薄荷精油的提取和应用

学校代码： 10722 学号： 0808014123

分 类 号: O621.4 密级： 公开

薄荷精油的提取及其杀菌活性的研究

Extraction of Essential oils from

Peppermint And its Bactericidal Activity

张

斌 化 学

理

学 张知侠

2012年5月

作者姓名 指导教师 学科门类 提交论文日期 专业名称 成绩评定

摘要

植物精油是植物体内小分子化合物形成的混合物，不同的成分组成有不同的功效。由于传统的化学农药有严重的残留问题，对人体和环境伤害较大；因此，近年来有许多人对精油的杀菌活性作了研究，用精油代替农药以减小对人体和环境的伤害。本实验采用水蒸气蒸馏法提取薄荷中的精油，再用GC-MS检测其化学组成成分，最后用速率测试法来研究薄荷精油的杀菌活性。薄荷精油中薄荷醇含量最高为44.34%，邻苯二甲酸二丁酯为7.84%，1,3-二氧六环-5-醇为7.59%，桉树醇为7.24%，5-甲基-2-异丙基环己酮为5.51%，α-萜品醇为4.92%，三甲基苯甲醇为4.47%。用薄荷精油对十二种真菌做杀菌活性实验，其对不同真菌的杀菌活性有所不同，其中在2500 mg/L下对水稻纹枯，玉米大斑，黄瓜炭疽，苹果炭疽，小麦赤霉，番茄叶霉的杀菌活性都在93.02%以上。在1500mg/L对番茄早疫和在500mg/L对小麦纹枯的杀菌活性都为100%。

关键词：薄荷；植物精油；水蒸气蒸馏；GC-MS；杀菌活性

Abstract

Plant essential oil in plants is small molecules form, a mixture of different compositions have different effect. Because the traditional chemical pesticide residues have serious problems, the damage to the body and the environment is bigger; Therefore, in recent years, many of the essential oil to the bactericidal activity study, with the essential oil instead of pesticides to minimize the damage to the body and the environment. The experimental results of the essential oil extraction steam distillation menthol, again by GC-MS testing its chemical composition, final with speed rate testing method to study the peppermint oil bactericidal activity.Menthomenthol is the highest content as 44.34% in peppermint oil, dibutyl phthalate as 7.84%, 1,3-Dioxan-5-ol as 7.59%, 1,8-Oxido-p-menthane as 7.24%, p-Menthan-3-one as 5.51%, p-menth-1-en-8-ol as 4.92%, p-Cymen-3-ol as 4.47%. Use of peppermint oil to twelve kinds of fungi do bactericidal activity experiment, it to the different fungi bactericidal activity is different, which in 2500 mg/L bactericidal activity of peppermint oil to Setosphaeria turcica,Rhizoctonia solani, Colletotrichum lagenarium,Apple anthracnose,Fusarium graminearum,Fulvia fulva is over 93.02%. In 1500 mg/L bactericidal activity to Alternaria solani and in 500 mg/L bactericidal activity to Rhizoctonia cerealis is 100% of all.

Keywords: Mint; Plant essential oil; Steam distillation; GC-MS; Bactericidal activity

目录

摘要............................................................................................................................................... I 前言.. (1)

1文献综述 (2)

1.1植物精油简介及其研究现状 (2)

1.2植物精油传统的提取方法 (2)

1.2.1压榨法(MP) (2)

1.2.2水蒸气蒸馏法(SDE) (3)

1.2.3溶剂萃取法(SE) (3)

1.2.4吸收法(OA) (3)

1.3国内外精油的提取新技术 (3)

1.3.1酶提取法(EE) (4)

1.3.2CO2超临界流体萃取法(SFE) (4)

1.3.3超声波辅助提取法(USE) (4)

1.3.4微波辅助萃取法(MAD) (4)

1.3.5微胶囊-双水相萃取法(MATPE) (5)

1.3.6 微波水扩散重力法(MHG) (5)

1.3.7多种技术的联用 (5)

1.4国内外香精油最新检测技术 (5)

1.4.1 薄层扫描法(TLCS) (5)

1.4.2 气相色谱法(GC) (6)

1.4.3 气相色谱-红外光谱联用技术(GC／FTIR） (6)

1.4.4 气相色谱-质谱联用仪(GC-MS) (6)

1.4.5 多种分析方法联用技术 (6)

1.5植物精油的应用 (7)

1.5.1 在医药方面的研究应用 (7)

1.5.2在植物保护中的应用 (7)

1.5.3 在日用化工方面的应用 (7)

1.5.4 植物精油的抑菌作用 (7)

1.6研究问题的提出及方案设计 (8)

2实验部分 (9)

2.1试剂与仪器 (9)

2.1.1 药品试剂 (9)

2.1.2 仪器设备 (9)

2.2实验过程 (9)

2.2.1 薄荷精油的提取-水蒸气蒸馏法 (9)

2.2.2 GC-MS成分分析 (10)

2.2.3 PDA培养基的制作 (10)

2.2.4 精油抑菌活性实验 (10)

3 结果与讨论 (12)

3.1实验结果 (12)

3.1.1水蒸气蒸馏结果 (12)

3.1.2 GC-MS检测结果 (12)

3.1.3 薄荷精油杀菌活性实验结果 (14)

3.2讨论 (15)

3.2.1精油不同提取方法的比较 (15)

3.2.2精油成分的讨论 (15)

结论 (16)

参考文献 (17)

致谢 (19)

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前言

薄荷(Mentha haplocalyx Brig)为唇形科多年生草本植物，喜欢生长在水边或潮湿地区。薄荷的用途很广泛，全草可入药用作驱风、解热、治疗胃肠道及心脑血管疾病等；也可用作防腐剂、兴奋剂、麻醉剂；薄荷脑还用于化妆品、食品、香料工业等方面。薄荷脑有促进内分泌，祛痰，健胃，利胆保肝，局部止痛等作用。本文薄荷精油的提取及其杀菌活性的研究，对精油的研究现状，国内外精油的提取方法，精油现在主要的应用等方面作了综述。植物精油传统的提取方法有，压榨法，水蒸气蒸馏法，溶剂萃取法，吸收法等；国内外精油的提取新技术有酶提取法，CO2超临界流体萃取法，超声波辅助提取法，微波辅助萃取法，微胶囊-双水相萃取法，微波水扩散重力法，多种技术的联用等方法。由于传统的化学农药有严重的残留问题，对人体和环境伤害较大；因此，近年来有许多人对精油的杀菌活性作了研究，用植物精油来代替化学合成农药以减小对人体和环境的伤害。冯俊涛，苏祖尚，王俊儒等用挖耳花蕾精油对14种常见作物病菌作抗菌活性研究。杀菌实验结果表明，该精油对小麦全蚀病菌和小麦纹枯病菌抑制作用最强，在0.5mg/mL浓度下,5天后对这两种病菌生长的抑制率均大于97%；对小麦赤霉病菌和番茄叶霉病菌也有较强的抑制效果。

薄荷精油的提取及其杀菌活性的研究

1文献综述

1.1植物精油简介及其研究现状

植物精油(essential oil)又称为挥发油(volatile oil)或称芳香油(aromatic oil），是从植物的花、叶、根、皮、果实、种子等中，通过提炼萃取出来的挥发性物质，是有芳香性气味、可随水蒸气蒸馏出来而不与水相混溶的挥发性油状物质的总称。

一般的植物精油具有以下性质：(1)大多数挥发油为无色或淡黄色。(2)均具有特殊气味(多为香味)与辛辣味。(3)对光和热较敏感，易氧化。(4)大多数挥发油密度比水小，仅少数挥发油密度比水大，如丁香油，桂皮油等，一般在0.850～1.180之间。(5)挥发油难溶于水，易溶于无水乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂中。(6)挥发油都具有一定的旋光度与折光率，一般挥发油的折光率都在1.450～1.560之间。(7)挥发油是由多种化学成分组成的混合物，故大多数没有固定的沸点和凝固点。

植物精油一般由50-500种成分组成，每一种植物精油都有一个特殊的化学组成来决定其功能。植物精油中有脂肪族化合物如烃类、醇类、醛类、酮类、脂类等；芳香族化合物及萜类衍生物，萜类化合物的基本结构多为异戊二烯，具有(C5H8)n的通式[1]。在古代，植物精油主要用于香料，常用于沐浴或防止尸体腐烂等。19世纪左右，化学家从植物中分离出咖啡因、奎宁、吗啡等化学物质，人们不再依赖天然植物来治病[2]。植物精油具有杀菌、杀虫、抗氧化等功能,近几年来植物精油在植物保护、医药保健、害虫防治、日用化工品、果蔬保鲜等方面得到了广泛的研究与应用。

植物精油对人体有着重要的作用，精油可以防传染病，抗微生物，防发炎，防痉挛，促进细胞新陈代谢和细胞再生；有些精油能调节内分泌，让人的生理及心理活动处于良好的状态。大多数精油具有独特的香味，能使人适度兴奋、缓解疲劳感及产生松弛感等[3]，日益受到药物化学、药物学和分析化学等领域专家的关注。

薄荷脑分子有四种异构体，即薄荷脑、异薄荷脑、新异薄荷脑及新薄荷脑。而每一种异构体又有正旋和反旋两种手性对映体，因此薄荷脑的分子变得复杂了。我们通常所说的薄荷脑是左旋薄荷脑手性异构体。

1.2植物精油传统的提取方法

1.2.1压榨法(MP)

压榨法是最传统的精油提取方法之一，其原理是以强大压力压榨原料，即利用机械器具施加压力使植物汁液流出的方法，使其细胞破裂，致使油分流出。由于该方法在室温下操作，因此所得油质较好，可保持精油原有的品质[4]。但是该法所得产品不纯，会含有水分、叶绿素、粘液质等杂质而呈混浊状态，而且精油产率不高。由于该方法操作

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复杂，出油率低，成品保存时间较短，因此不适合工业生产。

1.2.2水蒸气蒸馏法(SDE)

水蒸气蒸馏是利用水分子向植物细胞组织中渗透，置换出香精油，在水蒸气作用下，形成的油水共沸物同时被蒸馏出来的原理来制备精油的。一般说来叶子、花等较为柔软的植物组织不经事前处理即可直接蒸馏, 但像树皮之类的较坚硬的植物组织则要经过切割、粉碎的处理来帮助精油的释放。水蒸气蒸馏是目前应用最广泛的一种方法, 适用于挥发性的、在水中溶解度不大的成分的提取。

SDE法设备简单，成本低廉，操作容易，精油产率较高，是一种提取、分离和富集植物中精油成分的有效方法[5]。但是水蒸气蒸馏也存在缺点，即易发生高温分解、氧化等副反应，尤其是特征成分月桂醛、癸醛、α-蒎烯等醛酮类与萜类成分，因长时间加热而氧化，从而影响产品风味与功能。基于水蒸气蒸馏存在的问题，人们开始致力于改进蒸馏设备，从而出现了加压串蒸、连续蒸馏以及涡轮式快速水蒸气蒸馏等形式。

1.2.3溶剂萃取法(SE)

溶剂萃取法是根据植物各种化学成分在溶剂中的溶解性质，将植物中的有效成分从植物组织内溶解出来的方法。对不宜用水蒸气蒸馏法提取的植物，可以采用有机溶剂萃取法提取植物中的精油；常用的有机溶剂有四氯化碳、石油醚、二硫化碳、苯等。

该方法的优点在于精油获得率高、脱色效果好，有机溶剂提取法是根据黄酮类化合物与杂质极性不同来选择适合的有机溶剂，其选择性好、渗透性强、浸出率比热水法高。缺点是有机溶剂有毒、萃取时间长、效率低；而且该法需消耗大量高纯度有机溶剂，工作量大；提取产物的有效成分质量分数不高，提取物需要进一步浓缩，必然导致部分挥发油损失，此外溶剂杂质也可能会对色谱分析结果造成影响。

1.2.4吸收法(OA)

吸收法是利用油脂、活性炭或大孔吸附树脂等吸附性材料吸附植物的精油成分，再利用低沸点有机溶剂将被吸收的成分提取出来的方法。该方法适用于热敏性的贵重挥发油，如玫瑰精油和茉莉花精油的提取。

吸收法通常分为冷吸收法和温浸吸收法两种。温浸吸收法是将原料浸泡于油脂中，于50～60 ℃低温加热，让植物挥发油成分溶于油脂中。吸收植物挥发油后得到的油脂可直接用于香料工业，也可加入无水乙醇，醇溶液经过减压蒸去乙醇得到精油。该法可持久吸收挥发油，但设备投资相对较大，操作技术要求高，提取时间长。

1.3 国内外精油的提取新技术

植物精油传统的提取方法较成熟，易于规模化生产，但存在萃取成分不足，杂质较多，香气不持久，热敏性物质易破坏等缺点。现代分离技术借助于先进的仪器设备，条件温和，大多数具有选择性好，污染少，耗能低，品质优等特点；但也存在仪器设备昂贵，成本较

薄荷精油的提取及其杀菌活性的研究

高，操作要求高，难以规模化生产等缺点。随着科技的发展，植物精油的提取方法越来越多，主要是多种方法的联合使用，实现提取、分离、检测一体化，逐步向无污染、高精密度、低成本发展。通过植物精油提取工艺的不断优化，将有更多的精油提取工艺实现工业化，广泛应用于香料、食品、医药的生产，同时市场的需求也将会极大地推动植物精油的提取方法的研究。

1.3.1酶提取法(EE)

酶提取法是根据植物细胞壁的成分，利用酶的专一性和高效性将细胞壁的组成成分水解或降解，破坏细胞壁结构，使细胞内的成分释放于溶剂中，从而达到提取目的 [6]。

酶提取法是只破坏植物细胞壁结构，不破坏有效成分，有利于被细胞壁包围的黄酮类化合物的提取，此法采用生物降解技术，其提取条件温和、操作简单，克服了活性成分在高温下易分解破坏的缺点，是一种安全、有效、对环境无污染的提取方法，一般要与其他提取方法联用，不足之处在于提取时间较长。

1.3.2CO2超临界流体萃取法(SFE)

CO2超临界流体萃取法其原理是在高于临界温度和临界压力下，用超临界流体CO2将有效成分从样品中萃取出来，然后在常温常压下，超临界流体变为气态，溶解在流体中的有效成分快速析出，达到分离的目的[7]。

超临界流体，如CO2、乙烯、丙烷、丙烯、水等，在临界点附近区域内与待分离成分的溶质具有异常相平衡行为和传递性。常用的萃取剂为CO2，因其密度大、溶解能力强、临界压力适中、临界温度接近常温、不影响萃取物的生理活性、无毒无味、化学性质稳定、易回收、不易燃不易爆、耗能低[8]。超临界流体萃取也有其局限性，生产成本高，对极性较强的物质溶解能力不足，因在高压下操作，对设备性能要求较高、一次性投入费用较高，技术操作要求高。

1.3.3超声波辅助提取法(USE)

超声辅助提取法(USE)是利用超声波辐射在液体中产生的空化效应、扰动效应、机械振动、高的加速度、击碎和搅拌等多种作用，破坏植物细胞和细胞膜结构，使溶剂渗入其中，加速有效成分进入溶剂，强化传质，从而增加细胞内物质通过细胞膜的穿透能力，有助于提取成分的扩散、释放并与溶剂充分混合物[9]。

超声辅助提取法最大的优点就是萃取温度较低、操作方便、时间短、提取率高、简单易行、无需加热保护热不稳定成分，尤其对天然活性成分的萃取有着广阔的应用前景。超声辅助提取法与有机溶剂直提法相比，极大地提高了提取效率，节约溶剂，避免了高温对提取成分的影响[10]。

1.3.4微波辅助萃取法(MAD)

微波辅助萃取法是让微波直接作用于分子，使分子热运动加剧，相互碰撞、挤压，从

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而引起温度升高；细胞内的水等极性物质吸收微波能后产生热量，胞内温度迅速上升，产生热效应使其穿透到介质内部，水气化产生压力使细胞膜(壁)破裂、产生微孔和裂痕，使胞内物质更易溶出，从而使被提取物质从体系中迅速地分离出来[11]。

微波辅助提取对环境友好，更现代，更绿色；提取快速，减少浪费，节省能源，操作简便，萃取率高，产物易于纯化。MAD法不利于热不稳定性物质的提取，由于提取时间过长，温度过高，提取率反而降低。

1.3.5微胶囊-双水相萃取法(MATPE)

微胶囊-双水相萃取法(MATPE)是利用被提取物在不同的两相间分配行为的差异进行分离的，通常选用β-环糊精做为包裹材料，由于湿球效应，与环境中的水分、氧气及紫外线等不良环境因子隔离，能有效地保护产物的化学和物理性质。MATPE法把微胶囊技术和双水相萃取技术相结合，用于植物精油的提取，能避免提取过程中的高温、氧化、聚合等情况发生，不仅能提高精油的提取率和纯度，而且有效地保护了精油的天然组分[12]。1.3.6 微波水扩散重力法(MHG)

微波水扩散重力法(MHG)是将被提取物直接放在不需要添加水和溶剂的特殊微波反应器里，经微波加热，植物中原位水被加热致使细胞膨胀，最后导致组织破裂，在大气压作用下，使精油和原位水一起从植物细胞内转移到细胞外。因此，MHG法是利用微波加热与地球引力相结合的一种绿色提取技术。与水蒸馏法相比较，MHG法是一种不需添加任何试剂，提取方便、快速、高效、绿色无污染、节能的新颖的提取技术，提取得到抗菌和抗氧化活性的精油。

1.3.7多种技术的联用

现如今植物精油的提取技术已经不是单一提取技术的应用，而是采用微波、超声波、酶等辅助手段，并将多种提取技术相结合，目的是提高精油的提取率、品质及降低生产成本。刘新华等采用95%的乙醇做为萃取溶剂，有机溶剂萃取法结束后再采用水蒸气蒸馏法提取红枣精油，最优工艺条件为：料液比为1:4，萃取时间为20min，萃取温度为76℃，水蒸气蒸馏时间为20min，在这样的条件下，植物精油的提取率达到2.46%。与水蒸气蒸馏法相比，蒸馏时间缩短了90%，产率提高了34%。罗安东等将吸附法和超临界流体萃取法相结合，用于提取天然茉莉花精油，提供了一种适合规模化生产茉莉花精油的方法，该方法是在室温下，不经过任何溶剂处理，用潮湿的空气吹分层放置的新鲜茉莉花，带出茉莉花中的芳香成分，并用特殊的吸附剂收集其成分，然后采用超临界二氧化碳流体萃取吸附剂中的茉莉花精油[13]。

1.4国内外香精油最新检测技术

1.4.1 薄层扫描法(TLCS)

薄层扫描法可以分为薄层吸收扫描和薄层荧光扫描两种方法。薄层吸收扫描法是用可

薄荷精油的提取及其杀菌活性的研究

见光或紫外光的单色光照射展开后的薄层色谱板，测定薄层色谱斑点的吸光度(A)随展开距离(L)的变化，从而获得A-L曲线，即为薄层色谱扫描图，曲线上的图谱面积可用于定量分析。由于薄层板存在着明显的散射现象，而使色谱斑点中物质的浓度与吸光度的关系不服从Lambert–Beer定律，需用古柏尔卡—曼克理论来描述。该方程是薄层扫描法的定量分析基础。

1.4.2 气相色谱法(GC)

GC适合于挥发性成分或通过衍生后能够气化的成分的定性、定量分析，具有灵敏度高、分离效率高等特点。对于富含挥发油类药材的鉴定，气相色谱已成为一种首选的方法。不挥发的成分，也可采用裂解气相色谱或水蒸气相色谱来进行检测。由于其灵敏度高，还可以用于中药中农药残留物质的测定。

1.4.3 气相色谱-红外光谱联用技术(GC／FTIR）

气相色谱法具有高分离能力、高灵敏度和高分析速度等优点，是复杂混合物分析的主要手段。但由于其定性分析的主要依据是保留值，所以它难以对复杂未知混合物作定性判断，而红外光谱提供了极其丰富的分子结构信息，是一种理想的定性分析技术，但不具备分离能力，它原则上只能应用于单一组分，对于混合组分定性分析往往无能为。GC/FTIR 联用技术，它结合了两者的长处，因而是复杂混合物分析的有效手段[14]。

1.4.4 气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)

气相色谱原理：气相色谱的流动相为惰性气体，以表面积大且具有一定活性的吸附剂作为固定相。当多种组分的混合样进入色谱柱后，由于吸附剂对每个组分的吸附能力不同，经过一段时间后，各组分在色谱柱中移动的距离就会不同。吸附力弱的组分先被解吸下来，离开色谱柱进入检测器，而吸附力强的后离开色谱柱进入检测器。这样各组分被分离出来，顺序进入检测器并被记录下来。质谱原理：质谱分析是一种测量离子质荷比(质量-电荷比)的分析方法。其基本原理是试样中化学成分在离子源中发生电离，生成不同质荷比的正离子，经过加速电场进入质量分析器；在质量分析器中，再经过电场和磁场的共同作用，将它们分别聚集而得到质谱图，从而确定其质量[15]。

1.4.5 多种分析方法联用技术

目前，国内外对植物精油提取技术研究较多，对于精油的化学成分的分析、鉴定技术多为气相色谱、气相色谱-质谱联用仪。近些年来,提取技术与分离技术仪器联用在国内外有一定的发展，如Deng等首次用微波蒸馏-固相微萃取-气相色谱-质谱联用仪(MD-SPME -GC-MS)对芦蒿精油萃取、分析鉴定出49种有效成分，所需时间仅仅为3.0min。此外，国外也报道有GC-FID、LC-MS、ESI-MS、CD-ED、CZE-UV、MD-HS-SPME-GC-MS(辅助微波蒸馏-固相微萃取-气相色谱-质谱联用仪)等检测方法[16]。由于多种分析技术的联用，使植物精油的提取和检测更省时，更加方便简单。

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1.5 植物精油的应用

1.5.1 在医药方面的研究应用

在医学领域，植物精油有去痛、降血压、消炎抗菌、提高免疫力、保健等方面的作用。如柑橘皮精油含有类胡萝卜素、VE和Se，对防止癌细胞的生长，延缓细胞衰老和增强人体免疫力，都有很好的效果。植物精油可刺激细胞生长，促进新细胞的生成，改善老化的皮肤。植物精油还可以消肿消炎，促进皮肤的生理活性，帮助修复疤痕和愈合伤口，增强皮肤的抵抗力，达到快速的修复损伤的皮肤的效果。芳香植物精油能直接到达人体大脑神经系统，能有效地稳定情绪，使人思想集中，促使人心理及生理协调。

1.5.2在植物保护中的应用

在害虫防治方面，植物精油对害虫活性很高，又不易产生抗药性，对人畜伤害较小，且不污染环境，是一种很好的生物农药原料。植物精油杀虫的方式有熏蒸、忌避、拒食、触杀、杀卵、抑制生长发育和繁殖等[17]。植物精油作为一种新型生物农药有其潜在的价值和广阔的市场，随着植物精油农药是商品化，将会促进植物精油的研究和工业化生产。杨群芳等用8种植物精油对云南松纵坑梢小蠹的趋避活性研究表明：8种植物精油丙酮10倍稀释液中，薄荷、紫苏和藿香3种精油的趋避作用最强，趋避率均为100%，显著高于其他5种精油 [18]。

1.5.3 在日用化工方面的应用

自古以来，植物精油就是化妆品等美容产品的原料之一。主要用于水质类化妆品、膏霜类化妆品、香粉类化妆品、美容化妆品、发用化妆品等。化妆品除了利用植物精油芳香功能外，还利用了天然提取物的生物活性来开发其多种功能。尤其表现在的美容行业中，出现了各式各样的精油产品和芳香疗法。这些均是利用了了植物精油的活性，起到美容、护法、抗衰老等效果[19]。

植物精油是重要的调味品，主要用于食品香精、酒用香精、烟用香精。目前，植物精油在食品添加剂中主要用作食品色素、香料、防腐、抗氧化及乳化增稠等方面。在肉制品、水产品、乳制品、焙烤制品等的贮运中有重要应用 [20]。

目前，在粘合剂中都要加入防霉剂等化学合成添加剂，但这些化学合成添加剂容易导致环境污染。大阪市立工业研究所开发了一种新型的环保黏合剂，使用桉树油等植物精油代替化学添加剂。不仅具有优良的黏合效果，而且能够有效防霉，这种新型黏合剂主要用于墙壁和地板，含有植物精油特有的香味。

1.5.4 植物精油的抑菌作用

近几年的研究表明，植物精油有强烈的抑制或杀死真菌等微生物的特性。植物精油可作为一种新型的杀菌物质进行研究，如丁香油，对革兰氏菌有很强的抑制作用。广藿香和香芋精油对串珠镰刀病毒，玉米弯孢霉菌等真菌有明显的抑制作用[21]。

薄荷精油的提取及其杀菌活性的研究

植物精油不仅在医学上有消炎抗菌作用，而且能防治由真菌引起的农业病害。如辣椒精油对红色毛癣菌、许兰氏黄癣菌、白色念珠菌都有一定的制作用，最低的抑制浓度低于0.1 mL/L。橙皮苷精油具有广谱的抑菌活性，在2g/L时对大肠杆菌、葡萄球菌、青霉、黑曲霉有明显的抑制作用。大蒜精油500倍稀释液对番茄早疫病菌和番茄灰霉病菌在用药后14天的抑制率分别为93.96%和94.14%。

不同的植物精油对不同的病原真菌的抑制率有一定的差异。茶树精油比一般的抗菌化学药物强1至3倍，能有效地抵抗引起炎症的病毒、细菌和真菌 [22]。M·Valero等对11种植物精油进行抗菌性活性研究，结果表明：丁香、肉蔻、薄荷、肉桂等精油在一定条件下对杆菌具有较好的抑制作用。当香辛复合精油的浓度达到0.1%，且作用时间在1.0 min以上，此时对生鱼肉中微生物具有明显的杀菌效果，酸性环境更有利于精油的杀菌。复合精油添加到酱油中杀菌活性更高，杀菌率可高达99%以上[23]。

Nakasugi等通过对70多种植物精油成分的化学结构与抗菌活性的关系进行了广泛的研究，发现活性物质主要为醛类和酮类化合物，而且有如下规律：(1)萜和醛的的接受电子能力越强，抗菌活性越高。(2)不饱和脂肪醛比饱和酮的抗菌活性要高。(3)饱和醛比相应的醇抗菌活性低。(4)一元醇比二元醇二元醇和三元醇的抗菌活性高。(5)苯酚、苯甲醛、苯甲醇等在苯环上引入烷基后，则抗菌活性增强。

植物精油的抑菌作用机理：(1)植物精油影响细胞膜正常功能。精油中酚类物质进入微生物的细胞膜或细胞壁，致使细胞膜功能受到影响，细胞内物质外泄，最终导致细菌死亡。

(2)植物精油影响脂质层的稳定性。精油大部分具有表面活性作用，对脂肪的溶解作用也是其抗菌机理之一。此外，香叶醇还可以降低细胞膜脂质层的相变温度、影响细胞膜的流动性[24]。(3)植物精油影响能量代谢及还原酶的作用。Knobloch等研究了精油中40种萜类物质对微生物初生能量代谢、还原型辅酶及丁二酸脱氢酶的活性。发现在6×10-3 mol/L浓度下，所有试验萜类物质都能抑制上述反应，表明精油可以影响细菌的呼吸作用及细胞膜功能。有些精油成分如柠檬醛可通过其不饱和键与某些酶结合，而导致微生物的新陈代谢紊乱。陈屹等指出洋葱和大蒜精油对葡萄球菌具有一定的抑菌活性，而且在同一浓度下，大蒜精油对葡萄球菌的抑制活性更高[25]。

1.6 研究问题的提出及方案设计

天然植物精油中的化学成分比较复杂，采用不同的提取方法对精油的成分影响很大。传统的精油提取方法和现代提取技术各种方法各有其特点。经过对上述方法的比较和对实验室条件的考虑，最后决定采用水蒸气蒸馏法，它也是最适合的方法，间单，药品用量少，产品不易变质且损失较少。对精油的成分分析中，经过比较各方法和对实验条件的考虑后，采用GC-MS分析精油成分。最后把谱图用计算机检索数据库得到较为准确的结果。

咸阳师范学院2012届本科毕业设计（论文）

2实验部分

2.1 试剂与仪器

2.1.1药品试剂

表2-1药品试剂的规格及来源

药品名称规格来源

薄荷天然采于陕西汉中洋县

无水乙醚分析纯天津市津东天正精细化学试剂厂

无水硫酸钠分析纯洛阳市化学试剂厂

琼脂化学纯河南九兴化工厂

葡萄糖化学纯吴江市南风精细化工有限公司

2.1.2 仪器设备

表2-2 实验仪器名称及来源

名称来源

水蒸气蒸馏装置天津川友科技有限公司

减压蒸馏装置四川久远化工技术有限公司气相色谱-质谱联用仪(GC-MS∕QP2010型)日本岛津公司(SHIMADZU)

CP-52电子天平德国塞多里斯

DZF-6020型干燥箱上海一恒科技有限公司KQ5200DE型数控超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司

2.2 实验过程

2.2.1 薄荷精油的提取-水蒸气蒸馏法

实验操作过程：先将在水边采的薄荷在阴凉处风干，再在干燥箱中在65℃条件下干燥1.0小时，再将其粉碎装入密闭的干燥的瓶中以备后用。称取50.2g薄荷（已粉碎），装入园底烧瓶中，加入200ml蒸馏水浸泡4.5小时。安装水蒸气蒸馏装置（如图1），检查装置气密性后，加热，开始收集馏出液。收集馏岀液约1700ml，实验过程大约11.5小时。收集结束后用无水乙醚进行了两次萃取，累计使用无水乙醚约240ml。向萃取液中加入10.5g 无水硫酸钠进行干燥，干燥约10小时后，用无水硫酸铜检验，无水硫酸铜为无色，说明已干燥完全。用减压蒸馏法对萃取液进行浓缩，当液体不在变化时即刻停止即得到液体为精油。称量得到精油质量为2.30g，根据精油产率计算公式2-1计算精油的产率。

薄荷精油的提取及其杀菌活性的研究

%100?=

薄荷样品质量薄荷精油质量薄荷精油提取率 公式2-1

实验装置图：

图1 水蒸气蒸馏装置

2.2.2 GC-MS 成分分析

使用GC-MS-QP2010对薄荷精油进行成分分析。

气相色谱条件：色谱柱为弹性石英毛细管Finigon-5MS(30m×0.25mm×0.25μm),载气是纯度为99.999%的氦气，色谱柱流速为1.0mL/min ，色谱柱柱温是50.0℃，进样口温度是230.0℃，分馏比为20.0，压力是53.50kPa ，升温是从50.0℃开始，保持2.0min 后，以5.0℃/min 的速度升到220.0℃，保持4.0min ，进样量为0.50ml ，检测时间为50.0min 。

质谱条件：电子轰击离子源，电离能量为70.0eV ，电子倍增器电压是0.97kV ，离子温度为200.0℃，GC-MS 接口的温度是200.0℃，质谱扫描范围29m/z-350m/z ，质谱检测起测时间是3.0min ，溶剂切断时间2.3min 。计算机质谱图检索数据库：NIST.147。

2.2.3 PDA 培养基的制作

PDA 培养基是人们对马铃薯葡萄糖琼脂培养基的简称，即Potato Dextrose Agar Medium ，依次对应马铃薯、葡萄糖、琼脂的英文。一种常用的培养基，宜培养酵母菌、霉菌、蘑菇等真菌。按物理性状划分：固体培养基 按培养基成分划分：半合成培养基。其做法是先洗净去皮,再称取200g 马铃薯切成小块，加水煮烂（煮沸20-30分钟，能被玻璃棒戳破即可），用四层纱布过滤后，再根据实验实际需要加入葡萄糖和琼脂，继续加热搅拌均匀，稍冷却后再加水至1000mL ，分装在锥形瓶中，加塞、包扎后，在高压灭菌桶中121℃灭菌20分钟左右后取出锥形瓶，冷却后贮存备用。

2.2.4 精油抑菌活性实验

在薄荷精油中加入5.0ml 丙酮溶解，取5.0ml 薄荷精油用丙酮定容到26.00ml 作为母液（1号液），取母液13.00ml 用丙酮定容到26.00ml 作为2号液，取2号液7.00ml 用丙酮

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定容到14.00ml作为3号液，依次配制出4, 5号溶液。取1号液1.0 ml于有刻度的试管中，加入PDA培养基10ml混匀后倒入培养皿中，冷却后放入菌种，将培养皿放在25℃的恒温无菌的条件下。同样方法每个浓度做12个菌种，共做1、2、3、4、5号5种浓度60个培养基培养菌种。于28.5℃下培养，每隔12小时观察一次，48小时后通过直尺用十字交叉法测量供试真菌菌落生长直径，取其平均值，记录菌种成长直径和生长时间。

供试菌种

辣椒疫霉病菌（Phytophthora capsici）

番茄早疫病菌（Alternaria solani）

水稻稻瘟病菌（Rice blast fungus）

水稻纹枯病菌（Rhizoctonia solani）

玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）

棉花立枯病菌（Cotton made dry bacteria）

小麦纹枯病菌（Rhizoctonia cerealis）

黄瓜炭疽病菌（Colletotrichum lagenarium）

苹果炭疽病菌（Apple anthracnose）

小麦赤霉病菌（Fusarium graminearum）

番茄叶霉病菌（Fulvia fulva）

番茄灰霉病菌（Botrytis cinerea）

以上病原菌均由西北农林科技大学无公害农药研究服务中心提供，以上所有病菌都用PDA培养基培养。

薄荷精油的提取及其杀菌活性的研究

3 结果与讨论

3.1 实验结果

3.1.1水蒸气蒸馏结果

经过11.5小时的水蒸气蒸馏，共收集到馏出液1700ml，经过无水乙醚两次萃取，再用无水Na2SO4干燥，最后用无水硫酸铜检验，无水硫酸铜为无色，称量薄荷精油质量为2.30g，薄荷精油为淡黄色透明的油状液体，具有特殊浓郁香气味，根据精油产率公式计算出薄荷精油产率为4.60%。

3.1.2 GC-MS检测结果

通过气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）成分分析得到薄荷精油的GC-MS总离子流图，如图2所示。

图2薄荷精油GC-MS总离子流图

薄荷精油的GC-MS总离子流图用面积归一化法得到各成分的质量分数，峰面积归一化法测得薄荷精油各组分的相对百分含量。通过对色谱峰的质谱分析和计算机标准谱图库检索，并参考相应化合物在类似色谱分析条件下的保留时间，共测定出43个化合物，如表3-1所示：

表3-1 薄荷精油成分

序号英文名称名称

分子

量

分子式

保留时

间

面积百

分含量

1 1,3-Dioxan-5-ol 1,3-二氧

六环-5-醇

104 C4H8O3 4.16 7.59

2 2-Methyl-2-pentanol-4-one 4-羟基-4-甲基

-2-戊酮

116 C6H12O2 4.99 0.22

3 3-Octanol 3-辛醇130 C8H18O 7.08 2.40

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4 1,8-Oxido-p-menthane 桉树醇154 C10H18O 8.52 7.24

5 4-Isopropyl-1-methyl

-2-cyclohexen-1-ol

4-异丙基甲基

-2-环己烯醇

154 C10H18O 9.48 0.46

6 beta-Linalool β-芳樟醇154 C10H18O 10.38 0.35

7

3-Isopropenyl-1,2

-dimethylcyclopentanol

3-异丙烯-1,2-

二甲基环戊醇

154 C10H18O 10.69 0.15

8 1,3-Dihydro-2-benzofuran 1,3-二氢异

苯并呋喃

120 C8H8O 11.91 0.15

9 p-Menth-8-en-3-ol 乙酸松油酯154 C10H18O 12.13 0.28

10 2(10)-Pinen-3-ol 2(10)-蒎烯-3-醇152 C10H16O 12.58 0.51

11 Menthomenthol 薄荷醇156 C10H20O 12.82 43.87

12 p-Menth-1-en-4-ol 萜烯醇154 C10H18O 13.39 0.66

13 p-Menthan-3-one

5-甲基-2-

异丙基环己酮

154 C10H18O 13.50 5.51

14 p-menth-1-en-8-ol α-萜品醇154 C10H18O 14.04 4.92

15 3-Pinanone 3-蒎烷酮152 C10H16O 14.45 0.51

16 2-Pinen-10-ol 桃金娘烯醇152 C10H16O 14.52 0.13

17 Isomenthyl acetate 异薄荷醇乙酸酯198 C12H22O216.06 0.30

18 p-Menth-4(8)-en-3-one 长叶薄荷酮152 C10H16O 16.38 0.56

19 p-Menth-1-en-3-one 胡椒酮152 C10H16O 17.01 0.69

20 p-Cymen-3-ol 三甲基苯甲醇150 C10H14O 17.92 4.47

21 n-Decanoic acid 正癸酸172 C10H20O218.06 0.18

22 2,5-Diethylphenol 2,5-二甲基己二醇150 C10H14O 18.28 0.34

23 p-Anisic aldehyde 4-甲氧基苯甲醛136 C8H8O218.94 0.15

24 Caryophyllene 石竹烯204 C15H2419.02 0.53

25 3-Allyl-2-methoxyphenol 3-甲氧基-2-

烯丙基苯酚

164 C10H12O220.50 0.24

26 D-Germacrene D-大根香叶烷204 C15H2421.02 0.77

27 2-Methoxyacetophenone 2-甲氧基苯乙酮150 C9H10O221.67 0.31

28 Nerolidol 橙花叔醇222 C15H26O 23.22 0.36

29 Vinyl cyclohexa-

necarboxylate

乙烯基环己

甲酸甲酯

154 C9H14O224.69 0.12

30 Caryophyllene oxide β-环氧石竹烷220 C15H24O 24.98 0.6

31 tau-Cadinol T-荜茄醇222 C15H26O 26.14 0.12

32 alpha-Cadinol α-荜茄醇222 C15H26O 26.23 0.24

33 Epiglobulol 表-蓝桉醇222 C15H26O 26.70 0.79

34 Patchoulane 广藿烷206 C15H2627.96 0.18

35 Pentadecanoic acid 正十五酸242 C15H30O229.24 2.03

36 Hexadecanoic acid 棕榈酸256 C16H32O231.85 2.32

37 trans-Phytol 反-植物醇156 C10H20O 32.62 0.23

38 Dibutyl phthalate 邻苯二甲酸二丁酯278 C16H22O433.97 7.84

薄荷精油的提取及其杀菌活性的研究

39 Mono-2-ethylhexyl

phthalate

邻苯二甲酸 单乙基己基酯 278 C 16H 22O 4 34.09 0.32 40 2-Isopropyl-5

-methyl-1-hexanol

2-异丙基-5- 甲基-1-己醇 158 C 10H 22O 34.21 0.12 41 3-Hexadecyne

3-十六炔 222 C 16H 30 35.04 0.25 42 Linolenic acid

加莫尼克酸 278 C 18H 30O 2 35.72 0.79 43 9-Octadecynoic acid 9-十八碳炔酸 280 C 18H 32O 2 36.01 0.20

通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS-QP2010型)成分分析水蒸气蒸馏获得的薄荷精油，测定出薄荷精油中至少有43种成分，且精油中主要含有烯烃、烷烃、醛类、酚类、脂类、醇类等物质。薄荷精油中薄荷醇43.87%，1,3-二氧六环-5-醇7.59%，3-辛醇2.4%,桉树醇7.24%，5-甲基-2-异丙基环己酮5.51%，α-萜品醇4.92%，三甲基苯甲醇4.47%，正十五酸2.03%，棕榈酸2.32%，邻苯二甲酸二丁酯7.84%。

3.1.3 薄荷精油杀菌活性实验结果

根据公式3-1和公式3-2计算菌丝生长抑制率。

菌落生长直径(mm)=两次直径平均值–4.0(菌饼直径) 公式3-1

公式3-2

表3-2 薄荷精油对不同菌种的抑制率(%) 浓度

菌种

2500 mg/L 2000mg/L 1500mg/L 1000mg/L 500mg/L 辣椒疫霉

69.77 67.44 62.79 54.65 46.51 番茄早疫

81.40 86.05 100.00 88.37 82.56 水稻稻瘟

86.05 90.70 93.02 88.37 82.56 水稻纹枯

97.67 97.67 98.83 86.05 69.77 玉米大斑

97.67 95.35 93.02 93.02 93.02 棉花立枯

69.77 67.44 65.12 62.79 58.14 小麦纹枯

81.40 86.05 97.67 98.83 100.00 黄瓜炭疽

93.02 88.37 83.72 74.42 67.44 苹果炭疽

97.67 74.42 65.12 76.74 98.83 小麦赤霉

98.83 86.05 74.42 69.77 58.14 番茄叶霉

98.83 98.83 97.67 97.67 97.67 番茄灰霉 11.63 24.42 40.70 17.44 0.00

薄荷精油对十二种真菌做杀菌实验，其对不同真菌的杀菌活性有所不同，其中在2500

%100?-=对照菌落生长直径

处理菌落生长直径

对照菌落生长直径菌丝生长抑制率