采用3種萃取纖維頭的頂空固相微萃取法萃取蓽茇果穗揮發性成分

陸占國, 李秀慧, 李 偉

蓽茇為胡椒科胡椒屬植物,學名Piper longum L.,英文名Long pepper或者Biba pepper[1].蓽茇果穗呈略彎曲圓柱形,由多數小漿果密集而成,長2.0～4.5 cm,直徑5～8 mm,褐色或者黑褐色,具有胡椒樣香氣,味辛辣,藥食兩用.作為食用香辛料可進行調味增香;藥用可治療嘔吐、腹瀉,各種疼痛之癥.蓽茇多產于印度、印尼、尼泊爾、越南及斯里蘭卡等地區,我國分布于海南、云南、廣東、福建和廣西省等地[2-3].

關于蓽茇揮發性成分的研究國內外都曾有報道.Supinya[4]、Shankaracharya[5]等分別用水蒸氣蒸餾法萃取印度尼西亞產、印度產蓽茇揮發性成分獲得了精油,并用GC-MS進行了分析.李熙燦等[6]用藥典方法提取海南產蓽茇獲得精油并測定了精油消除DPPH自由基活性.李辛[7]研究了用水蒸氣蒸餾法和微波輔助-乙醚萃取海南產蓽茇揮發性成分的工藝并進行了比較.Liu等[8]采用微波輔助-水蒸氣蒸餾法對上海市場銷售的蓽茇揮發成分進行了萃取和分析.

植物香氣成分可以通過各種萃取方法獲得精油使用,而香氣成分也可以直接吸入人體內,影響人體的生理機能[9],因此,研究植物揮發性成分對正確利用植物香氣治療疾病和健康保健都非常重要.本研究采用3種不同極性萃取纖維頭的靜態頂空固相微萃取技術(head space-solid phase-microextraction,HS-SPME),對粉碎的干燥蓽茇釋放出來的香氣進行萃取,并用GC-MS聯機進行分析,力圖真實、全面地解明蓽茇的揮發性香氣成分,為蓽茇的有效利用提供重要的參考依據.

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

蓽茇為哈爾濱市售,產地云南.手動SPME進樣器,3種萃取纖維頭:CAR/PDMS(Carboxen/Polydimethylsiloxane)(1 cm,75μm),DVB/CAR/PDMS (Divinylbenzene/Carboxen/Polydimethylsiloxane)(2 cm,50/30μm),CW/DVB(Carbowax/Divinylbenzen)(1 cm,65μm),美國 Supelco公司;HP6890GC/5973MS型氣質聯用儀器、色譜柱為HP-5ms(60 m ×0.25 mm ×0.25μm),美國 Agilent公司;DFY-500型搖擺式中藥粉碎機,溫嶺市林大機械有限公司.

對萃取出來的揮發性成分用標準質譜數據庫NIST98進行匹配對照解析,選取85%以上匹配度結果,采用峰面積歸一化法計算相對百分含量.

1.2 實驗方法

1.2.1 HS-SPME操作

將干燥蓽茇果穗用植物粉碎機粉碎后馬上裝入密閉容器中防止香氣損失.同時,將DVB/CAR/PDMS萃取頭在GC進樣口,250℃下活化30 min后,插入裝有20 g粉碎的蓽茇果穗樣品的密封萃取瓶中在室溫下萃取30 min.然后,在GC-MS進樣口解吸3 min進行GC-MS分析,進樣分流比為300∶1.

依次用CAR/PDMS、CW/DVB替換DVB/CAR/PDMS萃取頭進行同樣操作,活化溫度、時間和萃取、分析操作方法同上.

1.2.2 GC-MS分析條件

GC條件:進樣口溫度250℃,柱溫初始60℃,10℃/min升溫至240℃,保留12 min,載氣氦氣流速1 mL/min.

MS條件:EI離子源;電離能源70 ev;掃描范圍45～550 amu;四極桿(MS Quard)溫度150℃,離子源溫度(MSSource)230℃.

用標準質譜數據庫NIST98進行匹配對照解析,選用匹配度85%以上結果;采用峰面積歸一化法計算相對百分含量.

2 結果與討論

SPME利用吸附作用將揮發性成分吸附到微型萃取纖維頭上,然后加熱解吸導入GC-MS中分析.由于天然物香氣成分種類繁多,結構多樣,分子極性差異大,一種萃取纖維頭不可能將揮發性成分全部吸附,而是根據萃取纖維頭特性選擇性地吸附,所以,使用一種萃取纖維頭不可能全面了解植物揮發性成分,為此,本研究使用 DVB/CAR/PDMS、CW/DVB、CAR/PPMS三種不同極性萃取纖維頭進行研究.

干燥成熟蓽茇果穗粉碎后散發強烈的香辛氣息.3種萃取纖維頭萃取后的GC-MS總離子流譜圖見圖1至圖3.

圖1 蓽茇揮發性成分GC-MS總離子流色譜圖(DVB/CAR/PDMS)Fig.1 Total ion current chromatogram of volatile components from long pepper by GC-MS(DVB/CAR/PDMS)

圖2 蓽茇揮發性成分GC-MS總離子流色譜圖(CW/DVB)Fig.2 Total ion current chromatogram of volatile components from long pepper by GC-MS(CW/DVB)

由圖1至圖3看出,3種萃取纖維頭萃取揮發性成分的GC-MS總離子流譜圖具有相似的規律.3種萃取纖維頭共萃取出49個成分,解析鑒定出42個成分.但是,3種萃取纖維頭檢測出的成分數并不同(參見表1).其中采用CW/DVB萃取纖維頭時共檢測出成分最多為40個,其次是CAR/PPMS(38個),然后是DVB/CAR/PDMS(36個).驗證了即使同一香氣,使用的萃取纖維頭不同,得到的揮發性成分數和含量不同.用標準質譜數據庫NIST98進行匹配對照解析,采用峰面積歸一化法計算相對百分含量,解析結果見表1.

圖3 蓽茇揮發性成分GC-MS總離子流色譜圖(CAR/PDMS)Fig.3 Total ion current chromatogram of volatile components from long pepper by GC-MS(CAR/PDMS)

由表1可知,用DVB/CAR/PDMS萃取纖維頭時鑒定出的35個成分中,萜類26個(相對含量77.896%,以下同),其中萜烯23個(75.514%),包括倍半萜15個(60.735%);萜醇和萜酮各有1個成分,分別為β-芳樟醇1.757%,樟腦0.226%.

用CW/DVB萃取纖維頭時鑒定出的36個成分中,共檢出萜類成分26種,占總成分的76.967%,其中萜烯類化合物21種(73.817%),其中含倍半萜烯13種,含量為63.580%.萜醇和萜酮也是各有1種,分別為 β-芳樟醇(0.553%)和樟腦(0.239%).

用CAR/PPMS萃取纖維頭時檢出萜類成分25種,占總成分的76.965%,其中萜烯類化合物23種,占 75.988%,包括倍半萜烯 13種,含量為56.213%,萜醇和萜酮也為各1個,分別為 β-芳樟醇0.808%,樟腦0.169%.

表1 蓽茇HS-SPME成分的GC-MS分析結果Tab.1 Analysis results of long pepper by HS-SPME-GC-MS

續表1

對于單一共有成分,3種萃取纖維頭吸附能力即含量也顯示了不同規律.例如,對 β-石竹烯,DVB/CAR/PDMS(相對含量17.933%,以下同)和CAR/PDMS(17.858%)吸附能力相近,而CW/DVB(19.650%)吸附能力較大.對β-蓽澄茄油烯,三者吸附能力相差較大,CW/DVB的吸附能力是其他二者約2倍.對十五烷和β-芹子烯分子吸附能力幾乎相等.其他成分也有相似結果.這和萃取纖維極性、分子極性,揮發性等因素有關.

Supinya[4]報道的印度尼西亞產蓽茇精油含有10.2%石竹烯.Shankaracharya[5]報道的印度產蓽茇精油含有17.0%石竹烯.在Liu等[8]報道的精油中石竹烯含量33.44%.而李熙燦等[6]的報道的海南產蓽茇精油中含量僅為8.25%.李辛[7]報道海南產蓽茇精油中石竹烯含量為15.97%.證明SPME獲得的第一大成分和精油第一大成分相同.

第二大成分β-蓽澄茄油烯.3種萃取纖維頭的相對含量分別為15.582%(DVB/CAR/PDMS)、26.241%(CW/DVB)和 17.804%(CAR/PPMS),差異較大.而文獻報道中的精油只有Liu等[8]檢測出了該成分,含量較低(1.78%),本研究則以大于90%以上的匹配度檢測出該化合物,這與萃取分析方法、原料、化合物的揮發性,含量等的差異有關.

第三主要成分十五烷,3種萃取纖維頭的相對含量分別為8.285%(DVB/CAR/PDMS)、8.523%(CW/DVB)、8.409%(CAR/PPMS),三者含量相近,說明該化合物在3種不同極性萃取纖維頭上的吸附能力相近.Shankaracharya[5]的研究報道中的含量為17.778%;Supinya[4]報道的印度尼西亞產蓽茇精油含有6.6%.李辛[7]報道中海南產蓽茇精油中含量為1.74%,差異較大.

第四主要成分 β-芹子烯的含量(DVB/CAR/PDMS:6.673%、CW/DVB:6.572%、CAR/PDMS:6.485%).而文獻沒有此成分報道.

第五主要成分十三烷(DVB/CAR/PDMS:4.881%, CW/DVB: 5.037%, CAR/PDMS:5.940%)的含量比 Shankaracharya[5]報道的精油6.78%稍低,而李辛[7]報道的海南產蓽茇該成分的含量僅為0.861%.其他成分也有類似規律.

根據上述成分分析結果得知,對蓽茇果穗的香辛氣息貢獻較大的成分應該是萜類化合物,其中石竹烯、蓽澄茄油烯、β-芹子烯以及非萜化合物的十五烷和十三烷等對香氣貢獻最大.另外,包括未知成分,還有20個非共有成分.例如,β-側柏烯、檜烯、桉樹腦、α-羅勒烯、波斯菊萜、十一烷、3,4-二甲基-2,4,6-辛三烯、乙酸龍腦酯、雪松烯、β-倍半水芹烯、杜松烯、α-依蘭烯、α-綠葉烯和十七烷,這是不可忽視的差異,也證明了使用一種萃取纖維頭是不能夠全面了解和掌握植物揮發性成分的,為了解植物揮發性成分最好采用兩種或者兩種以上萃取纖維頭進行萃取.

3 結 論

本研究使用3種不同極性萃取纖維頭,采用HS-SPME法萃取粉碎蓽茇果穗揮發性成分,并用GC-MS進行分析,共萃取出49個成分,鑒定出42個成分.主要成分為β-石竹烯(17% ～20%)、β-畢澄茄油烯(15% ～27%)、十五烷(約 8%)、β-芹子烯(約6%)和十三烷(4% ～6%)等.比較了3種萃取纖維頭的差異發現:不同萃取纖維頭吸附揮發性物質的種類和含量有所不同,對同一共有成分,其萃取能力不同,特別是包括未知成分,3種萃取纖維頭有20個非共有成分,說明僅用一種萃取纖維頭不能全面了解植物的揮發性成分,應該使用不同極性萃取纖維頭進行萃取,才更能反映出真實香氣成分,達到正確和有效利用蓽茇的目的.

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[2] 徐昭璽.百種調料香料類藥用植物栽培[M].北京:中國農業出版社,2002:250--251.

[3] 肖培根,楊世林.實用中草藥原色圖譜[M].北京:中國農業出版社,2002:246.

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[6] 李熙燦,趙小軍,謝學明,等.蓽茇揮發油清除自由及作用及其分子結構的關系[J].中藥新藥與臨床藥理,2006,17(3):218--221.

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[8] Liu L,Song G.GC-MS Analysis of the essential oils of piper nigrum L.and piper longum L.[J].Chromatographia,2007,66(9/10):785--790.

[9] 陸占國,徐涵.人·香氣·環境[M].哈爾濱:黑龍江教育出版社,2007:63--66.