北五味子揮發(fā)油分離提純及成分分析

李 慧，婁利峰，李秀歌

（長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130012）

北五味子是中醫(yī)常用的藥材之一，具有斂肺、滋腎、生津、收汗、澀精的功效[1]。北五味子的果實(shí)及種子中含有豐富的揮發(fā)油，其有效成分有檸檬烯、龍腦莰醇、衣蘭烯、金合歡烯、白菖烯、亞油酸-2-氯乙酯、9,12-十八碳二烯酸等，它們是日用化工、醫(yī)療、食品等工業(yè)中不可缺少的原料來(lái)源[2-3]。根據(jù)沸點(diǎn)差分離提純的傳統(tǒng)方法難以有效提純分離揮發(fā)性油類，因此具有食用、藥用價(jià)值的揮發(fā)性油類價(jià)格昂貴。本研究采用超臨界二氧化碳萃取和3級(jí)分子蒸餾相結(jié)合的方法分離提純北五味子揮發(fā)油，并通過(guò)氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用方法對(duì)揮發(fā)油化學(xué)成分進(jìn)行分析。該方法可以快速有效的對(duì)北五味子揮發(fā)油進(jìn)行進(jìn)一步的分離純化，提高了提純率，降低了提純成本，實(shí)現(xiàn)了工藝條件準(zhǔn)確控制，有助于將北五味子揮發(fā)油中具有食用、藥用特性的成分充分應(yīng)用到食品、藥品工業(yè)中，為將北五味子更廣泛的應(yīng)用到食品、醫(yī)藥工業(yè)中提供參考[4]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

北五味子產(chǎn)于吉林長(zhǎng)白山；無(wú)水乙醇（95.5%）北京化工廠；二氧化碳（臨界壓力7.39 MPa） 氦氣（99.99%） 長(zhǎng)春巨洋氣體有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

LD-Y300A型破碎機(jī) 上海頂帥電器有限公司；HA221-40-11型超臨界二氧化碳萃取裝置 江蘇華安科研儀器有限公司；FZ-6-III型自動(dòng)控制刮膜式分子蒸餾裝置 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)研制；6890/5973GC/MSD型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國(guó)惠普公司。

1.3 方法

1.3.1 超臨界二氧化碳法萃取北五味子原油

將2 755 g北五味子放入破碎機(jī)，破碎成為80～300目粉末，采用超臨界二氧化碳萃取裝置對(duì)五味子粉末進(jìn)行萃取，二氧化碳的臨界壓力為7.39 MPa，無(wú)水乙醇作為超臨界萃取過(guò)程中的夾帶劑，可增加流體的溶解度和萃取過(guò)程的分離因素[5-7]。

1.3.2 分子蒸餾法提取北五味子揮發(fā)油

采用分子蒸餾裝置對(duì)五味子原油進(jìn)行分子蒸餾，該裝置為3級(jí)分子蒸餾裝置，對(duì)一般物料可以一次性處理完畢，由分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（distributed control system，DCS）實(shí)現(xiàn)提純工藝操作[8]。

分子蒸餾的條件：1級(jí)蒸餾溫度即蒸發(fā)器H1溫度設(shè)置為80℃（由恒溫水箱提供溫度）；2級(jí)蒸餾溫度即蒸發(fā)器H2溫度設(shè)置為150℃（由熱油機(jī)提供溫度）；3級(jí)蒸餾溫度即蒸發(fā)器H3溫度設(shè)置為170℃（由熱油機(jī)提供溫度）；進(jìn)料泵電機(jī)轉(zhuǎn)速27 r/min；過(guò)料泵電機(jī)轉(zhuǎn)速35 r/min；刮膜電機(jī)1、2、3的轉(zhuǎn)速分別為245、250、360 r/min；1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)的真空度要求范圍分別為500～10 000、10～500、10～50 Pa。

1.3.3 揮發(fā)油成分的鑒定

采用GC-MS測(cè)定每級(jí)產(chǎn)物。

1.3.3.1 色譜條件[9-11]

色譜柱：HP-5彈性石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：柱初始溫度60℃，以5℃/min升至200℃；進(jìn)樣口溫度230℃；載氣He氣；載氣流速1 mL/min；進(jìn)樣量0.4 μL；分流比40∶1。

1.3.3.2 質(zhì)譜條件[12-14]

電子電離源；離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；接口溫度230℃；電離電壓70 eV；倍增器電壓1 341 V；發(fā)射電流34.6 μA；質(zhì)量掃描范圍30～500；溶劑延遲3 min。

1.3.3.3 定性和定量分析

以G1701BA化學(xué)工作站結(jié)合檢索NIST 08標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫(kù)，并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[15-18]確定揮發(fā)性成分，按峰面積歸一化方法計(jì)算化學(xué)成分的相對(duì)含量[19-22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 北五味子揮發(fā)油成分定性分析

北五味子揮發(fā)油的各級(jí)各組分的總離子流圖見(jiàn)圖1。

圖1 北五味子揮發(fā)油的各級(jí)組分的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatograms of the different fractions of distilled Schisandra chinensis essential oil

2.2 北五味子揮發(fā)油成分定量分析

分子蒸餾提取北五味子揮發(fā)油的各級(jí)各組分中的化學(xué)成分如表1所示。

表1 分子蒸餾法提取北五味子揮發(fā)油各級(jí)各組分的化學(xué)成分Table1 Components of the different fractions of distilled Schisandra chinensis essential oil

續(xù)表1

由圖1和表1可知，最佳工藝條件下所得北五味子揮發(fā)油樣品經(jīng)GC-MS分析確定了13種1級(jí)輕組分、8種2級(jí)輕組分、3種3級(jí)輕組分、2種3級(jí)重組分。

破碎后得到的五味子粉末質(zhì)量為2 562.15 g，損耗量為7%；經(jīng)超臨界二氧化碳萃取得到五味子原油205.0 g，萃取率為8%。經(jīng)分子蒸餾后對(duì)每級(jí)餾出物分別稱質(zhì)量得到：1級(jí)輕組分32.7 g，占15.95%；2級(jí)輕組分10.9 g，占5.32%；3級(jí)輕組分4.7 g，占2.29%；3級(jí)重組分108 g，占52.68%。蒸餾得率為76.24%。

通過(guò)GC-MS測(cè)定北五味子揮發(fā)油成分，在已鑒定的化合物組分中，1級(jí)輕組分的相對(duì)含量為53.370%，其中主要成分包括檸檬烯（1.680%）、異松油烯（1.415%）、龍腦莰醇（43.562%）；2級(jí)輕組分的相對(duì)含量為52.164%，主要成分包括衣蘭烯（2.716%）、金合歡烯（9.515%）、香柑油烯（3.248%）、橙花叔醇（10.956%）、白菖烯（25.137%）；3級(jí)輕組分的相對(duì)含量為33.039%，主要成分有去氫白菖烯（7.657%）、長(zhǎng)葉松香芹酮（4.404%）、亞油酸-2-氯乙酯（20.978）；3級(jí)重組分餾出物中含有9,12-十八碳二烯酸甲酯（34.165%）和9,12-十八碳二烯酸（65.835%）2種成分。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：利用超臨界二氧化碳萃取裝置提取北五味子原油，五味子在萃取前不需要藥物的浸泡，可保證其成分、質(zhì)量、化學(xué)性質(zhì)不會(huì)發(fā)生改變，得率也相對(duì)較高[26]。采用自動(dòng)控制負(fù)壓低溫3級(jí)分子蒸餾裝置對(duì)北五味子揮發(fā)性成分分離提純，具有蒸餾溫度低、真空度高、物料受熱時(shí)間短、分離提純程度高等特點(diǎn)，可減少揮發(fā)油成分特性的變化，提取出的不同成分可按功效應(yīng)用于不同食品和醫(yī)藥產(chǎn)品中，可提高五味子的醫(yī)用藥用價(jià)值；此外DCS控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)工藝條件的準(zhǔn)確控制，降低了五味子提純成本[27]。

3 結(jié) 論

采用超臨界二氧化碳萃取北五味子原油，萃取率為8%，相對(duì)較高；利用3級(jí)分子蒸餾裝置分離提純北五味子揮發(fā)油，工藝簡(jiǎn)單，且產(chǎn)品不易發(fā)生分解變質(zhì)，得率為76.24%，也相對(duì)較高，該方法是分離提純高品質(zhì)揮發(fā)性成分的1種有效工藝，但一次性投資較大；通過(guò)GC-MS方法分別對(duì)揮發(fā)油成分進(jìn)行分析鑒定發(fā)現(xiàn)：3級(jí)化學(xué)成分以長(zhǎng)葉松香芹酮、去氫白菖烯、亞油酸-2-氯乙酯、9,12-十八碳二烯酸甲酯和9,12-十八二烯酸為主成分，分離提純程度高，提高了北五味子的食用、藥用價(jià)值。

[1]朱鳳妹, 杜彬, 李軍, 等.氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定北五味子中揮發(fā)油成分[J].食品與發(fā)酵工業(yè), 2008, 34(3): 149-152.

[2]黃鑫, 宋鳳瑞, 劉志強(qiáng), 等.現(xiàn)代質(zhì)譜及其聯(lián)用技術(shù)在中藥五味子研究中的應(yīng)用[J].世界科學(xué)技術(shù): 中醫(yī)藥現(xiàn)代化, 2009, 11(1): 115-119.

[3]WANG Longhu, CHEN Yangsheng, SONG Yanting, et al.GC-MS of volatile components of Schisandra chinensis obtained by supercritical fluid and conventional extraction[J].Journal of Separation Science,2008, 31(18): 3238-3245.

[4]何華, 李先寬, 徐保利, 等.五味子種子揮發(fā)油提取工藝優(yōu)選[J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志, 2011, 17(17): 26-28.

[5]廖傳華, 黃振仁.超臨界CO2流體萃取技術(shù): 工藝開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2004: 5-8.

[6]鄧文輝, 趙燕, 涂永剛, 等.同時(shí)蒸餾萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定皮蛋蛋黃中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[J].食品科學(xué), 2012, 33(20): 212-220.

[7]MATSUBARA A, HARADA K, HIRATA K, et al.High-accuracy analysis system for the redox status of coenzyme Q10by online supercritical fluid extraction-supercritical fluid chromatography/mass spectrometry[J].Journal of Chromatography A, 2012, 1250: 76-79.

[8]唐重合, 劉克平, 金晶, 等.DCS控制系統(tǒng)在分子蒸餾生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 33(2): 130-134.

[9]李迎芳, 袁明浩, 王靜, 等.氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定水中三氯乙醛[J].河南科學(xué), 2011, 29(10): 1175-1177.

[10]MEYER M R, VOLLMAR C, SCHWANINGER A E, et al.New cathinone-derived designer drugs 3-bromomethcathinone and 3-fluoromethcathinone: studies on their metabolism in rat urine and human liver microsomes using GC-MS and LC-high-resolution MS and their detectability in urine[J].Journal of Mass Spectrometry, 2012,47(2): 253-262.

[11]王偉君, 李延華, 張?zhí)m威, 等.SDE-GC-MS法測(cè)定發(fā)酵乳中風(fēng)味物質(zhì)[J].食品科學(xué), 2008, 29(6): 332-334.

[12]SUN Guangren, DIAO Shaoqi, YAO Dadi.GC-MS analysis of essential oil from Spuriopimpinella brachycarpa[J].Journal of Northeast Forestry University, 2009, 37(7): 102-103.

[13]ZHENG Tao, XU Songlin.The study on refining α-linolenic acid by molecular distillation[J].Chemical Industry and Engineering, 2004,21(1): 25-28.

[14]許松林, 鄭弢.短程蒸餾提純胡麻籽油中α-亞麻酸的工藝研究[J].中草藥, 2004, 35(3): 264-266.

[15]Lü Congjin, HOU Weiwei, CHEN Xiaohua, et al.Study on enrichment of polyunsaturated fatty acids in sweet almond oil by molecular distillation[J].Science and Technology of Food Industry,2012, 33(5): 145-148.

[16]李峰, 劉玉梅.馬格努門啤酒花揮發(fā)性成分的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析[J].食品科學(xué), 2012, 33(22): 259-263.

[17]何朝飛, 冉玥, 曾林芳, 等.檸檬果皮香氣成分的GC-MS分析[J].食品科學(xué), 2013, 34(6): 175-179.

[18]LEHOTAY S J, GATES R A.Blind analysis of fortified pesticide residues in carrot extract using GC-MS to evaluate qualitative and quantitative performance[J].Journal of Separation Science, 2009,32(21): 3706-3719.

[19]沈浩, 李盈宇, 梁棟, 等.GC-MS定量分析火場(chǎng)殘留物中汽油組成[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2012, 51(1): 59-62.

[20]郭志峰, 張曉璇, 張靖, 等.雙內(nèi)標(biāo)毛細(xì)管GC-MS定量分析尼古丁[J].分析測(cè)試學(xué)報(bào), 2011, 30(4): 461-464.

[21]崔娟, 劉圣, 胡江苗, 等.GC-MS法檢測(cè)球花石斛花中揮發(fā)性成分[J].安徽醫(yī)藥, 2013, 17(1): 31-32.

[22]張?zhí)炖? 姜波, 徐維波, 等.GC-MS測(cè)定五味子油中脂肪酸組成[J].中央民族大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 21(2): 29-31.

[23]郭蕾, 陳彤, 陳曉嵐, 等.芹菜籽揮發(fā)油化學(xué)成分的研究[J].河南科學(xué), 2003, 21(6): 728-729.

[24]LIU Yumei, LIU Yangming, GU Xiaohong, et al.Qualitative analysis of fragrance volatiles of tetrahydro-iso-alpha acid by head solid-phase micro-extraction[J].Fine Chemicals, 2005, 22(11): 848-852.

[25]阿布力米提?伊力, 劉莉, 阿吉艾克拜爾?艾薩, 等.維吾爾醫(yī)常用藥材-芹菜籽揮發(fā)油化學(xué)成分的研究[J].天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā), 2004,16(1): 36-37.

[26]李斌, 李元甦, 孟憲軍, 等.超臨界CO2萃取北五味子藤莖揮發(fā)油的GC-MS分析[J].食品工業(yè)科技, 2011, 32(2): 106-108.

[27]楊村, 于宏奇, 馮武文.分子蒸餾技術(shù)[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2004: 15-19.