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山苍子油的提取、化学成分及其动力学的研究
邓楠，旷春桃* ，王玲芝，韩艳利
(中南林业科技大学 材料科学与工程学院，长沙 410004)
摘 要:山苍子油是一种重要的调味品和香料，在食品和化妆品领域具有良好的应用前景。本文采用水
蒸气蒸馏法(SD)提取山苍子油，采用 GC － MS分析了其化学成分，建立了提取山苍子油的动力学模型，对强
化提取过程进行了分析。提取山苍子油的适宜工艺条件为:液料比 20 ∶ 1，提取时间 4h，得率为 3. 06%。GC
－ MS鉴定了 26 种化合物的结构，山苍子油的主要成分是香叶醛(17. 94%) ，橙花醛(14. 58%) ，柠檬烯
(9. 25%) ，芳樟醇(8. 44%) ，桉树脑(7. 11%)和 α －松油醇(5. 74%)。山苍子油中柠檬醛(两种异构体香叶
醛和橙花醛)的含量为 32. 52%。SD法提取山苍子油的动力学模型为 Vt = 0. 87081(1 － e
－0. 00362t) ，相关系数为
0. 9966，方差为 0. 00016，动力学常数为 0. 00362，该模型拟合度高，准确性好。该动力学模型为强化山苍子
油的提取提供了理论指导。
关键词:山苍子油;水蒸气蒸馏;提取;动力学;化学成分
中图分类号:TS202. 1 文献标识码:A 文章编号:1006 － 2513(2014)09 － 0080 － 06
Study on extraction，chemical components and kinetics
of Litsea Cubeba oil
DENG Nan，KUANG Chun-tao* ，WANG Ling-zhi，HAN Yan-li
(School of Material Science and Engineering，Central South University of
Forestry and Technology，Changsha 410004)
Abstract:Litsea Cubeba oil is an important condiment and perfume andwidely used in food and cosmetics industry． Lit-
sea Cubeba oil extracted by steam distillation(SD)was analyzed by GC － MS． Extraction kinetics model of Litsea Cubeba
oil was established，and optimized extraction process was analyzed． The yield of Litsea Cubeba oil was 3. 06% under
the optimized conditions of solid:liquid ration of 20 ∶ 1 and extraction time 4. 0 h． Twenty six compounds were identi-
fied in Litsea Cubeba oil by GC － MS，and its major components were geranial(17. 94%) ，neral(14. 58%) ，limonene
(9. 25%) ，linalool(8. 44%) ，eucalyptol(7. 11%)and α － terpineol(5. 74%)． Content of citral(two isomers gerani-
al and neral)was 32. 52% in Litsea Cubeba oil． The extraction kinetics model of Litsea Cubeba oil by SD was Vt =
0. 87081(1 － e －0. 00362t) ，and the correlation coefficient，variance and kinetics constant were 0. 9966，0. 00016 and
0. 00362，respectively． This showed that the kinetics model is fit and accurate． The kinetics model provided theoreti-
cal guidance to optimize extraction of Litsea Cubeba oil．
Key words:Litsea Cubeba oil;steam distillation;extraction;kinetics;chemical component
收稿日期:2014 － 03 － 11 * 通讯作者
基金项目:国家林业公益性行业科研专项(201204811) ，湖南省科技计划项目(2012NK3103)。
作者简介:邓楠(1992 －) ，女，硕士研究生，主要从事天然产物化学与利用。
通讯作者:旷春桃 (1973 － ) ，男，副教授，硕士生导师，主要从事天然产物化学与利用，E － mail:hnkct@ 163． com。
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1 前言
山苍子(Litsea cubeba Pers)是樟科木姜子属落叶
灌木或小乔木，在我国湖南、江西和贵州等省份分
布较多。山苍子鲜果中挥发油含量约为4% ～ 7%，
干果中挥发油含量大约为 1% ～3%。山苍子油具有
抗氧化［1 －2］，抗菌［3］和抗病虫害［4 －5］等作用，在食
品、医药和农业等领域具有广泛用途。
目前，提取山苍子油的方法有水蒸气蒸馏法
(SD)［6］、超临界 CO2法
［7］、微波辅助提取法［8］和
超声辅助提取法等［9］，尽管新提取技术可提高山
苍子油的提取效率，缩短提取时间，但其生产设
备投入大、成本高。所以水蒸气蒸馏法仍是目前
厂家普遍采用的方法。
本研究采用 SD 法提取山苍子油，分析其化
学成分，建立 SD法提取山苍子油的动力学方程，
旨在为强化山苍子油的提取过程提供理论指导。
2 实验部分
2. 1 仪器与试剂
山苍子干果(湖南永顺，粉碎，过 20 目备用)。
2. 2 实验方法
2. 2. 1 山苍子油含量的测定
按《中国药典》2010 版一部附录 XD 挥发油
测定法［10］测定山苍子干果中油含量。
2. 2. 2 水蒸气蒸馏法提取山苍子油
称取一定质量过 20 目筛的山苍子，加入
500mL蒸馏烧瓶中，在设定条件下提取，收集山
苍子油。山苍子油得率计算公式如下:
山苍子油得率(%)=山苍子油的质量
干果粉末的质量
×100%
2. 2. 3 山苍子油的提取动力学测定
在优化工艺条件下，记录不同提取时间时的
山苍子油体积，将山苍子油提取体积对提取时间
作图，得山苍子油提取过程的体积 － 时间曲线，
对该曲线进行拟合分析，得到动力学模型。
2. 2. 4 山苍子精油的 GC － MS分析
GC 条件:Elite － 5MS 分析色谱柱(30m ×
0. 25mm × 0. 25μm) ;升温程序:初温 80℃，保
持 3min，5℃ /min 升温，至 100℃，保持 1min，
10℃ /min升温，至 130℃，保持 3min，20℃ /min
升温，至 230℃，保持 6min;高纯 He 为载气;
流速 1mL /min;进样口温度 260℃;进样量
0. 5μL;分流比 20 ∶ 1。
MS条件:EI 离子源;电离电压 70eV;离子
源温度 250℃。
3 结果与讨论
3. 1 山苍子油的含量
按《中国药典》测定山苍子干果中挥发油含
量，三次含量分别为 3. 32%、3. 38%和 3. 36%，
平均含量为 3. 35%。
3. 2 提取山苍子油的优化工艺
采用单因素实验分别考察了提取时间和液料
比对山苍子油得率的影响，结果见表 1 和表 2。
表 1 液料比对山苍子油得率的影响
Table. 1 Effect of ratio of liquid to solid on
yield of Litsea Cubeba essential oil
液料比(mL·g － 1) 5 ∶ 1 10 ∶ 1 15 ∶ 1 20 ∶ 1 25 ∶ 1
得率(%) 1. 49 1. 61 1. 77 1. 85 1. 86
表 2 提取时间对山苍子油得率的影响
Table. 2 Effect of extraction time on yield of
Litsea Cubeba essential oil
提取时间(h) 1. 0 2. 0 3. 0 4. 0 5. 0
得率(%) 1. 10 1. 85 2. 58 3. 06 3. 17
由表 1 可以看出，随着液料比的增大，山苍
子油的得率逐渐变大，至 20 ∶ 1 后趋于稳定，山
苍子油得率增加不大，因此，液料比以 20 ∶ 1 为
宜。表 2 结果表明，随着提取时间的增大，山苍
子油的得率逐渐增大，在 5. 0h 最大，因为 SD 法
提取山苍子精油的扩散系数小，传质速率比较
慢，所以需要较长时间才能将山苍子精油提取完
全。由表 2 可知，当提取时间为大于 4. 0h时，山
苍子精油得率逐渐趋缓，基于提取过程的经济
性，适宜提取时间为 4. 0h。
3. 3 SD法提取山苍子油的建模假设与动力学方
程建立
SD法提取山苍子油包括固相内分散阶段、相
界面转移阶段和气相内扩散阶段。由于相界面转
移阶段为挥发油分子由固相传递到气相，属相际
传递，为控制步骤，决定了挥发油提取速率。
根据物质传递理论［11］，建立如下的挥发油提
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取动力学模型。
气膜传质速率方程:
NA = kG(pAi － pA) (1)…………………………
NA:挥发油的对流传质速率，kmol /m
2 ． s;
kG:气膜传质系数，kmol /m
2 ． s． kPa;
pAi:挥发油在相界面处的分压，kPa;
pA:挥发油在气相主体的分压，kPa。
由于在气相主体中挥发油会被水蒸气迅速夹
带至回流冷凝管并被冷凝掉，因此 pA近似为 0，
则式(1)可简化为:
NA = kGpAi (2)…………………………………
根据传质速率的定义:在任一固定空间位置
上，单位时间通过单位面积 A 的物质的量，即
，与式(2)联立得到挥发油提取的动
力学方程为:
(3)…………………
nA:t时刻原料中挥发油的物质的量，kmol;
S:原料的表面积，m2;
t:时间，s;
由于原料的表面积一定，因此可将式(3)
改为:
(4)…………………………
(5)………………………
xA:t时刻原料中挥发油的摩尔分数;
nA:t时刻原料中挥发油的物质的量，kmol;
n:t 时刻原料中各组分物质的量之和，
kmol;
nB:原料中除挥发油以外各物质的物质的量
之和，kmol。
同时，根据亨利定律，气相相界面处挥发油
的分压与挥发油在原料中的摩尔分数成正比，即
pAi = EXA (6)…………………………………
E:亨利系数，kPa;
将式(5)和(6)代入式(4)得
－
dnA
dt = kGSE
nA
nA + nB
(7)……………………
由于 nB ＞ ＞ nA，故式(7)可简化为 －
dnA
dt =
kGSE
nA
nB
，积分整理得
(8)…………………………
nA0:初始时刻原料中挥发油的物质的量;
nA:t时刻原料中挥发油的物质的量;
由于 ，式(8)可变为
1n
VA0
VA
=
kGSE
nB
t (9)……………………………
VA——— t时刻原料中的挥发油体积，mL;
两边同时取 e指数，整理得:
(10)…………………………
令 VA0 = V∞，
kGSE
nB
= K，则 t 时刻提取出的
挥发油体积 Vt为:
Vt = V∞(1 － e
－ Kt) (11)………………………
Vt——— t时刻提取出的挥发油体积;
V∞——— 理论上模型预测的所能提取的挥发
油最大体积;
K——— 挥发油提取动力学常数;
t——— 提取时间。
式(11)即挥发油提取过程中的动力学方程。
以提取时间为横坐标，山苍子油体积为纵坐
标，绘制 SD法提取山苍子油的体积 －时间曲线
图，通过 BoxLucas1 指数函数对曲线进行非线性
拟合，得到关于时间 t 和山苍子油体积 V 的拟合
方程，拟合曲线见图 1，拟合参数见表 3。
图 1 山苍子提取动力学拟合曲线
Fig. 1 The fitting curve of extraction kinetics
for Litsea Cubeba essential oil
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表 3 非线形拟合结果
Table. 3 The results of nonlinear fitting curve
方差 相关系数
V∞ K
数值 误差 数值 误差
0. 00016 0. 99660 0. 87081 0. 04226 0. 00362 0. 00029
采用 BoxLucas1 指数函数对曲线进行非线性
拟合得到 SD法提取山苍子油的动力学方程为 Vt
= 0. 87081(1 － e －0. 00362t) ，由图 1 和表 3 可看出，
动力 学 方 程 相 关 系 数 为 0. 99660，方 差 为
0. 00016，说明实验数据回归性好，拟合度高。从
K =
KGSE
nB
可知，粒度越小，物料的表面积越大，
K越大，提取效率越高，但物料过细会造成提取
过程中物料受热不均，物料容易发生喷涌和糊化
等现象，因此，合适的粉碎粒度对挥发油的提取
非常重要。
3. 4 山苍子油的化学成分
山苍子油的 GC － MS 分析结果见图 2，经与
Nist标准谱库对照，各峰对应的物质见表 4。
图 2 山苍子油的总离子流图
Fig. 2 The total ion flow diagram of Litsea Cubeba essential oil
表 4 山苍子油的化学成分
Table. 4 Chemical components of Litsea Cubeba essential oil
NO． 化合物名称 分子式 分子量 相对含量(%) (SD)
1 α －蒎烯 C10H16 136 1. 37
2 莰烯 C10H16 136 0. 74
3 桧烯 C10H16 136 0. 49
4 β －蒎烯 C10H16 136 1. 65
5 6 －甲基 － 5 庚烯 － 2 酮 C8H14O 126 4. 24
6 β －月桂烯 C10H16 136 1. 18
7 对伞花烃 C10H14 134 0. 74
8 柠檬烯 C10H16 136 9. 25
9 桉树脑 C10H18O 154 7. 11
10 芳樟醇 C10H18O 154 8. 44
11 香茅醛 C10H18O 154 1. 22
12 2，6 －二甲基 － 3，7 －辛二烯 － 1，8 －二醇 C10H18O2 170 0. 37
13 龙脑 C10H18O 154 0. 90
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NO． 化合物名称 分子式 分子量 相对含量(%) (SD)
14 (－)－ 4 －萜品醇 C10H18O 154 1. 67
15 α －松油醇 C10H18O 154 5. 74
16 橙花醇 C10H18O 154 1. 82
17 橙花醛 C10H16O 152 14. 58
18 香叶醇 C10H18O 154 3. 04
19 香叶醛 C10H16O 152 17. 94
20 3，7 －二甲基 － 2，6 －辛二烯酸 C10H16O2 168 0. 88
21 β －榄香烯 C15H24 204 0. 56
22 1 －石竹烯 C15H24 204 1. 92
23 α －丁子香烯 C15H24 204 0. 28
24 β －蛇床烯 C15H24 204 0. 22
25 斯巴醇 C15H24O 220 0. 16
26 氧化石竹烯 C15H24O 220 4. 80
由图 2 和表 4 可知，山苍子油分离出 43 种成
分，鉴定出 26 种，占精油总量的 91. 31%，其中
单萜及其含氧衍生物 18 种，含量为 78. 38%，倍
半萜及其含氧衍生物 6 种，含量为 7. 95%，其它
类型的化合物 2 种，含量为 4. 96%，含量较高的
组分有香叶醛(17. 94%) ，橙花醛(14. 58%) ，柠
檬烯 (9. 25%) ，芳 樟 醇 (8. 44%) ，桉 树 脑
(7. 11%)和 α －松油醇(5. 74%)。
4 结论
(1)SD 法提取山苍子油的适宜工艺条件为:
液料比 20 ∶ 1，提取时间 4h，得率为 3. 06%。
(2)提取山苍子油的动力学模型为 Vt =
0. 87081(1 － e －0. 00362t) ，模型关系数大于 0. 995，
方差小于 0. 002，说明该模型拟合度高，准确性
好，对于强化山苍子油提取具有理论指导意义。
(3)GC － MS 分析结果表明，山苍子干果提
取的山苍子油中柠檬醛含量为 32. 52%。
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