超聲輔助蒸餾法提取薄荷揮發(fā)油的研究

華燕青，李黔蜀，王云云，張 璟

(1.楊凌職業(yè)技術學院 藥物與化工分院 ，陜西 楊凌 712100;2.西北農林科技大學，陜西 楊凌 712100)

薄荷(Mentha haplocalyx Britq.)是唇形草本植物，是重要的辛涼解表類中藥材，其干燥莖葉可入藥。薄荷揮發(fā)油為薄荷中一類主要有效成分，現代藥理學研究表明，薄荷揮發(fā)油具有抗炎、鎮(zhèn)痛、利膽、保肝等作用提取揮發(fā)油常用水蒸氣蒸餾法、超臨界CO2萃取法，水蒸氣蒸餾法(SD)具有操作簡便, 成本低，揮發(fā)油純度高的優(yōu)點，因此應用很廣，中國藥典一直沿用水蒸氣蒸餾法提取薄荷揮發(fā)油。近幾年超聲波、微波和亞臨界萃取等新型提取方法也逐漸用于揮發(fā)油的提取。張國棟等以野生薄荷葉為原料，采用超聲波輔助提取薄荷揮發(fā)油，取得較高的揮發(fā)油收率。李敏杰等采用超聲波輔助水蒸氣蒸餾法提取葛縷子精油，結果提取時間減少,揮發(fā)油產率和質量提高。超聲提取法(UE)利用超聲振動的空化作用，破壞藥材細胞，強化傳質，加速有效成分溶解，提取時間短、條件溫和。

試驗結合兩者優(yōu)勢，采用超聲輔助水蒸氣蒸餾法提取薄荷揮發(fā)油。探討提高揮發(fā)油提取率的工藝條件，并采用GC-MS技術對提取的薄荷揮發(fā)油進行研究，以期為薄荷的進一步開發(fā)應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

薄荷干燥莖葉，購自北京同仁堂陜西經銷部，產地江蘇，粉碎過20目篩，置陰涼處密封備用。KQ-500DE數控超聲波提取器(昆山儀器有限公司)。揮發(fā)油測定裝置，氣相-質譜聯(lián)用儀(TRACE GC ULTRA氣相,POLARIS Q質譜儀,AI/AS 3000，美國Thermo公司),水為超純水。

1.2 實驗方法

1.2.1 水蒸氣蒸餾法提取薄荷揮發(fā)油 準確稱取薄荷粉末，置于500 mL燒瓶中，加入氯化鈉溶液，浸泡1h,按照中國藥典2015年版一部揮發(fā)油測定法，微沸蒸餾至回流液中沒有明顯油滴，停止蒸餾，低溫放置待油水完全分層后，準確讀取油層體積，算出揮發(fā)油的提取率%(mL·g-1),分離精制薄荷揮發(fā)油，低溫密封備用。

1.2.2 超聲輔助蒸餾法提取薄荷揮發(fā)油 準確稱取30g薄荷粉末，置圓底燒瓶中，按一定的料液比加入不同比例的氯化鈉溶液，浸泡2h,將圓底燒瓶放入超聲波清洗器中，設置不同功率和溫度，超聲提取一定時間后，再按照1.2.1法提取薄荷揮發(fā)油,計算其提取率%(mL·g-1)，分離出揮發(fā)油低溫密封備用。

1.2.3 提取薄荷揮發(fā)油最佳條件的確定 按照1.2.2方法，以料液比例、氯化鈉質量濃度、超聲功率、超聲時間進行單因素試驗，設計4因素3水平的單因素試驗，利用單因素試驗結果，確定薄荷中揮發(fā)油的最優(yōu)提取條件。單因素試驗因素水平如表1所示。

1.2.4 GC-MS分析 薄荷揮發(fā)油用美國Thermo氣質聯(lián)用儀器進行分析鑒定,氣相色譜-質譜條件：色譜柱：THERMO TR-5MS毛細管柱(0.25 mm×30 m,0.25μm)；程序升溫：初始60℃，停留4 min，以3℃·min-1升至150℃，保持5 min，再以4.5℃·min-1升至240℃，保持10 min。載氣：高純氦氣(99.9%)，流速：1.0 mL·min-1；進樣口溫度260℃；分流比為60:1；進樣量0.5μL；質譜條件：EI電離源，電離能70eV，離子源溫度230℃，傳輸線溫度290℃，掃描范圍為m/z35-350。

通過比對NIST質譜庫，分析鑒定揮發(fā)油的組成，采用面積歸一化法進行定量分析。

表1 單因素試驗因素水平

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果分析

2.1.1 料液比 控制提取條件為加入15%氯化鈉溶液，超聲功率300 W、頻率40 kHz、超聲提取時間30 min，考察在料液比為1∶6～1∶18時超聲輔助提取兩次揮發(fā)油的提取率。參考中國藥典的標準方法[1]，加入料液比1∶6的氯化鈉溶液，浸泡薄荷粉末后，發(fā)現蒸餾時溶劑量太少，揮發(fā)油的蒸餾量也很少。試驗結果見圖1。隨著料液比增大，揮發(fā)油提取率逐漸增大，料液比1∶12、1∶15時的提取效果較好，繼而增大料液比后提取率減小，料液比1∶15時提取率增加不明顯。料液比增大會造成溶劑損耗增加，故選擇1∶12為適宜料液比。

圖1不同料液比時揮發(fā)油提取率

2.1.2 氯化鈉質量濃度 控制提取條件為料液比1:12、超聲功率300W、頻率40kHz、超聲提取30 min，考察氯化鈉質量濃度為5%～25%時超聲輔助提取兩次揮發(fā)油的提取率。由圖2可知，隨著氯化鈉質量濃度增加，揮發(fā)油提取率逐漸提高。當氯化鈉質量濃度為10%時，揮發(fā)油提取率達到最大，之后隨著氯化鈉質量濃度的增大提取率下降，因此在其他條件確定時，氯化鈉最佳質量濃度約為10%。

圖2不同氯化鈉質量濃度時揮發(fā)油提取率

2.1.3 超聲功率 控制提取條件為加入10%氯化鈉溶液、料液比1:12、超聲頻率40kHz、超聲提取時間30 min，考察超聲功率為200W～400W時，提取兩次所得揮發(fā)油的提取率。結果見圖3。

圖3 不同超聲功率時揮發(fā)油提取率

由圖3可知，隨著超聲功率增大揮發(fā)油的提取率逐漸提高，當超聲功率為300W時達到最大，之后開始減小。因此在其它條件一定時，最佳超聲功率為300W。

2.1.4 超聲時間 控制提取條件為加入10%氯化鈉溶液、料液比1:12、超聲頻率40kHz、超聲功率300W,考察超聲提取時間為15 min～75 min時，超聲提取兩次揮發(fā)油的提取率。結果見圖4。

由圖4可知，隨著超聲提取時間增加，揮發(fā)油提取率逐漸提高，當超聲提取時間為30 min時，揮發(fā)油提取率達到最大值，因此，當其它條件確定時，揮發(fā)油最佳超聲時間為30 min。

圖4不同超聲時間時揮發(fā)油提取率

2.2 超聲輔助蒸餾法的最優(yōu)結果及與水蒸氣蒸餾法的比較

根據以上單因素試驗結果，確定超聲輔助蒸餾法的最佳提取條件為超聲功率300W、10%氯化鈉溶液、料液比1:12、頻率40kHz、超聲提取時間30 min。在最佳條件下進行試驗，提取三次揮發(fā)油提取率平均值為4.86%±0.02%。水蒸氣蒸餾法提取薄荷揮發(fā)油時，提取條件為10%氯化鈉溶液、料液比1:12，提取三次揮發(fā)油提取率平均值為2.13%±0.02%。經過反復對比試驗，發(fā)現超聲輔助蒸餾法明顯提高薄荷揮發(fā)油的蒸餾速率，蒸餾時間縮短為45 min,而水蒸氣蒸餾法須提取120 min。由此可見，與水蒸氣蒸餾法相比，超聲輔助蒸餾法不僅縮短了提取時間，還明顯提高揮發(fā)油的產率。

2.3 薄荷揮發(fā)油的化學成分分析

準確吸取供試品溶液，按照1.2.4GC-MS條件對兩種方法提取的揮發(fā)油進行分析，利用NIST質譜圖庫檢索化合物，由峰面積歸一化法確定各組分的相對百分含量。分別檢測出61(超聲波輔助)和54(直接蒸餾)種化合物。通過人工核對檢測結果，鑒定出薄荷的主要揮發(fā)性成分20種，鑒定成分占提取成分總峰面積的比例分別為97.39%和97.06%。檢測的揮發(fā)性成分主要有薄荷醇、薄荷酮、石竹烯、胡薄荷酮、乙酸薄荷酯、α-蒎烯、3-蒈烯、長葉烯、依蘭烯、愈創(chuàng)木烯等。其中薄荷醇質量濃度最高，分別占總質量濃度的59.75%和52.64%，其次是薄荷酮，分別占總質量濃度的12.75%和11.04%。因此，超聲波處理后，薄荷揮發(fā)油的質量得到較大提升。

3 結論

超聲輔助蒸餾法的最佳提取條件為超聲功率300 W、10%氯化鈉溶液、料液比1:12、頻率40kHz、超聲提取時間30 min。在此條件下進行試驗，薄荷揮發(fā)油提取率為4.86%±0.02%。比水蒸氣蒸餾法提取率為2.13%±0.02%。時間也由120 min縮短為75 min。

兩種方法提取的薄荷揮發(fā)油中有薄荷醇、薄荷酮、石竹烯、胡薄荷酮、乙酸薄荷酯、α-蒎烯、3-蒈烯、長葉烯、依蘭烯、愈創(chuàng)木烯等主要成分。其中薄荷醇含量最高，分別占總質量濃度的59.75%和52.64%，其次是薄荷酮，分別占總質量濃度的12.75%和11.04%。兩種方法提取的揮發(fā)油組成成分相似，但主要成分的含量差異較大，因此超聲輔助蒸餾法能改善揮發(fā)油的質量。綜上所述，采用超聲輔助蒸餾法提取薄荷揮發(fā)油不僅提高了揮發(fā)油的蒸餾速度，增加揮發(fā)油的產出率，還可以提升揮發(fā)油的品質。