艷山姜果實(shí)揮發(fā)油的提取工藝優(yōu)化及其化學(xué)成分分析

張 旭 何明輝 鄭偉耀 崔 旭 龍慶德﹡

1.貴州醫(yī)科大學(xué)天然藥物資源優(yōu)效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州醫(yī)科大學(xué)藥用植物學(xué)與生藥學(xué)教研室，貴州 貴陽(yáng) 550025

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艷山姜果實(shí)揮發(fā)油的提取工藝優(yōu)化及其化學(xué)成分分析

張 旭1，2何明輝*鄭偉耀1，2崔 旭*龍慶德1，2﹡

1.貴州醫(yī)科大學(xué)天然藥物資源優(yōu)效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州醫(yī)科大學(xué)藥用植物學(xué)與生藥學(xué)教研室，貴州 貴陽(yáng) 550025

目的：確定水蒸氣蒸餾法提取艷山姜果實(shí)揮發(fā)油的最佳工藝并研究其化學(xué)成分。方法：采用水蒸氣蒸餾法提取艷山姜果實(shí)揮發(fā)油，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交實(shí)驗(yàn)考察提取藥液比、浸泡時(shí)間、蒸餾時(shí)間、藥材粉碎度對(duì)提取工藝的影響；利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析艷山姜果實(shí)揮發(fā)油的成分，通過(guò)峰面積歸一法測(cè)定各成分的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。結(jié)果：以得油率為指標(biāo)，最佳提取工藝為加10倍水；浸泡0.5h，過(guò)24目篩，蒸餾提取5h，揮發(fā)油的得率為。共分離出29個(gè)化合物，其中相對(duì)含量較高的組分有α-松油烯(24.894%)、1,8-萜二烯(15.527%)、α-蒎烯(6.982%)。結(jié)論：優(yōu)選的艷山姜果實(shí)揮發(fā)油提取工藝穩(wěn)定合理，揮發(fā)油的提取效果最佳，通過(guò)GC-MS測(cè)得艷山姜果實(shí)揮發(fā)油的化學(xué)成分為α-松油烯(24.894%)、1,8-萜二烯(15.527%)、α-蒎烯(6.982%)等。

艷山姜；揮發(fā)油；提取工藝；水蒸氣蒸餾法；氣相色譜-質(zhì)譜

艷山姜來(lái)源于姜科山姜屬植物艷山姜[Alpiniazerumbet(Pers)Burtt et Smith]干燥成熟果實(shí)，具有溫中燥濕、行氣止痛、截瘧的功效，作為貴州地產(chǎn)民族藥被廣泛用于治療心腹冷痛、胸腹脹滿、消化不良、嘔吐腹瀉等[1]，收錄于《貴州省中藥材、民族藥材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(2003版)[2]。艷山姜富含揮發(fā)油具有抗炎、鎮(zhèn)痛及防治心血管系統(tǒng)疾患等多方面的生物活性[3-4]。但目前艷山姜的深加工提煉技術(shù)尚未見報(bào)道，因此研究艷山姜揮發(fā)油的高效提取技術(shù)十分必要。本實(shí)驗(yàn)采用水蒸氣蒸餾法提取艷山姜揮發(fā)油，利用正交設(shè)計(jì)并方差分析，對(duì)艷山姜揮發(fā)油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化；并用氣相色譜-質(zhì)譜法對(duì)揮發(fā)油的主要成分進(jìn)行鑒定，為艷山姜的進(jìn)一步開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 儀器與材料

1.1 材料 藥材產(chǎn)自貴州省貞豐縣連環(huán)鄉(xiāng)，經(jīng)貴州醫(yī)科大學(xué)生藥學(xué)教研室龍慶德副教授鑒定為姜科山姜屬植物艷山姜[Alpiniazerumbet(Pers)BurttetSmith]的果實(shí)。1.2 儀器 安捷倫氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用儀(GC:7890A.MS:5975C VL MSD，美國(guó)安捷倫公司)；電子天平HZT-A500(汕頭市粵威實(shí)業(yè)有限公司)；植物粉碎機(jī)FW135(河北黃驊縣)；調(diào)溫電熱套KDM型(武漢精華)；揮發(fā)油測(cè)定裝置及冷凝回流裝置(天長(zhǎng)市長(zhǎng)城玻璃儀器制造廠)。

2 方法

2.1 艷山姜揮發(fā)油提取工藝的優(yōu)化 參照2010年版《中華人民共和國(guó)藥典》一部附錄 XD用水蒸氣蒸餾法提取艷山姜中的揮發(fā)油，參照有關(guān)資料[5-7]和預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以揮發(fā)油得率為考察指標(biāo)，選取提取藥液比(A)、浸泡時(shí)間(B)、提取時(shí)間(C)、藥材粉碎度(D)作為考察因素，根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)因素與水平。詳見表1。

表1 因素水平表

2.2 氣相色譜-質(zhì)譜條件 色譜條件：色譜柱為HP-5MS (5%Phenyl Methyl Siloxane，30m×0.25mm×0.25μm)彈性石英毛細(xì)管柱；采用程序升溫：柱溫為45℃(保留2min)，以5℃/min升溫至300℃，保持2 min；汽化室溫度250℃；載氣為高純He(99·999% )；載氣流量1.0mL/min；柱前壓52.5kPa；進(jìn)樣量1μL；分流比為20∶1。質(zhì)譜條件：EI離子源；離子源溫度：230℃；四極桿溫度：150℃；電子能量：70 eV；發(fā)射電流：34.6μA；倍增器電壓：1.015 kV；接口溫度：280℃；溶劑延遲3 min；質(zhì)量范圍30～550 amu。

2.3 揮發(fā)油提取率的計(jì)算 公式為：y=v/m,式中y為揮發(fā)油得率(mL·g-1)；v為揮發(fā)油體積(mL)；m為樣品質(zhì)量(g)。

3 結(jié)果與討論

3.1 單因素實(shí)驗(yàn)

3.1.1 藥液比因素 根據(jù)蒸餾的步驟，精密稱取，提取時(shí)間為5 h、粉碎粒度24目、浸泡時(shí)間0 h，分別設(shè)置藥液比為1∶8、1∶10、1∶12的條件提取艷山姜揮發(fā)油。結(jié)果見表2。

表2 不同藥液比的揮發(fā)油得率

由表2可知，藥液比為1∶8～1∶10之間時(shí)，揮發(fā)油的提取率隨加水量的增加而增高。當(dāng)加水量增加超過(guò)10倍后，揮發(fā)油的提取率下降，表明加水量為10倍時(shí)是最佳提取藥液比。

3.1.2 浸泡時(shí)間因素 精密稱取，在料液比1∶10、提取時(shí)間5h，粉碎粒度24目的條件下，分別浸泡00.5、1h提取揮發(fā)油。結(jié)果見表3。

表3 不同浸泡時(shí)間的揮發(fā)油得率

由表3可知，在浸泡時(shí)間為0～1h之間，揮發(fā)油的提取率歲浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而增高。當(dāng)浸泡時(shí)間超過(guò)0.5h后，揮發(fā)油的提取率下降。表明浸泡時(shí)間在1h是最佳浸泡時(shí)間。

3.1.3 提取時(shí)間因素 精密稱取，在料液比1∶10、粉碎粒度24目、浸泡時(shí)間0h的條件下，分別提取4、5、6h。結(jié)果見表4。

表4 不同提取時(shí)間的揮發(fā)油得率

由表4可知，提取時(shí)間為4～5h之間時(shí)，揮發(fā)油的提取率隨提取時(shí)間的增加而增高。當(dāng)提取時(shí)間超過(guò)5h后，揮發(fā)油的提取不再增加，表明提取時(shí)間為5h時(shí)是最佳提時(shí)間。

3.1.4 粉碎度因素 精密稱取，粉碎后，過(guò)篩，分別制成10目、20目、24目等不同目數(shù)的藥粉，在料液比1∶10、提取時(shí)間5h、浸泡時(shí)間0h的條件下提取揮發(fā)油。結(jié)果見表5。

表5 不同粉碎度的揮發(fā)油得率

由表5可知，當(dāng)粉碎度在過(guò)24目篩時(shí)是得率最高的粉碎度，但是和20目相比差異不明顯。

3.2 正交試驗(yàn)優(yōu)化 艷山姜揮發(fā)油提取工藝根據(jù)單因素試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果，通過(guò)四因素三水平正交試驗(yàn)確定艷山姜揮發(fā)油提取的最佳工藝。由3因素4水平L9(34)正交設(shè)計(jì)，料液比為A浸泡時(shí)間B設(shè)提取時(shí)間C粉碎粒度D,以揮發(fā)油的得率作為考察指標(biāo)，用計(jì)算機(jī)軟件(正交設(shè)計(jì)助手II V3.1專業(yè)版)計(jì)算。結(jié)果見表6。

表6 L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果L9(34)

表7 方差分析結(jié)果

綜合上述結(jié)果，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)分析，正交實(shí)驗(yàn)確定最佳提取工藝條件為：浸泡時(shí)間為0.5h、粉碎度為40目、料液比為1∶8、提取6h，在此條件下其揮發(fā)油平均得率為1.33%，該提取方法操作簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性好，成本低，揮發(fā)油的提取效果最佳，可為艷山姜揮發(fā)油的工業(yè)化應(yīng)用提供參考。

3.3 艷山姜揮發(fā)油的GC-MS分析 稱取艷山姜干燥成熟果實(shí)100g，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎，過(guò)24目篩，置1000mL的圓底燒瓶中，加10倍量蒸餾水，浸泡半小時(shí)，連續(xù)蒸餾5h，得具有較濃烈芳香氣味的淡黃色油狀物，將實(shí)驗(yàn)中得到的揮發(fā)油進(jìn)行GC-MS分析，分析結(jié)果見圖1。對(duì)總離子流圖中的各峰經(jīng)質(zhì)譜計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)檢索及核對(duì)Nist2005和Wiley275標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖，確定了29種揮發(fā)性化學(xué)成分，經(jīng)峰面積歸一法得各揮發(fā)性組分的相對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。結(jié)果見表8。

表8 艷山姜揮發(fā)油化學(xué)成分及相對(duì)含量

續(xù)表8

表8 艷山姜揮發(fā)油化學(xué)成分及相對(duì)含量

由表8可見，α-松油烯，1,8-萜二烯，α-蒎烯，乙稀，樟腦，冰片是艷山姜果實(shí)揮發(fā)油的主要化學(xué)成分，其中α-松油烯含量占24.894%、1,8-萜二烯占15.527%、α-蒎烯占6.982%、乙稀占3.059%、M-異丙基甲苯占2.950%，因此可以考慮以揮發(fā)油的化學(xué)成分作為艷山姜藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的考察對(duì)象，從而為貴州特色民族藥艷山姜資源的有效利用提供參考依據(jù)。

4 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)采用水蒸氣蒸餾法提取艷山姜果實(shí)揮發(fā)油，正交實(shí)驗(yàn)確定最佳提取工藝條件為：浸泡時(shí)間為0.5h、粉碎度為40目、料液比為1∶8、提取6h，在此條件下其揮發(fā)油平均得率為1.33%，該提取方法操作簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性好，成本低，可為艷山姜揮發(fā)油的工業(yè)化應(yīng)用提供參考。通過(guò)GC-MS檢測(cè)方法對(duì)艷山姜揮發(fā)油進(jìn)行分析，艷山姜果實(shí)揮發(fā)油主要成分為有α-松油烯(24.894%)、1,8-萜二烯(15.527%)、α-蒎烯(6.982%)、乙稀(3.059%)、 M-異丙基甲苯(2.950%)等，而α-蒎烯雖然不是含量最高的，但是卻為艷山姜揮發(fā)油中主要抗炎、鎮(zhèn)痛及防治心血管系統(tǒng)疾患等方面的生物活性物質(zhì)，而含量最高的α-松油烯(24.894%)和1,8-萜二烯(15.527%)的效用還有待進(jìn)一步研究。

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Extration and Composition Analysis by Gas Chromato Graphy-Mass Spectrometry of Volatile Oil from Alpinia Zerumbet

ZHANG Xu1，2HE Minghui1ZHENG Weiyao1CUI Xu1，2LONG Qingde1，2＊

1.Key Laboratory of Optimal Utilization for Natural Medicine Resources, Guizhou Medical University, Guiyang 550025, China；2. Department of Pharmacology of Botanny and Pharmacognosy, Guizhou Medical University, Guiyang 550025, China

Objective ZThe extraction technology were optimized and study the chemical components of volatile oil fromAlpiniazerumbetfruit.Methods Water steam distillation was used for the extraction of volatile oil ofAlpiniazerumbetand GC-MS was used for the analysis of its chemical components .using the rate of volatile oil as the index, in order to extract liquid ratio, soaking time, extraction time, grinding degree of material4factors and 3 levels of orthogonal test. Results The fruit ofAlpiniazerumbetextraction of volatile oil in liquid ratio of 1∶10 times of water, soaking 0.5 h, over 24 mesh sieve, extracting 5 hours cooling 0.5 h under conditions that yield the highest. ConclusionAlpiniazerumbetfruit extraction of volatile oil in liquid ratio of 1∶10 times of water, soaking 0.5 h, over 24 mesh sieve, extracting 5 hours cooling 0.5 h under conditions that yield the highest. A total of 29compounds were identified by GC-MS, mainly including 1,3-Cyclohexadiene, 1-methyl-4-(1-methylethyl)(24.894%);Limonen(15.527%); ealpha.-Pinene(6.982%).

Alpinia Zerumbet;Volatile Oil;Extraction Process;Steam Distillation;GC-MS

貴州省中藥現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)化專項(xiàng)(黔科合中藥字[2012]5001-5號(hào))。

張旭(1978-)，女，副教授，研究方向?yàn)橹兴幉囊?guī)范化種植、中藥民族藥的開發(fā)應(yīng)用。E-mail:593393893@qq.com

龍慶德(1963-)，男，副教授，碩士研究生導(dǎo)師,研究方向?yàn)橹兴幏N質(zhì)資源、生產(chǎn)加工、中藥相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)。E-mail:562194365@qq.com.

R284.1

A

1007-8517(2017)08-0014-04

2017-02-21 編輯：梁志慶)