亞臨界流體萃取崖柏揮發油及其成分分析

張育光,侯 春,*,吳新星,姜興濤,余漢謀,李劍政

(1.云南中煙工業有限責任公司技術中心,云南昆明 650231;2.東莞波頓香料有限公司,廣東深圳 518051;3.深圳波頓香料有限公司,廣東深圳 518051)

亞臨界流體萃取崖柏揮發油及其成分分析

張育光1,侯 春1,*,吳新星2,姜興濤3,余漢謀2,李劍政2

(1.云南中煙工業有限責任公司技術中心,云南昆明 650231;2.東莞波頓香料有限公司,廣東深圳 518051;3.深圳波頓香料有限公司,廣東深圳 518051)

崖柏揮發油有良好的生物活性。為了優化崖柏揮發油的萃取條件,以二甲醚為萃取劑,采用亞臨界流體萃取技術萃取崖柏揮發油,并對萃取條件包括萃取溫度、萃取時間、萃取次數進行優化,用GC-MS對所得的崖柏揮發油進行了成分分析。結果表明,亞臨界流體萃取崖柏揮發油的最佳條件為:萃取溫度為40 ℃,萃取次數3次,每次萃取時間30 min,在此條件下崖柏揮發油的提取率為6.3%。GC-MS分析顯示崖柏揮發油的主要成分羅漢柏烯和α-柏木腦,分別占揮發油的34.74%,20.09%。利用亞臨界流體萃取技術能高效的萃取崖柏揮發油。

崖柏,亞臨界流體萃取,揮發油,GC-MS

崖柏(ThujasutchuenensisFranch.)為柏科(Cupressaceae)崖柏屬植物[1],分布在我國重慶市城口縣南部的咸宜鄉、明中鄉以及開縣的關面鄉、滿月鄉等境內[2]。柏科植物具有止血、鎮咳祛痰、擴張支氣管、抑菌、抗腫瘤、抗氧化等廣泛的生物活性。鄭群明等人研究表明,崖柏醇提物對細菌有明顯的抑制作用,尤其對大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的抑制作用顯著[3]。俗語說“救命沉香,養生崖柏”,《本草綱目》記載崖柏:“可利水道,興陽到”。民間利用崖柏香薰能明顯改善失眠多夢,提高血液含氧量及人體免疫力[4]。

水蒸氣蒸餾法、溶劑萃取和壓榨法是目前常用的植物揮發油萃取方法,但存在收率低、殘留有毒溶劑等缺點,且功能性成分易受到破壞[5]。近年來,超臨界流體萃取技術已應用于天然產物的提取和分析,并顯示出其獨特的優勢[6]。但是由于超臨界的壓力限制了設備有效容積的放大,同時較高的設備制造和運行成本制約了該技術在天然植物精油生產中的應用[7]。亞臨界流體萃取技術是在低溫低壓的條件下,在密閉、無氧的容器中,以亞臨界流體作為萃取劑,根據相似相溶的原理,最終得到目的產物的一種新型萃取與分離技術[8]。亞臨界流體萃取技術主要原理是特殊的有機溶劑進入亞臨界流體狀態,分子的擴散性能增強,傳質速度加快,能夠迅速滲透進固體物質之中,從而提取其精華[9-10]。由于亞臨界流體萃取技術所需要的壓力及溫度較低,相對超臨界流體萃取技術而言有著投入成本低、相對安全等優點,亞臨界流體萃取技術在貴重油脂、萬壽菊黃色素、辣椒紅素、蝦青素等提取方面已經有了規模應用[11-13]。

目前,國內外關于崖柏揮發油提取及成分分析的研究鮮見報道。本論文采用亞臨界流體萃取技術提取崖柏揮發油,并對提取條件進行優化,通過GC-MS對所得揮發油進行了成分分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

植物材料 重慶城口縣南部,經中國科學院深圳仙湖植物園陳濤研究員鑒定為柏科崖柏屬植物崖柏(Thujasutchuenensis),樣本保存于深圳波頓香料有限公司研發中心天然香料實驗室。

Agilent 6890氣相色譜儀、Agilent 6890N/5975B氣質聯用(GC/MS)儀 美國Agilent公司;TGL-20M高速臺式冷凍離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司;CBE-5L型亞臨界流體萃取實驗室成套裝置 河南省亞臨界生物技術有限公司。

1.2 崖柏揮發油的制備

影響亞臨界流體萃取崖柏揮發油的主要因素包括萃取溫度、萃取時間、萃取次數等。為了找到亞臨界流體萃取揮發油的最佳工藝條件,本實驗采用單因素變量實驗設計方法,以萃取溫度、萃取時間、萃取次數為實驗因素。

1.2.1 萃取溫度 萃取溫度為實驗變量因素,設定萃取時間30 min,萃取次數3次,萃取溫度梯度15、20、25、30、35、40、45、50 ℃。

1.2.2 萃取時間 萃取時間為實驗變量因素,設定萃取溫度40 ℃,萃取次數3次,萃取時間梯度15、20、25、30、35、40、45、50 min。

1.2.3 萃取次數 萃取次數為實驗變量因數,設定萃取溫度40 ℃,萃取時間30 min,分別萃取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,裝于亞臨界流體萃取設備的萃取斧中,采用二甲醚作為萃取溶劑,在設置的單因素變量萃取條件下進行萃取,萃取混合物在分離斧,通過減壓蒸發得到崖柏葉油。精確稱取揮發油質量,計算崖柏揮發油萃取率。

崖柏揮發油萃取率(%)=揮發油質量/崖柏木質量×100

1.3 揮發油GC-MS分析

氣相色譜條件:色譜柱:Agilent 19091S-105(50.0 m×0.2 mm×0.33 μm);程序升溫:初始溫度50 ℃,2 ℃/min程序升溫至150 ℃,4 ℃/min程序升溫至270 ℃,保留10 min;進樣口溫度:250 ℃;載氣為氦氣(質量分量);載氣流量:恒定1.0 mL/min;分流比:40∶1,進樣量:0.6 μL;采用面積歸一法定量。

2 結果與分析

2.1 萃取溫度對崖柏揮發油出油率的影響

由圖1可知,當萃取溫度由15 ℃上升時,崖柏揮發油的萃取率明顯提高,由15 ℃到40 ℃崖柏揮發油萃取率由4.21%上升到6.25%,萃取率提高了2.04%。當溫度升高到40 ℃后,萃取率升高速率明顯降低,40 ℃上升到50 ℃時,萃取率由6.25%上升到6.37%,萃取率僅僅提升了0.12%。由此,萃取溫度高于40 ℃后,對崖柏揮發油的萃取率增加不大,且溫度過高,會影響揮發油的品質,并增加萃取成本,故綜合考慮,亞臨界流體萃取崖柏揮發油的溫度設置40 ℃。

圖1 萃取溫度對崖柏揮發油出油率的影響Fig.1 Extraction rate of essential oil with different temperature

2.2 萃取時間對崖柏揮發油出油率的影響

由圖2可知,當萃取時間由15 min延長時,崖柏揮發油的萃取率有較明顯提高,萃取時間由15 min延長到30 min時,崖柏揮發油的萃取率由5.14%上升到6.27%,萃取率提升了1.13%。當萃取時間30 min后萃取率提高不明顯,萃取時間由30 min延長到50 min時,萃取由6.27%上升到6.46%,萃取率僅提升了0.19%。延長萃取時間會增加萃取成本,萃取時間由30 min延長到50 min,萃取時間增加了2/5,萃取率提升卻不明顯,故亞臨界萃取崖柏揮發油的萃取時間設定為30 min。

圖2 萃取時間對崖柏揮發油出油率的影響Fig.2 Extraction rate of essential oil with different time

2.3 萃取次數對崖柏揮發油出油率的影響

由圖3可知,萃取次數從1次增加到3次時,崖柏揮發油的萃取率隨萃取次數增加而明顯升高,萃取率由3.63%上升到6.26%,萃取率提升了2.63%。當萃取次數超過3次時,萃取次數增加對萃取率的影響不明顯,萃取次數由3次增加到6次,萃取率由6.26%上升到6.40%,萃取率僅提升了0.14%。萃取次數并非越多越好,萃取3次以后,崖柏中的揮發油已基本被萃取出來,且增加萃取次數會大大增加萃取的成本,故萃取崖柏揮發油時,設定萃取次數3次為好。

圖3 萃取次數對崖柏揮發油出油率的影響Fig.3 Extraction rate of essential oil with different times

2.4 揮發油成分分析

按照1.3節優化的氣相色譜-質譜條件對亞臨界流體萃取的崖柏揮發油進行分析。用GC-MS聯用儀自帶的NIST2008譜庫自動檢索獲得初步鑒定結果,再結合相關文獻進行人工譜圖解析,以確認揮發油中各化學成分及其相對質量分數(表1)。

GC-MS分析,從崖柏揮發油中鑒定了27個化合物,主要為單萜烯、倍半萜烯及其氧化物等。含量最高的兩個化合物為羅漢柏烯和α-柏木腦,分別占整個揮發油的34.742%,20.907%。其他含量相對較高的化合物包括α-柏木烯、γ-慕羅烯、β-雪松烯、花側柏烯、β-桉葉油醇、紅沒藥醇,分別占揮發油的2.251%、1.055%、3.292%、3.411%、1.999%、0.504%。

3 結論

用亞臨界流體萃取技術對崖柏揮發油進行了萃取,并對萃取條件進行了優化:以二甲醚為萃取劑,萃取溫度40 ℃,萃取時間30 min,萃取次數3次,揮發油的得率最高為6.3%。亞臨界流體萃取技術是一種綠色環保的技術,具有快速、節能環保等優點。以二甲醚作為萃取劑,采用亞臨界流體萃取技術萃取崖柏揮發油,低溫、低壓等溫和的萃取條件能夠較好的保證揮發油的品質,萃取得到的崖柏揮發油的香味成分不受破壞,產品與溶劑分離容易。

通過GC-MS對所得揮發油進行成分分析,發現單萜烯和倍半萜烯為揮發油的主要成分,其中,含量最高的兩個化合物分別為羅漢柏烯和α-柏木腦,分別占整個揮發油的34.742%,20.907%。崖柏揮發油的主要成分與側柏揮發油相同,均為羅漢柏烯和α-柏木腦,但是含量差別很大,在側柏中羅漢柏烯和α-柏木腦含量分別為10.53%,43.79%,α-柏木腦含量遠高于羅漢柏烯[14]。羅漢柏烯和α-柏木腦均是重要的香原料,其中羅漢柏烯還是工業合成甲基柏木酮的重要原料。α-柏木腦是一種倍半萜醇,具有愉快而持久的柏木香氣,廣泛用于木香、辛香等香精產品中,也可用作消毒劑和衛生用品的增香劑。由此可見,崖柏揮發油具有潛在的開發利用價值。

表1 已鑒定的崖柏揮發油的化學成分及相對質量分數

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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

張育光(1969-)，男，大專，從事煙草卷煙研究，E-mail:htyg@hongta.com。

*通訊作者:侯春(1973-)，男，碩士，工程師，主要從事香精香料領域、香料工程與化學等研究，E-mail：houchun@hongta.com。

TS22.1

B

1002-0306(2015)21-0210-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.035