漢源花椒揮發油超臨界CO2萃取與GC-MS分析

花椒，又名川椒、紅椒、蜀椒，為蕓香科花椒屬植物青椒(ZanthoxylumschinifoliumSieb et Zucc)或花椒(ZanthoxylumbungeaumMaxim.)的成熟果實。前者主產于東北、江蘇及廣東；后者主產于河北、山東、四川及陜西等地，以四川漢源花椒品質最佳，習稱“大紅袍”[1]。花椒藥性辛、溫、有小毒，歸脾、胃、腎經。《本草綱目》記載花椒具有溫中助陽、散寒燥濕、驅蟲止癢、行氣止痛等功效[2]。

揮發油是花椒中的香氣成分，是我國重要的出口香辛料精油之一[3]。文獻報道花椒揮發油主要由石竹烯(8.44%)、大根香葉烯(2.99%) 、γ-萜品醇(10.3%)、β-萜品醇(9.37%)、水芹醇(8.78%)、石竹烯含氧化合物(4.23%) 等組成[4]。但花椒揮發油的含量因品種、產地等存在很大的差異，化學組成也不盡相同。此外，不同提取與分析方法報道的揮發油成分也存在一定的差異[5]。

趙志峰等[3]比較了無水乙醇、乙醚、丙酮和水為溶劑提取花椒精油的效果，結果表明，有機溶劑提取物主要化學成分基本相同，且包含了水提取物的主要成分。有機溶劑中以乙醚提取花椒精油的化學成分種類最多，GC分析分離得到32個色譜峰。人們對超臨界CO2流體萃取花椒揮發油進行了一些研究，結果表明具有一定的優越性[6～9]。

作者在此用正交實驗優化超臨界CO2萃取漢源花椒揮發油的工藝條件，用GC-MS分析并確認漢源花椒揮發油的主要成分，為其進一步的開發利用提供科學依據。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

大紅袍花椒，四川漢源。

實驗所用試劑均為分析純。

DWF-90型電動植物粉碎機,河北省黃驊縣科研器械廠；RE52-98型旋轉蒸發儀，上海亞榮生化儀器廠；HP 5973/6890型GC-MS聯用儀，美國Agilent公司。

1.2 超臨界CO2萃取條件優化

取干花椒粉200 g，以萃取壓力、萃取溫度、萃取時間、夾帶劑乙醇體積分數作為4個考察因素，每因素3個水平，用L9(34)正交表安排實驗，以氣相色譜分析的峰面積為指標，優化超臨界CO2萃取條件。

1.3 水蒸氣蒸餾法

取自然風干的花椒，粉碎。稱取30 g干花椒粉，置于500 mL圓底燒瓶中，加入200 mL蒸餾水潤濕浸泡1 h后進行水蒸氣蒸餾至無油珠時(餾出液速度約為2 滴·s-1)，用分液漏斗分離油水混合物，得到揮發油。

1.4 揮發油的GC-MS分析

氣相色譜條件：色譜柱為HP-5毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；柱溫采用程序升溫方法：從40℃以3℃·min-1速度升溫至100℃，再以4℃·min-1速度升溫至240℃(停留20 min)，再以7℃·min-1速度升溫至280℃；進樣口溫度為270℃；檢測器(氫氣火焰檢測器)溫度為270℃；氫氣壓力為0.06 MPa；柱頭壓為0.05 MPa；尾吹壓力為0.05 MPa；加樣量為1 μL。

質譜條件：電離方式為EI，電子能量為70 eV，汽化溫度為250℃，離子源溫度為230℃，四極桿溫度為150℃，質量掃描范圍為50～450 amu。

2 結果與討論

2.1 花椒揮發油的超臨界CO2萃取條件優化(表1)

表1 正交實驗結果與分析

由表1可知，各因素對花椒揮發油收率的影響大小依次為：夾帶劑體積分數>萃取時間>萃取壓力>萃取溫度。最佳萃取條件為：75%乙醇(添加量為原料質量的5%)為夾帶劑、萃取時間2.0 h、萃取壓力30 MPa、萃取溫度40℃，此條件下花椒揮發油的收率為9.92%。比文獻[10]報道的(工藝條件為：原料粒度60目、流量25 L·h-1、萃取時間2 h、溫度40℃、壓力20 MPa)花椒油樹脂收率7.2%高2.72%，這可能與花椒品質及使用夾帶劑的萃取方法有關。

2.2 花椒揮發油化學成分的GC-MS分析

用氣相色譜與質譜(GC-MS)聯用方法，對花椒揮發油進行了分離與鑒定。結果分離出69個峰, 鑒定出56種物質。GC-MS的總離子流譜圖見圖1。采用面積歸一法確定其相對含量，結果見表2。

圖1 花椒揮發油總離子流譜圖

由表2可知，超臨界CO2萃取的花椒揮發油的主要成分為：芳樟丁酸酯(30.212%)、(1α,3α,4β,6α)-4,7,7-三甲基-雙環[4.1.0]庚烷-3-醇(10.940%)、4-亞甲基-1-(1-甲基乙基)-雙環[3.1.0]環己烷(1.109%)、β-月桂烯(1.170%)、檸檬烯(5.784%)、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇(5.742%)、(+)-4-蒈烯(1.826%)、n-棕櫚酸(0.914%)、(Z，Z)-9,12-十八碳二烯酸(2.952%)等物質。在已鑒定的化合物中, 含量超過1% 的有7種，占總含量的54.4%。主要化合物檢出情況與有關文獻報道有一定差別，本研究中被檢出含量較高的部分化合物(如芳樟丁酸酯等)在文獻[11]中未曾報道。檢出物質種類、含量等方面的差異可能與花椒產地、氣候有關, 也可能與提取條件密切相關。

2.3 與水蒸氣蒸餾法的比較

以傳統的水蒸氣蒸餾法提取漢源花椒揮發油，揮發油的收率僅為4.4%，而超臨界CO2萃取的收率為9.92%。以氣相色譜對兩種方法所得揮發油進行了分析比較，發現兩種方法所提取揮發油的主要化學成分在組成和比例上均顯現出一定的差異。

文獻[12]認為超臨界CO2萃取的萃取能力強，通常能得到常規方法(包括水蒸氣蒸餾法)所難以得到的成分，如豆蔻酸、棕櫚油酸等。本實驗的超臨界CO2萃取法所得揮發油中高沸點組分較多，一些組分的含量也明顯高于水蒸氣蒸餾法, 推測原因可能是超臨界CO2萃取法在較低溫度下進行,對熱不穩定組分的破壞較少。

表2 花椒揮發油化學成分

3 結論

通過正交實驗確定超臨界CO2萃取四川漢源大紅袍花椒揮發油的優化條件為：以75%乙醇(添加量為原料質量的5%)為夾帶劑、萃取壓力30 MPa、萃取溫度40℃、萃取時間2.0 h，此時花椒揮發油的收率為9.92%,明顯高于水蒸氣蒸餾法(4.4%)。用GC-MS法分析所得的揮發油成分，分離出69個峰, 鑒定出56種物質。主要成分為芳樟丁酸酯(30.212%)、(1α,3α,4β,6α)-4,7,7-三甲基-雙環[4.1.0]庚烷-3-醇(10.940%)、4-亞甲基-1-(1-甲基乙基)雙環[3.1.0]環己烷(1.109%)、β-月桂烯(1.170%)、檸檬烯(5.784%)、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇(5.742%)、n-棕櫚酸(0.914%)、(Z，Z)-9,12-十八碳二烯酸(2.952%)等物質。與水蒸氣蒸餾法所得產品比較, 超臨界CO2萃取法所得揮發油中高沸點組分較多，一些組分的含量也明顯較高,為漢源花椒的綜合開發利用提供了參考。

參考文獻：

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