北五味子挥发油分离提纯及成分分析

李 慧，娄利峰，李秀歌

（长春工业大学电气与电子工程学院，吉林 长春 130012）

北五味子是中医常用的药材之一，具有敛肺、滋肾、生津、收汗、涩精的功效[1]。北五味子的果实及种子中含有丰富的挥发油，其有效成分有柠檬烯、龙脑莰醇、衣兰烯、金合欢烯、白菖烯、亚油酸-2-氯乙酯、9,12-十八碳二烯酸等，它们是日用化工、医疗、食品等工业中不可缺少的原料来源[2-3]。根据沸点差分离提纯的传统方法难以有效提纯分离挥发性油类，因此具有食用、药用价值的挥发性油类价格昂贵。本研究采用超临界二氧化碳萃取和3级分子蒸馏相结合的方法分离提纯北五味子挥发油，并通过气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）联用方法对挥发油化学成分进行分析。该方法可以快速有效的对北五味子挥发油进行进一步的分离纯化，提高了提纯率，降低了提纯成本，实现了工艺条件准确控制，有助于将北五味子挥发油中具有食用、药用特性的成分充分应用到食品、药品工业中，为将北五味子更广泛的应用到食品、医药工业中提供参考[4]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

北五味子产于吉林长白山；无水乙醇（95.5%）北京化工厂；二氧化碳（临界压力7.39 MPa） 氦气（99.99%） 长春巨洋气体有限责任公司。

1.2 仪器与设备

LD-Y300A型破碎机 上海顶帅电器有限公司；HA221-40-11型超临界二氧化碳萃取装置 江苏华安科研仪器有限公司；FZ-6-III型自动控制刮膜式分子蒸馏装置 长春工业大学研制；6890/5973GC/MSD型气相色谱-质谱联用仪 美国惠普公司。

1.3 方法

1.3.1 超临界二氧化碳法萃取北五味子原油

将2 755 g北五味子放入破碎机，破碎成为80～300目粉末，采用超临界二氧化碳萃取装置对五味子粉末进行萃取，二氧化碳的临界压力为7.39 MPa，无水乙醇作为超临界萃取过程中的夹带剂，可增加流体的溶解度和萃取过程的分离因素[5-7]。

1.3.2 分子蒸馏法提取北五味子挥发油

采用分子蒸馏装置对五味子原油进行分子蒸馏，该装置为3级分子蒸馏装置，对一般物料可以一次性处理完毕，由分布式计算机控制系统（distributed control system，DCS）实现提纯工艺操作[8]。

分子蒸馏的条件：1级蒸馏温度即蒸发器H1温度设置为80℃（由恒温水箱提供温度）；2级蒸馏温度即蒸发器H2温度设置为150℃（由热油机提供温度）；3级蒸馏温度即蒸发器H3温度设置为170℃（由热油机提供温度）；进料泵电机转速27 r/min；过料泵电机转速35 r/min；刮膜电机1、2、3的转速分别为245、250、360 r/min；1级、2级、3级的真空度要求范围分别为500～10 000、10～500、10～50 Pa。

1.3.3 挥发油成分的鉴定

采用GC-MS测定每级产物。

1.3.3.1 色谱条件[9-11]

色谱柱：HP-5弹性石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序：柱初始温度60℃，以5℃/min升至200℃；进样口温度230℃；载气He气；载气流速1 mL/min；进样量0.4 μL；分流比40∶1。

1.3.3.2 质谱条件[12-14]

电子电离源；离子源温度230℃；四极杆温度150℃；接口温度230℃；电离电压70 eV；倍增器电压1 341 V；发射电流34.6 μA；质量扫描范围30～500；溶剂延迟3 min。

1.3.3.3 定性和定量分析

以G1701BA化学工作站结合检索NIST 08标准谱图库，并结合相关文献[15-18]确定挥发性成分，按峰面积归一化方法计算化学成分的相对含量[19-22]。

2 结果与分析

2.1 北五味子挥发油成分定性分析

北五味子挥发油的各级各组分的总离子流图见图1。

图1 北五味子挥发油的各级组分的总离子流图Fig.1 Total ion chromatograms of the different fractions of distilled Schisandra chinensis essential oil

2.2 北五味子挥发油成分定量分析

分子蒸馏提取北五味子挥发油的各级各组分中的化学成分如表1所示。

表1 分子蒸馏法提取北五味子挥发油各级各组分的化学成分Table1 Components of the different fractions of distilled Schisandra chinensis essential oil

续表1

由图1和表1可知，最佳工艺条件下所得北五味子挥发油样品经GC-MS分析确定了13种1级轻组分、8种2级轻组分、3种3级轻组分、2种3级重组分。

破碎后得到的五味子粉末质量为2 562.15 g，损耗量为7%；经超临界二氧化碳萃取得到五味子原油205.0 g，萃取率为8%。经分子蒸馏后对每级馏出物分别称质量得到：1级轻组分32.7 g，占15.95%；2级轻组分10.9 g，占5.32%；3级轻组分4.7 g，占2.29%；3级重组分108 g，占52.68%。蒸馏得率为76.24%。

通过GC-MS测定北五味子挥发油成分，在已鉴定的化合物组分中，1级轻组分的相对含量为53.370%，其中主要成分包括柠檬烯（1.680%）、异松油烯（1.415%）、龙脑莰醇（43.562%）；2级轻组分的相对含量为52.164%，主要成分包括衣兰烯（2.716%）、金合欢烯（9.515%）、香柑油烯（3.248%）、橙花叔醇（10.956%）、白菖烯（25.137%）；3级轻组分的相对含量为33.039%，主要成分有去氢白菖烯（7.657%）、长叶松香芹酮（4.404%）、亚油酸-2-氯乙酯（20.978）；3级重组分馏出物中含有9,12-十八碳二烯酸甲酯（34.165%）和9,12-十八碳二烯酸（65.835%）2种成分。

实验结果表明：利用超临界二氧化碳萃取装置提取北五味子原油，五味子在萃取前不需要药物的浸泡，可保证其成分、质量、化学性质不会发生改变，得率也相对较高[26]。采用自动控制负压低温3级分子蒸馏装置对北五味子挥发性成分分离提纯，具有蒸馏温度低、真空度高、物料受热时间短、分离提纯程度高等特点，可减少挥发油成分特性的变化，提取出的不同成分可按功效应用于不同食品和医药产品中，可提高五味子的医用药用价值；此外DCS控制系统能够实现工艺条件的准确控制，降低了五味子提纯成本[27]。

3 结 论

采用超临界二氧化碳萃取北五味子原油，萃取率为8%，相对较高；利用3级分子蒸馏装置分离提纯北五味子挥发油，工艺简单，且产品不易发生分解变质，得率为76.24%，也相对较高，该方法是分离提纯高品质挥发性成分的1种有效工艺，但一次性投资较大；通过GC-MS方法分别对挥发油成分进行分析鉴定发现：3级化学成分以长叶松香芹酮、去氢白菖烯、亚油酸-2-氯乙酯、9,12-十八碳二烯酸甲酯和9,12-十八二烯酸为主成分，分离提纯程度高，提高了北五味子的食用、药用价值。

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