亞臨界流體萃取崖柏?fù)]發(fā)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(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)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?fù)]發(fā)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(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)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?fù)]發(fā)油有良好的生物活性。為了優(yōu)化崖柏?fù)]發(fā)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(shù)萃取崖柏?fù)]發(fā)油,并對(duì)萃取條件包括萃取溫度、萃取時(shí)間、萃取次數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,用GC-MS對(duì)所得的崖柏?fù)]發(fā)油進(jìn)行了成分分析。結(jié)果表明,亞臨界流體萃取崖柏?fù)]發(fā)油的最佳條件為:萃取溫度為40 ℃,萃取次數(shù)3次,每次萃取時(shí)間30 min,在此條件下崖柏?fù)]發(fā)油的提取率為6.3%。GC-MS分析顯示崖柏?fù)]發(fā)油的主要成分羅漢柏烯和α-柏木腦,分別占揮發(fā)油的34.74%,20.09%。利用亞臨界流體萃取技術(shù)能高效的萃取崖柏?fù)]發(fā)油。

崖柏,亞臨界流體萃取,揮發(fā)油,GC-MS

崖柏(ThujasutchuenensisFranch.)為柏科(Cupressaceae)崖柏屬植物[1],分布在我國(guó)重慶市城口縣南部的咸宜鄉(xiāng)、明中鄉(xiāng)以及開縣的關(guān)面鄉(xiāng)、滿月鄉(xiāng)等境內(nèi)[2]。柏科植物具有止血、鎮(zhèn)咳祛痰、擴(kuò)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(duì)細(xì)菌有明顯的抑制作用,尤其對(duì)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(yǎng)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(mèng),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(fā)油萃取方法,但存在收率低、殘留有毒溶劑等缺點(diǎn),且功能性成分易受到破壞[5]。近年來,超臨界流體萃取技術(shù)已應(yīng)用于天然產(chǎn)物的提取和分析,并顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[6]。但是由于超臨界的壓力限制了設(shè)備有效容積的放大,同時(shí)較高的設(shè)備制造和運(yùn)行成本制約了該技術(shù)在天然植物精油生產(chǎn)中的應(yīng)用[7]。亞臨界流體萃取技術(shù)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(jù)相似相溶的原理,最終得到目的產(chǎn)物的一種新型萃取與分離技術(shù)[8]。亞臨界流體萃取技術(shù)主要原理是特殊的有機(jī)溶劑進(jìn)入亞臨界流體狀態(tài),分子的擴(kuò)散性能增強(qiáng),傳質(zhì)速度加快,能夠迅速滲透進(jìn)固體物質(zhì)之中,從而提取其精華[9-10]。由于亞臨界流體萃取技術(shù)所需要的壓力及溫度較低,相對(duì)超臨界流體萃取技術(shù)而言有著投入成本低、相對(duì)安全等優(yōu)點(diǎn),亞臨界流體萃取技術(shù)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(jīng)有了規(guī)模應(yīng)用[11-13]。

目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于崖柏?fù)]發(fā)油提取及成分分析的研究鮮見報(bào)道。本論文采用亞臨界流體萃取技術(shù)提取崖柏?fù)]發(fā)油,并對(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化,通過GC-MS對(duì)所得揮發(fā)油進(jìn)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(jīng)中國(guó)科學(xué)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(fā)中心天然香料實(shí)驗(yàn)室。

Agilent 6890氣相色譜儀、Agilent 6890N/5975B氣質(zhì)聯(lián)用(GC/MS)儀 美國(guó)Agilent公司;TGL-20M高速臺(tái)式冷凍離心機(jī) 長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;CBE-5L型亞臨界流體萃取實(shí)驗(yàn)室成套裝置 河南省亞臨界生物技術(shù)有限公司。

1.2 崖柏?fù)]發(fā)油的制備

影響亞臨界流體萃取崖柏?fù)]發(fā)油的主要因素包括萃取溫度、萃取時(shí)間、萃取次數(shù)等。為了找到亞臨界流體萃取揮發(fā)油的最佳工藝條件,本實(shí)驗(yàn)采用單因素變量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,以萃取溫度、萃取時(shí)間、萃取次數(shù)為實(shí)驗(yàn)因素。

1.2.1 萃取溫度 萃取溫度為實(shí)驗(yàn)變量因素,設(shè)定萃取時(shí)間30 min,萃取次數(shù)3次,萃取溫度梯度15、20、25、30、35、40、45、50 ℃。

1.2.2 萃取時(shí)間 萃取時(shí)間為實(shí)驗(yàn)變量因素,設(shè)定萃取溫度40 ℃,萃取次數(shù)3次,萃取時(shí)間梯度15、20、25、30、35、40、45、50 min。

1.2.3 萃取次數(shù) 萃取次數(shù)為實(shí)驗(yàn)變量因數(shù),設(shè)定萃取溫度40 ℃,萃取時(shí)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(shè)備的萃取斧中,采用二甲醚作為萃取溶劑,在設(shè)置的單因素變量萃取條件下進(jìn)行萃取,萃取混合物在分離斧,通過減壓蒸發(fā)得到崖柏葉油。精確稱取揮發(fā)油質(zhì)量,計(jì)算崖柏?fù)]發(fā)油萃取率。

崖柏?fù)]發(fā)油萃取率(%)=揮發(fā)油質(zhì)量/崖柏木質(zhì)量×100

1.3 揮發(fā)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(jìn)樣口溫度:250 ℃;載氣為氦氣(質(zhì)量分量);載氣流量:恒定1.0 mL/min;分流比:40∶1,進(jìn)樣量:0.6 μL;采用面積歸一法定量。

2 結(jié)果與分析

2.1 萃取溫度對(duì)崖柏?fù)]發(fā)油出油率的影響

由圖1可知,當(dāng)萃取溫度由15 ℃上升時(shí),崖柏?fù)]發(fā)油的萃取率明顯提高,由15 ℃到40 ℃崖柏?fù)]發(fā)油萃取率由4.21%上升到6.25%,萃取率提高了2.04%。當(dāng)溫度升高到40 ℃后,萃取率升高速率明顯降低,40 ℃上升到50 ℃時(shí),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(duì)崖柏?fù)]發(fā)油的萃取率增加不大,且溫度過高,會(huì)影響揮發(fā)油的品質(zhì),并增加萃取成本,故綜合考慮,亞臨界流體萃取崖柏?fù)]發(fā)油的溫度設(shè)置40 ℃。

圖1 萃取溫度對(duì)崖柏?fù)]發(fā)油出油率的影響Fig.1 Extraction rate of essential oil with different temperature

2.2 萃取時(shí)間對(duì)崖柏?fù)]發(fā)油出油率的影響

由圖2可知,當(dāng)萃取時(shí)間由15 min延長(zhǎng)時(shí),崖柏?fù)]發(fā)油的萃取率有較明顯提高,萃取時(shí)間由15 min延長(zhǎng)到30 min時(shí),崖柏?fù)]發(fā)油的萃取率由5.14%上升到6.27%,萃取率提升了1.13%。當(dāng)萃取時(shí)間30 min后萃取率提高不明顯,萃取時(shí)間由30 min延長(zhǎng)到50 min時(shí),萃取由6.27%上升到6.46%,萃取率僅提升了0.19%。延長(zhǎng)萃取時(shí)間會(huì)增加萃取成本,萃取時(shí)間由30 min延長(zhǎng)到50 min,萃取時(shí)間增加了2/5,萃取率提升卻不明顯,故亞臨界萃取崖柏?fù)]發(fā)油的萃取時(shí)間設(shè)定為30 min。

圖2 萃取時(shí)間對(duì)崖柏?fù)]發(fā)油出油率的影響Fig.2 Extraction rate of essential oil with different time

2.3 萃取次數(shù)對(duì)崖柏?fù)]發(fā)油出油率的影響

由圖3可知,萃取次數(shù)從1次增加到3次時(shí),崖柏?fù)]發(fā)油的萃取率隨萃取次數(shù)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(dāng)萃取次數(shù)超過3次時(shí),萃取次數(shù)增加對(duì)萃取率的影響不明顯,萃取次數(shù)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(shù)并非越多越好,萃取3次以后,崖柏中的揮發(fā)油已基本被萃取出來,且增加萃取次數(shù)會(huì)大大增加萃取的成本,故萃取崖柏?fù)]發(fā)油時(shí),設(shè)定萃取次數(shù)3次為好。

圖3 萃取次數(shù)對(duì)崖柏?fù)]發(fā)油出油率的影響Fig.3 Extraction rate of essential oil with different times

2.4 揮發(fā)油成分分析

按照1.3節(jié)優(yōu)化的氣相色譜-質(zhì)譜條件對(duì)亞臨界流體萃取的崖柏?fù)]發(fā)油進(jìn)行分析。用GC-MS聯(lián)用儀自帶的NIST2008譜庫自動(dòng)檢索獲得初步鑒定結(jié)果,再結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行人工譜圖解析,以確認(rèn)揮發(fā)油中各化學(xué)成分及其相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(表1)。

GC-MS分析,從崖柏?fù)]發(fā)油中鑒定了27個(gè)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(gè)化合物為羅漢柏烯和α-柏木腦,分別占整個(gè)揮發(fā)油的34.742%,20.907%。其他含量相對(duì)較高的化合物包括α-柏木烯、γ-慕羅烯、β-雪松烯、花側(cè)柏烯、β-桉葉油醇、紅沒藥醇,分別占揮發(fā)油的2.251%、1.055%、3.292%、3.411%、1.999%、0.504%。

3 結(jié)論

用亞臨界流體萃取技術(shù)對(duì)崖柏?fù)]發(fā)油進(jìn)行了萃取,并對(duì)萃取條件進(jìn)行了優(yōu)化:以二甲醚為萃取劑,萃取溫度40 ℃,萃取時(shí)間30 min,萃取次數(shù)3次,揮發(fā)油的得率最高為6.3%。亞臨界流體萃取技術(shù)是一種綠色環(huán)保的技術(shù),具有快速、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。以二甲醚作為萃取劑,采用亞臨界流體萃取技術(shù)萃取崖柏?fù)]發(fā)油,低溫、低壓等溫和的萃取條件能夠較好的保證揮發(fā)油的品質(zhì),萃取得到的崖柏?fù)]發(fā)油的香味成分不受破壞,產(chǎn)品與溶劑分離容易。

通過GC-MS對(duì)所得揮發(fā)油進(jìn)行成分分析,發(fā)現(xiàn)單萜烯和倍半萜烯為揮發(fā)油的主要成分,其中,含量最高的兩個(gè)化合物分別為羅漢柏烯和α-柏木腦,分別占整個(gè)揮發(fā)油的34.742%,20.907%。崖柏?fù)]發(fā)油的主要成分與側(cè)柏?fù)]發(fā)油相同,均為羅漢柏烯和α-柏木腦,但是含量差別很大,在側(cè)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(yuǎn)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(yè)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(chǎn)品中,也可用作消毒劑和衛(wèi)生用品的增香劑。由此可見,崖柏?fù)]發(fā)油具有潛在的開發(fā)利用價(jià)值。

表1 已鑒定的崖柏?fù)]發(fā)油的化學(xué)成分及相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

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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(lǐng)域、香料工程與化學(xué)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