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摘要： 以灌云县紫苏叶为原料，对其挥发油进行水蒸气蒸馏提取研究，并使用气质联用方法（GC-MS）对挥发油成分进行分析。从紫苏叶挥发油中鉴定出含量较多的27种成分，相对含量较多的是紫苏醛（38 47%）、 （顺，反）-α-金合欢烯（17 49%）和β-石竹烯（13 55%）。考察了在水蒸气蒸馏下，浸泡温度、浸泡时间、料水比和蒸馏时间等 因素对出油率的影响，并通过正交试验优化得到最佳工艺条件，即：浸泡温度65 ℃，浸泡时间 1 5 h，料水比1 g ∶ 20 mL， 蒸馏时间2 5 h。在此条件下，挥发油得率为0 52%。
关键词： 紫苏叶；水蒸气蒸馏；挥发油；成分分析
中图分类号： R284 2 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2015）08-0316-03
紫苏（Perilla frutescens L ）是唇形科一年生草本自花授粉植物，具有特异芳香，在医药、食品等领域有着重要的开发价值 [1]。紫苏具有抗氧化、抗癌、抗肿瘤、抗艾滋病等多种生理活性 [2]，紫苏叶精油中含紫苏醛、紫苏酮等香料，可用于食品、皂用香精及化妆品的加香。
目前国内外相关研究主要集中于紫苏的种植栽培技术 [3]、含油量分析 [4]、功能物质等化学成分的提取 [5]和转基因研究以及重要物质的合成及基因分析 [6-7]等方面。紫苏化学成分提取方法很多，有超临界CO2萃取、溶剂提取、超声波辅助提取、微波辅助提取、水蒸气蒸馏、压榨法提取、生物酶制剂辅助提取等，但对挥发油提取主要是采用水蒸气蒸馏、超临界CO2萃取等方法，虽然国内关于紫苏叶水蒸气提取的工艺及成分分析有一定研究 [8-9]，但不够系统和深入。江苏省连云港市灌云县生产的紫苏叶是为出口日本定向生产，但日方只要长度不小于8 cm的紫苏叶，而叶片长度小于8 cm的被废弃，本试验就是利用被废弃的紫苏叶进行挥发成分的提取及分析，以便为其综合利用提供理论和实践依据。
1 材料与方法
1 1 材料
提取所用经阴干后粉碎的紫苏叶（长度小于8 mm，含水率10 42%）采自江苏省连云港市灌云县。
1 2 仪器与试剂
仪器：美国安捷伦789A/5975C气相色谱-质谱联用仪；旋转蒸发器RE52CS，上海亚荣生化仪器厂。
试剂：正己烷（分析纯），国药集团化学试剂有限公司；无水硫酸钠（分析纯），国药集团化学试剂有限公司。
1 3 试验方法
1 3 1 挥发油的提取 称取一定量的紫苏叶粉末，加入到 1 000 mL 三口烧瓶中，加适量的蒸馏水，接上挥发油提取器和冷凝器，在水浴锅内恒温浸泡一段时间，然后加热蒸馏设定的时间，冷却，静置分层，弃去下层水，上层的油加无水硫酸钠干燥，过滤除去无水硫酸钠，收集挥发油并称质量。
1 3 2 GC-MS测定条件 HP-5MS毛细管柱（30 m×025 mm×0 25 μm），固定液SE30，He载气，MS检测器；进样口温度250 ℃，进样量1 μL，分流比10 ∶ 1。程序升温：初始温度40 ℃（3 min），以5 ℃/min升至100 ℃（1 min），以 3 ℃/min 升至160 ℃（1 min），以6 ℃/min升至220 ℃，保持16 min。使用美国NIST02L谱库，并经人工解析。
2 结果与分析
2 1 水蒸气蒸馏提取单因素试验
2 1 1 浸泡时间对出油率的影响 取一定量的紫苏叶，加入蒸馏水，使料水比为1 g ∶ 13 mL，在50 ℃的恒温水浴中分别浸泡0 5、1 5、2 5、3 5、4 5 h，然后蒸馏2 0 h，比较它们之间的出油率，结果如图1所示。
从图1可以看出，随着浸泡时间的增加，出油率显著增加；当到达2 5 h后，出油率达到最高点，继续增加浸泡时间出油率反而有所减小。浸泡理论上可使组织细胞膨胀，细胞间隙变大，加速细胞内外液动态交换而有利于挥发油的蒸馏，但当浸泡时间过长时，原料中的果胶等成分溶出，会产生乳化作用抑制挥发性成分的溶出，此时出油率下降。因此较适合的浸提时间为2 5 h。
2 1 2 料水比对出油率的影响 设定浸泡时间为2 5 h，浸泡温度为50 ℃，料水比（g ∶ mL）为1 ∶ 10、1 ∶ 15、1 ∶ 20、1 ∶ 25、1 ∶ 30，蒸馏时间为2 0 h进行试验，结果见图2。
从图2可以看出，随着蒸馏水量的增加，出油率不断增加；当料水比达到1 g ∶ 20 mL时，出油率达到最高值，随后呈现下降趋势。随着水量的增加，有利于挥发油的扩散和溶解；当加入的水过多时，因为挥发油中许多亲水性成分溶解在水中而造成浪费，从而导致出油率会下降。因此较适宜的料水比为1 g ∶ 20 mL。
2 1 3 浸泡温度对出油率的影响 设定浸泡时间为2 5 h，浸泡温度为35、45、55、65、75 ℃，料水比1 g ∶ 20 mL，蒸馏时间2 0 h进行试验，结果如图3。
从图3可以看出，出油率随着浸泡温度的提高有先升高后趋于稳定之势。当温度为55 ℃时，出油率达到最大值，随后略有下降。随着浸泡温度的升高，加快了挥发油在水中的扩散与溶解；但是过高的温度可能导致部分挥发油成分溶解在水中多而造成损失。因此较适宜的浸泡温度为55 ℃。
2 1 4 蒸馏时间对出油率的影响 设定浸泡时间2 5 h，料水比1 g ∶ 20 mL，浸泡温度55 ℃，蒸馏1 0、1 5、2 0、2 5、3 0 h 进行试验，结果见图4。
从图4可以看出，随着蒸馏时间的增加，出油率会逐渐增加，蒸馏时间达到2 0 h后，出油率趋于平缓。蒸馏达2 0 h后继续延长蒸馏时间意义不大，反而会造成能源浪费，因此较适宜的蒸馏时间为2 0 h。 2 2 水蒸气蒸馏提取正交试验
为选择水蒸气蒸馏提取的最佳工艺条件，采用L9（34）的
正交表设计9次试验 [10-11]，以挥发油得率为考察指标，根据单因素试验结果，取浸泡时间A（1 5、2 5、3 5 h）、料水比B（1 g ∶ 15 mL、1 g ∶ 20 mL、1 g ∶ 25 mL）、浸泡温度C（45、55、65 ℃）、和蒸馏时间D（1 5、2 0、2 5 h）进行正交试验，试验结果见表1。
从表1可以看出，各试验因素对出油率的影响大小顺序为蒸馏时间>浸泡温度>浸泡时间>料水比，最佳条件组合为A1B2C3D3即：浸泡时间1 5 h，蒸馏时间2 5 h，浸泡温度65 ℃，料水比1 g ∶ 20 mL。
2 3 重复稳定性试验
在最佳工艺条件下进行3次平行试验，其出油率分别为0 54%、0 51%、0 52%。取平均值0 52%为最佳挥发油提取率。
2 4 紫苏叶挥发油的主要化学成分及含量
由图5、表2可知，从紫苏叶蒸馏出的挥发油中鉴定出27种化合物，占挥发油总量的9550%。主要成分为紫苏醛（3847%）、β-石竹烯（13 55%）、（顺，反）-金合欢烯（1749%）、芳樟醇（4 50%）、D-柠烯（3 39%）等，其中紫苏醛含量最高，是紫苏叶挥发油中的最主要成分。
3 结论
采用水蒸气蒸馏方法提取紫苏叶中的挥发油，单因素实验和正交试验的结果显示，对试验结果影响的因素主次关系为蒸馏时间>浸泡温度>浸泡时间>料水比。
正交试验确定了紫苏叶挥发油的水蒸气蒸馏最佳工艺条件为：浸泡时间1 5 h，蒸馏时间2 5 h，浸泡温度65 ℃，料水比1 g ∶ 20 mL，在最佳提取工艺条件下，紫苏叶的挥发油得率为0 52%。
通过GC-MS从紫苏叶挥发油中鉴定出27种化合物，分析结果表明其最主要的成分为紫苏醛（38 47%），其次分别为（顺，反）-α-金合欢烯（17 49%）、β-石竹烯（1355%）等成分。
参考文献： [HJ1 72mm]
[1] 谭美莲，严明芳，汪 磊，等 国内外紫苏研究进展概述[J] 中国油料作物学报，2012，34（2）：225-231
[2]金建忠 超临界CO2萃取紫苏叶挥发油的工艺优化[J] 食品科学，2011，32（6）：124-126
[3]王 琛 大棚紫苏无公害栽培技术[J] 蔬菜，2011（6）：17-18
[4]秦晓霜，康笑枫，林春华，等 紫苏挥发油化学成分分析[J] 广东农业科学，2006（6）：36-37
[5]徐春明，李 丹 响应面法优化微波辅助提取紫苏中迷迭香酸[J] 北京工商大学学报：自然科学版，2012，30（1）：26-29，35
[6]Kim M J，Kim H K Perilla leaf extract ameliorates obesity and dyslipidemia induced by high-fat diet[J] Phytotherapy Research，2009，23（12）：1685-1690
[7]Jun H I，Kim B T，Song G S，et al Structural characterization of phenolic antioxidants from purple perilla （Perilla frutescens var acuta） leaves[J] Food Chemistry，2014，148：367-372
[8]林梦南，苏 平 响应面法优化紫苏挥发油的水蒸气提取工艺及其成分研究[J] 中国食品学报，2012，12（3）：52-60
[9]汪洪武，刘艳清，韦寿莲，等 微波、超声波和水蒸气蒸馏在紫苏籽挥发油分析中的对比研究[J] 精细化工，2011，28（6）：544-547，572
[10] 高文秀，祝 波，王亚红 酶解法协同超声波法提取山楂中总黄酮的工艺条件优化[J] 江苏农业科学，2013，41（3）：252-254，381
[11]王桃云，邱业先，汪金莲，等 银杏叶抑制脲酶活性成分提取条件优化及其成分初步鉴定[J] 江苏农业科学，2013，41（10）：246-249
关键词： 紫苏叶；水蒸气蒸馏；挥发油；成分分析
中图分类号： R284 2 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2015）08-0316-03
紫苏（Perilla frutescens L ）是唇形科一年生草本自花授粉植物，具有特异芳香，在医药、食品等领域有着重要的开发价值 [1]。紫苏具有抗氧化、抗癌、抗肿瘤、抗艾滋病等多种生理活性 [2]，紫苏叶精油中含紫苏醛、紫苏酮等香料，可用于食品、皂用香精及化妆品的加香。
目前国内外相关研究主要集中于紫苏的种植栽培技术 [3]、含油量分析 [4]、功能物质等化学成分的提取 [5]和转基因研究以及重要物质的合成及基因分析 [6-7]等方面。紫苏化学成分提取方法很多，有超临界CO2萃取、溶剂提取、超声波辅助提取、微波辅助提取、水蒸气蒸馏、压榨法提取、生物酶制剂辅助提取等，但对挥发油提取主要是采用水蒸气蒸馏、超临界CO2萃取等方法，虽然国内关于紫苏叶水蒸气提取的工艺及成分分析有一定研究 [8-9]，但不够系统和深入。江苏省连云港市灌云县生产的紫苏叶是为出口日本定向生产，但日方只要长度不小于8 cm的紫苏叶，而叶片长度小于8 cm的被废弃，本试验就是利用被废弃的紫苏叶进行挥发成分的提取及分析，以便为其综合利用提供理论和实践依据。
1 材料与方法
1 1 材料
提取所用经阴干后粉碎的紫苏叶（长度小于8 mm，含水率10 42%）采自江苏省连云港市灌云县。
1 2 仪器与试剂
仪器：美国安捷伦789A/5975C气相色谱-质谱联用仪；旋转蒸发器RE52CS，上海亚荣生化仪器厂。
试剂：正己烷（分析纯），国药集团化学试剂有限公司；无水硫酸钠（分析纯），国药集团化学试剂有限公司。
1 3 试验方法
1 3 1 挥发油的提取 称取一定量的紫苏叶粉末，加入到 1 000 mL 三口烧瓶中，加适量的蒸馏水，接上挥发油提取器和冷凝器，在水浴锅内恒温浸泡一段时间，然后加热蒸馏设定的时间，冷却，静置分层，弃去下层水，上层的油加无水硫酸钠干燥，过滤除去无水硫酸钠，收集挥发油并称质量。
1 3 2 GC-MS测定条件 HP-5MS毛细管柱（30 m×025 mm×0 25 μm），固定液SE30，He载气，MS检测器；进样口温度250 ℃，进样量1 μL，分流比10 ∶ 1。程序升温：初始温度40 ℃（3 min），以5 ℃/min升至100 ℃（1 min），以 3 ℃/min 升至160 ℃（1 min），以6 ℃/min升至220 ℃，保持16 min。使用美国NIST02L谱库，并经人工解析。
2 结果与分析
2 1 水蒸气蒸馏提取单因素试验
2 1 1 浸泡时间对出油率的影响 取一定量的紫苏叶，加入蒸馏水，使料水比为1 g ∶ 13 mL，在50 ℃的恒温水浴中分别浸泡0 5、1 5、2 5、3 5、4 5 h，然后蒸馏2 0 h，比较它们之间的出油率，结果如图1所示。
从图1可以看出，随着浸泡时间的增加，出油率显著增加；当到达2 5 h后，出油率达到最高点，继续增加浸泡时间出油率反而有所减小。浸泡理论上可使组织细胞膨胀，细胞间隙变大，加速细胞内外液动态交换而有利于挥发油的蒸馏，但当浸泡时间过长时，原料中的果胶等成分溶出，会产生乳化作用抑制挥发性成分的溶出，此时出油率下降。因此较适合的浸提时间为2 5 h。
2 1 2 料水比对出油率的影响 设定浸泡时间为2 5 h，浸泡温度为50 ℃，料水比（g ∶ mL）为1 ∶ 10、1 ∶ 15、1 ∶ 20、1 ∶ 25、1 ∶ 30，蒸馏时间为2 0 h进行试验，结果见图2。
从图2可以看出，随着蒸馏水量的增加，出油率不断增加；当料水比达到1 g ∶ 20 mL时，出油率达到最高值，随后呈现下降趋势。随着水量的增加，有利于挥发油的扩散和溶解；当加入的水过多时，因为挥发油中许多亲水性成分溶解在水中而造成浪费，从而导致出油率会下降。因此较适宜的料水比为1 g ∶ 20 mL。
2 1 3 浸泡温度对出油率的影响 设定浸泡时间为2 5 h，浸泡温度为35、45、55、65、75 ℃，料水比1 g ∶ 20 mL，蒸馏时间2 0 h进行试验，结果如图3。
从图3可以看出，出油率随着浸泡温度的提高有先升高后趋于稳定之势。当温度为55 ℃时，出油率达到最大值，随后略有下降。随着浸泡温度的升高，加快了挥发油在水中的扩散与溶解；但是过高的温度可能导致部分挥发油成分溶解在水中多而造成损失。因此较适宜的浸泡温度为55 ℃。
2 1 4 蒸馏时间对出油率的影响 设定浸泡时间2 5 h，料水比1 g ∶ 20 mL，浸泡温度55 ℃，蒸馏1 0、1 5、2 0、2 5、3 0 h 进行试验，结果见图4。
从图4可以看出，随着蒸馏时间的增加，出油率会逐渐增加，蒸馏时间达到2 0 h后，出油率趋于平缓。蒸馏达2 0 h后继续延长蒸馏时间意义不大，反而会造成能源浪费，因此较适宜的蒸馏时间为2 0 h。 2 2 水蒸气蒸馏提取正交试验
为选择水蒸气蒸馏提取的最佳工艺条件，采用L9（34）的
正交表设计9次试验 [10-11]，以挥发油得率为考察指标，根据单因素试验结果，取浸泡时间A（1 5、2 5、3 5 h）、料水比B（1 g ∶ 15 mL、1 g ∶ 20 mL、1 g ∶ 25 mL）、浸泡温度C（45、55、65 ℃）、和蒸馏时间D（1 5、2 0、2 5 h）进行正交试验，试验结果见表1。
从表1可以看出，各试验因素对出油率的影响大小顺序为蒸馏时间>浸泡温度>浸泡时间>料水比，最佳条件组合为A1B2C3D3即：浸泡时间1 5 h，蒸馏时间2 5 h，浸泡温度65 ℃，料水比1 g ∶ 20 mL。
2 3 重复稳定性试验
在最佳工艺条件下进行3次平行试验，其出油率分别为0 54%、0 51%、0 52%。取平均值0 52%为最佳挥发油提取率。
2 4 紫苏叶挥发油的主要化学成分及含量
由图5、表2可知，从紫苏叶蒸馏出的挥发油中鉴定出27种化合物，占挥发油总量的9550%。主要成分为紫苏醛（3847%）、β-石竹烯（13 55%）、（顺，反）-金合欢烯（1749%）、芳樟醇（4 50%）、D-柠烯（3 39%）等，其中紫苏醛含量最高，是紫苏叶挥发油中的最主要成分。
3 结论
采用水蒸气蒸馏方法提取紫苏叶中的挥发油，单因素实验和正交试验的结果显示，对试验结果影响的因素主次关系为蒸馏时间>浸泡温度>浸泡时间>料水比。
正交试验确定了紫苏叶挥发油的水蒸气蒸馏最佳工艺条件为：浸泡时间1 5 h，蒸馏时间2 5 h，浸泡温度65 ℃，料水比1 g ∶ 20 mL，在最佳提取工艺条件下，紫苏叶的挥发油得率为0 52%。
通过GC-MS从紫苏叶挥发油中鉴定出27种化合物，分析结果表明其最主要的成分为紫苏醛（38 47%），其次分别为（顺，反）-α-金合欢烯（17 49%）、β-石竹烯（1355%）等成分。
参考文献： [HJ1 72mm]
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[4]秦晓霜，康笑枫，林春华，等 紫苏挥发油化学成分分析[J] 广东农业科学，2006（6）：36-37
[5]徐春明，李 丹 响应面法优化微波辅助提取紫苏中迷迭香酸[J] 北京工商大学学报：自然科学版，2012，30（1）：26-29，35
[6]Kim M J，Kim H K Perilla leaf extract ameliorates obesity and dyslipidemia induced by high-fat diet[J] Phytotherapy Research，2009，23（12）：1685-1690
[7]Jun H I，Kim B T，Song G S，et al Structural characterization of phenolic antioxidants from purple perilla （Perilla frutescens var acuta） leaves[J] Food Chemistry，2014，148：367-372
[8]林梦南，苏 平 响应面法优化紫苏挥发油的水蒸气提取工艺及其成分研究[J] 中国食品学报，2012，12（3）：52-60
[9]汪洪武，刘艳清，韦寿莲，等 微波、超声波和水蒸气蒸馏在紫苏籽挥发油分析中的对比研究[J] 精细化工，2011，28（6）：544-547，572
[10] 高文秀，祝 波，王亚红 酶解法协同超声波法提取山楂中总黄酮的工艺条件优化[J] 江苏农业科学，2013，41（3）：252-254，381
[11]王桃云，邱业先，汪金莲，等 银杏叶抑制脲酶活性成分提取条件优化及其成分初步鉴定[J] 江苏农业科学，2013，41（10）：246-249