水蒸氣蒸餾與超臨界提取來鳳鳳菊成分的HS-GC/MS分析

邢玉娟，陳新，劉梁，史茹茹，彭彩暾

（武漢輕工大學生物與制藥工程學院，湖北武漢430023）

植物精油是植物體內的次生代謝物質，由分子量相對較小的簡單化合物組成，具有一定芳香氣味，在常溫下能揮發的油狀液體物質[1]。植物精油是一類很重要的天然香料，一般采用水蒸氣蒸餾、溶劑萃取、壓榨或吸附等物理方法從芳香植物的花、草、葉、枝、皮、根、莖、果實、種子或分泌物中提取出來[2]。植物精油是一類天然植物性添加劑，能夠矯正食品的異味，賦予香氣，具有著色、抗菌消炎、防腐、抗氧化、抗腫瘤等作用[3-4]。因此，植物精油常被開發成天然防腐劑和殺菌劑，廣泛應用在肉制品、果蔬制品、乳制品、水產品、焙烤制品等食品行業中[5]。

來鳳鳳菊又名神農香菊Dendranthelna indicum（L.），產于湖北恩施來鳳縣，系菊科菊屬（Dendranthema）的一個新變種，全株具有特殊的濃郁香氣，民間需以其花、葉陰干作香囊和作辛涼解表、清熱藥及治療慢性肝炎[6]。來鳳鳳菊作為菊科菊屬新變種藥材，其所含香氣成分是天然香精香料的重要組成部分，提取的精油可以被廣泛應用于醫藥、食品加工、化妝品等行業。因其所含化學成分復雜，國內外學者對其化學成分及含量不斷地進行深入研究，但是對來鳳鳳菊資源的開發應用等研究仍然需更加深入的探索[7]。本文采用水蒸氣蒸餾法和超臨界CO2提取法對來鳳鳳菊化學成分進行提取，采用頂空氣相色譜-質譜聯用法（HS-GC/MS）對其成分進行分離鑒定，對比兩種方法提取的成分和含量的差別，為來鳳鳳菊資源的綜合開發利用和質量控制研究提供科學依據。

1 材料與儀器

頂空氣相色譜-質譜聯用儀、Agilent HP-INNOWax毛細管色譜柱：安捷倫公司；HA221-50-06-C超臨界CO2萃取儀：江蘇南通華安超臨界萃取有限公司；萬能粉粹機：天津泰斯特儀器有限公司；揮發油提取裝置：武漢市江漢區泰信玻璃儀器批發部；Buchi旋轉蒸發儀：瑞士Buchi公司；摩爾超純水機：重慶摩爾水處理有限公司。石油醚、無水硫酸鈉：天津市天力化學試劑有限公司。

2 方法

2.1 水蒸氣蒸餾法[8-9]

精密稱取來鳳鳳菊粉末200 g，置于2 000 mL圓底燒瓶中，加入一定量的超純水，再按《中華人民共和國藥典》2010版Ⅰ部附錄XD揮發油測定法的甲法操作，提取時間為5 h，待提取液冷卻后，加入石油醚萃取3次，得到來鳳鳳菊揮發油提取液，濃縮，經無水硫酸鈉干燥后進行HS-GC/MS分析。

2.2 超臨界二氧化碳提取法[10]

精密稱取來鳳鳳菊粗粉200 g，裝入萃取釜中，設定萃取釜工藝參數：分離罐Ⅰ為40℃，分離罐Ⅱ為25℃，壓力為35 MPa，溫度為45℃，流量為20 L/h，萃取時間為2 h。從解析釜出料口出料得黃色粘稠液體，收集后進行HS-GC/MS分析。

2.3 頂空氣相色譜-質譜條件[11-13]

設置頂空進樣條件，頂空進樣器的傳輸線溫度95℃，進樣時間0.50 min；樣品平衡溫度85℃，平衡時間20 min，平衡后用Agilent HP-INNOWax毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）上樣分析。設置GS-MS的氣相條件：初始溫度設置為40℃，持續3 min，然后以5℃/min勻速上升至160℃，持續5 min，最后以20℃/min升至220℃，持續3 min。載氣為高純度氦氣，氣流速度設置為1 mL/min。質譜條件設置為EI模式，離子源溫度設置為230℃，電離能量設置為70 eV。設置掃描質量范圍為50 amu～350 amu，設置溶劑延遲3 min。經HS-GC/MS分析得到化合物其相對含量采用峰面積歸一化法計算，數據圖譜在NIST譜庫（2011版）中檢索，檢索后與標準圖譜對照解析后對化合物進行定性分析。

3 結果與討論

將通過超臨界CO2萃取及水蒸氣蒸餾所得的揮發油進行HS-GC/MS檢測，其總離子流圖見圖1和圖2。

分析范圍在4 min～36 min之間，從頂空氣相色譜-質譜總離子流色譜圖中水蒸氣蒸餾法提取的揮發油成分中分離出161個色譜峰，鑒定了56個化合物，占總量的77.99%；從超臨界CO2提取的成分中分離出121個色譜峰，鑒定38個化合物，占總量的96.20%。從圖1及圖2中可以看出，兩種提取方法的化學成分的差異很大，具體成分和相對含量分析結果見表1（表1中相對百分含量高于或等于0.1%）[14]。

通過以上研究可知，水蒸氣蒸餾法提取的揮發油，主要化學成分（相對百分含量大于1%）為α-水芹烯（10.7%）、2-甲基丁酸-3-甲基丁酯（1.57%）、2，2，6-三甲基-6-乙烯基四氫-3-吡喃酮（7.14%）、芳樟醇（11.9%）、順式-β-金合歡烯（1.29%）、芳樟醇氧化物（7.95%）等。超臨界CO2萃取法提取的揮發油，主要化學成分（相對百分含量大于1%）為2-甲基丁酸乙酯（1.26%）、α-水芹烯（11.91%）、鄰傘花烴（22.59%）、2-甲基丁酸-3-甲基丁酯（1.33%）、2，2，6-三甲基-6-乙烯基四氫-3-吡喃酮（3.98%）、芳樟醇（6.95%）、2-甲基丁酸（1.24%）、芳樟醇氧化物（5.75%）等。兩種方法萃取所得相同化合物分別為α-水芹烯、芳樟醇、芳樟醇氧化物、2，2，6-三甲基-6-乙烯基四氫-3-吡喃酮等27種化合物。

圖1 水蒸氣蒸餾法提取成分的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of the extracts by steam distillation

圖2 超臨界提取成分的總離子流圖Fig.2 Total ion chromatogram of the extracts by supercritical-CO2fluid extraction

表1 水蒸氣蒸餾與超臨界CO2提取來鳳鳳菊成分的HS-GC/MS分析Table 1 HS-GC/MS analysis of the extracts by steam distillation and supercritical-CO2fluid extraction from Dendranthelna indicum

續表1 水蒸氣蒸餾與超臨界CO2提取來鳳鳳菊成分的HS-GC/MS分析Continue table 1 HS-GC/MS analysis of the extracts by steam distillation and supercritical-CO2fluid extraction from Dendranthelna indicum

續表1 水蒸氣蒸餾與超臨界CO2提取來鳳鳳菊成分的HS-GC/MS分析Continue table 1 HS-GC/MS analysis of the extracts by steam distillation and supercritical-CO2fluid extraction from Dendranthelna indicum

從顏色差異上看，水蒸氣蒸餾法提取的揮發油為黃綠色透明油狀物，流動性較好，超臨界CO2提取的揮發油為棕黃色浸膏，該浸膏黏稠且流動性極差。從化學成分差異上來看，超臨界CO2萃取法能得到鄰傘花烴、2-異丙烯基-4a，8-二甲基-1，2，3，4，4a，5，6，7-八氫萘、異戊酸甲酯、檜烯、β-古巴烯、2-甲基丁酸、2-甲基丁酸甲酯等。相反，水蒸氣蒸餾法能夠得到順式-β-金合歡烯、β-沒藥烯、（Z，E）-金合歡醇、香檜醇、去氫白菖烯、α-古巴烯、松油烯、左旋-β-蒎烯、（+）-α-長葉蒎烯等。相比之下，超臨界CO2萃取法得到的揮發油有較多的芳烴類化合物和長鏈脂肪酸，這些有機化合物可作為工業原料加以利用[15]。因此，來鳳鳳菊中一些低沸點成分的提取水蒸氣蒸餾法較好，而對于一些高沸點極性成分，采用超臨界CO2萃取法更合適[16]。其原因可能是由于水蒸氣蒸餾法為一開放系統，提取過程溫度過高，易造成某些成分的破壞和丟失，而超臨界CO2萃取法系統密閉，萃取溫度較低，可避免對熱不穩定及易氧化成分的破壞[17-18]。水蒸氣蒸餾法提取的揮發油含有較多的萜類，萜類使揮發油具有濃郁的香味、殺菌、消腫和止痛的功效[19]。其中β-金合歡烯具有青香、花香并伴有香脂香氣[20]，α-水芹烯具有黑胡椒和薄荷香氣，具有辛涼解表、清熱的作用[21]，芳樟醇具有甜嫩新鮮的花香，似鈴蘭香氣，全球每年芳樟醇的用量超過1 000 t，主要用于化妝品、家用洗滌劑、家具護理產品、殺蟲劑、香料的制造，在食品和飲料加工過程中，也用到了芳樟醇做香料和調味劑[22-23]。

從檢測結果可知，上述化合物均為以前文獻報道的化合物，但含量與文獻報道存在差異，主要原因可能是地域差異和化學類型差異，這些差異可能與來鳳鳳菊的產地、氣候、生長環境、采集時間等有關[24-25]。

兩種提取方法在化學成分上的差異能夠讓我們從需求的角度科學合理地選擇來鳳鳳菊揮發油的提取方法，因此，深入研究來鳳鳳菊揮發油的化學成分，對開發來鳳鳳菊保健品及其系列產品，具有深遠的意義。

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