高壓水蒸氣蒸餾法提取厚樸有效精油成分

薩如拉， 陳建興， 春 花， 棚橋光彥， 張卯堂， 趙雪梅

[1.赤峰學院生命科學學院，內蒙古赤峰 024000； 2.內蒙古蒙牛乳業(集團)股份有限公司，內蒙古呼和浩特 010000； 3.甘肅省岷縣豐茂中藥材有限責任公司，甘肅定西 748400； 4.日本岐阜大學應用生物科學部，岐阜 501-1193]

日本厚樸為木蘭科木蘭屬落葉喬木，高達15～20 m，分布于日本千島群島以南及中國大陸的東北、廣州、青島、北京等地[1]。日本厚樸樹皮叫作厚樸(和厚樸)，是珍貴的中草藥[2]。厚樸具有消除胸腹滿悶、止痛、健胃、下氣降逆、止咳、抗病毒、抗過敏、抗菌、肌肉松弛和中樞抑制等作用[3-4]。厚樸的主要成分為α、β、γ-桉葉油醇等精油，厚樸箭毒堿等生物堿成分與厚樸酚、和厚樸酚等[5-6]。

2010年版《中國藥典》將厚樸酚及和厚樸酚的含量作為厚樸的質量控制指標[7]。通常使用常壓水蒸氣蒸餾法提取厚樸的有效成分，但常壓水蒸氣蒸餾溫度低、大多數有效成分的提取不完全、大量的藥用成分殘留在殘渣中被浪費，而且處理殘渣也需要很大的人力物力[8]。為快速高效地提取厚樸中的厚樸酚、和厚樸酚，本研究采用高壓水蒸氣蒸餾法，在不同高壓條件下對厚樸進行水蒸氣蒸餾，分析蒸餾液和廢液中各成分的收率、含量，并以有機溶劑提取出的厚樸酚與和厚樸酚作為厚樸的全部提取量，計算各壓強水蒸氣蒸餾的厚樸酚與和厚樸酚的轉移率。

1 材料與方法

1.1 材料試劑及儀器設備

材料：日本大峰堂藥品工業株式會社提供的中藥藥材厚樸。對照品：厚樸酚(批號為378-47992，松浦藥業株式會社)；和厚樸酚(批號為378-37293，松浦藥業株式會社)。試劑：乙醇、甲苯、乙酸乙酯、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、鹽酸。儀器設備：索氏提取儀、油浴鍋、旋轉蒸發儀、日阪高溫高壓成型設備 HTP-40/58、三浦貫流蒸汽鍋爐FH-300、日本島津 GCMS-QP5050A。

1.2 試驗方法

1.2.1 厚樸的有機溶劑提取 為測定厚樸(5.16 g，干質量4.74 g)的全提取成分，進行有機溶劑提取。在常壓下使用索氏提取器，將150 mL乙醇與甲苯的混合液(體積比1 ∶2)倒入平底燒瓶，在油浴(115±3) ℃中進行24 h回流濃縮。使用乙酸乙酯溶解提取物，用水進行分液成有機層和水層后去除水層。有機層里加NaHCO3溶液分液，回收水層。得到的有機層里再加NaOH溶液分液，同樣回收水層?；厥盏腘aOH水溶液和NaHCO3水溶液里分別加鹽酸，將溶液變成酸性。再把酸性溶液用乙酸乙酯來分液、濃縮，得到厚樸的目的提取成分，把它當作全部提取成分。原料干質量的精油収率由公式(1)來計算，并進行GC-MS分析。

(1)

式中：m表示精油量(g)；m0表示原料干質量(g)。

蒸餾成分中加乙苯(d=0.1 mg/mL)作為內部標準進行GC-MS分析。使用設備及測定條件為：GC，SHIMADZU GC-17A；GC-MS，SHIMADZU GCMS-QP5050；毛細管柱，J&W Scientific DB-5MS；0.25 mm(I.D.)×30 m(L)×0.5 μm；載氣He；控制方式分裂；毛細管柱入口壓強100 kPa；電離方式EI；電壓1.5 kV；測定方式掃描。厚樸有機溶劑提取成分分析條件為：進樣溫度250 ℃；氣化室溫度300 ℃；升溫程序，初始溫度180 ℃保持5 min，以5 ℃/min的速率升至 300 ℃，保持5 min；分析時間5～34 min。

1.2.2 厚樸的常壓水蒸氣蒸餾 使用500 mL圓底蒸餾瓶、冷卻管等構成常壓水蒸氣蒸餾裝置。產生水蒸氣的燒瓶里，加沸石和300 mL水、蒸餾用燒瓶里加厚樸30 g(干質量 27.4 g)和200 mL水。乙醇燈加熱開始蒸餾，蒸餾進行 150 min，回收蒸餾液。蒸餾液使用乙酸乙酯分液，硫酸鈉脫水有機層，濃縮干燥得到蒸餾精油。稱量蒸餾精油，由公式(1)求原料干質量相對應的精油收率，并進行GC-MS分析，測定條件同“1.2.1”。

1.2.3 厚樸的高壓水蒸氣蒸餾 各1.0 kg(干質量914 g)厚樸裝進高壓水蒸氣蒸餾裝置[8]中，鍋爐的常用壓力為 30 kg/cm2、蒸發量30 kg/h，分別以0.9 MPa(175 ℃)、1.2 MPa(185 ℃)、1.5 MPa(196 ℃)、1.7 MPa(200 ℃)、2.1 MPa(214 ℃)作為蒸餾壓強，壓強上升到所定的壓強后，回收蒸餾液40 min，最后回收廢液5 min。蒸餾液和廢液分析同“1.2.1”。

2 結果與分析

2.1 厚樸的有機溶劑提取

厚樸有機溶劑提取得到的乙醇·甲苯提取物為0.32 g，即干質量對應的收率為6.80%。根據厚樸酚、和厚樸酚標準品的光譜，分析GC-MS以及MS光譜，確定厚樸的主要成分厚樸酚、和厚樸酚。厚樸酚色譜圖面積比為49%、和厚樸酚為18%。根據面積比定量的結果可知，厚樸酚為0.14 g，對厚樸干質量的收率為2.98%；和厚樸酚0.05 g，對厚樸干質量的收率為1.07%；倍半萜烯0.03 g，對厚樸干質量的收率為0.58%。將這一結果當作干厚樸中包含的全部厚樸酚、和厚樸酚，作為計算轉移率的指標。

2.2 厚樸的常壓水蒸氣蒸餾

厚樸常壓水蒸氣蒸餾的主要成分為倍半萜烯類，有微量的厚樸酚，但沒有和厚樸酚的峰值，蒸餾液的GC-MS色譜圖和主要峰值對應的化合物見圖1。精油成分化合物的組成是由內部標準和峰值面積比計算得到的(以下相同)。各蒸餾條件的蒸餾液回收量、各成分含量以及轉移率見表1，廢液回收量、各成分含量以及轉移率見表2。厚樸酚幾乎沒有被蒸餾，和厚樸酚沒有被蒸餾，倍半萜烯類是揮發性比較高的化合物，在常壓條件下也可以少量蒸餾，但厚樸酚與和厚樸酚是難揮發性化合物，在常壓蒸餾中很難被蒸餾。試驗結果說明常壓條件下厚樸酚、和厚樸酚很難被蒸餾，有必要在更高壓強條件下進行蒸餾。

2.3 厚樸的高壓水蒸氣蒸餾

2.3.1 0.9 MPa厚樸水蒸氣蒸餾 由圖1可知，厚樸在 0.9 MPa 水蒸氣蒸餾下，主要峰值為厚樸酚，和厚樸酚，α、β桉葉油醇等。蒸餾成分中含量最多的化合物是β-桉葉油醇與厚樸酚。把有機溶劑提取值作為理論值，計算轉移率(以下相同)，結果見表1。廢液的GC-MS色譜圖和主要峰值對應的化合物如圖2所示。隨蒸餾時間的延長，各成分的收率和厚樸酚、和厚樸酚的轉移率有了增加，但全蒸餾過程中的收率和轉移率很低。這是由蒸餾壓強低、導入的水蒸氣少、蒸餾溫度低、原料成分的溶解不完全導致的。說明在0.9 MPa壓強條件下厚樸精油成分的蒸餾不完全，有必要在更高壓強條件下進行蒸餾。

2.3.2 1.2 MPa厚樸水蒸氣蒸餾 在1.2 MPa厚樸高壓水蒸氣蒸餾的GC-MS的色譜圖中主要峰值對應的化合物是厚樸酚、和厚樸酚、倍半萜烯類，檢測出了與0.9 MPa高壓水蒸氣蒸餾幾乎相同的成分。全蒸餾油分中倍半萜烯類的含量最多，厚樸酚、和厚樸酚的含量和轉移率比較低，也就是 1.2 MPa 高壓水蒸氣蒸餾沒有有效蒸餾出厚樸酚、和厚樸酚。同時分析廢液，根據表2可知，1.2 MPa水蒸氣中溶解的成分沒有被蒸餾，殘留在廢液當中?？偨Y以上，1.2 MPa的水蒸氣蒸餾中壓強、溫度都比較低，蒸餾液的回收量少，目的成分的收率較低，有必要研討更高壓強下的蒸餾。

2.3.3 1.5MPa厚樸水蒸氣蒸餾 分析厚樸 1.5MPa 高壓水蒸氣蒸餾的GC-MS色譜圖，主要成分為厚樸酚，和厚樸酚，α、β桉葉油醇等。由表1可知，全蒸餾油分當中厚樸酚的含量最多，厚樸酚、和厚樸酚的轉移率分別為12.11%、7.01%，比0.9、1.2 MPa高壓水蒸氣蒸餾更高。全體收率是1.2 MPa蒸餾的3倍，厚樸酚、和厚樸酚的轉移率分別約是 1.2 MPa 水蒸氣蒸餾轉移率的7、8倍。這是因為隨著壓強的提高，導入更多的水蒸氣，蒸餾溫度上升，促進了有效成分的溶解和蒸餾。根據表2可知，廢液中殘留著有效成分，判斷 1.5 MPa 條件下40 min的蒸餾也是不充分的。

表1 厚樸各壓強水蒸氣蒸餾的蒸餾液回收量和各成分含量以及轉移率

表2 厚樸各壓力水蒸氣蒸餾的廢液回收量和各成分含量以及轉移率

以上3種高壓條件當中1.5 MPa得到了最高的收率和轉移率，證明壓強越高提取率越高的事實，為了有效成分的全部提取，有必要增加壓強或同壓下延長蒸餾時間。

2.3.4 1.7 MPa厚樸水蒸氣蒸餾 1.7 MPa厚樸水蒸氣蒸餾GC-MS色譜圖的主要峰值對應的化合物跟0.9、1.2、1.5 MPa 水蒸氣蒸餾幾乎沒有區別，主要成分依然是厚樸酚、和厚樸酚、倍半萜烯等。1.7 MPa水蒸氣的蒸餾收率與 1.5 MPa 水蒸氣蒸餾收率相比沒有明顯的增加，反而厚樸酚、和厚樸酚的轉移率比1.5 MPa降低了。這是因為高溫、高壓狀態下進行長時間的蒸餾，厚樸中的精油成分以及厚樸酚、和厚樸酚有可能發生了化學變化，導致轉移率減少。根據表2可知，在 1.7 MPa 下目的成分沒有完全被蒸餾，廢液里還有殘留?？偨Y以上結果，1.7 MPa水蒸氣蒸溜的收率提高幅度小，并且長時間的蒸餾影響了目的成分的轉移率，也就是 1.7 MPa 條件下40 min蒸餾也對目的成分的蒸餾不夠充分，有必要提高蒸餾壓強。

2.3.5 2.1 MPa厚樸水蒸氣蒸餾 2.1 MPa水蒸氣蒸餾液的主要成分有厚樸酚、和厚樸酚、倍半萜烯等。比0.9～1.7 MPa 的蒸餾檢測出了更多的峰值。根據表1可知，厚樸酚、和厚樸酚的轉移率分別達到22.86%、10.85%。2.1 MPa的高溫高壓水蒸氣蒸餾有效促進了精油成分的溶解及被蒸餾，但隨著蒸餾時間的延長，一些溶解的化合物包括厚樸酚、和厚樸酚有可能發生了化學變化。根據圖2可知，在蒸餾廢液中沒有檢測到厚樸酚、和厚樸酚的存在，也就是說在 2.1 MPa 條件下進行40 min的水蒸氣蒸餾，目的成分完全被蒸餾，并得到高提取率。

3 結論與討論

本研究對厚樸進行了常壓水蒸氣蒸餾和0.9～2.1 MPa的高壓水蒸汽蒸餾，主要進行了蒸餾液和廢液精油成分的提取率及成分分析研究。常壓水蒸氣蒸餾當中得到0.2%的精油收率，目的成分厚樸酚、和厚樸酚沒有被蒸餾。0.9、1.2 MPa 的蒸餾中提取到了目的成分，但精油收率以及厚樸酚、和厚樸酚的轉移率非常低。隨著壓強的增加，蒸餾液、精油量、收率等逐漸增加，并且1.5、1.7 MPa時已經達到了常壓水蒸氣蒸餾收率的20倍，2.1 MPa時達到了70倍的收率。厚樸酚、和厚樸酚也于2.1 MPa蒸餾中得到了較高的轉移率。各高壓水蒸氣蒸餾已經蒸餾出常壓水蒸氣蒸餾不能蒸餾的難揮發性物質厚樸酚、和厚樸酚，高壓水蒸氣蒸餾的特點和優點體現得非常明顯。蒸餾壓強越高，細胞中的精油成分越容易接觸水蒸氣，提高了蒸餾效率，縮短了蒸餾時間。通過廢液的定量定性分析，1.2～1.7 MPa的廢液中含有0.2%以上的精油收率，也就是各條件廢水當中還殘留著可以蒸餾的精油。2.1 MPa 條件下廢液的精油收率為0.9%，但不包含厚樸酚、和厚樸酚，說明目的成分完全被蒸餾。隨著蒸餾壓強的上升和蒸餾時間的延長，厚樸精油成分的有些化合物有可能發生了化學變化，具體的化學變化有待進一步研究。本方法為厚樸有效成分提取的進一步研究和開發提供了依據，使用本方法可以從中藥中提取更多的有效成分，期望高壓水蒸氣蒸溜法作為一種新的中藥成分提取方法被廣泛采用。

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[4]淺井淳子. 高圧水蒸気蒸留によるスギおよびヒノキ葉部の精油成分の効率的採取[D]. 岐阜：岐阜大學，2009.

[5]日本木材學會.木質科學實驗マニュアル[M]. 東京：文永堂出版社，2000：173-174.

[6]六反田 潤子. 高圧水蒸気蒸留によるタイム葉精油成分の効率的抽出[D]. 岐阜：岐阜大學，1997.

[7]薩如拉，中村晉平，棚橋光彥，等. 高壓水蒸氣處理による圓竹の新規平板展開法の開發[J]. 木材學會，2012，58(4)：193-200.

[8]薩如拉，中村晉平，棚橋光彥，等. 高壓水蒸氣處理による完全平板展開竹材の物性[J]. 木材學會，2012，58(4)：201-208.