超臨界CO2萃取陰香葉揮發(fā)油及GC-MS分析

李海泉，徐榮，郭剛軍，劉昌芬（云南省熱帶作物科學(xué)研究所，云南景洪666100）

超臨界CO2萃取陰香葉揮發(fā)油及GC-MS分析

李海泉，徐榮*，郭剛軍，劉昌芬
（云南省熱帶作物科學(xué)研究所，云南景洪666100）

采用超臨界CO2萃取陰香葉的揮發(fā)性成分。通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)確定超臨界CO2萃取陰香葉片揮發(fā)油的最佳工藝條件：萃取壓力20 MPa、溫度45℃、萃取時(shí)間90 min。用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）結(jié)合計(jì)算機(jī)檢索對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行了分析和鑒定，并用氣相色譜峰面積歸一法測(cè)定各組分的相對(duì)百分含量。結(jié)果顯示，從陰香葉揮發(fā)油中鑒定出了33種化合物，總計(jì)占總峰面積的92.69%，其主要成分為龍腦47.23%，α-松油醇2.12%，乙酸龍腦酯5.42%，香豆素13.20%，匙葉桉油烯醇3.17%，石竹烯氧化物2.88%，6，10，14-三甲基-2-十五烷酮2.58%。為進(jìn)一步開發(fā)利用陰香資源提供了科學(xué)參考。

陰香；揮發(fā)油；超臨界CO2萃取；正交試驗(yàn)；氣相色譜-質(zhì)譜

陰香（Cinnamomum burmanii）又稱山玉桂、野玉桂、香膠葉，屬樟科、樟屬多年生常綠喬木，主要分布于廣東、福建、云南、海南等省[1]。陰香是很好的藥用樹種，陰香葉入藥，味辛，氣香，可用于治療皮膚瘙癢、風(fēng)濕骨痛、痢疾腹痛及外傷出血等[2]。陰香葉揮發(fā)油可用來(lái)生產(chǎn)高級(jí)香料、高級(jí)化妝品，研究發(fā)現(xiàn)陰香葉揮發(fā)油還具有抗氧化[3]、防蛀[4]、抑菌[5-6]等生理活性。

超臨界CO2萃取法已廣泛地應(yīng)用到天然產(chǎn)物提取領(lǐng)域，其是利用處于超臨界狀態(tài)的溶劑具有氣體和液體的雙重性質(zhì)的特點(diǎn)來(lái)分離和純化混合物，具有安全、無(wú)毒、操作溫度低、選擇性好、分離一步完成、萃取物無(wú)溶劑殘留等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于熱不穩(wěn)定性天然產(chǎn)物和生理活性物質(zhì)的提取[7-8]，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)僅見用水蒸氣蒸餾法提取陰香葉揮發(fā)油進(jìn)行化學(xué)成分分析研究的報(bào)道[3，9-10]，而利用超臨界CO2萃取陰香葉揮發(fā)油及化學(xué)成分分析的研究鮮見有文獻(xiàn)報(bào)道。本文以陰香葉為試材，研究了壓力、溫度、時(shí)間等關(guān)鍵因素對(duì)超臨界CO2萃取陰香葉揮發(fā)油的影響，并采用氣-質(zhì)聯(lián)機(jī)分析鑒定了陰香葉萃取物的揮發(fā)性化學(xué)組成，旨在為實(shí)際生產(chǎn)提供理論參考和技術(shù)支持。

1　材料與方法

1.1材料、試劑與儀器

陰香鮮葉：采自云南省西雙版納州熱帶花卉園內(nèi)；CO2（食用級(jí)，純度99.9%）：昆明神農(nóng)氣體有限公司；乙醚（分析純）：上海馬陸制藥廠。

萬(wàn)能高速粉碎機(jī)：上海比朗儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海申生科技有限公司；恒溫水浴鍋：常州市華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司；HA221-50-06型超臨界萃取裝置：江蘇南通華安超臨界萃取有限公司；HP6890GC/5973MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：美國(guó)AgilentTechnologies公司。

1.2方法

1.2.1陰香葉油萃取工藝流程

陰香鮮葉→洗凈、晾干→50℃鼓風(fēng)干燥→粉碎→過(guò)篩→稱重→超臨界CO2萃取→分離→陰香葉揮發(fā)油

1.2.2樣品制備

取陰香鮮葉，室溫下，清水洗凈，自然晾干，然后放入50℃鼓風(fēng)干燥至葉面發(fā)脆（含水量＜1.5%），用萬(wàn)能高速粉碎機(jī)粉碎，過(guò)40目篩，備用。

1.2.3萃取條件對(duì)萃取效果的影響

影響揮發(fā)油萃取率的因素有萃取壓力、溫度、萃取時(shí)間、CO2流量、分離釜的壓力、溫度等，其中萃取壓力、溫度、時(shí)間是影響揮發(fā)油萃取率的主要因素[11]。首先討論單個(gè)因素對(duì)萃取效果的影響，然后用正交試驗(yàn)優(yōu)化萃取條件。根據(jù)單因素試驗(yàn)，選定三因素三水平的正交試驗(yàn)方法，按表L9（34）安排試驗(yàn)，以陰香葉揮發(fā)油的萃取率為考察指標(biāo)。因素水平見表1。

表1　正交試驗(yàn)水平因素表Table 1　Leveland factor oforthogonaltest

1.2.4萃取率的計(jì)算

萃取率/%＝萃取物陰香葉揮發(fā)油的質(zhì)量/陰香原料的裝料質(zhì)量×100

1.2.5GC-MS分析條件

GC條件：HP-5MS石英毛細(xì)管柱（30 mm×0.25 mm× 0.25μm）；柱溫80℃～260℃，程序升溫3℃/min；柱流量為1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度250℃；柱前壓100 kPa；進(jìn)樣量0.20μL；分流比10∶1；載氣為高純氦氣。

MS條件：電離方式EI；電離能量70 eV；傳輸線溫度250℃；離子源溫度230℃；四極桿溫度150℃；掃描質(zhì)量范圍35 amu～500 amu。

2　結(jié)果與分析

2.1不同萃取條件對(duì)陰香葉揮發(fā)油萃取率的影響

2.1.1萃取壓力對(duì)陰香葉揮發(fā)油萃取率的影響

在萃取溫度為45℃，萃取時(shí)間為90 min條件下超臨界CO2萃取陰香葉揮發(fā)油，考察不同萃取壓力對(duì)陰香葉揮發(fā)油萃取率的影響，萃取率和萃取壓力的關(guān)系見圖1。

圖1　萃取壓力對(duì)陰香葉揮發(fā)油萃取率的影響Fig.1　Effectofextraction pressure on extraction yield ofvolatile oilfrom the leaves of Cinnamomum burmanii

從圖1可以看出，在萃取壓力為10 MPa～20 MPa范圍內(nèi)，隨著萃取壓力的升高，陰香葉揮發(fā)油的萃取率增加，這是因?yàn)樵谝欢ǖ膲毫Ψ秶鷥?nèi)，超臨界CO2流體對(duì)陰香葉揮發(fā)油的溶解度隨著萃取壓力的增大而增大，但當(dāng)萃取壓力繼續(xù)升高時(shí)，超臨界CO2流體擴(kuò)散系數(shù)變小，物料堆積更為緊密，難以滲透，故導(dǎo)致萃取率有所下降，因此，萃取壓力以20 MPa為宜。

2.1.2萃取溫度對(duì)陰香葉揮發(fā)油萃取率的影響

在萃取壓力為20 MPa，萃取時(shí)間為90 min條件下超臨界CO2萃取陰香葉揮發(fā)油，考察不同萃取溫度對(duì)陰香葉揮發(fā)油萃取率的影響，萃取率和萃取溫度的關(guān)系見圖2。

圖2　萃取溫度對(duì)陰香葉揮發(fā)油萃取率的影響Fig.2　Effectofextraction temperature on extraction yield of volatile oilfrom the leaves of Cinnamomum burmanii

在萃取溫度為30℃～45℃范圍內(nèi)，隨著萃取溫度的升高，陰香葉揮發(fā)油的揮發(fā)性提高，在超臨界CO2流體中的濃度增大，從而萃取率增加；但當(dāng)溫度超過(guò)45℃以后，溫度升高，使超臨界CO2流體的密度降低，溶解能力下降，導(dǎo)致萃取率降低，呈下降趨勢(shì)，并且溫度越高，對(duì)萃取物揮發(fā)油性質(zhì)的影響越大。因此，萃取溫度以45℃為宜。

2.1.3萃取時(shí)間對(duì)陰香葉片揮發(fā)油萃取率的影響

在萃取壓力為20 MPa，萃取溫度為45℃條件下超臨界CO2萃取陰香葉揮發(fā)油，考察不同萃取時(shí)間對(duì)陰香葉揮發(fā)油萃取率的影響，萃取率和萃取時(shí)間的關(guān)系見圖3。

圖3　萃取時(shí)間對(duì)對(duì)陰香葉揮發(fā)油萃取率的影響Fig.3　Effect ofextraction time on extraction yield of volatile oil from the leaves of Cinnamomum burmanii

從圖3可以看出，在前90 min內(nèi)，隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)萃取率不斷升高，但當(dāng)萃取時(shí)間超過(guò)90 min以后，隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，萃取率增幅減緩，延長(zhǎng)時(shí)間萃取率增加甚微，考慮到節(jié)約能耗以及萃取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能對(duì)萃取物性質(zhì)產(chǎn)生影響，因此，萃取時(shí)間以90 min為宜。

2.2正交試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)以上單因素試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，以揮發(fā)油得率為考核指標(biāo)，用L9（34）正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果及分析見表2。

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2　The results oforthogonaltest

由表2可以看出：3個(gè)因素對(duì)陰香葉揮發(fā)油萃取率影響程度依次為：萃取時(shí)間＞萃取壓力＞萃取溫度。超臨界萃取陰香葉揮發(fā)油的最佳組合為A1B2C2，即萃取壓力20 MPa、溫度45℃、萃取時(shí)間90 min，得到的陰香葉揮發(fā)油為淡黃色，無(wú)肉眼可見雜質(zhì)，具有濃烈的陰香香味的半固體膏狀油脂。

2.3陰香葉揮發(fā)油GC-MS分析

通過(guò)GC-MS分析，從陰香葉油的總離子流圖（圖4）可見，分離得到47個(gè)離子峰，采用wiley7n.l標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)計(jì)算機(jī)檢索及人工解析質(zhì)譜并于標(biāo)準(zhǔn)圖校對(duì)，共鑒定出33種主要成分（表3），用峰面積歸一化法定量測(cè)出它們的相對(duì)含量，占色譜峰面積的92.69%。

圖4　陰香葉揮發(fā)油的總離子流圖Fig.4　The gas chromatogram ofvolatile oilfrom the leaves of Cinnamomum burmanii

表3　超臨界萃取陰香葉揮發(fā)油分析結(jié)果Table 3　Volatile components in the volatile oilfrom the leaves of Cinnamomum burmanii with SFE

由表3可以看出，陰香葉揮發(fā)油主要化合物為醇酮類占80.4%，另外烯烴類占2.4%，酯類占6.56%，氧化物占2.88%，還含有少量的烷烴占0.45%。其中含量較高的成分有龍腦（47.23%），α-松油醇（2.12%），乙酸龍腦酯（5.42%），香豆素（13.20%），匙葉桉油烯醇（3.17%），石竹烯氧化物（2.88%），6，10，14-三甲基-2-十五烷酮（2.58%）。鑒定結(jié)果表明，陰香葉揮發(fā)油中龍腦含量最為豐富，其是稀有、貴重的中藥材，具有類似樟腦和松木的氣息，香氣清涼尖刺，微帶藥香、胡椒香，能改善血腦屏障（BBB）的通透性，促進(jìn)其他物質(zhì)透過(guò)血腦屏障進(jìn)入腦組織的作用[12]。

3　結(jié)論

通過(guò)單因素及正交試驗(yàn)表明，超臨界CO2萃取陰香葉中揮發(fā)油的適宜工藝參數(shù)的組合為：萃取壓力20 MPa、溫度45℃、萃取時(shí)間90 min。各因素對(duì)提取結(jié)果影響的程度依次為：萃取時(shí)間＞萃取壓力＞萃取溫度。利用GC對(duì)超臨界CO2萃取的陰香葉片揮發(fā)油進(jìn)行分析，共鑒定出33個(gè)主要成分，占色譜峰面積的92.69%，其中陰香葉揮發(fā)油中的重要成分龍腦（47.23%）含量最為豐富，可作為潛在的天然藥物及天然香料開發(fā)資源加以利用。

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GC-MS Analysis of Volatile Oil by Supercritical CO2Extraction from Cinnamomum burmanii Leaves

LIHai-quan，XU Rong*，GUO Gang-jun，LIU Chang-fen
（Yunnan Institute of Tropical Crops，Jinghong 666100，Yunnan，China）

Volatile oil of Cinnamomum burmanii leaves was extracted by supercritical CO2extraction technology.The condition for volatile oil from Cinnamomum burmanii leaves was optimized through single factor tests and an orthogonal experiment.The optimum technologicalcondition of extraction：operating working pressure 20 MPa，temperature 45℃，time 90 min.Their compositions and relative contents were quantitatively determined by GC-MS with peak area normalization method.Results showed thatthirty-three volatile compounds had been identified，which was accounted for 92.69%of total volatile compounds，The predominant volatile components were borneol47.23%，alpha-terpineol2.12%，bornylacetate 5.42%，coumarin 13.20%，spathulenol3.17%，caryophyllene oxide 2.88%，6，10，14-trimethyl-2-pentadecanone 2.58%.This paper provided better scientific basis for the developmentand utilization of Cinnamomum burmanii.

Cinnamomum burmanii；volatile oil；supercriticalCO2extraction；orthogonaltest；GC-MS

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.12.031

李海泉（1971—），男（漢），高級(jí)農(nóng)藝師，本科，研究方向:功能性天然植物的栽培技術(shù)、開發(fā)與利用研究。

2015-06-15