采用绿色无溶剂微波旋转萃取法提取Rhododendron tomentosum Harmaja叶精油：化学成分分析及其抗真菌效果

《Microchemical Journal》：Green solvent-free microwave rotary extraction of Rhododendron tomentosum Harmaja leaf essential oil: chemical profile and antifungal efficacy

采用改进的溶剂-free微波辅助旋转提取法从兴安岭地区Rhododendron tomentosum叶中提取精油，通过Box-Behnken设计优化参数（89%湿度，585W功率，30r/min转速，35分钟时间），得率达13.98±0.62 mL/kg干重，显著优于传统方法，同时精油具有高效抗菌活性，抑制Fusarium菌。

　　

杨新宇|王勋|顾慧燕|杨雷|赵秀华

内蒙古农业大学食品科学与工程学院，呼和浩特 010018，中国

摘要

采用改进的无溶剂微波辅助旋转提取（SFMRE）方法高效地从Rhododendron tomentosum Harmaja的叶片中提取了精油。采用Box–Behnken设计评估了关键参数的影响，最佳条件（89%水分含量、585 W功率、30 r/min转速、35分钟提取时间）下，精油产量为13.98 ± 0.62 mL/kg干重。该模型表现出良好的预测性能。与传统方法相比，SFMRE具有更高的效率、更短的提取时间、更好的精油品质以及更低的环境影响。GC–MS分析证实了精油的成分稳定性，主要成分包括myrtenal、lebaicone、4-terpinenol、cuminal和sabinene酮。精油表现出强烈的抗真菌活性，在1 mg/mL浓度下可完全抑制Fusarium trichothecioides和F. culmorum。这些结果支持了R. tomentosum精油作为天然抗真菌剂的潜力，并展示了SFMRE作为一种绿色高效提取方法的优越性。

引言

Rhododendron tomentosum Harmaja（杜鹃花科）是一种小型常绿灌木，生长在泥质土壤、灌木丛、苔藓和地衣苔原环境中[1]，[2]。该植物广泛分布于北半球的温带和寒温带地区[3]。在中国，R. tomentosum主要分布于大兴安岭地区，其资源非常丰富，其分布面积约占大兴安岭地区森林面积的70%。它是大兴安岭地区典型森林类型——“R. tomentosum-落叶松”林中的优势物种，具有很高的利用潜力。近年来，中国大兴安岭地区和长白山地区已尝试进行人工栽培，种植面积逐年增加[4]，[5]。

R. tomentosum也被称为Ledum palustre[6]。其名称源自拉丁语“laedere”-“harm”，指的是其叶片和花朵散发出的强烈香气会导致头痛[7]，[8]。过去，德国人将R. tomentosum加入啤酒中以增强醉意[9]。现代科学研究证实了其在民间医学中的多种应用，如抗癌、止咳[1]、抗关节炎和驱虫[10]，[11]，以及抗病毒、抗真菌、镇痛、抗炎和抗糖尿病等生物活性[12]，[13]，[14]。在传统医学中，它被用于治疗呼吸系统疾病、风湿病和关节炎[15]，[16]，促进骨折愈合、改善软组织损伤[17]，以及缓解类似流感的症状[18]。研究表明，R. tomentosum的这些生物活性主要与其精油有关，精油主要存在于叶片和枝条中[19]。Belousova等人从R. tomentosum精油中鉴定出70多种成分，包括新的萜类化合物[20]。这些成分对细菌和微生物的生长有一定抑制作用，并能防止昆虫啃食蔬菜[21]。

作为一种有价值的资源，开发高产、高质量的精油分离技术十分必要。目前已有多种方法用于从植物材料中提取精油，如水蒸蒸馏（HD）[1]，[22]、微波水蒸蒸馏（MHD）[23]、蒸汽蒸馏（SD）[23]，[24]、同步蒸馏与萃取[25]以及超临界萃取[26]，[27]，[28]。虽然传统的水蒸蒸馏是最广泛使用的提取方法，设备成本低廉、产量稳定且无有机残留物，但需要大量水，导致提取时间较长（2–4小时）。由于产生的水溶胶较多，精油产量会降低[29]，[30]，[31]，[32]。蒸汽蒸馏能耗高、提取时间长且效率低下。同步蒸馏与萃取方法使用有机溶剂（如正己烷），可避免水溶胶对精油产量的影响[33]，但有机溶剂的使用会导致精油产品中残留有机物质。超临界技术的缺点是操作压力高、能耗大且会产生大量残留物，这些问题亟需解决。近年来，微波介导的方法成为一种新型提取技术，具有缩短提取时间、提高产量和节省溶剂的优势。在从植物材料中提取精油的各种方法中，微波介导的方法已成为有效的替代方案[34]。该方法直接将新鲜或预湿润的干燥植物材料放入微波反应器中，无需额外添加水或化学溶剂，结合了微波加热和常压蒸馏过程。植物组织中的内在水分作为介质传输精油，从而避免了外部溶剂的使用。先前的研究指出[35]，这种绿色提取技术具有许多环境优势，如能耗低、人工干预少、安全性高，以及能够从原始植物中获取未经改变的天然产物。然而，在现有的微波介导的精油提取设备中，植物材料在微波场中的照射不均匀，常常导致提取过程中植物材料炭化降解，使精油颜色变深、杂质增多。因此，如何均匀地照射和加热植物材料是一个亟待解决的问题。

基于微波无溶剂提取（SFME）技术，本研究开发了一种新的无溶剂微波介导旋转提取（SFMRE）方法，解决了提取过程中植物材料炭化和产品颜色不佳的问题。在微波场中，植物材料以均匀速度旋转，确保其被微波均匀照射。通过响应面法评估和优化了可能影响精油产量的参数。此外，将该方法获得的精油产量与传统方法获得的精油产量进行了比较。

材料与化学品

2024年11月，由中国内蒙古大兴安岭地区的根河林业局人工采集了Rhododendron tomentosum Harmaja的新鲜叶片，由东北林业大学的顾慧燕教授进行鉴定。相关标本（编号FPE-24038）已存档于东北林业大学森林植物生态学重点实验室的标本馆。叶片通过冷链运输至实验现场后进行分离和干燥。

水分含量的影响

分别计算了30%、45%、60%、75%和90%水分含量下的精油产量，结果（图2a）显示：随着水分含量的增加，精油产量先上升后下降，不同水分含量的样品之间精油产量存在显著差异（P < 0.01）；这一趋势与文献中关于O. vulgare L. ssp. hirtum精油的报道相似[37]。可能是因为部分精油成分溶解在水中所致。

结论

本研究首次成功应用SFMRE方法从R. tomentosum叶片中提取精油。通过单因素实验确定了核心工艺参数，并通过BBD方法进行了优化。最佳条件为：转速30 r/min、水分含量89%、照射时间35分钟、照射功率585 W，精油产量为14.5 mL/kg干重。与传统方法（如SFME、MHD和经典水蒸蒸馏）相比，SFMRE

作者贡献声明

杨新宇：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、资金申请、数据管理。王勋：初稿撰写、实验设计。顾慧燕：资源获取、项目协调。杨雷：审稿与编辑、方法学设计、资金申请。赵秀华：项目监督、概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢国家自然科学基金（NSFC 32501606）和黑龙江省重点研发计划项目（2022ZX02C13）提供的财务支持。