蔓三七根精油的萃取及GC-MS分析

胡居吾，黃斌華，李玉敏

（1.江西省科學(xué)院應(yīng)用化學(xué)研究所，江西南昌 330096；2.江西華紫仁農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司，江西贛州 341600；3.南昌金泰國(guó)資管理有限公司，江西南昌 330156）

蔓三七，又名平臥菊三七、蛇接骨、續(xù)命草、神仙草，味辛、微苦、性涼，為多年生草本藥食兩用植物。蔓三七的莖、葉營(yíng)養(yǎng)豐富，富含粗多糖和綠原酸，同時(shí)還含有總黃酮、維生素A、維生素C、氨基酸，富含有機(jī)鈣等成分。民間利用其通經(jīng)活絡(luò)、消腫止痛、消炎止咳，治療跌打損傷、支氣管肺炎、肺結(jié)核等[1]。現(xiàn)代生物化學(xué)和醫(yī)學(xué)研究證明，蔓三七具有通經(jīng)活絡(luò)、消炎止咳、散淤消腫、活血生肌等功效[2]；能延緩衰老、激活免疫細(xì)胞、改善機(jī)體免疫功能、提高人體免疫力，增強(qiáng)人體的新陳代謝并對(duì)記憶障礙有一定改善作用[3]；具有降血壓、降血糖和預(yù)防慢性腎病、抑制乙型肝炎的顯著效果[4]；對(duì)預(yù)防和治療心腦血管疾病、糖尿病等有一定的療效[5]；還具有抗病毒、抗菌活性、抑制骨髓癌和志賀樣毒素細(xì)胞的活性[6]。

同時(shí)蒸餾萃取（Simultaneous Distillation and Extraction，SDE）法是由Linkens和Nickerson于1966年最早使用的，與傳統(tǒng)水蒸氣蒸餾法相比，同時(shí)蒸餾萃取法具有操作步驟簡(jiǎn)單，對(duì)樣品中微量成分的提取具有高效率等優(yōu)點(diǎn)，是目前較為高效的一種植物精油樣品萃取分離方法[7]。同時(shí)，經(jīng)蒸餾萃取得到的精油不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的預(yù)處理過(guò)程，避免了由于經(jīng)復(fù)雜的預(yù)處理過(guò)程而對(duì)精油產(chǎn)生其他的污染，而且，此方法可節(jié)省大量的萃取時(shí)間，得到的提取物氣味濃郁。

但迄今為止，沒(méi)有相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)蔓三七根精油進(jìn)行研究，也沒(méi)有將該法應(yīng)用于蔓三七根精油提取的報(bào)道。因此，本試驗(yàn)在各單因素（原料切碎目數(shù)、料液比、蒸餾時(shí)間）實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上再采用響應(yīng)面試驗(yàn)法確定最佳工藝參數(shù)。最后，采用氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）對(duì)蔓三七根精油進(jìn)行分析，確定其精油的化學(xué)組分，旨在為蔓三七根精油的開(kāi)發(fā)利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮的蔓三七根，由江西華紫仁農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司提供。

1.2 儀器與試劑

同時(shí)蒸餾萃取裝置（見(jiàn)圖1）、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RE-52AA（上海亞榮生化儀器廠）、電子天平、7890A-7000B型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó)Agilent公司），所用試劑均為分析純。

圖1 同時(shí)蒸餾萃取（SDE）裝置

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 蔓三七根精油萃取方法

稱取一定量切碎后新鮮蔓三七根，放入左邊的樣品瓶（圖1）中，再加入一定量的蒸餾水，將適量的正己烷放入右邊溶劑瓶中。擰好裝置的旋塞，密封好接口。打開(kāi)冷凝水，左邊電熱套加熱使蒸餾水保持沸騰，右邊裝正己烷溶劑的燒瓶在水浴鍋水浴加熱，保證正己烷溶劑呈氣體狀態(tài)。左邊蒸餾產(chǎn)生的水蒸氣攜帶蔓三七根精油的蒸汽與右邊揮發(fā)的正己烷氣體在同時(shí)蒸餾萃取裝置中間混和，冷卻，得到水相和正己烷有機(jī)相混合物，再把得到的混合物轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，靜置，分離水相和正己烷有機(jī)相。往正己烷有機(jī)相中加入適量的無(wú)水硫酸鈉干燥除去水分，過(guò)濾，濾液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去正己烷溶劑，得蔓三七根精油。最后稱量所得精油質(zhì)量，計(jì)算得率。計(jì)算方法（稱重法）如下:

蔓三七根精油得率（%）＝蔓三七根精油的重量（g）/鮮蔓三七根的重量（g）×100%

1.3.2 單因素實(shí)驗(yàn)

主要研究了影響蔓三七根精油萃取率的主要因素，包括物料切碎程度、料液比、提取時(shí)間等因素。

1.4 GC-MS分析條件[8]

（1）氣相色譜條件:色譜柱HP-5MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），程序升溫，初始溫度40 ℃，保持 1 min，以 3 ℃ /min 升溫到 220 ℃；載氣高純氦氣，流速1 mL/min；進(jìn)樣口溫度250 ℃，進(jìn)樣量 1 μL，分流比 30 ∶ 1。

（2）質(zhì)譜條件:離子源為E1，電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；MS四極桿溫度150 ℃；接口溫度280 ℃；NIST08標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)檢索；面積歸一法計(jì)算相對(duì)含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS17.0進(jìn)行單因素方差分析、Origin8.5軟件作圖、Design-Expert 8.0.6 軟件進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。文中沒(méi)有涉及

2 結(jié)果與分析

2.1 蔓三七根切碎程度對(duì)蔓三七根精油得率的影響

蔓三七根切碎程度對(duì)精油得率的影響見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，隨著蔓三七根切碎目數(shù)的增大，蔓三七根精油得率升高；在蔓三七根切碎目數(shù)為8目時(shí)，蔓三七根精油得率最高，為0.69%；當(dāng)蔓三七根切碎目數(shù)進(jìn)一步增大時(shí)，蔓三七根精油得率反而有所下降，當(dāng)蔓三七根切碎目數(shù)為12目時(shí)，蔓三七根精油得率為0.67%。其原因是當(dāng)蔓三七根切碎過(guò)細(xì)，在切碎過(guò)程中會(huì)造成部分易揮發(fā)的蔓三七根精油散失，從而會(huì)對(duì)蔓三七根精油得率有所影響。

圖2 不同切碎程度對(duì)精油得率的影響

2.2 液料比對(duì)蔓三七根精油得率的影響

液料比對(duì)蔓三七根精油得率的影響見(jiàn)圖3。由圖3可知，在液料比為5∶1～9∶1范圍內(nèi)，蔓三七根精油得率隨著液料比的增大而增大，在液料比為9∶1時(shí)，蔓三七根精油得率為0.69%。隨后進(jìn)一步加大液料比，蔓三七根精油得率會(huì)有所下降，在液料比為13∶1時(shí)，蔓三七根精油得率只有0.67%。液料比例對(duì)是蔓三七根精油的得率具有較大的影響，若液料比例過(guò)小，水分子的擴(kuò)散作用進(jìn)行得不完全，影響蔓三七根精油的出油率，使蔓三七根精油的得率下降；但是，若液料比例過(guò)大，蔓三七根精油在水中的溶解量也隨之增大，也會(huì)影響到蔓三七根精油的得率，同時(shí)，所需的能耗也隨之增加，造成能源的損耗。

圖3 不同液料比對(duì)精油得率的影響

2.3 蒸餾萃取時(shí)間對(duì)蔓三七根精油得率的影響

蒸餾萃取時(shí)間對(duì)蔓三七根精油得率的影響見(jiàn)圖4。從圖4可以看出，在蒸餾萃取時(shí)間為1.0～2.0 h時(shí)，蔓三七根精油得率隨著蒸餾時(shí)間的延長(zhǎng)，蔓三七根精油得率增大，在蒸餾萃取時(shí)間為2.0 h時(shí)，蔓三七根精油得率達(dá)到0.71%。圖4表明，在蒸餾萃取時(shí)間2.0 h內(nèi)出油率增加速度快，當(dāng)超過(guò)2.0 h以后增加緩慢。產(chǎn)生這種趨勢(shì)的原因主要是蔓三七根精油是容易揮發(fā)的物質(zhì)，長(zhǎng)時(shí)間的蒸餾萃取會(huì)導(dǎo)致精油因揮發(fā)而損失，但是，蒸餾萃取時(shí)間過(guò)短，蔓三七根精油蒸餾萃取又不完全，因此，本研究的蔓三七根精油蒸餾萃取時(shí)間為2.0 h較為合理。

圖4 不同萃取時(shí)間對(duì)精油得率的影響

2.3 蔓三七根精油的GC-MS分析

蔓三七根精油經(jīng)GC-MS分析，得到的總離子流圖見(jiàn)圖5。

圖5 蔓三七根精油產(chǎn)總離子流圖

蔓三七根精油為淡黃色透明液體，精油樣品共鑒定出20種化合物，總含量為91.70%，通過(guò)面積歸一化法計(jì)算出各組分的含量，見(jiàn)表1。

表1 蔓三七根精油的GC-MS分析

從表1可知，蔓三七根精油主要由烯烴類（85.81%，下同)）、醇類（5.89%）等化合物組成。其中，GC含量最高的化合物是α-蒎烯（29.72%），其次是左旋-β-蒎烯（21.89%）和β-水芹烯（5.46%。

3 結(jié)論

（1）確定同時(shí)蒸餾萃取蔓三七根精油的最佳工藝參數(shù)，即切碎程度8目、液料比9∶1和提取時(shí)間2.0 h，在此條件下，蔓三七根精油得率為0.71%。

（2）同時(shí)蒸餾萃取技術(shù)得到的蔓三七根精油雜質(zhì)和色素較少，在GC-MS分析時(shí)不需要復(fù)雜預(yù)處理就能直接進(jìn)行GC-MS分析，避免了在進(jìn)行復(fù)雜預(yù)處理時(shí)帶來(lái)其他的物質(zhì)；本方法較傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法相比，具有節(jié)省溶劑、節(jié)省萃取時(shí)間的優(yōu)勢(shì)，且所得的精油氣味純正、濃郁；本方法能把揮發(fā)性成分從脂質(zhì)或水質(zhì)介質(zhì)中濃縮數(shù)千倍，對(duì)原料中含量較少的精油提取率較高，并且一次處理量較大，生產(chǎn)成本較低。

（3）芳香植物精油是天然的抑菌劑、抗氧化劑、殺蟲(chóng)劑等。從表1可知，蔓三七根精油中含有具有烯烴類化合物，如α-蒎烯（29.72%）、左旋-β-蒎烯（21.89%）、β-水芹烯（5.46%）、（+）-檸檬烯（1.93%）等。其中，α-蒎烯存在于多種天然精油中，具有較好的生物學(xué)活性及獨(dú)特的反應(yīng)多樣性，是合成樟腦、冰片、松油醇、香料等化工產(chǎn)品的重要原料。近年來(lái)，其在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用得到廣泛關(guān)注，主要體現(xiàn)在抗腫瘤、抗真菌、抗過(guò)敏及改善潰瘍等功效，同時(shí)還可能在體內(nèi)內(nèi)臟中聚集，改善行為變化，從而抑制焦慮情緒的產(chǎn)生[9]。