菊花挥发油提取工艺研究.doc

菊花挥发油提取工艺研究 作者：张菲菲 马永建 孙桂菊 苗苗 杨立刚 王少康 谢建军【摘要】 目的采用L9（34）正交实验法，研究菊花挥发油最优提取工艺。方法以挥发油得率为指标，以药材粉碎度、加水量、浸泡时间、蒸馏时间为因素进行正交实验。结果影响菊花挥发油提取的最主要因素为粉碎度，其次为蒸馏时间、加水量、浸泡时间。最佳提取工艺条件为：菊花粉碎度80100目，14倍加水量，浸泡10 h，提取13 h。结论此提取工艺简便易行，通过验证实验，在最佳提取工艺条件下提取率为0.55%。 【关键词】 菊花 挥发油 正交实验 提取工艺Abstract:ObjectiveTo optimize the extraction process of volatile oil in Chrysanthemum by orthogonal design L9(34). MethodsThe experiment was performed with the extraction rate of volatile oil as the index and the grinding degree of Chrysanthemum, the volume of water, the time of immersion, the time of distillation as affecting factors. ResultsThe primary factor which influenced the extraction rate was grinding degree of Chrysanthemum, then it was time of distillation, volume of water, time of immersion. Optimized extraction process was as follows: the grinding degree of Chrysanthemum was 80100 mesh powder and the grinded Chrysanthemum was soaked in 14 times of water for 10 hours, then distilled for 13 hours. Conclusion The method is simple and practicable the extraction rate of volatile oil is 0.55%.Key words:Chrysanthemum, Volatile oil, Orthogonal test, Extraction technology菊花是菊科植物菊Chrysanthemum morifolium Ramat的干燥头状花序，是我国常用中药。传统研究认为菊花具有散风清热、平肝明目作用。可用于风热感冒、头痛眩晕、眼目昏花1。现代国内外药理研究表明，菊花具有抗肿瘤、消炎、抗菌、抗氧化、增加冠脉流量、抗心肌缺血、抗病毒等多种药理活性2，3。其中挥发油是其主要活性成分之一。目前，菊花挥发油的提取方法有水蒸气蒸馏法、有机溶剂提取法、超临界流体萃取法等4。其中有机溶剂法容易引入杂质，造成有机溶剂残留5；超临界流体萃取法的成本较高；水蒸气蒸馏法简单，容易操作，是中国药典中菊花挥发油含量测定用的方法。但对水蒸气蒸馏提取菊花挥发油的最佳工艺条件的研究尚未见报道。本实验通过改进中国药典挥发油提取方法，采用水蒸气蒸馏法，正交设计考察了菊花粉碎度、加水量、浸泡时间和蒸馏时间对菊花挥发油提取率的影响，确定了水蒸气蒸馏法提取菊花挥发油的最佳工艺。1 材料与仪器1.1 材料干燥菊花（购于江苏省射阳县洋马菊花基地），为菊属植物杭白菊的干燥花蕾；氯化钠，无水硫酸钠，正己烷均为分析纯。1.2 仪器挥发油提取器（南京金正玻璃仪器厂）；万能粉碎机；电子分析天平；标准筛（浙江上虞市道墟张兴沙筛厂）；调温试电热套（通州市申通电热器厂）；水浴锅。2 方法与结果2.1 菊花挥发油的提取取一定粉碎度的菊花50 g，精密称定，置2 000 ml圆底烧瓶中，参照中国药典部附录XD1并作改进，加一定量饱和氯化钠溶液与数粒玻璃珠，振摇混合后，连接挥发油测定器与回流冷凝管，自冷凝管上端加水使充满挥发油测定器的刻度部分，并溢流入烧瓶时为止，再从冷凝管上端加入2 ml正己烷，然后将烧瓶置电热套中加热至沸，调温并保持微沸一定时间，停止加热，放置片刻，开启测定器下端活塞将水缓缓放出，收集挥发油，无水硫酸钠脱水，50水浴3 h挥去正己烷，得到淡黄色挥发油，精密称重，计算提取率。挥发油提取率（%）=菊花中挥发油含量/菊花重量100%2.2 不同浸泡液对菊花挥发油得油量的影响称取粉碎菊花50 g，加入500 ml饱和氯化钠/蒸馏水，在浸泡2 h、蒸馏5 h下进行提取，实验重复3次，对比两条件下的提取率（见表1）。结果表明，使用饱和氯化钠可以提高提取率，这可能与加NaCl溶液促进油水分离、减少菊花挥发油在水中的溶解度有关6，所以在正交实验中采取用饱和氯化钠溶液浸泡菊花。表1 不同浸泡液对菊花挥发油得油量的影响（略）2.3 菊花挥发油提取的单因素实验前期预实验研究发现，菊花挥发油得率与其粉碎度、加水量、浸泡时间、蒸馏时间有关系，因此首先通过单因素实验考察提取菊花挥发油的工艺条件。2.3.1 粉碎度对菊花挥发油提取率的影响按照“2.1”项方法，设菊花粉碎度为整棵、剪段、2040目、4060目、6080目、80100目、100目以上，10倍加水量，2 h浸泡时间，5 h蒸馏时间下进行水蒸气蒸馏提取，称量并计算提取率。结果见图1。根据扩散定律：药材粉碎度愈细，浸出效果愈好，成分得率愈高7。在图1中发现：菊花挥发油提取率随着粉碎度的增加而增大，但粉碎度达到100目以上时，菊花容易糊化并产生很多泡沫，溶液易暴沸，导致挥发油溢出，以致收集量很少，究其原因为粉碎越细，挥发油含量越低8。过细的粉末加水加热时成糊状，容易引起焦化和暴沸现象，故实验选择 80100目的粉碎度作为最佳粉碎度。2.3.2 加水量对菊花挥发油提取率的影响按照“2.1”项方法，设加水量为8，10，12，14，16，18，20倍，粉碎度为粉碎的混合颗粒，浸泡2 h，蒸馏5 h下进行水蒸气蒸馏，称重并计算提取率。结果见图2。由图2可知，加水量在14倍时菊花挥发油的提取率为最高，可以认为加水量过多导致溶液易暴沸，影响提取效果，导致挥发油溢出，水量过少又不能充分浸润菊花，故选择14倍为最佳加水量。2.3.3 浸泡时间对菊花挥发油提取率的影响按照“2.1”项方法，设浸泡时间为0,2，4，6，8，10，12 h，粉碎度为粉碎的混合颗粒， 10倍加水量，蒸馏5 h下进行水蒸气蒸馏，称重并计算提取率。结果见图3。由图3实验结果可知，菊花挥发油提取率随着浸泡时间的延长而增大，在10 h达到最大值并保持至24 h，浸泡理论认为浸泡可使植物细胞间隙变大，组织细胞充分膨胀，加速细胞内、外液动态交换而有利于挥发油的提取9。因此，可以认为菊花浸泡10 h组织已经充分膨胀，本着工业生产节约时间原则，浸泡时间选择10 h为最佳提取时间。2.3.4 蒸馏时间对菊花挥发油提取率的影响按“2.1”项方法，设蒸馏时间为3.5，5，7，9，10，11，13，15 h，粉碎度为粉碎的混合颗粒，10倍加水量，2 h浸泡时间下进行水蒸气蒸馏，称重并计算提取率。结果见图4。 观察图4提取过程可以看出，蒸馏13 h前挥发油蒸馏出的比较多，后来随着蒸馏的继续，蒸馏出来的挥发油量增加缓慢。这是由于随时间推移，料液中油类组分减少，因此菊花挥发油蒸馏出的量减少。从图4中可以看出，在蒸馏13 h达到最大值并保持至15 h，故选择13 h为最佳蒸馏时间。2.4 提取工艺参数的优化-正交实验2.4.1 正交实验设计根据单因素结果，以挥发油提取率为评定指标，选择菊花粉碎度（A）、浸泡时间(B)、加水量(C)和蒸馏时间(D)为考察因素，每个因素3个水平，选用L9（34）正交表，实验安排见表2。表2 菊花挥发油提取工艺因素水平（略）2.4.2 正交实验结果按照表2正交实验设计，如“2.1”项方法进行实验，计算提取率，结果见表34。表3 正交实验结果（略）表4 方差分析表（略） 由表3中极差直观分析，各因素作用主次顺序为A>D>C>B, 表4方差分析结果表明：A，D因素的影响具有非常显著性意义(P<0.01)，B，C因素具有显著性（P<0.05），最优水平为A3B3C3D3，即粉碎度80100目，蒸馏时间13 h，加水量14倍，浸泡时间10 h。此结果与单因素实验结果一致。2.5 验证实验为进一步验证正交实验结果的可靠性与重现性，按最佳工艺条件如“2.1”项方法进行3次平行实验，挥发油得量分别为0.279，0.274，0.272 g，挥发油平均得量为0.275 g，在该条件下挥发油提取率为0.55%。3 讨论饱和氯化钠和蒸馏水作为浸泡液体的对比实验认为饱和氯化钠对菊花挥发油在水中溶解度有降低作用，但在单因素试验中，考虑节约生产成本，浸泡时未加入饱和氯化钠，仅仅加了蒸馏水，故提取率小于正交试验中的组合提取率。本次实验所用菊花产自江苏省射阳县洋马菊花基地的杭白菊，在实验中蒸馏出的菊花挥发油油滴散布在水中，有些密度大的成分甚至降至挥发油提取器的刻度下端，导致无法聚集，故实验中采取加入少量正己烷的方法以促进菊花挥发油的聚集。实验过程中发现粉碎的菊花质轻，漂于水面上不易浸透，因此加入饱和氯化钠浸泡时应注意搅拌，使菊花浸泡时能够充分浸润。通过正交实验和验证实