一种龙脑精油提取方法
技术领域
本申请涉及一种龙脑精油提取方法，属于从原料回收或精制香精油技术领域。
背景技术
天然冰片原名龙脑香，又称右旋龙脑，作为天然名贵中药药材和食品添加剂，是许多龙脑产品中不可或缺的良好佐剂。在我国天然冰片用作药物的历史超过1500年。研究表明，龙脑被证实具有抗炎、抗血栓以及优良的抗氧化作用。
龙脑精油适合配制烟用香精、医用香精、化妆品和多种药品，龙脑精油价值高、用途广，龙脑开发前景广阔。然而近年来，很少有关于提取龙脑精油的研究报道。龙脑精油提取最常使用的是传统水蒸气蒸馏法，传统水蒸气蒸馏法是将龙脑放入蒸馏罐直接蒸馏，蒸馏的混合蒸汽经过冷凝得到油水混合物，油水混合物再精油油水分离，即可得到龙脑精油。该方法存在提取率低、耗时长、耗能高、产品纯度低等问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种提取率高、助剂用量少、可循环使用的龙脑精油提取方法。
为实现上述目的，本申请采取的技术方案如下：
一种龙脑精油提取方法，包括以下步骤：(1)取龙脑樟树叶，烘干；(2)在搅拌球磨机中，将步骤(1)的干燥龙脑樟树叶机械活化得到粉末；(3)粉末以表面活性剂处理后，转入蒸馏罐，并从蒸馏罐底部通入水蒸气进行加热，沸腾后提取，得到混合蒸汽；(4)将混合蒸汽经冷凝管冷凝，得到油水混合物；(5)将油水混合物进行油水分离，得到龙脑精油粗品和水；(6)将龙脑精油粗品转入萃取罐进行萃取，分层后，上层即为成品龙脑精油。
本方案所提供的提取方案中，以表面活性剂处理与蒸馏配合的方式，先对龙脑精油进行机械研磨预处理，再将其经表面活性剂处理后蒸馏、冷凝、分离、萃取，该方法结合机械活化的前处理，在机械力作用下破坏植物细胞壁，并使颗粒细化，而原料在表面活性剂良好的界面吸附作用下，在溶液中形成分子聚合体，其有效成分即目的精油在水中的溶解度也得到改善，且表面活性剂用量小、可循环使用，将其与蒸馏配合，可有效降低目的精油的表面张力，提高蒸馏中目的精油的渗透、乳化和增溶作用，达到提高提取效率的目的，提取率可以提高30％以上。
在上述研究基础上，我们对烘干进行了研究，结果表明：当烘干至水分含量为8-12％时，在适宜干燥成本基础上，不仅可以有效降低原料中的含水量，与机械研磨配合，有效提高研磨成粉的效率。
在上述研究的基础上，我们还对机械活化进行了研究，并确定了较为优选的搅拌研磨机参数：搅拌球磨机的转速90-130r/min，机械活化的时间为3-7min。在该研磨条件下，在蒸馏提取龙脑精油之前，将龙脑樟树叶晒干后先经过机械活化处理，机械活化将龙脑樟树叶在摩擦、碰撞、冲击、剪切等机械力作用下破坏了植物的细胞壁，并使颗粒细化，使得龙脑樟中的精油更加容易提取出来，从而提高了精油的提取率。
在上述研究的基础上，我们还对表面活性剂的处理方法进行了研究，并确定了较为优选的表面活性剂和处理工艺：所述表面活性剂选用Tween 20或Tween60。研究发现：当表面活性剂的添加量低于1000mg/L时，精油的提取率偏低；随着表面活性剂添加量的增加，表面活性剂的界面吸附作用使原料中的目的精油在溶液中形成了分子聚合体，改变了有效成分即目的精油在水中的溶解度，提取率随之呈线性递增；当到达2000mg/L时，继续增加表面活性剂添加量，则提取率不会有明显增长，因此，添加量为1000-3000mg/L，并优选为1500-2000mg/L。该方法具有表面活性剂用量小、可循环使用、操作安全、生产成本低、高效节能等优点。更优选的，所述表面活性剂采用喷洒或浸渍方式进行处理，以不加表面活性剂直接蒸馏的样品作为空白对照。在选用浸渍方式时，随着原料粉末在表面活性剂中的浸渍时间延长，其精油得率逐渐提升，当浸渍时间达到2小时时，特别是当浸渍时间达到2-3h，此时，精油得率趋于稳定，继续延长浸渍时间，对精油得率并不会有明显提升，因此，综合处理效果与处理成本考量，适宜将浸渍时间选择在1-4h，并优选为2-3h。
在上述研究的基础上，我们还对蒸馏工艺进行了研究，在提取过程中，蒸馏主要是在沸腾后进行了，因此温度参数可以忽略，重点在于时间参数对提取的影响，时间参数的选择，不仅要求满足充分提取的需求，还要满足能耗成本和处理周期的需求。研究发现，随着时间的递增，精油提取率随时间递增而提高，并在1h以后增速显著，但当时间延长至2.5h后，增速不再明显，因此蒸馏时间适宜选在1-3小时，并优选为1.5-2.5h。
附图说明
图1为表面活性剂种类及处理方式对龙脑精油得率的影响；
图2为表面活性剂添加量对龙脑精油得率的影响；
图3为表面活性剂浸渍时间对龙脑精油得率的影响；
图4为蒸馏时间对龙脑精油得率的影响；
图5为本申请的一个代表性工艺流程图。
具体实施方式
在本申请案所提供的精油的提取方案中，影响精油得率的主要因素分为：干燥、机械活化、表面活性剂和蒸馏几个方面：
A.干燥主要涉及到干燥方式和干燥程度即干燥后的含水量。龙脑精油原料主要选自龙脑樟树叶，考虑到该原料的大量性、不统一等特性以及龙脑精油的特性，适宜采用自然晒干的方式进行；干燥程度方面，水分含量过高，会不利于机械活化，在后续蒸馏时也会带入大量的水分，导致精油整体提取率偏低。在经过我们大量实验研究的基础上，将含水量选定为8-12％，不仅可以有效降低原料中的含水量，还有效提高研磨成粉的效率。
B.机械活化主要涉及到选用的粉碎方式以及转速或者粉碎速率。在粉碎方式方面，我们选用了搅拌球磨机，在搅拌的同时完成研磨，使原料得以快速均匀的研磨充分，并将转速控制在90-130r/min，机械活化的时间为3-7min，可满足研磨充分的要求。
以下案例主要就表面活性剂和蒸馏的影响进行分析。
C.表面活性剂包括所选用的表面活性剂类型、表面活性剂的作用/处理方式，下文主要就表面活性剂的类型、添加量和优选处理方式对精油的获取影响进行具体案例说明与分析，具体参见实施例1-3。
实施例1：不同表面活性剂及处理方法对精油得率的影响
本案例中表面活性剂主要选用Tween 20或Tween 60，处理方式中主要选用喷洒和浸渍两种方式，以下以T20(喷洒，Tween 20处理)、T60(喷洒，Tween60处理)和T20浸渍(Tween 20浸渍)、T60浸渍(Tween 60浸渍)进行具体实验，并将采用单纯水蒸气蒸馏(流程为：龙脑精油叶片→干燥→机械活化→蒸馏→冷凝→油水分离→萃取)的方式作为空白组，其余参数则采用：原料干燥之含水量为10％、转速为130r/min下机械活化3min、沸腾后提取2.5h；其中，T20、T60处理的具体工艺条件为：喷洒2000mg/L的表面活性剂后直接水蒸气蒸馏，T20浸渍、T60浸渍的浸渍工艺均为：添加2000mg/L的表面活性剂浸渍处理粉末3h。
本实施例主要以空白组、T20组、T20浸渍组、T60组、T60浸渍组五种方式进行对比，结果参见图1所示。从图1可以看出，采用上述五种方式分别处理时，相同条件下，T20浸渍组的方式获得的精油得率最高(0.5％)，然后依次为T60浸渍组(0.4％)、T20组(0.39％)、T60组(0.38％)，得率最低的是空白组(0.36％)，表面活性剂吐温(包括Tween 20和Tween 60)处理的效果普遍高于空白组，而浸渍组(T20浸渍组、T60浸渍组)的效率普遍高于非浸渍组(T20组、T60组)，采用T20组获得的得率较空白组提升了约8.3％，但采用T20浸渍组获得的得率较空白组则可以提升了38％以上。
故以下实验中以Tween 20浸渍作为主要浸渍方式，对表面活性剂添加量和浸渍时间进行研究。
实施例2：不同表面活性剂添加量对精油得率的影响
在实施例1的基础上，我们对表面活性剂的添加量(其余参数参见实施例1)进行实验，结果表明：结合图2，当表面活性剂的添加量低于1000mg/L时，精油的提取率低于0.39％；随着表面活性剂添加量的增加，提取率几乎随之呈线性递增；当到达2000mg/L时，精油得率达到该条件下的峰值(0.48％)；继续增加表面活性剂添加量，则可能因表面活性剂粘度对精油提取的干扰，提取率不会有明显增长，并基本保持在0.47-0.48％附近。因此，综合考量下，添加量为1000-3000mg/L，并优选为1500-2000mg/L时，精油提取效果较佳。
实施例3：不同表面活性剂浸渍时间对精油得率的影响
在实施例1与实施例2的基础上，我们对浸渍方式的浸渍时间(其余参数参见实施例1)进行实验，结果表明：结合图3，随着原料粉末在表面活性剂中的浸渍时间延长，精油得率逐渐提升，当浸渍时间达到2h时，精油提取率增幅达到最大，此时精油提取率为0.47％，继续延长浸渍时间，浸渍时间在2-3h时，增幅不再显著，精油得率趋于稳定在0.48％-0.49％附近，继续延长浸渍时间，则可能因表面活性剂粘度对精油提取的干扰，精油得率并不会有明显提升，因此，综合处理效果与处理成本考量，浸渍时间选择在1-4h，并优选为2-3h时，精油提取效果较佳。
D.蒸馏主要包括蒸馏方式、蒸馏温度、蒸馏时间三方面，蒸馏对精油的获取影响进行具体案例说明与分析参见实施例4。
实施例4：不同蒸馏时间对精油得率的影响
在实施例1、实施例2和实施例3的基础上，由于蒸馏主要是在沸腾后进行，而蒸馏在行业内普遍采用蒸汽方式蒸馏，因此温度参数可以忽略，本实施例中主要对蒸馏时间(其余参数参见实施例1)进行实验，结果表明：结合图4，在前半小时内，由于能量主要用于维持沸腾，因此该阶段的精油得率不予统计；随着时间的递增，精油提取率随时间递增而提高，并在1h(此时精油得率约为0.41％)以后增速显著，并在2.5h时达到该条件下的最高值(0.48％)，当时间延长至2.5h后，增速不再明显，因此蒸馏时间适宜选在1-3小时，并优选为1.5-2.5h时，精油提取效果较佳。
在上述实验和案例分析基础上，我们以浸渍方式对原料粉末进行处理，并以下述步骤作为代表，
(1)取龙脑樟树叶，烘干；(2)在搅拌球磨机中，将干燥龙脑樟树叶机械活化得到粉末；(3)粉末以表面活性剂处理后，转入蒸馏罐，并通入水蒸气进行加热，沸腾后提取得到混合蒸汽；(4)混合蒸汽冷凝得到油水混合物；(5)将油水混合物进行油水分离，得到龙脑精油粗品(即下文的龙脑粗油)和水；(6)将龙脑精油粗品转入萃取罐进行萃取，分层后，上层即为成品龙脑精油，
结合图5和选出的四个具体案例(实施例5、6、7、8)，对本申请的提取方案做整体诠释。
实施例5
(1)将采收的龙脑樟树叶晒干，使其水分含量为10％；
(2)机械活化：将晒干的龙脑樟树叶加入搅拌球磨机中，在转速为90r/min下机械活化7min，得到粉末；
(3)表面活性剂浸渍处理：添加2000mg/L的表面活性剂Tween 20浸渍处理粉末3h；
(4)蒸馏：从蒸馏罐的底部通入水蒸气对提取液进行加热，提取液沸腾后提取2.5h，得到混合蒸汽；
(5)冷凝：上述得到的混合蒸汽经过冷凝器进行冷凝，冷凝后得到油水混合物；
(6)油水分离：冷凝得到的油水混合物经过油水分离器进行油水分离，得到龙脑粗油和水；
(7)萃取：得到的龙脑粗油再经过萃取罐进行萃取，分层后，分出上层即为龙脑精油，龙脑精油提取率相比传统的水蒸气蒸馏法可以提高30％左右。
实施例6
(1)将采收的龙脑樟树叶晒干，使其水分含量为10％；
(2)机械活化：将晒干的龙脑樟树叶加入搅拌球磨机中，在转速为100r/min下机械活化5min，得到粉末；
(3)表面活性剂浸渍处理：添加2000mg/L的表面活性剂Tween 20浸渍处理粉末3h；
(4)蒸馏：从蒸馏罐的底部通入水蒸气对提取液进行加热，提取液沸腾后提取2.5h，得到混合蒸汽；
(5)冷凝：上述得到的混合蒸汽经过冷凝器进行冷凝，冷凝后得到油水混合物；
(6)油水分离：冷凝得到的油水混合物经过油水分离器进行油水分离，得到龙脑粗油和水；
(7)萃取：得到的龙脑粗油再经过萃取罐进行萃取，分层后，分出上层即为龙脑精油，龙脑精油提取率相比传统的水蒸气蒸馏法可以提高31％左右。
实施例7
(1)将采收的龙脑樟树叶晒干，使其水分含量为10％；
(2)机械活化：将晒干的龙脑樟树叶加入搅拌球磨机中，在转速为110r/min下机械活化5min，得到粉末；
(3)表面活性剂浸渍处理：添加2000mg/L的表面活性剂Tween 20浸渍处理粉末3h；
(4)蒸馏：从蒸馏罐的底部通入水蒸气对提取液进行加热，提取液沸腾后提取2.5h，得到混合蒸汽；
(5)冷凝：上述得到的混合蒸汽经过冷凝器进行冷凝，冷凝后得到油水混合物；
(6)油水分离：冷凝得到的油水混合物经过油水分离器进行油水分离，得到龙脑粗油和水；
(7)萃取：得到的龙脑粗油再经过萃取罐进行萃取，分层后，分出上层即为龙脑精油，龙脑精油提取率相比传统的水蒸气蒸馏法可以提高32％左右。
实施例8
(1)将采收的龙脑樟树叶晒干，使其水分含量为10％；
(2)机械活化：将晒干的龙脑樟树叶加入搅拌球磨机中，在转速为130r/min下机械活化3min，得到粉末；
(3)表面活性剂浸渍处理：添加2000mg/L的表面活性剂Tween 20浸渍处理粉末3h；
(4)蒸馏：从蒸馏罐的底部通入水蒸气对提取液进行加热，提取液沸腾后提取2.5h，得到混合蒸汽；
(5)冷凝：上述得到的混合蒸汽经过冷凝器进行冷凝，冷凝后得到油水混合物；
(6)油水分离：冷凝得到的油水混合物经过油水分离器进行油水分离，得到龙脑粗油和水；
(7)萃取：得到的龙脑粗油再经过萃取罐进行萃取，分层后，分出上层即为龙脑精油，龙脑精油提取率相比传统的水蒸气蒸馏法可以提高34％左右。
以上内容是结合本发明创造的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明创造具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。
