1引言

紫苏又称桂荏、苏麻、红苏等。紫苏秆绿色至紫色，钝四棱形；叶阔椭圆或卵型，基部圆形或阔楔形；小苞片阔卵形或近于球状，无毛；萼钟式^[1]。有人认为是因为它的叶子里面含有一些紫色的色素，所以就叫紫苏。紫苏原产于我国，种植成本比较低、育种力强。紫苏叶挥发油有抗老化、提高抵抗力、抑疫抗炎和控制癌症细胞增殖的作用。科学研究证实，芳香植物精油组成中存在许多的强抗菌化合物，也可以用来诊断细菌感染病症。

本设计分析和鉴定紫苏叶（产地为河南南阳）挥发油中的化学成分并测定含量。因为紫苏中具有特殊的活性化合物和营养元素^[2]，所以可用作中药材、食用、油用，或作调味品用等，它的经济价值很好，是一种多用途的花卉产品。由于紫苏叶中还存在着更多的挥发性化合物，所以相对于紫苏其他部分，紫苏叶的得油量也相应更多^[3]。而紫苏叶挥发油中所含的挥发性成分种类繁多，具有抗氧化、抗炎症、治疗抑郁症、治疗肿瘤、镇静、血管扩张等作用。在当今经济高速增长的中国社会，人们对各领域的需求也在相应提高，如香料、食物、保健品以及护肤品等。紫苏叶的挥发性油组分，可以应用于香精中发挥香味物质和原材料的作用，还可以用作香味制剂用来烹饪食品^[4]。紫苏叶化学组成的开发与应用过程中还存在着许多问题，如稳定性较差，在长期贮存环境中温度变化较大等，这一特点容易导致药物治疗功效的变化，从而造成药物的安全性下降，且化学成分还存在着较大的刺激性^[5]。

基于紫苏叶中挥发性油类物质的药理学活性，可预见在将来可能将其研制为潜在的新型解热消炎抗菌药、抑肿瘤药物、抗抑郁药物和降压剂等药物用以缓解人体病痛，也可将其研制为天然的杀虫剂^[6]。综上所述，紫苏叶挥发油市场潜力巨大。随着人类社会对养生健康的普遍关注，紫苏叶挥发油的商业使用仍呈稳定增长态势，因此应当以中医学基础理论为依据，利用现代科学技术和方法，深入研究紫苏叶挥发油作用^[7]，引导临床的合理应用和新药物研制，以推动中医药产业、护肤品行业、健康食品行业以及中药香疗行业的健康发展。

2仪器与材料

2.1 仪器

岛津GC-2014C气相色谱仪、分析天平、微量进样器、圆底蒸馏瓶（500mL）、温度计（100℃）、10mL容量瓶、移液管、直形冷凝管、具塞锥形瓶、尾接管、样品瓶。

2.2 材料

紫苏叶药材（批号：120914-202311，产地为河南南阳，购自河北张家口）、紫苏酮：含量为97.9%，批号：VIP（WT）192166、紫苏醛对照品：含量为95.3%，批号：VIP（AL）1004、紫苏烯对照品：含量为98.7%，批号：VIP（C）1057，对照品均购自中国食品药品检定研究院。实验试剂无水硫酸钠、正己烷、无水乙醇-正己烷（1:1）均为分析纯。

3方法与结果

3.1 研究方法

3.1.1 水蒸气蒸馏法

中药挥发油成分含量低、化学结构不稳定，在不同容器中因热胀冷缩等原因使其溶度有很大的差异，从而使挥发油在一定时间内的浓度产生波动，这一特性对中药及中成药配方中的挥发油成分造成了影响^[8]。传统的中药及中成药配方中常用的挥发油成分均以水为溶剂，这样既保证了有效成分不被破坏，又最大限度地利用了其药用价值。但目前很多情况下，由于操作过程中无法确保挥发油成分在容器内能稳定地保持与其不相溶的状态，从而导致挥发油成分被破坏，或因容器密闭性差导致其成分大量散失^[9]。

水蒸气蒸馏法是从具有挥发性，又称芳香性，或易溶于水的植物性原料中提取有效成分，也称芳香物质的一种典型方法^[10]。实际生产中，常采用直接蒸馏的方法。这种方法有以下优点：挥发油的回收率颇佳；可以获得不同种类的挥发油，因为每种挥发油都有自己独特的香气^[11]；也可以使用各种方法纯化挥发油，这样所得挥发油往往具有更好的质量。紫苏叶挥发油的萃取效率受萃取溶剂类型和辅助萃取方法的影响，考察其具体不同之处可以提高对紫苏叶挥发油成份的定性、定量检验的准确度和科学性，从而提高了紫苏叶资源利用率^[12]。

3.1.2 气相色谱法

气相色谱法的核心原理是通过对混合物中不同组分在固定相和流动相之间的差异化作用力来实现分离的目的。在这个过程中，固定相保持固定不动，而流动相则是一种气体，两者共同构成了一个分离系统。当这两相发生相对运动时，混合物中的各组分会在其中经历溶解、解析、吸附、脱附等多种作用力的影响，从而实现彼此之间的分离^[13]。样品流经检测器时，其信息将被记录下来并形成色谱图。在这张色谱图中，每一个峰都对应于原始混合样品中的一个特定组分，峰的保留时间可以用来定性分析该组分，而峰的高度或面积则表示了该组分的相对含量^[14]。

3.1.3 外标法

外标法是一种定量分析方法，它涉及到在色谱法等分析技术中使用。该方法涉及制备含不同浓度标准物质的对照样品，与未知样品同处理检测。测量标准品峰面积，绘制浓度-峰面积标准曲线。应用中，通过未知样品峰面积和标准曲线，推算其组分浓度。

3.2 实验方法

3.2.1 挥发油样品提取

将紫苏叶药材粉碎过筛，精密称取5.0g装入500mL圆底蒸馏瓶中，加200mL蒸馏水后，浸泡60min，加入少许沸石，充分混匀，连续缓慢蒸馏120min，浸提温度60℃，液料比为40:1（mL/g）。为了提高提取率，在实验过程中将所得到的蒸馏液提取用正己烷发挥其作用，以无水Na₂SO₄干燥第二天后，转移放置到瓶中，经严密封闭保存一段时间后得到样品。其挥发油带有特殊紫苏叶花芳香，为浅黄色的透明液体。

3.2.2 色谱条件

DB-5石英毛细管柱（柱长为30m，内径为0.25mm，膜厚度为0.25μm），氢火焰离子化检测器温度为250℃，进样口温度为250℃，气体流量：N₂流速为60mL·min^-1、H₂流速为40mL·min^-1、空气流速为400mL·min^-1，样品进样量：1.0µL，进样分流比：50:1，程序升温：初始温度为150℃，停留8min，以每分钟4℃的速率升温至200℃，停留10min。

3.2.3 溶液制备

标准溶液制备：准确称取适量的紫苏烯、紫苏酮和紫苏醛对照品，分别置于具塞锥形瓶中。加入无水乙醇-正己烷，配制成每毫升溶液中含有紫苏烯7.39mg、紫苏酮7.73mg和紫苏醛8.26mg的溶液。

样品溶液制备：取适量的紫苏叶挥发油，放入具塞锥形瓶中，加入无水乙醇-正己烷，充分混合，以制备出每毫升含有10.00mg紫苏叶油的溶液。

3.3 水蒸气提取的单因素实验

分别对紫苏叶的浸提过程进行单因素实验，考察不同浸提温度、浸泡时长、液料比例和蒸馏时间对实验结果的影响。

3.3.1 浸提温度对紫苏叶挥发油提取率的影响

设定浸提温度为30℃、40℃、50℃、60℃和70℃，并在浸泡时间为60min、液料比为40:1、蒸馏时间为120min的条件下提取。测定最终的挥发油提取量，具体数据可以参考下图3.1。

图3.1 浸提温度对紫苏叶挥发油提取率的影响

如图3.1所示，小于50℃时，温度越高，紫苏叶挥发油的提取出来的效率就越高，当温度达到50℃后，再继续提高温度，提取出来的效率表现出减低的趋势，分析表明，可能是因为温度过高，造成了紫苏叶挥发油的部分损失。所以可选择40℃、50℃和60℃作为正交实验的3个温度水平，以便进一步确定最佳的浸提温度。

3.3.2 浸泡时间对紫苏叶挥发油提取率的影响

设定浸泡时间为30min、45min、60min、75min和90min。在保持浸提温度为60℃、液料比为40:1、蒸馏时间为120min的条件下，进行提取，记录各时间下的挥发油提取量，数据参考下图3.2。

图3.2 浸泡时间对紫苏叶挥发油提取率的影响

从上面图3.2中可看到浸泡时间在75min以下时，浸泡时间越长，紫苏叶挥发油的提取效率相对越高，当浸泡的时间达到75min后，紫苏叶挥发油的提取效率达到最高，继续延长浸泡的时长，提取出来的效率表现出减低的趋势，分析原因可能是有过多的杂质被浸泡出来，按照浸泡原理，对紫苏叶来说，75min时间是有最高效率的，因为这样可以让植物细胞之间的间隙变得更大，使得组织细胞充分膨胀，促进细胞内外液体的流动，从而有助于提取挥发油。为进一步确定最佳的浸泡时间，所以可选择60min、75min和90min作为正交实验的3个水平。

3.3.3 液料比对紫苏叶挥发油提取率的影响

在液料比分别设定为25:1、30:1、35:1、40:1和45:1的情况下，同时保持浸提温度为60℃、浸泡时间为60分钟、蒸馏时间为120min，进行提取实验，测量并确定了挥发油提取出来的含量，具体数据可以参考下图3.3。

图3.3 液料比对紫苏叶挥发油提取率的影响

从图3.3中可看到随着比例的上升，紫苏叶挥发油的提取出来的效率不断增加，比例为40:1时，效率达到最高，随后，挥发油的提取出来的效率表现出减低的趋势。所以可选择35:1、40:1和45:1作为正交实验的3个液料比水平，以便进一步确定最佳的液料比例。

3.3.4 蒸馏时间对紫苏叶挥发油提取率的影响

设定蒸馏时间为40min、60min、80min、100min和120min，同时确保浸提温度为60℃，液料比为40:1，以及浸泡时间为60min，进行提取，测量挥发油的提取量，数据如图3.4。

图3.4 蒸馏时间对紫苏叶挥发油提取率的影响

由图3.4可以很明显看到，在蒸馏时间不断延长的情况下，挥发油的提取出来的含量与蒸馏时间成正比，当蒸馏时间到达100min时，紫苏叶挥发油提取率增幅缓慢，为确定最佳时间，将选择80min、100min和120min这些时间点作为正交实验的3个水平。

3.4 水蒸气提取工艺的优化

对影响紫苏叶挥发油提取出来的效率的因素开展L₉（3⁴）正交实验，设计如表3.1，结果如表3.1。

表3.1 正交实验因素水平表

表3.2 正交实验设计与结果

续表3.2 正交实验设计与结果

通过表3.2中的极差R分析，可以确定：影响紫苏叶挥发油提取率的各种因素按重要性排序为D＞C＞A＞B。在最佳的工艺条件下，A₃B₁C₂D₃被认为是最佳的，具体为：浸提温度60℃，浸泡时间60min，液料比为40:1以及蒸馏时间为120min。按照这4种条件进行验证性实验，实验结果显示，紫苏叶挥发油量为0.018mL，因此挥发油得率为0.363%，均大于正交实验中的数据，且大于最佳组合，通过本实验研究得到了较好的紫苏叶精油提取方法，即A₃B₁C₂D₃，最终可以有效地提高紫苏叶精油的提取率。

3.5 系统适应性试验

3.5.1 专属性试验

方法：分别取上述标准溶液、样品溶液1.0µL，置于微量进样器中进样测定。

结果：依照图3.5色谱图所示，紫苏叶挥发油上述两种溶液保留时间相同，同时可观察到色谱峰的分离度良好。

上：供试品；下：对照品

1.紫苏烯；2.紫苏酮；3.紫苏醛

图3.5 紫苏叶挥发油气相色谱图

3.5.2 线性关系考察

方法：精密量取紫苏烯、紫苏酮和紫苏醛对照品0.1mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL、0.6mL、0.7mL于量瓶中，将溶液分别用无水乙醇-正己烷定容至标线10mL，并摇匀，制备对照品溶液。准确量取1mL，注入气相色谱仪进行检测。利用对照品的峰面积值为纵坐标，对照品浓度为横坐标，进行线性回归分析。

表3.3 紫苏叶挥发油中3个成分的线性关系考察结果

结果：紫苏叶挥发油中紫苏烯、紫苏酮和紫苏醛含量的回归方程、相关系数r和线性范围如表3.3所示。得出紫苏烯、紫苏酮和紫苏醛分别在0.06-0.74mg/mL、0.07-0.81mg/mL和0.07-0.85mg/mL浓度范围内线性关系较为良好。

3.5.3 稳定性试验

方法：从紫苏叶挥发油的样品溶液中取样，将其在室温的情况下放置0h、2h、4h、6h、8h、12h后，进行进样分析测定。结果如表3.4，表明供试品溶液在12h内稳定性良好。

表3.4 紫苏叶挥发油中3个成分的稳定性试验结果

3.5.4 精密度试验

方法：分别取紫苏烯、紫苏酮和紫苏醛的标准溶液，进行6次进样测定，记录色谱图中的峰面积。峰面积积分值结果如表3.5，可得出该检测方法精密度良好。

表3.5 紫苏叶挥发油中3个成分的精密度试验结果

3.5.5 重复性试验

方法：取产地为河南南阳、同一生产批号的紫苏叶挥发油样品在相同条件下配制6份供试品溶液，依次进样测定。含量结果如表3.6，表明实验重复性良好。

表3.6 紫苏叶挥发油中3个成分的重复性试验结果

3.5.6 准确度试验

方法：取挥发油样品9份,分别加入低、中、高3种浓度的对照品溶液,混匀后进样测定,计算回收率和RSD值。

结果：根据表3.3，紫苏烯、紫苏酮和紫苏醛的平均加样回收率分别为102.9%、102.5%和100.8%。同时，三者的相对标准偏差（RSD）分别为2.30%、2.06%和1.44%。

表3.3 加样回收率实验结果（n=9）

3.5.7 紫苏叶挥发油中紫苏酮、紫苏醛和紫苏烯的含量测定

取紫苏叶（产地为河南南阳）的挥发油进行含量测定，利用外标法计算得出结果，紫苏酮、紫苏醛和紫苏烯的含量分别为5.48%、0.52%和0.09%。

4讨论

在挥发油提取实验中，经过水蒸气蒸馏法的工艺优化后最终可得出最优的工艺参数包括浸提温度60℃，浸泡时间60min，液料比为40:1以及蒸馏时间为120min。在这些条件下，所得到的挥发油的产出率是最高的。紫苏叶挥发油量为0.018mL，挥发油得率为0.363%。水蒸气蒸馏法作为一种提取技术，不仅操作方便、无环境污染，还具有较高的收率和稳定的产量，因此具有很好的工业生产潜力。

不同产地紫苏叶化学成分差异较大^[15]，因此其主要的成分及其浓度有显著的差异，本实验采用的产地为河南南阳的紫苏叶挥发油中，含量较高的成分包括紫苏酮、紫苏醛和紫苏烯，含量测定得出的结果分别为5.48%、0.52%和0.09%。

RSD（相对标准偏差）的合格标准取决于具体的实验或应用场景。以下是一些常见的参考范围：一般情况下，RSD值在1%到2%之间被认为是合格的，这表示实验结果具有较高的重复性和可靠性。某些情况下，RSD值可以接受的范围可能扩展至3%到5%，特别是在使用同一批药材进行实验时，通过均匀取样测定，并固定所有相关条件，可以接受这样的RSD值。其中计算RSD值使用到Excel表格中的函数STDEV。

紫苏叶挥发油中紫苏烯、紫苏酮和紫苏醛的平均加样回收率分别为102.9%、102.5%和100.8%，证明了该方法的准确性较高。

在当今经济高速增长的中国社会，人们对各领域的需求也在相应提高，如香料、食物、保健品以及护肤品等。紫苏叶挥发油中所含的挥发性成分种类繁多，具有抗氧化、抗炎症、治疗抑郁症、治疗肿瘤等作用。紫苏在医药、食品、石油、香料等行业都有着广阔的市场前景。紫苏的功效取决于其有效组分，随着紫苏有效组分的发现和利用，紫苏的研究越来越引起人们的关注，关于紫苏中有效组分的研究也逐渐深入。但是，在科学地获得和利用紫苏中有价值的有效组分方面，还需要加强研究。同时，对于与紫苏有效组分相关的药物的研究，还处于实验室阶段，紫苏叶中有效组分研究和合理应用还有许多问题有待于进一步研究与完善。

5 结论

本设计利用水蒸气蒸馏法提取紫苏叶挥发油，经正交实验得到最佳工艺为浸提温度60℃，浸泡时间60min，液料比为40:1和蒸馏时间为120min，采用气相色谱法进行含量测定，方法简单、快速、分离效果好，得到气相色谱图的色谱峰分离度良好，结果具有较高的重复性和可靠性，用外标法计算得出结果紫苏叶（批号：120914-202311，产地为河南南阳）挥发油中紫苏酮、紫苏醛和紫苏烯含量较高，含量分别为5.48%、0.52%和0.09%。对今后分析紫苏叶挥发油化学成分做下一定的铺垫。