杜香揮發油提取工藝研究及成分GC-MS分析

尤莉艷， 楊 婷， 姜 輝， 馬朝紅

(1.吉林農業科技學院長白山動植物利用與保護吉林省高校重點實驗室，吉林吉林 132101； 2.吉林農業科技學院文理學院，吉林吉林 132101)

細葉杜香(LedumpalustreL. var.angustumE. Busch)，別稱喇叭茶，是杜鵑花科杜香屬常綠小灌木。我國野生杜香資源豐富，主要分布于我國大小興安嶺、內蒙古和長白山地區。文獻報道杜香屬植物含有豐富的揮發油、黃酮類和萜類等化合物[1-2]。杜香的枝、葉、花和果實均可提取出芳香揮發油，其中花、果出油率較高。杜香揮發油成分的功效已被運用于日常生活、醫療、香料生產等領域，如杜香揮發油可以擴張血管、降低血壓、鎮咳平喘、治療胃潰瘍和月經不調，同時在殺菌、祛除腳氣和治療皮膚瘙癢等方面也有顯著的治療效果[1-3]。

目前，提取天然產物的方法主要有水蒸汽蒸餾法、超聲波提取法、超臨界CO2萃取法等。超聲波獨具的極端物理特性及其產生的強烈振動可促使植物組織破壁或變形，使有效成份提取得更充分，可以提高細胞破碎度和有效成分的提取率。據文獻報道，杜香花蕾中含揮發油15%～20%[4-5]，而目前生產上杜香揮發油的莖和葉提取率不高[6-7]，且關于提取工藝優化的研究較少。因此，本研究設計以杜香揮發油提取率為評價指標的正交試驗，對杜香枝葉揮發油的提取工藝進行優選，并用氣相色譜-質譜聯用(gas chromatography-mass spectrometer，簡稱GC-MS)分析技術對提取的杜香揮發油進行了成分鑒定，以期為充分利用杜香資源提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原材料 采自黑龍江省塔河林業局，經吉林農業科技學院校內從事藥用植物研究的孫倉教授鑒定為杜鵑花科杜香屬植物細葉杜香。

1.1.2 主要試劑 無水乙醇(A.R.)，由天津市大茂化學試劑廠生產。

1.1.3 主要儀器 GC-MS色譜儀(型號為QP2010 Ultra)，購自日本島津公司；電子分析天平(型號為ME203E)，購自梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；數控超聲波清洗器(型號為KQ-100DE)，購自昆山市超聲儀器有限公司；數顯恒溫水浴鍋(型號為HH-12)，購自上海況勝實業發展有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱(型號為DHG-9030)，購自上海一恒科學儀器有限公司；粉碎機(型號為HK200)，購自廣州華凱機電設備有限公司；標準分樣篩(型號為304)，購自浙江省紹興市上虞區華豐五金儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 杜香揮發油的提取 取用的材料為新鮮的杜香莖和葉，將杜香的莖用剪刀剪成3 cm左右裝入燒杯中，然后反復用自來水清洗，直到潔凈為止，再用蒸餾水清洗，置于60 ℃烘箱中烘干，然后用粉碎機粉碎，過80目篩。

杜香揮發油提取率=杜香揮發油質量/杜香粗粉質量×100%。

1.2.2 杜香揮發油提取的單因子試驗

1.2.2.1 提取溶劑濃度的篩選 精確稱量研磨后的杜香粉末5 g，共5份，設定超聲時間為15 min，超聲功率為50 kHz，超聲溫度為60 ℃，料液比為1 g ∶15 mL，分別用30%、40%、50%、60%、70%乙醇提取杜香揮發油，通過比較揮發油的提取率，確定合適的乙醇濃度。

1.2.2.2 提取溫度的篩選 精確稱量研磨后的杜香粉末 5 g，共5份，設定超聲時間為15 min，超聲功率為50 kHz，料液比為1 g ∶15 mL，乙醇濃度為50%，設定提取溫度分別為30、45、60、75、90 ℃，通過比較揮發油的提取率，確定合適的提取溫度。

1.2.2.3 料液比的篩選 精確稱量研磨后的杜香粉末5 g，共5份，設定超聲功率為50 kHz，超聲溫度為60 ℃，超聲時間為15 min，乙醇濃度為50%，將料液比分別設定為1 ∶10、1 ∶15、1 ∶20、1 ∶25、1 ∶30(g ∶mL)，通過比較揮發油的提取率，確定合適的料液比。

1.2.2.4 提取時間的篩選 精確稱量研磨后的杜香粉末 5 g，共5份，設定超聲功率為50 kHz，超聲溫度為60 ℃，料液比為1 g ∶15 mL，乙醇濃度為50%，分別超聲提取5、10、15、20、25 min，通過比較揮發油的提取率，確定合適的超聲時間。

1.2.3 杜香揮發油提取的正交試驗 選取乙醇濃度、超聲溫度、料液比、超聲時間等4個因素，每個因素3個水平，采用L9(34)表進行正交試驗，對超聲提取杜香揮發油的條件進行優化。L9(34)正交試驗的因素與水平設計見表1。

表1 L9(34)正交試驗因素與水平

1.2.4 杜香揮發油的成分分析 采用氣相色譜-質譜聯用技術對超聲波法提取的杜香揮發油成分進行分析。

1.2.4.1 氣相色譜條件 色譜柱型號為Rxi-5MS(30.00 m×0.25 mm×0.25 μm)，進樣口溫度為300 ℃；載氣為高純氦(99. 999%)；柱流速為1 mL/min；程序升溫，初始溫度為 60 ℃，保持5 min，然后以5 ℃/min的速度升至 300 ℃，保持5 min；進樣模式為分流進樣，分流比為100 ∶1。

1.2.4.2 質譜條件 離子源為電子轟擊(EI)源，離子源溫度為230 ℃，傳輸線溫度為300 ℃；掃描范圍為35～500m/z。利用NIST11.LIB標準質譜庫計算機聯機檢索，結合有關文獻進行分析。

2 結果與分析

2.1 杜香揮發油提取的單因素試驗

2.1.1 乙醇濃度對杜香揮發油提取率的影響 由圖1可知，乙醇濃度從30%增大到70%，杜香揮發油提取率隨著乙醇濃度的增大呈先增加后減小的趨勢。其中，乙醇濃度從30%增大到40%時，提取率上升趨勢明顯，乙醇濃度從40%增大到50%，提取率變化不明顯。乙醇濃度從50%增大至70%，提取率明顯下降。由于乙醇濃度的增大會使一些醇溶性色素、親脂性強的成分及雜質的溶出量增加，且溶劑濃度增加可引起提取成本增加，因此選用濃度40%、50%、60%的乙醇進行正交試驗。

2.1.2 提取溫度對杜香揮發油提取率的影響 由圖2可知，溫度較低時，杜香揮發油提取率較低，其原因可能是低溫不利于超聲波的空化作用。提取溫度從30 ℃升高到75 ℃，杜香揮發油的提取率呈明顯上升趨勢，且當提取溫度為75 ℃時，提取率達到最大值。超聲溫度從75 ℃升高到90 ℃，杜香揮發油提取率隨著溫度的升高明顯降低，其原因可能是高溫條件下杜香揮發油的穩定性差，杜香揮發油發生分解，導致提取率降低。因此，選用45、60、75 ℃的超聲溫度進行正交試驗。

2.1.3 料液比對杜香揮發油提取率的影響 由圖3可知，杜香的提取率隨著料液比的增大而增加，所以料液比的增大有利于杜香揮發油提取率的提高。當料液比達到1 g ∶30 mL時，提取率達到最大值。料液比從1 g ∶25 mL增大到 1 g ∶30 mL，杜香揮發油提取率的增加趨勢不明顯，考慮到節約溶劑，避免不必要的浪費和污染，選用1 ∶15、1 ∶20、1 ∶25(g ∶mL)的料液比進行正交試驗。

2.1.4 提取時間對杜香揮發油提取率的影響 由圖4可知，超聲時間從5 min延長到25 min，提取率提高，且當超聲時間為25 min時，提取率最高，說明適當延長提取時間，有利于杜香揮發油的溶出，進而提高提取率。考慮到超聲時間為15～25 min時，提取率無明顯差異，因此為節約時間和能源，縮短提取周期，選擇10、15、20 min的超聲時間進行正交試驗。

2.2 杜香揮發油提取的正交試驗

由表2可知，各因素對杜香提取率的影響程度表現為乙醇濃度>提取溫度>提取時間>料液比，其中乙醇濃度為主要因素，提取溫度和提取時間次之，料液比的影響最小，根據正交試驗結果和極差分析最佳提取工藝，二者最佳工藝條件不吻合，所以，將正交試驗條件(A2B3C1D2)和極差分析條件(A2B3C3D2)進行比較， 結果見表3， 按照極差分析得到的工藝條件的提取率均高于按照正交試驗的最高提取率。因此，超聲提取杜香揮發油的最佳工藝條件為A2B3C3D2，即乙醇濃度50%，提取溫度75 ℃，料液比1 g ∶25 mL，超聲時間 15 min。此外，為驗證最佳工藝條件，在A2B3C3D2條件下進行驗證試驗，杜香揮發油的平均提取率為8.49%。

表2 杜香揮發油提取正交試驗結果與分析

表3 杜香揮發油提取驗證試驗結果

注：RSD表示相對平均偏差。

2.3 杜香揮發油的成分分析

對杜香揮發油提取物進行GC-MS分析，由圖5可知，由超聲提取法得到50多個峰，從中鑒定出27種化合物，占總峰面積的72.70%，所鑒定的化合物相似度均≥90%，對于相似度較低或者檢索結果不符合出峰及質譜斷裂規律的物質，未進行分析和討論。鑒定出的杜香揮發油主要成分及其相對含量見表4。結果表明，杜香揮發油的主要成分有萜類、芳香烴、烯烴、醇、酮和酯類化合物，其中含量較高的化合物有桃金娘烯醛、甲基異丙基苯、4-萜烯醇、枯茗醛、枯茗醇、β-水芹烯、γ-松油烯等。

3 結論

在超聲波法提取杜香揮發油的試驗中，選用溶劑濃度、提取溫度、料液比和提取時間作為考察因素進行正交試驗。結果表明，影響杜香揮發油提取率的主要因素為溶劑濃度，其次是提取溫度和提取時間，料液比影響最小。確定最佳提取工藝條件為A2B3C3D2，即乙醇濃度50%，提取溫度75 ℃，料液比1 g ∶25 mL，提取時間15 min，經試驗證明，利用此方法提取杜香揮發油的平均提取率可達到8.49%。此外，通過 GC-MS 分析杜香揮發油的成分發現，其主要成分為萜類、芳香烴、烯烴、醇、酮和酯類化合物等，其中含量較高的化合物有桃金娘烯醛、甲基異丙基苯、4-萜烯醇、枯茗醛、枯茗醇、β-水芹烯、γ-松油烯等。

表4 杜香揮發油的化學成分分析結果

參考文獻：

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