水蒸气蒸馏与超临界提取来凤凤菊成分的HS-GC/MS分析

邢玉娟，陈新，刘梁，史茹茹，彭彩暾

（武汉轻工大学生物与制药工程学院，湖北武汉430023）

植物精油是植物体内的次生代谢物质，由分子量相对较小的简单化合物组成，具有一定芳香气味，在常温下能挥发的油状液体物质[1]。植物精油是一类很重要的天然香料，一般采用水蒸气蒸馏、溶剂萃取、压榨或吸附等物理方法从芳香植物的花、草、叶、枝、皮、根、茎、果实、种子或分泌物中提取出来[2]。植物精油是一类天然植物性添加剂，能够矫正食品的异味，赋予香气，具有着色、抗菌消炎、防腐、抗氧化、抗肿瘤等作用[3-4]。因此，植物精油常被开发成天然防腐剂和杀菌剂，广泛应用在肉制品、果蔬制品、乳制品、水产品、焙烤制品等食品行业中[5]。

来凤凤菊又名神农香菊Dendranthelna indicum（L.），产于湖北恩施来凤县，系菊科菊属（Dendranthema）的一个新变种，全株具有特殊的浓郁香气，民间需以其花、叶阴干作香囊和作辛凉解表、清热药及治疗慢性肝炎[6]。来凤凤菊作为菊科菊属新变种药材，其所含香气成分是天然香精香料的重要组成部分，提取的精油可以被广泛应用于医药、食品加工、化妆品等行业。因其所含化学成分复杂，国内外学者对其化学成分及含量不断地进行深入研究，但是对来凤凤菊资源的开发应用等研究仍然需更加深入的探索[7]。本文采用水蒸气蒸馏法和超临界CO2提取法对来凤凤菊化学成分进行提取，采用顶空气相色谱-质谱联用法（HS-GC/MS）对其成分进行分离鉴定，对比两种方法提取的成分和含量的差别，为来凤凤菊资源的综合开发利用和质量控制研究提供科学依据。

1 材料与仪器

顶空气相色谱-质谱联用仪、Agilent HP-INNOWax毛细管色谱柱：安捷伦公司；HA221-50-06-C超临界CO2萃取仪：江苏南通华安超临界萃取有限公司；万能粉粹机：天津泰斯特仪器有限公司；挥发油提取装置：武汉市江汉区泰信玻璃仪器批发部；Buchi旋转蒸发仪：瑞士Buchi公司；摩尔超纯水机：重庆摩尔水处理有限公司。石油醚、无水硫酸钠：天津市天力化学试剂有限公司。

2 方法

2.1 水蒸气蒸馏法[8-9]

精密称取来凤凤菊粉末200 g，置于2 000 mL圆底烧瓶中，加入一定量的超纯水，再按《中华人民共和国药典》2010版Ⅰ部附录XD挥发油测定法的甲法操作，提取时间为5 h，待提取液冷却后，加入石油醚萃取3次，得到来凤凤菊挥发油提取液，浓缩，经无水硫酸钠干燥后进行HS-GC/MS分析。

2.2 超临界二氧化碳提取法[10]

精密称取来凤凤菊粗粉200 g，装入萃取釜中，设定萃取釜工艺参数：分离罐Ⅰ为40℃，分离罐Ⅱ为25℃，压力为35 MPa，温度为45℃，流量为20 L/h，萃取时间为2 h。从解析釜出料口出料得黄色粘稠液体，收集后进行HS-GC/MS分析。

2.3 顶空气相色谱-质谱条件[11-13]

设置顶空进样条件，顶空进样器的传输线温度95℃，进样时间0.50 min；样品平衡温度85℃，平衡时间20 min，平衡后用Agilent HP-INNOWax毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）上样分析。设置GS-MS的气相条件：初始温度设置为40℃，持续3 min，然后以5℃/min匀速上升至160℃，持续5 min，最后以20℃/min升至220℃，持续3 min。载气为高纯度氦气，气流速度设置为1 mL/min。质谱条件设置为EI模式，离子源温度设置为230℃，电离能量设置为70 eV。设置扫描质量范围为50 amu～350 amu，设置溶剂延迟3 min。经HS-GC/MS分析得到化合物其相对含量采用峰面积归一化法计算，数据图谱在NIST谱库（2011版）中检索，检索后与标准图谱对照解析后对化合物进行定性分析。

3 结果与讨论

将通过超临界CO2萃取及水蒸气蒸馏所得的挥发油进行HS-GC/MS检测，其总离子流图见图1和图2。

分析范围在4 min～36 min之间，从顶空气相色谱-质谱总离子流色谱图中水蒸气蒸馏法提取的挥发油成分中分离出161个色谱峰，鉴定了56个化合物，占总量的77.99%；从超临界CO2提取的成分中分离出121个色谱峰，鉴定38个化合物，占总量的96.20%。从图1及图2中可以看出，两种提取方法的化学成分的差异很大，具体成分和相对含量分析结果见表1（表1中相对百分含量高于或等于0.1%）[14]。

通过以上研究可知，水蒸气蒸馏法提取的挥发油，主要化学成分（相对百分含量大于1%）为α-水芹烯（10.7%）、2-甲基丁酸-3-甲基丁酯（1.57%）、2，2，6-三甲基-6-乙烯基四氢-3-吡喃酮（7.14%）、芳樟醇（11.9%）、顺式-β-金合欢烯（1.29%）、芳樟醇氧化物（7.95%）等。超临界CO2萃取法提取的挥发油，主要化学成分（相对百分含量大于1%）为2-甲基丁酸乙酯（1.26%）、α-水芹烯（11.91%）、邻伞花烃（22.59%）、2-甲基丁酸-3-甲基丁酯（1.33%）、2，2，6-三甲基-6-乙烯基四氢-3-吡喃酮（3.98%）、芳樟醇（6.95%）、2-甲基丁酸（1.24%）、芳樟醇氧化物（5.75%）等。两种方法萃取所得相同化合物分别为α-水芹烯、芳樟醇、芳樟醇氧化物、2，2，6-三甲基-6-乙烯基四氢-3-吡喃酮等27种化合物。

图1 水蒸气蒸馏法提取成分的总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of the extracts by steam distillation

图2 超临界提取成分的总离子流图Fig.2 Total ion chromatogram of the extracts by supercritical-CO2fluid extraction

表1 水蒸气蒸馏与超临界CO2提取来凤凤菊成分的HS-GC/MS分析Table 1 HS-GC/MS analysis of the extracts by steam distillation and supercritical-CO2fluid extraction from Dendranthelna indicum

续表1 水蒸气蒸馏与超临界CO2提取来凤凤菊成分的HS-GC/MS分析Continue table 1 HS-GC/MS analysis of the extracts by steam distillation and supercritical-CO2fluid extraction from Dendranthelna indicum

续表1 水蒸气蒸馏与超临界CO2提取来凤凤菊成分的HS-GC/MS分析Continue table 1 HS-GC/MS analysis of the extracts by steam distillation and supercritical-CO2fluid extraction from Dendranthelna indicum

从颜色差异上看，水蒸气蒸馏法提取的挥发油为黄绿色透明油状物，流动性较好，超临界CO2提取的挥发油为棕黄色浸膏，该浸膏黏稠且流动性极差。从化学成分差异上来看，超临界CO2萃取法能得到邻伞花烃、2-异丙烯基-4a，8-二甲基-1，2，3，4，4a，5，6，7-八氢萘、异戊酸甲酯、桧烯、β-古巴烯、2-甲基丁酸、2-甲基丁酸甲酯等。相反，水蒸气蒸馏法能够得到顺式-β-金合欢烯、β-没药烯、（Z，E）-金合欢醇、香桧醇、去氢白菖烯、α-古巴烯、松油烯、左旋-β-蒎烯、（+）-α-长叶蒎烯等。相比之下，超临界CO2萃取法得到的挥发油有较多的芳烃类化合物和长链脂肪酸，这些有机化合物可作为工业原料加以利用[15]。因此，来凤凤菊中一些低沸点成分的提取水蒸气蒸馏法较好，而对于一些高沸点极性成分，采用超临界CO2萃取法更合适[16]。其原因可能是由于水蒸气蒸馏法为一开放系统，提取过程温度过高，易造成某些成分的破坏和丢失，而超临界CO2萃取法系统密闭，萃取温度较低，可避免对热不稳定及易氧化成分的破坏[17-18]。水蒸气蒸馏法提取的挥发油含有较多的萜类，萜类使挥发油具有浓郁的香味、杀菌、消肿和止痛的功效[19]。其中β-金合欢烯具有青香、花香并伴有香脂香气[20]，α-水芹烯具有黑胡椒和薄荷香气，具有辛凉解表、清热的作用[21]，芳樟醇具有甜嫩新鲜的花香，似铃兰香气，全球每年芳樟醇的用量超过1 000 t，主要用于化妆品、家用洗涤剂、家具护理产品、杀虫剂、香料的制造，在食品和饮料加工过程中，也用到了芳樟醇做香料和调味剂[22-23]。

从检测结果可知，上述化合物均为以前文献报道的化合物，但含量与文献报道存在差异，主要原因可能是地域差异和化学类型差异，这些差异可能与来凤凤菊的产地、气候、生长环境、采集时间等有关[24-25]。

两种提取方法在化学成分上的差异能够让我们从需求的角度科学合理地选择来凤凤菊挥发油的提取方法，因此，深入研究来凤凤菊挥发油的化学成分，对开发来凤凤菊保健品及其系列产品，具有深远的意义。

[1]Andrea Lubbe,Robert Verpoorte.Cultivation of medicinal and aromatic plants for specialty industrial materials[J].Industrial Crops and Products,2011,34(1):785-801

[2]李双,王成忠,唐晓璇,等.植物精油提取技术的研究进展及应用现状[J].江苏调味副食品,2014(4):7-9

[3]权美平.草果精油功能性研究进展[J].中国调味品,2016,41(3):142-145

[4]Vargas Jentzsch P,CiobotaˇV.Raman spectroscopy as an analytical tool for analysis of vegetable and essential oils[J].Flavour&Fragrance Journal,2014,29(5):287-295

[5]王巨媛,翟胜.植物精油应用进展及开发前景展望[J].江苏农业科学,2010(4):1-3

[6]田耀平,卢金清.神农香菊的研究进展[J].时珍国医国药,2011,22(2):468-468

[7]雷霄飞,杨学领.神农香菊化学成分及药理作用研究进展[J].现代农业科技,2014(19):312-313

[8]权春梅.水蒸气蒸馏法提取芍花精油研究[J].长江大学学报(自科版),2017,14(8):8-11

[9]王文基,张震芳.水蒸气蒸馏法提取云木香中的挥发油[J].山东工业技术,2015(3):67-67,107

[10]罗婧,刘继永,侯召华,等.超临界CO2萃取法与水蒸气蒸馏法提取月见草油成分的GC-MS分析[J].保鲜与加工,2015,15(1):49-53

[11]吴司琪,伍振峰,张小飞,等.HS-GC-MS法分析江西产薄荷不同部位的挥发性成分[J].中国药房,2016,27(21):2959-2961

[12]Lucca L G,de Matos S P,Borille B T,et al.Determination of βcaryophyllene skin permeation/retention from crude copaiba oil(Copaifera multijuga Hayne)and respective oil-based nanoemulsion using a novel HS-GC/MS method[J].Journal of Pharmaceutical&Biomedical Analysis,2015,104(1):144-148

[13]Vahid Rowshan,Sharareh Najafian.Headspace Analyses of Leaf and Flower of Citrus limetta(Lemon),Citrus maxima(Pomelo),Citrus sinensis(Orange),and Citrus medica(Cedrum)for Volatile Compounds by CombiPAL System Technique[J].Journal of Herbs Spices&Medicinal Plants,2013,19(4):418-425

[14]王文娟,李瑞锋.超临界CO2流体萃取法和水蒸气蒸馏法提取小叶女贞挥发油的GC-MS分析[J].安徽农业科学,2016,44(31):116-119

[15]李云耀.超临界CO2萃取法与水蒸气蒸馏法提取黄连木嫩叶挥发油及GC-MS分析[J].湖南中医药大学学报,2016,36(3):24-26[16]赵天明.植物精油提取技术研究进展[J].广州化工,2016,44(13):16-17

[17]梁园,张云波,夏爱军,等.超临界CO2萃取法与水蒸气蒸馏法提取川芎挥发油的比较[J].广西医学,2013,35(3):357-358

[18]程满环.超临界CO2流体萃取法与水蒸气蒸馏法提取黄山松松针挥发油及其GC-MS分析[J].中药材,2016,39(10):2256-2260

[19]冯可,胡文忠,徐永平,等.植物精油的抑菌活性及在鲜切果蔬中的应用[J].食品工业科技,2015,36(15):382-385,389

[20]张涵.4种主要柑橘类香气成分比较[J].食品科学,2017,38(4):192-196

[21]吕迪,王得祥,谢小洋,等.油松释放萜烯类挥发性成分研究[J].西北林学院学报,2016,31(1):231-237

[22]姜冬梅,朱源,余江南,等.芳樟醇药理作用及制剂研究进展[J].中国中药杂志,2015,40(18):3530-3533

[23]陈尚钘,赵玲华,徐小军.天然芳樟醇资源及其开发利用[J].林业科技开发,2013(2):13-17

[24]阿衣努尔·热合曼,努尔买买提·艾买提,麦合素木·艾克木,等.沙枣花挥发油及其超临界CO2萃取物的GC-MS分析[J].西北药学杂志,2015(1):9-14

[25]朱颖.SPME-GC/MS联用分析不同生境神农香菊中挥发性成分[J].湖北中医药大学学报,2012,14(6):35-38