不同提取工藝參數對艾葉揮發油成分的影響研究

況彎彎,伍振峰,楊 明,萬 婷,吳樣明*

(1.江中藥業股份有限公司,江西 南昌330004;2.中藥矯味(掩味)與感官評價關鍵 技術重點研究室,江西 南昌 330004;3.江西中醫藥大學 創新藥物與高效節能降耗 制藥設備國家重點實驗室,江西 南昌330004)

艾葉是菊科植物艾草的干燥葉,別稱艾蒿、蘄艾、家艾、甜艾、灸草、醫草等[1]。陶弘景《名醫別錄》將艾葉作為藥物,正式記載其功效后,人們對其運用日益廣泛。艾葉性味苦、溫、辛,有逐寒濕、溫經、理氣血、止血、安胎等功用,臨床廣泛應用于各類殺蟲止癢、出血癥、內科、婦科等疾病[2]?，F代研究顯示,其主要含有揮發油、甾萜類、黃酮類、香豆素類、多糖及一些小分子成分等,其中,揮發油、黃酮類為主要有效成分。在許多經典中醫名方中(如艾附暖宮丸、加味生化散、膠艾湯等),艾葉均是主要藥物。揮發油是艾葉的主要藥效成分之一,其提取方法和工藝是揮發油質量和藥理活性的保證,對于艾葉資源的開發利用也具有重要意義。近年來,隨著艾葉研究的逐漸深入,其應用范圍也日益拓展。

由于傳統的揮發油提取器并未對收集溫度進行相應的控制,導致在不同室溫、不同加熱功率下會出現不同的收集溫度,且普通揮發油提取器的收集溫度往往較高(可達70℃以上)。這對于某些熱不穩定性的揮發油(如川芎、當歸、艾葉等)提取會出現成分損失,且對于某些需要低溫收集的揮發油,延長了其油水分離速度,最終導致揮發油提取過程中,即使同一批藥材也會出現成分含量差異較大的現象[3]。因此,本實驗采用改進的揮發油提取器進行艾葉揮發油提取,考察對不同冷凝溫度、收集溫度、液藥比、加熱溫度、粉碎度對揮發油提取率的影響。采用GC-MS測定不同工藝參數下所得揮發油成分,采用SPSS 20.0軟件對不同工藝參數條件下所得揮發油成分及得率進行相關性分析,研究不同工藝參數對揮發油成分的影響,探討提取過程中工藝參數與揮發油內部成分之間的關系。

1 材料

1.1 儀器設備

BSA224S型分析天平(賽多利斯科學儀器有限公司),6202型中藥粉碎機(北京寰亞天元機械技術有限公司),電熱套(鄄城華魯電熱儀器有限公司),藥典篩(浙江道墟張興紗篩廠),Agilent 7890 A/ 5975C氣相色譜質譜聯用儀(美國安捷倫公司),揮發油提取器(《中華人民共和國藥典》標準自制),SZ93雙蒸水儀(上海杰和科技公司),Origin 8.05軟件、SPSS 20.0軟件。

1.2 藥品與試劑

艾葉(購自江西江中中藥飲片有限公司,批號20150602);二甲苯(武漢市鑫楚洋化工);無水硫酸鈉(西隴化工有限公司);雙蒸水(自制)。

2 實驗方法與結果

2.1 艾葉揮發油提取工藝

參照《中華人民共和國藥典》[4]2020年版四部揮發油測定法(甲法)進行測定。取粉碎并篩分至規定粒徑后的艾葉約 100.00 g,精密稱定,加蒸餾水適量與玻璃珠數粒,接入冷凝管,同時向冷凝管及改進的揮發油提取器(見圖1)(相較于傳統的揮發油提取器,在揮發油讀取刻度外增加了保溫夾套,可以更好地實現油水分離,易于收集到更多的揮發油)保溫套管中通入冷凝水及一定溫度的水,置電熱套中緩緩加熱至沸,并保持微沸,提取一定時間,停止加熱,放置1h以上,開啟測定器下端的活塞,將水緩緩放出收集揮發油,將所得揮發油用無水硫酸鈉干燥過夜,得到油狀物,即為揮發油。計算揮發油得率,密封,冷藏保存。艾葉揮發油得率計算公式:揮發油得率(%)=A/B×100%[注:A為收集的揮發油量(mL),B為加入的藥材量(g)]。

圖1 改進的揮發油提取器

2.2 單因素實驗

分別考察冷凝溫度、收集溫度、加熱溫度、藥液比和粉碎程度對艾葉揮發油得率的影響。

2.2.1 不同冷凝溫度對艾葉揮發油提取率的影響 取各藥材多份,每份100g,置于2 000mL燒瓶中,加入1 000mL蒸餾水,接入冷凝管及改進的揮發油提取器。為考察不同冷凝溫度對揮發油得率的影響,分別向冷凝管中通入10、20、30、40、50、60、70℃的冷凝水,同時向收集器中通入20℃冷凝水,進行提取一定時間后測定提取率。

2.2.2 不同收集溫度對艾葉揮發油提取率的影響 取各藥材多份,每份100g,置于2 000mL燒瓶中,加入1 000mL蒸餾水,接入冷凝管及改進的揮發油提取器。為考察不同收集溫度對揮發油得率的影響,分別向揮發油溫控夾層中通入10、20、30、40、50、60、70℃的冷凝水,同時向收集器中通入20℃冷凝水,進行提取一定時間后測定提取率。

2.2.3 不同粉碎度對艾葉揮發油提取率的影響 分別提取粉碎與未粉碎的艾葉,按照“2.1”項進行提取,考察兩種藥材的揮發油收率。

2.2.4 不同加熱溫度對艾葉揮發油提取率的影響 取未粉碎的艾葉100g,藥液比1∶15,按照“2.1”項進行提取,分別考察180,200,220,240、260、280、300℃加熱溫度下的艾葉揮發油提取率。

2.2.5 不同藥液比對艾葉揮發油提取率的影響 按照“2.1”項進行提取,分別考察藥液比為1∶5,1∶10,1∶15,1∶20下的艾葉揮發油提取率,艾葉揮發油的提取率隨藥液比變化趨勢。

2.3 艾葉揮發油化學成分測定

取艾葉揮發油供試品溶于乙酸乙酯中,搖勻,過微孔濾膜,即得樣品溶液。GC-MS條件:安捷倫 HP-5 MS 柱(0.25mm×30m,0.25μm),進樣口溫度 240℃;不分流;升溫程序:70℃,保持10min;以10℃·min-1升溫至 95℃,保持0min,以5℃·min-1升溫至 125℃,保持0min,以6℃·min-1升溫至240℃,保持0min,以1℃·min-1升溫至 260℃,保持0min;傳輸線溫度280℃;載氣為高純氦氣,流速為1mL·min-1,進樣量1μL。離子源溫度 230℃,電離源為 EI,電子能量 70eV;四級桿溫度 150℃,掃描質量范圍為 20～450amu[5]。采用面積歸一化法確定各化學成分的相對含量,并采用NIST14庫檢索,結合文獻資料與人工分析,鑒定揮發油組分。

3 結果與分析

3.1 單因素實驗結果與分析

3.1.1 冷凝溫度的影響 不同冷凝溫度對揮發油得率的影響見圖2。從結果可知,艾葉各冷凝溫度的提取率由大至小的順序為20、40、50、30、10、60、70℃,冷凝溫度提取率最高的為20℃冷凝。

圖2 不同冷凝溫度對艾葉揮發油提取率的影響

3.1.2 收集溫度的影響 從圖3結果可知,各收集溫度的提取率由大至小的順序為10、70、20、30、40、50、60℃,且收集溫度隨著溫度的升高提取率出現了先降低后升高的過程。結果表明,收集溫度提取率最高的為10℃。

圖3 不同收集溫度對艾葉揮發油提取率的影響

3.1.3 粉碎度的影響 從圖4可知,艾葉藥材粉碎后其揮發油提取速率及提取率均較未粉碎的艾葉藥材高,因此艾葉藥材需粉碎后進行提取。

圖4 不同艾葉粒度藥材揮發油提取率隨時間的變化

3.1.4 加熱溫度的影響 從圖5可知,加熱溫度在280℃時,艾葉揮發油的提取率最高。

圖5 不同加熱功率對艾葉揮發油提取率的影響

3.1.5 液藥比的影響 不同液藥比對揮發油提取率的影響見圖6。結果可知,在不同液藥比下艾葉藥材的提取率由大至小的順序為15倍、20倍、5倍、1倍,艾葉揮發油的最佳液藥比為15∶1。

圖6 液藥比對艾葉揮發油提取率的影響

3.2 GC-MS結果分析

應用GC-MS技術,鑒定其艾葉揮發油的化學成分,結果見表1。由表1可知,共鑒定出18個相對含量>1%的成分,占已分離總組分含量的87.43%,含量較高的5個主要成分為新臭根子草醇、龍腦、石竹烯、蒿醇、樟腦?？傠x子流如圖7所示。

表1 艾葉揮發油部位化學成分鑒定結果

圖7 艾葉揮發油總離子流

3.3 艾葉揮發油不同提取工藝參數與化學成分的相關性分析

分析的變量為加熱溫度、液藥比、藥材粒徑、冷凝溫度、收集溫度、提取率和揮發油含量較高的5個主要成分相對含量。應用SPSS 20.0軟件進行雙變量相關性分析,雙側檢驗[6],結果見表2、表3。

表2 艾葉揮發油各工藝參數數據

表3 艾葉揮發油工藝參數及得油率與揮發油主要成分相關性

由表3分析可得,艾葉提取工藝參數中冷凝溫度與揮發油主要成分中的蒿醇、樟腦、石竹烯呈顯著相關性,藥材粒度與揮發油主要成分中龍腦呈顯著相關性,提取率與揮發油主要成分中蒿醇呈顯著相關性。即隨著冷凝溫度提高,揮發油主要成分中的蒿醇、樟腦、石竹烯含量逐漸降低。隨著藥材粒度增加,揮發油主要成分中龍腦含量逐漸增加。隨著揮發油提取率提高,揮發油主要成分中蒿醇含量隨之增加。揮發油提取率與冷凝溫度呈顯著相關性,這表明隨著冷凝溫度降低,揮發油提取率逐漸增高。

4 討論

本實驗初步研究了提取工藝對艾葉揮發油的影響,通過單因素考察發現,艾葉揮發油的最佳提取工藝為粉碎、加熱溫度280℃、藥液比1∶15、冷凝溫度20℃、收集溫度10℃。對艾葉揮發油進行GC-MS成分分析發現,龍腦、新臭根子草醇、蒿醇、樟腦、石竹烯為艾葉揮發油的主要成分。通過提取工藝參數與化學成分的相關性分析發現,揮發油主要成分中的蒿醇、樟腦、石竹烯含量隨著冷凝溫度的升高而降低;揮發油主要成分中龍腦含量隨藥材粒度增大而升高;揮發油提取率的越高,揮發油中主要成分中蒿醇含量隨揮發油提取率升高而增加;揮發油提取率隨冷凝溫度的降低而逐漸增高,這些規律可以為艾葉揮發油提取動力學及工業生產提供依據。