川芎揮發性成分的水蒸氣蒸餾提取與頂空進樣GC-MS分析

劉曉芬 張 穎 胡明勛 何志銀 岳美穎

成都中醫藥大學，四川 成都 611137

川芎為傘形科植物川芎LigusticumchuanxiongHort.的干燥根莖，具有活血行氣，祛風止痛的功效[1]。現代藥理研究表明川芎揮發油具有鎮靜止痛、擴張血管、改善心肌供氧、防血栓形成等藥理作用[2]，還具有腦神經保護[3]、抗氧化活性[4]、解熱[5]等作用。川芎總揮發油對子宮平滑肌收縮具有顯著的抑制作用[6]。川芎揮發油是川芎的主要有效成分，是其活血化瘀、行氣止痛的主要有效組分之一，具有很大的開發利用價值。經文獻調研，川芎揮發油中主要含苯酞類、烯萜類、烯醇類以及脂肪酸類化合物[7-9]。

現代多采用水蒸氣蒸餾法提取川芎揮發油，汪洋[10]比較水蒸氣蒸餾法、中性乙醇提取法與超臨界流體CO2萃取法，發現水蒸氣蒸餾法獲得的丁基苯酞與藁本內酯等苯酞類占總揮發油的比例相對更高。冉霞[11]比較水蒸氣蒸餾法與CO2萃取法獲得的揮發油對體外瘢痕成纖維細胞的抑制能力，發現水蒸氣蒸餾法提取的揮發油抑制能力更強。頂空進樣法是將樣品中的揮發性成分直接導入氣相色譜儀中進行分離和檢測的一種方法，可專一性收集樣品中易揮發性成分，同時避免了一些化學成分因加熱而分解、被氧化等問題，可廣泛應用于中藥材揮發性成分的研究[12]。為全面認識川芎中的揮發性成分，本實驗分別采用水蒸氣蒸餾法和頂空進樣法對川芎揮發性成分進行制備，并對其進行GC-MS分析，比較兩種提取方法制備的川芎揮發性成分。

1 儀器與試藥

1.1 儀器 Agilent Technologies 7890A GC System，Agilent Technologies 5975C inert MSD with Triple-Axis Detector；頂空設備：Agilent 7697A。智能型恒溫鼓風干燥箱(上?，槴\實驗設備有限公司)，BP121S十萬分之一電子天平(賽多利斯科學儀器有限公司)。

1.2 材料 川芎產自四川省都江堰市石羊鎮金花村3組，經成都中醫藥大學盧先明教授鑒定為傘形科植物川芎LigusticumchuanxiongHort.的干燥根莖。樣品貯藏于成都中醫藥大學中藥標本館。水為樂百氏純凈水，正己烷(色譜純，成都市科龍化工試劑廠)，無水硫酸鈉(分析純，成都市科龍化工試劑廠)。

2 方法與結果

2.1 供試品制備

2.1.1 水蒸氣蒸餾法 精密稱取川芎粉末(過二號篩)50 g，參照2015年版中國藥典(四部)附錄水蒸氣蒸餾法提取，提取揮發油，所得到的產物為淡黃色油狀物，按每0.1 mL揮發油加入10 mL正己烷，置棕色瓶中，無水硫酸鈉除水，0.22 μm微孔濾膜濾過，作為供試品溶液。

2.1.2 頂空進樣法 精密稱取1 g川芎粉末(過二號篩)置于頂空瓶中密封，置頂空進樣器中按頂空進樣條件進樣。頂空進樣條件：加熱箱溫度100 ℃，定量環溫度120 ℃，傳輸線溫度140℃，樣品瓶平衡時間30 min，樣品環平衡時間0.05 min，進樣時間1 min。

2.2 GC-MS分析條件

2.2.1 水蒸氣蒸餾提取法GC-MS分析條件 Agilent HP-5MS毛細管柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，質譜檢測器。載氣氦氣；流速：1.0 mL/min，進樣量1 μL；程序升溫：初始60℃，每分鐘5℃升至120℃，每分鐘10℃升至280℃，運行時間28 min。分流比10∶1，進樣量1 μL。質譜條件：電離方式電子轟擊(EI)，電子能量70eV，離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃，溶劑延遲時間3 min，掃描范圍：35～550，全掃描方式。檢索庫為NIST14.L質譜數據庫。

2.2.2 頂空GC-MS分析條件 Agilent HP-5MS毛細管柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，質譜檢測器。載氣氦氣，柱流量1.0 mL/min，進樣量1 μL，程序升溫：初始溫度60℃，以8 ℃/min升至220 ℃，運行時間20 min，分流比5∶1。質譜條件：電離方式電子轟擊(EI)，電子能量70eV，離子源溫度230 ℃，四級桿溫度150 ℃，溶劑延遲時間3 min，掃描范圍：50～550，全掃描方式。檢索庫為NIST14.L質譜數據庫。

2.3 結果

2種方法制備的揮發油經氣相色譜-質譜聯用儀分析，獲得總離子流圖，分別見圖1和圖2。經NIST14.L質譜數據庫自動檢索，得出揮發油的化學成分，結果見表1。

表1 頂空進樣和水蒸氣蒸餾法提取川芎揮發油GC-MS鑒定化合物及相對含量

編號相對分子量分子式SI值頂空進樣水蒸氣蒸餾化學成分相對含量/%頂空進樣水蒸氣蒸餾1136.23C10H1694-Bicyclo[3.1.0]hex-2-ene,4-methyl-1-(1-methylethyl)-0.56-2136.23C10H169695(+)-α-蒎烯11.120.053136.23C10H169697檜烯37.300.344136.23C10H169697月桂烯1.360.045136.23C10H16-97(+)-2-Carene-0.066136.23C10H1691-α-水芹烯0.14-7136.23C10H169798萜品油烯7.710.438134.22C10H149797鄰-異丙基苯1.870.069136.23C10H1691-3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環己烯1.02-10136.23C10H1697-(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯0.14-11136.23C10H169497γ-松油烯5.220.3712154.25C10H18O96-trans-Sabinene hydrate0.26-13156.31C11H2491-十一烷0.09-14134.11C10H1494-1,5,8-p-Menthatriene0.13-15150.14C11H1894945-Pentylcyclohexa-1,3-diene7.270.6116154.25C10H18O9695(-)-4-萜品醇0.130.5817154.25C10H18O-90α-松油醇-0.0218136.23C10H16-941,5,5-Trimethyl-6-methylene-cyclohexene-0.2919228.17C13H24O390(Z)-Dec-4-enyl ethyl carbonate-0.0320184.36C13H2897-正十三烷0.31-21150.17C9H10O290-4-乙烯基-2-甲氧基苯酚0.32-22204.19C15H2491-Elemene isomer0.42-23204.35C15H249090(-)-b-Elemene0.480.1624204.19C15H24-903,5,5,9-Tetramethyl-4a,5,6,7,8,9-hexahydro-2H-benzo[7]annulene-0.3925204.35C15H24-96(-)-g-Elemene-0.1626204.35C15H24-93(E)-β-金合歡烯-0.1027204.35C15H24-90B-柏木烯-0.0628204.35C15H24-95cis-b-Copaene-0.0329204.35C15H249999(+)-b-Selinene2.791.1630204.35C15H2490-Germacrene B0.19-31204.35C15H2493-(Z)-b-Farnesene0.20-32204.35C15H249395Bicyclogermacrene1.130.5333204.35C15H249995(-)-g-蓽澄茄烯0.140.0634204.19C15H24-90Tricyclo[6.3.0.0(2,4)]undec-8-ene, 3,3,7,11-tetramethyl--0.0535196.15C12H20O2-96Hexahydro-3-butylphthalide-0.2136190.24C12H14O291943-丁基-1(3H)-異苯并呋喃酮0.140.9637214.39C14H30O-911-Tetradecanol-0.0538188.22C12H12O297963-亞丁基-1(3H)-異苯并呋喃酮0.251.4239192.25C12H16O293-Senkyunolide3.19-40194.13C12H18O290-(3S,3aR)-3-Butyl-3a,4,5,6-tetrahydroisobenzofuran-1(3H)-one0.76-41190.10C12H14O29999E-Ligustilide11.7585.8542228.41C15H32O-911-十五醇-0.20

續表1

表1 頂空進樣和水蒸氣蒸餾法提取川芎揮發油GC-MS鑒定化合物及相對含量

3 結果

本實驗采用GC-MS對水蒸氣蒸餾提取法和頂空進樣法制備的川芎揮發油的化學成分進行比較分析。從表1可知，頂空進樣法從川芎揮發油中共鑒定出29個化合物，主要是烯萜類和苯酞類成分，烯萜類主要包括檜烯(37.30%)、(+)-α-蒎烯(11.12%)、月桂烯(1.36%)、萜品油烯(7.71%)、萜品烯(5.22%)、5-Pentylcyclohexa-1,3-diene(7.27%) (+)-b-Selinene(2.79%)、Bicyclogermacrene(1.13%)等成分，約占揮發油總量76%。苯酞類成分主要包括E-Ligustilide(11.75%)、(3S,3aR)-3-Butyl-3a,4,5,6-tetrahydroisobenzofuran-1(3H)-one(0.76%)、Senkyunolide(3.19%)等，約占揮發油總量的16%。采用水蒸氣蒸餾法從川芎揮發油中共鑒定出32個化合物，主要是烯萜類、苯酞類和脂肪酸類，苯酞類約占揮發油總量的88%，其中以藁本內酯含量最高(85.85%)，烯萜類次之(4.41%)，脂肪酸含量最低(0.17%)。

兩種方法得到14種相同的化合物，但含量差異大。頂空進樣法得到(+)-α-蒎烯(11.12%)、檜烯(37.30%)、月桂烯(1.36%)、萜品油烯(7.71%)、γ-松油烯(5.22%)、5-Pentylcyclohexa-1,3-diene(7.27%)、E-Ligustilide(11.75)，頂空進樣法得到(+)-α-蒎烯(11.12%)、檜烯(37.30%)、月桂烯(1.36%)、萜品油烯(7.71%)、γ-松油烯(5.22%)、5-Pentylcyclohexa-1,3-diene(7.27%)、E-Ligustilide(11.75%)，而水蒸氣蒸餾法得到(+)-α-蒎烯(0.05%)、檜烯(0.34%)、月桂烯(0.04%)、萜品油烯(0.43%)、γ-松油烯(0.37%)、5-Pentylcyclohexa-1,3-diene(0.61%)、E-Ligustilide(85.85%)。

頂空進樣法得到的揮發性成分含量大于5.0%的化合物有6種，分別是(+)-α-蒎烯(11.12%)、檜烯(37.30%)、萜品油烯(7.71%)、γ-松油烯(5.22%)、5-Pentylcyclohexa-1,3-diene(7.27%)、E-Ligustilide(11.75)%。水蒸氣蒸餾法得到的揮發性成分含量大于5.0%的化合物只有E-Ligustilide(85.85%)。Senkyunolide是川芎的主要藥效成分[13]，但只有頂空進樣法得到該組分，相對含量為3.19%。

4 結論與討論

本實驗通過兩種方法制備的川芎揮發油的化學成分和含量有所不同，水蒸氣蒸餾得到揮發油性成分是揮發油，頂空進樣是直接由藥材在進樣器中得到氣體直接進行檢測，減少了揮發油的冷藏、除水等中間步驟，減少步驟。頂空進樣法制備的川芎揮發油主要為烯萜類成分，水蒸氣蒸餾法提取揮發油的主要為苯酞類成分，主要是E-Ligustilide(85.85%)，說明兩種方法制備的川芎揮發性成分各有側重，推測造成這種差異可能與揮發性成分的沸點有關。水蒸氣蒸餾法提取揮發油耗時較長，這使得低沸點揮發性成分在冷凝過程中收集時損失較大。

本實驗首次采用頂空進樣GC-MS分析川芎藥材揮發油組分，通過將藥材粉末裝入頂空樣品瓶中，加熱平衡后，取揮發性氣體直接進樣分析，具有簡便、耗時短、減少化學成分加熱分解、轉化的優點，能直接獲得藥材中低沸點的揮發性成分，且損失較小。水蒸氣蒸餾提取法和頂空進樣法這兩種制備方法分別側重于川芎中不同沸點和不同狀態下的揮發性成分，因此，在對川芎揮發油進行GC-MS表征時，應分別采用兩種方法進行聯合表征，則可建立更全面的川芎揮發性成分GC-MS信息。