白术挥发油的超临界CO2萃取及化学成分分析

李忠文，崔娟娟，付 正，牟 洁

（山东医学高等专科学校，山东 济南 250002）

白术为菊科植物白术Atractylodes macrocephala Koidz.的根茎，具补脾、益胃、燥湿、和中等功效[1]。其主要活性成分为白术挥发油，据文献[2]报道具有抗肿瘤、抗衰老、免疫调节、利尿、抗炎抗菌、促胃肠动力等功能。挥发油常用的提取方法有传统的水蒸气蒸馏法、有机溶剂提取法及现代超临界CO2流体萃取技术（SFE-CO2）等。SFE-CO2技术具有工艺简单、无有机溶剂残留、操作条件温和等优点[3-6]。它可克服溶剂提取法分离过程中需蒸馏加热、油脂易氧化酸败、存在溶剂残留的缺点。本研究利用SFE-CO2提取白术挥发油，采用正交设计，考察萃取压力、萃取温度、萃取时间3个主要影响因素，将萃取物得率和苍术酮含量两项指标综合评分，优选白术挥发油最佳萃取条件；采用气相色谱-质谱联用法（GS-MS）进行萃取物化学成分分析，为全面了解白术挥发油的成分提供依据，为白术的进一步药理研究和开发奠定基础。

1 仪器与材料

1.1 仪器

HA-120-50-01超临界萃取装置（南通华安超临界实业公司）；HP6890/5973 GC/MS气相色谱-质谱联用仪（美国惠普）。

1.2 材料

白术药材（浙江产，济南宏济堂制药，批号：120601），经山东省中医药研究院刘善新教授鉴定为菊科植物白术（Atractylodes macrocephalaKoidz.）的根茎，符合《中国药典》2015年版（一部）白术项下的有关要求。

2 方法与结果

2.1 SFE-CO2萃取工艺

2.1.1 正交试验设计 影响超临界萃取的主要因素有萃取压力、萃取温度、萃取时间、物料粉碎度、CO2流量等，本文以白术超临界萃取物得率为指标，对上述5个因素（萃取压力、萃取温度、萃取时间、物料粉碎度、CO2流量）进行了单因素试验考察，确定固定SFE-CO2萃取中白术粒度（40目）及CO2流速（22 L/h），选择萃取压力A、萃取温度B、萃取时间C 3个因素，设计3个水平，采用[L9(34)]正交试验设计，因素水平设计见表1。

表1 SFE-CO2正交试验因素与水平

将白术饮片置于万能粉碎机中粉碎，并通过40目筛制得白术粗粉。称取白术粗粉300 g，装于1 L萃取釜中，固定解析Ⅰ温度为55 ℃，解析Ⅰ压力为8.0 Mpa，CO2流量22 L/h，按表2设定的工艺参数进行萃取。精密称重萃取物，计算萃取物得率，并采用GC面积归一化法测定萃取物中苍术酮的相对百分含量，将萃取物得率和苍术酮的相对百分含量按40:60权重综合评分。

2.1.2 正交试验结果及方差分析 白术超临界CO2萃取正交试验结果见表2。

表2 正交试验结果

根据正交试验结果，分别对有关数据进行方差分析，结果见表3。由分析结果可知， B因素对白术油的提取有显著影响，对白术油提取影响最小的是C因素，各因素的影响程度依次为B＞A＞C。据测定结果，优选出最佳提取工艺为A3B2C2，即萃取压力25 Mpa，萃取温度45 ℃，萃取时间1.5 h。

表3 方差分析表

2.1.3 验证实验 按最佳工艺进行验证实验，取粒度40目的白术粗粉，每次进料300 g于1 L的萃取釜中，提取3批，计算萃取物白术挥发油得率，分别为2.49 %，2.53 %，2.57 %，平均提取得率2.53 %，RSD=1.58 %。采用GC面积归一化法测定的萃取物中苍术酮的相对百分含量分别为48.35 %，49.05 %，48.03 %，平均含量为48.48 %，RSD=1.08 %。验证实验表明优选的工艺条件合理、可行。

2.2 白术挥发油的化学成分分析

2.2.1 样品制备 取萃取物少量（按2.1.2项筛选最佳工艺制得），加适量乙酸乙酯充分溶解制成待测样品溶液。

2.2.2 GC-MS分析

色谱条件 色谱柱：HP-5MS5 Phenyl Methyl Siloxane（30 m×0.25 mm，0.25 μm）弹性石英毛细管柱；程序升温：起始温度80 ℃，运行2 min，以8 ℃/min升温至280 ℃，维持10 min；气化室温度：250 ℃；载气：高纯He（纯度：99.999 %），柱前压为0.6 MPa；流量：1.0 ml/min；进样量：1 μl（乙酸乙酯溶液）；分流比：50:1。

质谱条件 离子源：EI源；离子源温度：230 ℃；四级杆温度：150 ℃；电子能量：70 eV，接口温度：280 ℃。

2.2.3 化学成分分析结果 按2.2.2项条件对白术超临界流体萃取物进行分析鉴定，得白术挥发油总离子流图，共分离出60种组分。见图1。根据NIST标准谱库检索，人工谱图解析，并查对有关质谱资料，从基峰相对丰度等几个方面进行直观比较，从而确定60种化学组分，并用面积归一化法测定了各种组分的相对质量分数。结果见表4。

图1 白术挥发油总离子流图

由表4可见，鉴定出化学成分60种，占挥发油总量的99.99 %，其中含量最多的是苍术酮（48.48 %），其他含量较高的成分为δ-杜松烯（7.33 %）、2-(2,5-二甲氧苯基)环已烯酮（6.98 %）、双环吉马烯（5.78 %）、γ-榄香烯（5.48 %）等，多为萜类化合物。鉴定结果中主要组分的匹配率在90 %以上。

3 讨论

张忠义等[7]报道白术的SFE提取物以2,7-二甲氧基-3,6-二甲基萘含量最高，达38.11 %。吴素香等[5]报道白术的SFE提取物以呋喃二烯的含量最高，达47.76 %，其次是γ-榄香烯（8.30 %），不含苍术酮。而陆家佳等[8]报道白术的水蒸气蒸馏（SD）提取物以苍术酮的含量最高，达36.6l %，其次是β-桉油醇（15.861 %），并含α-桉叶醇（11.287 %）。本实验的SFE提取物在化合物组成及含量上与文献报道有较明显的差异。其主要原因与白术挥发油的有效成分受外界环境因素影响有关[7]，同一种植物因生长环境不同，所含挥发油的成分和含量会有显著差别；其次提取工艺、检测方法的微小差异也会对结果造成影响，在SFE过程中可能存在某些组分分解或氧化的情况。另外因在对样品进行定性分析时，没有标准物质，只能靠质谱的谱库检索，存在部分峰纯度不高，分峰不好，造成部分匹配度不高的情况。

白术挥发油部分化学成分的分析研究虽已有文献报道[8-12]，但由于白术挥发油成分复杂，产地、提取分离、测定方法不同，其结果有明显差异。本实验以浙江产地的白术为研究对象，经正交试验确定超临界CO2萃取白术挥发油的最佳工艺条件，并对所得挥发油进行化学分析，为全面了解白术挥发油的成分提供依据，为白术的进一步药理研究和开发奠定基础。

表4 白术挥发油的化学成分