超臨界CO2萃取和水蒸氣蒸餾法提取甘肅白沙蒿中揮發油成分的差異性分析

郭 肖，姚 健，趙保堂，王俊龍，張 繼

（西北師范大學生命科學學院，甘肅蘭州730070）

超臨界CO2萃取和水蒸氣蒸餾法提取甘肅白沙蒿中揮發油成分的差異性分析

郭 肖，姚 健*，趙保堂，王俊龍，張 繼

（西北師范大學生命科學學院，甘肅蘭州730070）

采用超臨界CO2萃取法和水蒸氣蒸餾法提取了甘肅白沙蒿（Artemisia sphaerocephala krash）中的揮發油，并采用GC-MS法檢測了白沙蒿提取物中揮發油組成成分。結果表明，在超臨界CO2萃取提取物中含有102種化合物，而水蒸氣蒸餾法提取物中有54種化合物，二者相同化合物共有26種。與傳統水蒸氣蒸餾法相比，采用超臨界CO2法更能真實、全面地反映白沙蒿的揮發油成分，為進一步研究利用白沙蒿植物資源提供了科學依據。

白沙蒿，超臨界CO2萃取，水蒸氣蒸餾，氣-質聯用，揮發油

Abstract：The essential oil from Artemisia sphaerocephala krash was extracted by supercritical fluid CO2extraction（SFE-CO2）.The chemical components of the essential oil were analyzed by GC-MS and compared with the chemical components extra-cted by water steam distillation（WSD）.102 peaks of SFE-CO2were separated and identified by GC-MS.54 peaks of WSD was separated and identified by GC-MS.There were 26 same components，but these two ways had larger differences in components and provided a scientific basis for the use of the Artemisia sphaerocephala krash plant resources to further research.

Key words：Artemisia sphaerocephala krash；CO2supercritical fluid extraction；steam distillation；GC-MS；essential oil

白沙蒿（Artemisia sphaerocephala krash）是我國西北干旱荒漠區流動和半固定沙地上常見的一種灌木植物，其枝葉為許多家畜所采食，尤其為駱駝所喜食。同時，白沙蒿種子遇水極易溶脹，與沙粒連成團，形成自然大粒化種子，便于吸水貯水，是重要的固沙植物，可以防風抗蝕，對維持荒漠生態系統的穩定性具有特殊的意義[1-2]。對白沙蒿生物學特性與化學成分的研究已有報道，證實其主要的油脂成分為亞油酸乙酯與亞油酸；主要的揮發油成分為烴類、醇類化合物[3]。趙青等采用毛細管氣相色譜-質譜-數據系統（CGC/MS/DS）對采于甘肅武威地區的白沙蒿揮發油成分進行研究，主要成分是順-2蒈烯，δ-3-蒈烯，γ-萜烯，冰片烯等，但是傳統高溫水蒸氣蒸餾法，提取過程為開放系統，易造成對熱不穩定、易氧化成分的破壞、揮發損失，所得產品難以保持原有的天然芳香和天然色調，致使藥效下降[4]。本實驗采用超臨界CO2流體萃取技術（SFE-CO2），是一種新型的分離提取技術，其對多種物質具有優良的溶解能力，無溶劑殘留，滲透力極強，提取效率高。運用該技術提取甘肅產白沙蒿揮發油的研究未見報道。本實驗采用超臨界CO2法和水蒸氣蒸餾法提取白沙蒿的化學成分，通過氣相色譜-質譜技術對所得白沙蒿揮發油進行成分分析，比較了兩種方法提取成分的差異，以期為白沙蒿的進一步研究、開發和利用提供科學依據。而且由于地區差異的存在和提取方法的不同，本文報道的白沙蒿揮發油成分與文獻報道有所不同。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白沙蒿 采自蘭州市大沙溝，標本經西北師范大學生命科學學院植物研究所鑒定為白沙蒿（Artemisia sphaerocephala krash），所得白沙蒿去除根、莖、葉，洗凈，陰干，將干燥的花與果實粉碎，過20目篩，用多向運動混合機混勻，備用。

Polaris Q型氣相色譜－質譜聯用儀 美國Thermfisher公司；DZF-6020型恒溫干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司；CO2超臨界萃取裝置 美國Helix；DRT-TW型揮發油提取器 鄭州長城科工貿有限公司；TDL-5M型冷凍離心機 長沙湘儀公司；HD5型多向運動混合機 江南制藥機械有限公司；WF-130型高速萬能粉碎機 江陰市康和機械制造有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 水蒸氣蒸餾法提取白沙蒿中揮發油 將白沙蒿的花、果實粉300g經揮發油提取器水蒸氣蒸餾6h，用乙醚萃取，揮去乙醚得淡黃色油狀液體。油重1.3356g，得率0.44%。取白沙蒿揮發油100mg，用200μL無水乙醚溶解，加無水硫酸鈉脫去水分，離心，過濾后備用[5-7]。

1.2.2 CO2超臨界萃取法提取白沙蒿中揮發油 稱取白沙蒿的花、果實粉500g，在萃取溫度為40℃、萃取釜壓力16MPa、分離壓力4.6MPa條件下靜態萃取0.5h，調節CO2流量為5L/h，動態萃取2h后，收集萃取物，萃取物重6.0424g，得率1.2%，加入60mL無水乙醇，充分攪拌、溶解8h，置于冷凍離心機在-20℃下冷凍離心除去蠟質，濃縮乙醇后得2.8932g淡黃綠色油狀液體。取100mg，用200μL無水乙醚溶解，加無水硫酸鈉除去水分，離心后備用。

1.2.3 分析條件

1.2.3.1 色譜條件 5MS石英毛細管柱（30m×0.25mm×0.5μm）；升溫程序：初始溫度40℃保持1min，以2℃/min升溫到250℃，保持5min；進樣口溫度250℃，載氣為He，柱流量0.7mL/min，進樣量0.5μL，分流比50∶1。

1.2.3.2 質譜條件 EI源，電離電壓70eV，離子源溫度250℃，傳輸線溫度250℃，質量掃描范圍50～650m/z[6-7]。

2 結果與討論

2.1 實驗結果

在上述實驗條件下，得到白沙蒿總離子流圖（見圖1～圖2），質譜圖經NIST2005圖譜庫mainlib聯合replib檢索并參考文獻[8-9]，確定、比較白沙蒿化學成分見表1、表2。

圖1 白沙蒿WSD法提取成分總離子流圖Fig.1 The total ion chromatogram of the essential WSD constituents of Artemisia sphaerocephala krash

圖2 白沙蒿SFE-CO2法萃取成分總離子流圖Fig.2 The total ion chromatogram of the essential SFE-CO2constituents of Artemisia sphaerocephala krash

表1 白沙蒿SFE與WSD提取的相同成分比較Table 1 The comparison of the same essential chemical constituent of SFE and SD extraction from Artemisia sphaerocephala krash analyzed by GC-MS

2.2 SFE-CO2法萃取與WSD法提取的共有成分

SFE-CO2法與WSD法提取的共有成分達26個，分別占鑒定成分的21.02%和78.37%。共有成分在WSD法提取的揮發油中占的比例較大，多以單萜、倍半萜為主。

表2 白沙蒿WSD提取的特有成分Table 2 The comparation of the special chemical constituent of WSD extraction from Artemisia sphaerocephala krash analyzed by GC-MS

2.3 SFE-CO2法萃取與WSD法提取的化合物種類的比較

從SFE-CO2法與WSD法的揮發油中分別鑒別了54和102個，分別占鑒定積分面積的92.7%和82.46%；其中特有組成分別為28個和76個，占化合物總量的14.33%和61.44%。WSD法提取的揮發油鑒定的化合物主要有1-甲基-4-（1-甲基乙基）-苯（7.07%）、順式1-甲基-4-（1-甲基乙基）-2-環己烯-1醇（28.16%）、1-甲基-4-（1-甲基乙基）-1，4環己二烯（3.61%）、（1à，2à，5à）-2-醇，2-甲基-5-（1-甲基乙基）-雙環[3.1.0]正己烷（5.70%）、à-水芹烯（9.82%）、2，2，3三甲基-3-環戊烯-1-乙醛（7.26%），主要化合物多以單萜、倍半萜及其醇、醛衍生物為主。

SFE-CO2法萃取的揮發油中的主要化合物為1，4-二酮-2，5-雙（1，1-二甲丙基）-2，5-環己二烯（12.21%）、（+）-4-蒈烯（4.53%）、2H-1-苯并吡喃-2-6，7-二甲基（1.95%）、硬脂酸（1.72%）、3，3’-二羥基薄荷醇（8.37%）、十八烷酸-17-甲基甲酯（1.13%）、（Z，Z）-，2-（羥基-1-（羥甲基）9，12-十八碳二烯酸乙酯（1.06%）、廿-（碳）烷酸甲酯（4.27%）、?-谷甾醇（1.49%）、á-香樹脂醇（2.34%），主要化合物多以醇、烷、酸、酯及其衍生物為主。

2.4 SFE-CO2法萃取與WSD法提取方法的比較

由表1可知，在提取順式1-甲基-4-（1-甲基乙基）-2-環己烯-1醇（28.16%）、1-甲基-4-（1-甲基乙基）-苯（7.07%）、à-水芹烯（9.82%）時，可以采用水蒸氣蒸餾的方法。à-水芹烯是一種倍半萜類香料，常用于食品香精和配制精油，具有黑胡椒和薄荷香氣，主要存在于肉桂油、姜油、欖香脂油、小茴香油、甘椒油、月桂油、胡椒油等中[10]。

由表3可知，采用SFE-CO2法萃取，可以提取（+）-4-蒈烯（4.53%）、3，3’-二羥基薄荷醇（8.37%）、馬兜鈴烯（2.16%）、1，4-二酮-2，5-雙（1，1-二甲丙基）-2，5-環己二烯（12.21%）、廿一（碳）烷酸甲酯（4.27%）。

本文所鑒別的白沙蒿主要組分與文獻[3]報道的有所差異，這與地理區系差異和提取方法有關。本實驗所采白沙蒿為蘭州市大沙溝，而文獻[3]所報道的白沙蒿采自武威地區。2種白沙蒿可能由于地理環境、氣候條件的不同而存在種間差異，導致其揮發油的化學成分有所差異。同時文獻報道的白沙蒿揮發油是用白沙蒿全草來提取的，而本實驗所提取的是花、果實中的揮發油。由于提取部位的不同，也是所得揮發油成分的不同的原因之一。

3 結論

本實驗采用SFE-CO2與WSD方法提取白沙蒿揮發油。WSD法提取的揮發油成分在GC-MS分析時，組分集中在前30min內，主要是一些在100℃內低沸點的化合物，這是由于水蒸氣的溫度所限制；而SFE-CO2法萃取成分與WSD法提取的這些低沸點的成分之外，還有很多高沸點成分，這是使用SFE-CO2法提取的過程中，采用了乙醇做為夾帶劑，極性溶劑乙醇與非極性溶劑CO2共同作用，不僅能夠將白沙蒿揮發油中的極性成分完全提取出來，而且能將其中的非極性成分提取出來，因此兩種方法相比較，SFE-CO2法提取的白沙蒿中的揮發油成分更完全，這與二者的提取原理有很大關系。同時，通過表1～表3的比較可以看出，雖然傳統水蒸氣蒸餾所得成分較少且單一，但是該方法對白沙蒿中低沸點的成分的提取更為適合，而且提取過程中低沸點的揮發油得率較高；而對于白沙蒿中一些沸點較高的揮發油成分或是非極性成分分析時，采用SFE-CO2法萃取更為理想[11-12]。因此，SFE-CO2法萃取與WSD法提取的各有優劣，本實驗通過對兩種提取方法優缺點的比較與所得成分差異性的分析，旨在為進一步的科學研究與白沙蒿揮發油的利用奠定基礎。

表3 白沙蒿SFE提取的特有成分Table 3 The comparation of the special chemical constituent of SFE extraction from Artemisia sphaerocephala krash analyzed by GC-MS

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Study on the comparison of essential oil supercritical CO2extraction technology and water steam distillation from Artemisia sphaerocepha/a krash

GUO Xiao，YAO Jian*，ZHAO Bao-tang，WANG Jun-long，ZHANG Ji
（College of Life Science，Northwest Normal University，Lanzhou 730070，China）

TS201.2

A

1002-0306（2012）14-0157-05

2011－11－28 *通訊聯系人

姚?。?960－），男，大學本科，高級實驗師，主要從事植物學和資源植物學方面的教學科研工作。

教育部高等學?？萍紕撔鹿こ讨卮箜椖颗嘤Y金項目（706056）。