏提取、有机溶剂提取和超临界二氧化碳提取进行综合对比研究。采用分子蒸馏技术精制香樟精油,通过调节操作参数,并结合GC-MS分析各馏分中主要组分的流向,找寻适宜的分子蒸馏条件,同时考察分子蒸馏富集香樟精油抑菌和抗氧化活性成分的效果,探讨分子蒸馏精制香樟精油的可行性。主要研究结果如下:(1)传统方法提取香樟精油,并对精油的性状和化学组成进行分析。结果表明,水蒸气蒸馏提取香樟精油的工艺条件为3%的氯化钠水溶液、料液比1:4、蒸馏时间60 min,精油得率为1.73%;有机溶剂乙醚提取精油得率为1.62%。分析两种方法提取油的性状发现,水蒸气蒸馏提取油的特征性芳香气味强,而乙醚提取油的芳香气味淡,存在少量乙醚残留。通过GC-MS分析,两种方法所得香樟精油的主要成分均为1,8-桉叶油素、芳樟醇和萜品醇类化合物。(2)新型的绿色溶剂二氧化碳膨胀乙醇(CXE)提取香樟精油,同时采用常规的绿色溶剂超临界二氧化碳提取香樟精油,精油得率分别为1.35%和1.14%。综合对比CXE提取和另三种方法所得精油,CXE提取油的得率略低于水蒸气蒸馏和乙醚提取油,但高于超临界二氧化碳提取油,且所得精油的性状与水蒸气蒸馏提取油相近,优于乙醚和超临界二氧化碳提取油。GC-MS分析表明,CXE提取油中含氧单萜类化合物较少,而倍半萜烯类化合物高于其它三种方法提取油。抗氧化活性实验结果表明,CXE提取油对DPPH自由基的清除率为82.42%,对ABTS自由基的清除率为85.88%,活性均高于其它三种方法提取油。此外,抑菌活性实验中,CXE提取油对白色念珠菌和黑曲霉的MIC值分别为39μg/mL和19.5μg/mL,相较其它方法提取油,呈现较强的抑制活性。(3)应用两阶段分子蒸馏精制香樟精油(原油)。通过调节蒸发强度(蒸发温度、系统压力)和一级冷凝温度,并结合对各馏分的成分分析,富集原油中组分。第一阶段分子蒸馏中,蒸发温度为60℃、系统压力为100 Pa时,蒸发强度适宜,进而调节一级冷凝温度,当一级冷凝温度为20℃时,一级重馏分1RH、一级中间馏分1DM和一级轻馏分1DL的回收率分别为13.79%、71.93%和10.17%,且一级轻馏分1DL中的目标组分甲基庚烯酮和1,8-桉叶油素的浓缩比高达5.72和5.16。分别对抑菌活性显著提高的一级轻馏分1DL和抗氧化活性明显增强的一级重馏分1RH进行第二阶段分子蒸馏。二级轻馏分2DL中的甲基庚烯酮和1,8-桉叶油素的含量,进一步由一级轻馏分1DL的8.57%和17.81%提高到14.42%和36.62%,最终的浓缩比分别为9.63和10.61。二级重馏分2RH中的目标组分α-萜品醇和γ-萜品醇的含量,也分别由原油的39.63%和10.30%提高到53.82%和14.56%。(4)通过微量稀释法测定香樟原油和两阶段分子蒸馏后各馏分的抑菌能力。结果表明,第一阶段分子蒸馏后,一级轻馏分1DL对金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的抑菌等级由原油的弱活性(MIC=625μg/m L)升高到中高活性(MIC=78μg/m L);一级中间馏分1DM和一级轻馏分1DL对大肠杆菌的抑菌等级均由原油的弱活性升高至中等活性(MIC=312.5μg/mL)。此外,一级轻馏分1DL对黑曲霉和白色念珠菌的抑菌活性也略有提高。第二阶段分子蒸馏后,二级轻馏分2DL对金黄色葡萄球菌的抑菌等级进一步提高为高活性(MIC=19.5μg/m L)。通过分析各馏分的化学组成及抑菌过程,香樟精油对测试菌种的抑制可能主要与其中的1,8-桉叶油素和芳樟醇有关,通过两阶段分子蒸馏,能够对其进行富集,从而提高了精油的抑菌能力。(5)通过测定对DPPH自由基和ABTS自由基的清除率,考察香樟原油和两阶段分子蒸馏后各馏分的抗氧化活性。结果表明,第一阶段分子蒸馏后,一级重馏分1RH对DPPH自由基和ABTS自由基的清除率分别为49.57%和91.75%,较原油分别提高了62%和70%,再经第二阶段分子蒸馏后,二级重馏分2RH的清除能力进一步提高,清除率分别为68.13%和98.47%。结合GC-MS分析各馏分的组成,香樟精油对DPPH自由基和ABTS自由基的清除能力可能与其中的萜品醇类化合物有关,经分子蒸馏作用后,主要被富集在重馏分中,从而提高了抗氧化能力。综上所述,新型绿色工艺CXE提取所得香樟精油性状优质,尤其适合对高温和氧敏感成分的分离,为获取高品质植物精油提供了一种新技术。此外,通过设计两阶段分子蒸馏,成功地富集了香樟精油中的抑菌和抗氧化活性成分,是精制香樟精油及提高精油产品附加值的一种有效方法,应用前景广阔。
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