亚临界流体萃取崖柏挥发油及其成分分析

张育光,侯 春,*,吴新星,姜兴涛,余汉谋,李剑政

(1.云南中烟工业有限责任公司技术中心,云南昆明 650231;2.东莞波顿香料有限公司,广东深圳 518051;3.深圳波顿香料有限公司,广东深圳 518051)

亚临界流体萃取崖柏挥发油及其成分分析

张育光1,侯 春1,*,吴新星2,姜兴涛3,余汉谋2,李剑政2

(1.云南中烟工业有限责任公司技术中心,云南昆明 650231;2.东莞波顿香料有限公司,广东深圳 518051;3.深圳波顿香料有限公司,广东深圳 518051)

崖柏挥发油有良好的生物活性。为了优化崖柏挥发油的萃取条件,以二甲醚为萃取剂,采用亚临界流体萃取技术萃取崖柏挥发油,并对萃取条件包括萃取温度、萃取时间、萃取次数进行优化,用GC-MS对所得的崖柏挥发油进行了成分分析。结果表明,亚临界流体萃取崖柏挥发油的最佳条件为:萃取温度为40 ℃,萃取次数3次,每次萃取时间30 min,在此条件下崖柏挥发油的提取率为6.3%。GC-MS分析显示崖柏挥发油的主要成分罗汉柏烯和α-柏木脑,分别占挥发油的34.74%,20.09%。利用亚临界流体萃取技术能高效的萃取崖柏挥发油。

崖柏,亚临界流体萃取,挥发油,GC-MS

崖柏(ThujasutchuenensisFranch.)为柏科(Cupressaceae)崖柏属植物[1],分布在我国重庆市城口县南部的咸宜乡、明中乡以及开县的关面乡、满月乡等境内[2]。柏科植物具有止血、镇咳祛痰、扩张支气管、抑菌、抗肿瘤、抗氧化等广泛的生物活性。郑群明等人研究表明,崖柏醇提物对细菌有明显的抑制作用,尤其对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的抑制作用显著[3]。俗语说“救命沉香,养生崖柏”,《本草纲目》记载崖柏:“可利水道,兴阳到”。民间利用崖柏香薰能明显改善失眠多梦,提高血液含氧量及人体免疫力[4]。

水蒸气蒸馏法、溶剂萃取和压榨法是目前常用的植物挥发油萃取方法,但存在收率低、残留有毒溶剂等缺点,且功能性成分易受到破坏[5]。近年来,超临界流体萃取技术已应用于天然产物的提取和分析,并显示出其独特的优势[6]。但是由于超临界的压力限制了设备有效容积的放大,同时较高的设备制造和运行成本制约了该技术在天然植物精油生产中的应用[7]。亚临界流体萃取技术是在低温低压的条件下,在密闭、无氧的容器中,以亚临界流体作为萃取剂,根据相似相溶的原理,最终得到目的产物的一种新型萃取与分离技术[8]。亚临界流体萃取技术主要原理是特殊的有机溶剂进入亚临界流体状态,分子的扩散性能增强,传质速度加快,能够迅速渗透进固体物质之中,从而提取其精华[9-10]。由于亚临界流体萃取技术所需要的压力及温度较低,相对超临界流体萃取技术而言有着投入成本低、相对安全等优点,亚临界流体萃取技术在贵重油脂、万寿菊黄色素、辣椒红素、虾青素等提取方面已经有了规模应用[11-13]。

目前,国内外关于崖柏挥发油提取及成分分析的研究鲜见报道。本论文采用亚临界流体萃取技术提取崖柏挥发油,并对提取条件进行优化,通过GC-MS对所得挥发油进行了成分分析。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

植物材料 重庆城口县南部,经中国科学院深圳仙湖植物园陈涛研究员鉴定为柏科崖柏属植物崖柏(Thujasutchuenensis),样本保存于深圳波顿香料有限公司研发中心天然香料实验室。

Agilent 6890气相色谱仪、Agilent 6890N/5975B气质联用(GC/MS)仪 美国Agilent公司;TGL-20M高速台式冷冻离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司;CBE-5L型亚临界流体萃取实验室成套装置 河南省亚临界生物技术有限公司。

1.2 崖柏挥发油的制备

影响亚临界流体萃取崖柏挥发油的主要因素包括萃取温度、萃取时间、萃取次数等。为了找到亚临界流体萃取挥发油的最佳工艺条件,本实验采用单因素变量实验设计方法,以萃取温度、萃取时间、萃取次数为实验因素。

1.2.1 萃取温度 萃取温度为实验变量因素,设定萃取时间30 min,萃取次数3次,萃取温度梯度15、20、25、30、35、40、45、50 ℃。

1.2.2 萃取时间 萃取时间为实验变量因素,设定萃取温度40 ℃,萃取次数3次,萃取时间梯度15、20、25、30、35、40、45、50 min。

1.2.3 萃取次数 萃取次数为实验变量因数,设定萃取温度40 ℃,萃取时间30 min,分别萃取1、2、3、4、5、6次。

取干燥崖柏木100 g,充分粉碎至20目以下的崖柏木粉末,装于亚临界流体萃取设备的萃取斧中,采用二甲醚作为萃取溶剂,在设置的单因素变量萃取条件下进行萃取,萃取混合物在分离斧,通过减压蒸发得到崖柏叶油。精确称取挥发油质量,计算崖柏挥发油萃取率。

崖柏挥发油萃取率(%)=挥发油质量/崖柏木质量×100

1.3 挥发油GC-MS分析

气相色谱条件:色谱柱:Agilent 19091S-105(50.0 m×0.2 mm×0.33 μm);程序升温:初始温度50 ℃,2 ℃/min程序升温至150 ℃,4 ℃/min程序升温至270 ℃,保留10 min;进样口温度:250 ℃;载气为氦气(质量分量);载气流量:恒定1.0 mL/min;分流比:40∶1,进样量:0.6 μL;采用面积归一法定量。

2 结果与分析

2.1 萃取温度对崖柏挥发油出油率的影响

由图1可知,当萃取温度由15 ℃上升时,崖柏挥发油的萃取率明显提高,由15 ℃到40 ℃崖柏挥发油萃取率由4.21%上升到6.25%,萃取率提高了2.04%。当温度升高到40 ℃后,萃取率升高速率明显降低,40 ℃上升到50 ℃时,萃取率由6.25%上升到6.37%,萃取率仅仅提升了0.12%。由此,萃取温度高于40 ℃后,对崖柏挥发油的萃取率增加不大,且温度过高,会影响挥发油的品质,并增加萃取成本,故综合考虑,亚临界流体萃取崖柏挥发油的温度设置40 ℃。

图1 萃取温度对崖柏挥发油出油率的影响Fig.1 Extraction rate of essential oil with different temperature

2.2 萃取时间对崖柏挥发油出油率的影响

由图2可知,当萃取时间由15 min延长时,崖柏挥发油的萃取率有较明显提高,萃取时间由15 min延长到30 min时,崖柏挥发油的萃取率由5.14%上升到6.27%,萃取率提升了1.13%。当萃取时间30 min后萃取率提高不明显,萃取时间由30 min延长到50 min时,萃取由6.27%上升到6.46%,萃取率仅提升了0.19%。延长萃取时间会增加萃取成本,萃取时间由30 min延长到50 min,萃取时间增加了2/5,萃取率提升却不明显,故亚临界萃取崖柏挥发油的萃取时间设定为30 min。

图2 萃取时间对崖柏挥发油出油率的影响Fig.2 Extraction rate of essential oil with different time

2.3 萃取次数对崖柏挥发油出油率的影响

由图3可知,萃取次数从1次增加到3次时,崖柏挥发油的萃取率随萃取次数增加而明显升高,萃取率由3.63%上升到6.26%,萃取率提升了2.63%。当萃取次数超过3次时,萃取次数增加对萃取率的影响不明显,萃取次数由3次增加到6次,萃取率由6.26%上升到6.40%,萃取率仅提升了0.14%。萃取次数并非越多越好,萃取3次以后,崖柏中的挥发油已基本被萃取出来,且增加萃取次数会大大增加萃取的成本,故萃取崖柏挥发油时,设定萃取次数3次为好。

图3 萃取次数对崖柏挥发油出油率的影响Fig.3 Extraction rate of essential oil with different times

2.4 挥发油成分分析

按照1.3节优化的气相色谱-质谱条件对亚临界流体萃取的崖柏挥发油进行分析。用GC-MS联用仪自带的NIST2008谱库自动检索获得初步鉴定结果,再结合相关文献进行人工谱图解析,以确认挥发油中各化学成分及其相对质量分数(表1)。

GC-MS分析,从崖柏挥发油中鉴定了27个化合物,主要为单萜烯、倍半萜烯及其氧化物等。含量最高的两个化合物为罗汉柏烯和α-柏木脑,分别占整个挥发油的34.742%,20.907%。其他含量相对较高的化合物包括α-柏木烯、γ-慕罗烯、β-雪松烯、花侧柏烯、β-桉叶油醇、红没药醇,分别占挥发油的2.251%、1.055%、3.292%、3.411%、1.999%、0.504%。

3 结论

用亚临界流体萃取技术对崖柏挥发油进行了萃取,并对萃取条件进行了优化:以二甲醚为萃取剂,萃取温度40 ℃,萃取时间30 min,萃取次数3次,挥发油的得率最高为6.3%。亚临界流体萃取技术是一种绿色环保的技术,具有快速、节能环保等优点。以二甲醚作为萃取剂,采用亚临界流体萃取技术萃取崖柏挥发油,低温、低压等温和的萃取条件能够较好的保证挥发油的品质,萃取得到的崖柏挥发油的香味成分不受破坏,产品与溶剂分离容易。

通过GC-MS对所得挥发油进行成分分析,发现单萜烯和倍半萜烯为挥发油的主要成分,其中,含量最高的两个化合物分别为罗汉柏烯和α-柏木脑,分别占整个挥发油的34.742%,20.907%。崖柏挥发油的主要成分与侧柏挥发油相同,均为罗汉柏烯和α-柏木脑,但是含量差别很大,在侧柏中罗汉柏烯和α-柏木脑含量分别为10.53%,43.79%,α-柏木脑含量远高于罗汉柏烯[14]。罗汉柏烯和α-柏木脑均是重要的香原料,其中罗汉柏烯还是工业合成甲基柏木酮的重要原料。α-柏木脑是一种倍半萜醇,具有愉快而持久的柏木香气,广泛用于木香、辛香等香精产品中,也可用作消毒剂和卫生用品的增香剂。由此可见,崖柏挥发油具有潜在的开发利用价值。

表1 已鉴定的崖柏挥发油的化学成分及相对质量分数

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Extraction of theThujasutchuenensisessential oil by sub-critical fluid extraction technology and its component analysis

ZHANG Yu-guang1,HOU Chun1,*,WU Xin-xing2,JIANG Xing-tao3,YU Han-mou2,LI Jian-zheng2

(1.Technique center of China tobacco Yunnan industrial Co.,Ltd,Kunming 650231,China;2.Dongguan Boton Flavors & Fragrances Co.,Ltd,Shenzhen 518051,China;3.Shenzhen Boton Flavors & Fragrances Co.,Ltd,Shenzhen 518051,China)

TheThujasutchuenensisessential oil has good biological activity. In order to optimize the extraction conditions,it was extracted by sub-critical fluid extraction technology,choosing DME as extracting agent. The extraction temperature,extraction time,extraction times was investigated. The results showed that the optimal conditions of subcritical fluid extraction ofThujasutchuenensiswere as follows:40 ℃ for extracting 30 min,3 times. Under those conditions,the extraction rate was up to 6.3%. The essential oil components were separated and identified by GC-MS. Thujopsene,α-cedorl were the main components,accounting for 34.74%,20.09% of theThujasutchuenensisEssential oil respectively. Sub-critical fluid extraction technolongy could efficiently extract theThujasutchuenensisessential oil.

Thujasutchuenensis;sub-critical fluid extraction technology;essential oil;GC-MS

2015-04-23

张育光(1969-)，男，大专，从事烟草卷烟研究，E-mail:htyg@hongta.com。

*通讯作者:侯春(1973-)，男，硕士，工程师，主要从事香精香料领域、香料工程与化学等研究，E-mail：houchun@hongta.com。

TS22.1

B

1002-0306(2015)21-0210-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.035