八角茴香揮發(fā)油的化學成分及其包合物制備工藝研究

鄭燕菲，藍亮美，羅雅梅

(1.廣西民族師范學院 化學化工學院，廣西 崇左 532200；2.柳州城市職業(yè)學院 機電與汽車工程系，廣西 柳州 545036)

八角(star anise，IlliciumverumHook. F.)，又名八角茴香，廣泛用于調味品、香精香料、食品工業(yè)等領域。八角茴香中含有揮發(fā)性成分、倍半萜內(nèi)脂及其衍生物、莽草酸、黃酮類成分、苯丙烷和木脂素類等多種化學成分[1]，且具有抗腫瘤、抑菌、抗炎等作用[2,3]。

八角茴香揮發(fā)油具有抗氧化、抗菌和鎮(zhèn)痛作用，制劑后可廣泛應用到醫(yī)藥品、化妝品、食品等領域[4,5]。八角茴香揮發(fā)油具有較強的揮發(fā)性，在揮發(fā)油儲存運輸、產(chǎn)品生產(chǎn)中易揮發(fā)損失[6]，通常采用β-環(huán)糊精包合技術把揮發(fā)油包藏在環(huán)糊精的空穴結構中形成包合物[7]。

為了開發(fā)挖掘更加高附加值的八角產(chǎn)品，促進地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)保護，本文以八角茴香果實為原料，對八角茴香揮發(fā)油進行水蒸氣蒸餾法提取；用氣相色譜-質譜聯(lián)用技術進行化學成分分析；通過正交實驗設計對揮發(fā)油包合物的制備工藝進行優(yōu)化，可為臨床安全用藥和開發(fā)八角資源提供更全面、更豐富的科學依據(jù)和理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 原料

八角干果：購于南寧八角市場，將八角烘干裝袋保存以備用。

1.1.2 主要試劑

無水乙醇、氫氧化鈉、β-環(huán)糊精、丙酮、石油醚、冰乙酸、乙酸乙酯等試劑均為分析純；實驗所用水均為蒸餾水。

1.1.3 儀器

SHZ-D型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海福瑪實驗設備有限公司；KQ-300DA型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；YPS102型電子天平 上海光正醫(yī)療儀器有限公司；AR224CN型分析天平 上海奧豪斯儀器有限公司；DF-101S型恒溫磁力攪拌器 河南省予華儀器有限公司；QP2010型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀 日本島津公司；ZF-2型三用紫外儀 上海市安亭電子儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 八角茴香揮發(fā)油的提取

準確稱取八角茴香75.00 g，按液固比1∶6 (mL/g)加入蒸餾水，搖勻，連接好揮發(fā)油測定器與冷凝管。實驗溫度設定為100 ℃，采用磁力攪拌，回流提取至測定器中油量不再增加，餾出液無明顯油狀，停止加熱，靜置0.5 h，讀取揮發(fā)油體積，計算得油率。

1.2.2 揮發(fā)油成分分析

利用氣相色譜-質譜聯(lián)用法對八角茴香揮發(fā)油進行成分分析，分析條件如下。

色譜條件：色譜柱為RTX-5Sil柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，載氣為氮氣，柱前壓為47 kPa，柱流量為0.95 mL/min，進樣口溫度250 ℃，接口溫度230 ℃。采用的升溫程序為：初始溫度60 ℃，保留2 min，以升溫速率5 ℃/min升溫至115 ℃，以速率2 ℃/min升溫至135 ℃，再以速率15 ℃/min升溫至250 ℃，保留2 min，分流比1∶30。

質譜條件：EI 離子源，電子能量70 eV，離子源溫度250 ℃，接口溫度230 ℃，質量掃描范圍 45～500 m/z。

1.2.3 包合物的制備

稱取β-環(huán)糊精8.00 g，加入蒸餾水 150 mL，在 60 ℃水浴中加熱溶解。分別加入1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7 (mL/g)液固比的揮發(fā)油，在30，40，50，60，70 ℃恒溫條件下包合1.5，2.0，2.5，3.0，3.5 h，-3 ℃環(huán)境下冷藏 24 h后，停止分層，將揮發(fā)油-環(huán)糊精包合水溶液進行抽濾、洗滌，于50 ℃下干燥，得白色包合物粉末，稱重，計算包合物收率，實驗平行3次。

1.2.4 包合物制備工藝的優(yōu)化

選取液固比A(1∶4、1∶5、1∶6，mL/g)、包合溫度B(40，50，60 ℃)、包合時間C(1.5，2.0，2.5 h)進行3個因素3個水平的L9(34)正交實驗。

1.2.5 包合物驗證分析

采用薄層色譜法對八角茴香揮發(fā)油進行驗證分析。分別吸取質量濃度均為0.04 mg/mL的環(huán)糊精乙醇樣液、包合物乙醇樣液，以及體積比為0.04%的揮發(fā)油、質量濃度為上述樣品溶液各0.5 μL，依次點于硅膠G薄層板上，采用不同配比的石油醚、乙酸乙酯溶液進行展開，晾干，置于ZF-2三用紫外儀中顯色[8]。

2 結果與分析

2.1 揮發(fā)油得油率

采用水蒸氣蒸餾法提取八角茴香揮發(fā)油，實驗平行6次。所得揮發(fā)油為澄清的淺黃色液體，平均得油率為5.90%。6次實驗得油率的相對標準偏差為1.90%，說明水蒸氣蒸餾法提取揮發(fā)油得油率穩(wěn)定。

2.2 揮發(fā)油化學成分分析結果

采用氣相色譜-質譜聯(lián)用分析八角茴香揮發(fā)油的成分，運用峰面積歸一化法來計算各組分之間的相對含量，采用計算機組分的質譜圖來進行NIST標準譜庫檢索，依照相關文獻報道[9]和NIST 08 NS站作為準譜庫的RI值及質譜裂解規(guī)律，從而確定八角茴香揮發(fā)油的揮發(fā)性組分，結果見表1。

表1 八角茴香揮發(fā)油成分的分析結果

由表1可知，對八角茴香揮發(fā)油進行成分分析，共分離鑒定出32種化合物，占揮發(fā)油總量的97.03%，主要成分是反式茴香腦，分子式為C10H12O，所占的化合物比例為81.33%，還含有草蒿腦、檸檬烯、芳樟醇等成分，其中含氧化合物所占百分含量為91.19%。

根據(jù)文獻報道[10]，利用氣相色譜-質譜聯(lián)用法(GC-MS)對水蒸氣蒸餾法提取的八角茴香揮發(fā)油分離出38種化合物，含量為99.81%，含氧有機化合物為94.21%。本實驗的揮發(fā)油組分結果與文獻之間存在差異，可能是因為所選八角原料的產(chǎn)地不同，使得揮發(fā)油中含有的成分也有所不同。

2.3 包合物的制備工藝

2.3.1 液固比對包合物收率的影響

不同液固比對β-環(huán)糊精包合八角茴香揮發(fā)油效率的影響見圖1。

圖1 液固比-包合物收率影響圖

由圖1可知，隨著液固比的增加，包合物收率逐漸增大，當液固比為1∶5 (mL/g)時，包合物收率達到最大值，此后再增加環(huán)糊精的用量，揮發(fā)油包合物收率反而下降，原因是在包合介質的量比較多時，分子運動受阻，阻礙了包合過程的進行。所以，單因素液固比在得到最大收率時的水平為1∶5 (mL/g)，選擇液固比1∶4、1∶5、1∶6 (mL/g)作為正交實驗水平。

2.3.2 包合溫度對包合物收率的影響

不同包合溫度對β-環(huán)糊精包合八角茴香揮發(fā)油效率的影響見圖2。

由圖2可知，包合物的收率隨著溫度的升高而逐漸升高，達到最高點后開始下降；在溫度為50 ℃時收率達到最高，而后溫度再升高提取率逐漸下降。因為溫度過低時，分子運動不夠劇烈，環(huán)糊精與揮發(fā)油分子碰撞機會小，而溫度過高時，分子的運動過于強烈，使揮發(fā)油不被包合[11]，故溫度為50 ℃時收率最大，所以單因素溫度在得到最大收率時的水平為50 ℃，選擇溫度40，50，60 ℃作為正交實驗水平。

圖2 溫度-包合物收率影響圖

2.3.3 包合時間對包合物收率的影響

不同包合時間對β-環(huán)糊精包合八角茴香揮發(fā)油效率的影響見圖3。

圖3 時間-包合物收率影響圖

由圖3可知，包合物的收率隨著提取時間的增加而升高，當提取時間為2.0 h時，包合物的收率達到最高 為88.00%。當再延長提取時間時，包合物收率反而降低，因為在包合過程中需要攪拌，包合時間越長，包合物原本包合的包合物反而被破壞，使得收率下降，所以可以判斷最佳提取時間為2.0 h，單因素提取時間在得到最大收率時的水平為2.0 h，選擇包合時間 1.5，2.0，2.5 h作為正交實驗水平。

2.3.4 正交實驗結果

選取液固比、包合溫度、包合時間3個因素進行正交實驗，對揮發(fā)油環(huán)糊精包合物的工藝參數(shù)進行優(yōu)化，優(yōu)選最優(yōu)的工藝條件。正交實驗設計和結果見表2。

表2 正交實驗設計及結果分析

續(xù) 表

L9(34)正交實驗結果的相關計算以及分析結果表明，影響揮發(fā)油包合效果因素次序為A>C>B，即液固比>包合時間>包合溫度，其最佳包合工藝為A2B2C3，揮發(fā)油與β-環(huán)糊精的比例對綜合指標具有顯著性影響，包合時間效果一般，而包合溫度無顯著性影響。最優(yōu)工藝條件是在液固比為1∶5 (mL/g)，溫度為50 ℃，提取時間為2.5 h下進行揮發(fā)油環(huán)糊精的包合。

2.3.5 最優(yōu)條件驗證實驗

準確稱取75.00 g已處理過的八角茴香3份于圓底燒瓶中，在最佳提取工藝條件液固比1∶5(mL/g)、提取溫度50 ℃、提取時間2.5 h下進行包合；得到的揮發(fā)油環(huán)糊精包合物進行干燥稱重，計算包合物收率。實驗平行4次，得包合物收率為89.35%。文獻[12,13]分別報道的八角茴香揮發(fā)油包合物的平均收率為85.93%、89.84%，與實驗所得的包合物收率相差不大，說明實驗所得最優(yōu)制備工藝可靠。

2.4 包合物驗證分析

2.4.1 展開劑的選擇

依次把β-環(huán)糊精、包合物及揮發(fā)油對點在硅膠G薄層板上，以石油醚、乙酸乙酯體積比10∶1、11∶1、12∶1、13∶1、14∶1 (mL/mL)作為展開劑，對3個樣液進行展開，在紫外光條件下顯色，計算比移值，結果分析見表3。

表3 展開劑的選擇結果

實驗以石油醚、乙酸乙酯混合溶液作為展開劑[14]，結果發(fā)現(xiàn)，展開劑極性過大，展開距離越遠。當石油醚、乙酸乙酯體積配比為13∶1 (mL/mL)時，比移值為0.56。文獻表明當比移值小于0.6時，展開效果最佳[15]。所以最佳展開劑為石油醚∶乙酸乙酯為13∶1 (mL/mL)。

2.4.2 薄層層析驗證

用最佳展開劑石油醚∶乙酸乙酯為13∶1對點在硅膠板上的樣液進行展開，在紫外光下顯色，計算比移值。實驗平行3次，結果見表4。

表4 薄層色譜驗證實驗的比移值

由表4可知，揮發(fā)油與包合物的比移值存在差距，表明揮發(fā)油已成功被β-環(huán)糊精包合，結合成新物質，與原來的物質不相同。

3 結論

采用水蒸氣蒸餾法提取八角茴香揮發(fā)油，得油率為5.90%。從揮發(fā)油中分離并鑒定出32個化合物，其占揮發(fā)油總量的97.03%。

揮發(fā)油包合物收率的因素影響次序為：液固比>包合時間>包合溫度，最佳包合條件為：液固比1∶5(mL/g)、包合溫度50 ℃、包合時間2.5 h。采用最優(yōu)條件進行包合，收率為89.35%。用薄層色譜層析驗證揮發(fā)油已成功被β-環(huán)糊精包合。