微波法輔助萃取萬壽菊花揮發(fā)油及其化學(xué)成分的氣質(zhì)聯(lián)用分析

張麗媛，申書昌，劉志明，馬 萍，姚 笛

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

微波法輔助萃取萬壽菊花揮發(fā)油及其化學(xué)成分的氣質(zhì)聯(lián)用分析

張麗媛1，申書昌2，劉志明1，馬 萍1，姚 笛1

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

微波輔助萃取萬壽菊殘渣中的揮發(fā)油并分析化學(xué)成分。應(yīng)用單因素試驗和正交試驗，研究液料比、萃取時間、微波萃取溫度對萬壽菊殘渣中揮發(fā)油成分萃取效果的影響。結(jié)果確定最優(yōu)化萃取條件為微波萃取溫度為高溫(700W)、萃取時間60s、液料比6:1(mL/g)、選用溶劑為石油醚，此條件下?lián)]發(fā)油萃取率為1.575%；采用氣相色譜-質(zhì)譜對其化學(xué)成分進(jìn)行分析，鑒定出19種有效成分。

萬壽菊；揮發(fā)油；微波萃??；氣相色譜-質(zhì)譜法

萬壽菊(Tagetes erectaL.)為菊科植物，有香味，可作芳香劑，曾用作抑菌、鎮(zhèn)靜、解痙劑，具有清熱解毒、化痰止咳等作用，我國各地均有栽培用作觀賞。目前國內(nèi)外對萬壽菊花的有效成分及應(yīng)用進(jìn)行研究[1-4]，其中花、葉入藥，有清熱化痰、補血通經(jīng)、祛瘀生新之效[5]，其精油具有抗菌、抑菌、抗憂郁及殺蟲等多種生物活性。萬壽菊全草萃取的精油具有獨特香氣，用于香精、香水的調(diào)制。許多香料廠利用其精油作香料，最近幾年進(jìn)行了大面積引種栽培[6]。

目前萃取揮發(fā)油主要有水蒸氣蒸餾法和超臨界CO2流體萃取法[7-10]。微波輔助萃取法，又稱微波輔助萃取(microwave-assisted extraction，MAE)[11-14]，是指使用適合的溶劑在微波反應(yīng)器中從天然藥用植物、礦物、動物組織中萃取各種化學(xué)成分。微波加熱過程對于被萃取物料的內(nèi)外是同時進(jìn)行的，即為“體加熱”過程，保證了能量的快速傳導(dǎo)與充分利用，縮短了萃取組分分子由物料內(nèi)部擴(kuò)散到萃取溶劑界面的時間，從而使萃取效率提高數(shù)倍，同時還可降低萃取溫度，最大限度地保證萃取目標(biāo)產(chǎn)物的生物活性和質(zhì)量。微波萃取突破了傳統(tǒng)萃取方法的瓶頸，成為最先進(jìn)的萃取技術(shù)之一[15-16]。該方法無溶劑殘留、加熱速度快、揮發(fā)油受熱時間短、香氣損失少，具有綠色、快速和節(jié)能等優(yōu)點。本實驗采用MAE法萃取萬壽菊揮發(fā)油，并應(yīng)用氣相色譜-質(zhì)譜法(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)對萃取的揮發(fā)油進(jìn)行定性定量分析，為實際應(yīng)用進(jìn)一步提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑、儀器

萬壽菊花(市購)：萃取葉黃素剩余的殘渣晾干，粉碎機(jī)粉碎，過篩，制成粉末。

石油醚(沸程60～90℃)、無水乙醇、無水硫酸鈉(均為分析純) 天津市大茂化學(xué)試劑廠。

TRACE MASS 2000氣相色譜-質(zhì)譜儀(EI電離源) 美國Finnigan公司；FW177型高速萬能粉碎機(jī) 北京市永光明醫(yī)療儀器廠；MM-2270MG型微波爐 青島海爾微波制品有限公司；電子天平 上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；高速離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠。

1.2 萃取方法

1.2.1 微波法輔助萃取萬壽菊揮發(fā)油工藝流程及操作要點

工藝流程：萬壽菊殘渣粉末(萃取葉黃素剩余)→有機(jī)溶劑溶解→微波萃取→抽濾→離心分離→取樣→加入無水硫酸鈉干燥24h→抽濾→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)→加入無水乙醇→－15℃冷凍36h→離心→取樣測定萃取率。

操作要點：稱取萬壽菊粉末2g，噴入約1mL蒸餾水，潤濕，放入萃取燒瓶中，加入12mL石油醚，60r/min攪拌混勻，用微波高火(輸出功率700W)輻射30s，間隔1min后再輻射30s[17]，過濾，重復(fù)萃取1次，合并濾液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行真空濃縮，得揮發(fā)油粗產(chǎn)品，用10mL石油醚溶解，4000r/min離心10min，分離去除絮狀雜質(zhì)后，過濾，濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行真空濃縮，加入無水乙醇在－15℃冷凍36h，4000r/min離心10min，即得揮發(fā)油，稱量，計算萃取率。

式中：m為揮發(fā)油質(zhì)量；M為原料質(zhì)量。

1.2.2 萃取條件的單因素試驗

參照1.2.1節(jié)操作，微波高火輻射60s條件下，料液比分別設(shè)定為2:1、4:1、6:1、8:1、10:1(mL/g)，計算萃取率，確定最佳料液比；參照1.2.1節(jié)操作，在料液比6:1條件下，微波高火分別萃取10、30、60、90、120s，計算萃取率，確定最佳萃取時間。

1.2.3 萃取條件確定的正交試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果進(jìn)行正交試驗設(shè)計，以揮發(fā)油萃取率為指標(biāo)，選擇液料比、萃取時間和萃取溫度(以微波爐檔位進(jìn)行考察)3個影響因素按四因素三水平進(jìn)行L9(34)正交試驗設(shè)計見表1，計算萃取率，并對結(jié)果進(jìn)行分析，確定最佳萃取工藝條件。

表1 萃取條件確定正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing volatile oil extraction from Tagetes erecta L flowers

1.2.4 驗證實驗

在正交試驗確定的最佳萃取條件下按照1.2.1節(jié)進(jìn)行操作，進(jìn)行驗證實驗。

1.3 GC-MS聯(lián)用分析條件

色譜條件：色譜柱為OV-1701彈性石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm，0.25μm)；升溫程序為60℃保持1min，以6℃/min升至250℃，保持5min；進(jìn)樣口溫度250℃；載氣為氦氣，純度99.99%；載氣流速1.0mL/min；進(jìn)樣量1μL；分流比10:1。

質(zhì)譜條件：電子轟擊(electron impact，EI)離子源；電子能量70eV；傳輸線溫度270℃；離子源溫度240℃；發(fā)射電流150μA；掃描范圍m/z80～500。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波萃取萬壽菊揮發(fā)油結(jié)果

2.1.1 單因素試驗

圖1 液料比(A)和萃取時間(B)對萬壽菊揮發(fā)油萃取率的影響Fig.1 One-factor-at-a-time effect of material-to-liquid ratio (A) and extraction time (B) on oil yield

由圖1A可知，當(dāng)固定萃取時間、萃取溫度條件下，液料比達(dá)到6:1時萃取率最大，所以選擇4:1、6:1、8:1進(jìn)行正交試驗；圖1B顯示，時間為60s時萃取率最大，90s時反而降低，可能是因為輻射時間過長會造成試液沸騰損失了一定的揮發(fā)油，而且時間達(dá)到120s時溶劑出現(xiàn)回流現(xiàn)象，影響溶劑的回收，所以選擇30、60、90s進(jìn)行正交試驗；萃取溫度選擇低、中、高溫進(jìn)行正交試驗。

2.1.2 正交試驗

表 2 萬壽菊揮發(fā)油萃取條件確定正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Orthogonal array design for optimizing volatile oil extraction from Tagetes erecta L flowers and corresponding experimental results

由表2R值可知，影響微波法萃取萬壽菊殘渣中精油成分含量的因素排序為微波萃取溫度＞液料比＞萃取時間。最佳測定條件為A2B2C3，即微波萃取溫度為高溫、液料比為6:1，萃取時間為60s。

2.1.3 驗證實驗

根據(jù)正交試驗結(jié)果進(jìn)行驗證實驗，選取液料比6:1(mL/g)、萃取時間60s、微波萃取溫度為高溫、石油醚為萃取溶劑，按照1.2.1節(jié)進(jìn)行操作，注意微波處理時先輻射30s，間隔1min后再輻射30s，結(jié)果揮發(fā)油萃取率為1.575%。

2.2 GC-MS分析

圖2 萬壽菊揮發(fā)油總離子圖Fig.2 Total ion chromatogram of volatile oil from Tagetes erecta L. flowers

圖2結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫檢索，得到結(jié)果見表3?？梢?，萬壽菊揮發(fā)油含有30多種化學(xué)成分，共鑒定出19種成分，其中包括醇類、烴類、烯酮類、酸類、吩類等，含氧化合物的含量比較高，主要包括呋喃甲醛、丁香酸、庚醛、胡椒酮、姚金娘醇、三聯(lián)噻吩，這些成分的存在是萬壽菊具有特殊氣味及抑菌的主要原因。

表3 萬壽菊揮發(fā)油GC-MS分析結(jié)果Table 3 GC-MS analysis results of volatile oil from Tagetes erecta L. flowers

3 結(jié) 論

萬壽菊中含有豐富的精油類化合物，采用微波法萃取方便簡單，易于分離。微波萃取的最佳工藝條件為微波溫度高溫、萃取時間60s、液料比6:1(mL/g)。在最佳萃取條件下測得萬壽菊殘渣中精油萃取率為1.575%。采用GC-MS對所萃取精油進(jìn)行分析，得到質(zhì)譜圖，確定所得精油中30多種成分由標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜庫計算機(jī)檢索和標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖相比較鑒定．所得結(jié)果中有19種成分已檢定。

[1] 王新國, 徐漢虹, 趙善歡. 殺蟲植物萬壽菊的研究進(jìn)展[J]. 西安聯(lián)合大報, 2002, 5(2): 5-10.

[2] HETHELYIE, TETENYL P, KAPOSI P, et al. GC-MS Investigation of antimicrobial and repellent compounds[J]. Herba Hung, 1988, 27(2/3):89-105.

[3] Ei-TANTAWYME, HAMAUDAMSM, AZZAMAS. Chemical composition and biological activity of the essential oil ofTagetes erectaL.cultivated in Egypt[J]. Bull Fac Pham, 1994, 32(1): 113-118.

[4] 凌關(guān)庭. 可供開發(fā)新型食品添加劑(Ⅲ): 萬壽菊色素及其生理功能[J].糧食與油脂, 2002(12): 44-46.

[5] 周希澄. 常用生物科技字典[M]. 鄭州: 河南科技出版社, 1989: 390.

[6] 楊念云, 段金廒, 錢士輝, 等. 萬壽菊花的化學(xué)成分的研究[J]. 沈陽藥科大學(xué)學(xué)報, 2003, 20(4): 25-26.

[7] 劉娜, 余德順, 戴明權(quán), 等. 蓬莪術(shù)揮發(fā)油萃取技術(shù)的研究及其化學(xué)成分分析[J]. 西南師范大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2002, 27(3): 430-432.

[8] 王道平, 張雪琴, 周欣, 等. 正交試驗研究莪術(shù)揮發(fā)油的萃取工藝[J].中成藥, 2005, 27(9): l085-l086.

[9] 銀建中, 劉潤杰, 魏煒, 等. 沙棘籽油在超臨界CO2中溶解度的測定和關(guān)聯(lián)[J]. 高?；瘜W(xué)工程學(xué)報, 2006, 20(1): 126-129.

[10] 王金宇, 李淑芬, 關(guān)文強, 等. 丁香油的超臨界CO2萃取及其微膠囊的制備[J]. 高?；瘜W(xué)工程學(xué)報, 2007, 2l(1): 37-42.

[11] GOMEZ N E, WITTE L. A Simple method to extract essential oils from tissue samples by using microwave radiation[J]. Journal of Chemical Ecology, 2001, 27(11): 235l-2359.

[12] 馮自立. 微波萃取新技術(shù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 醫(yī)學(xué)信息,2006, 19(10): 1889-l892.

[13] 舒靜, 王鵬, 張科, 等. 聚D,L-丙交酯的常壓微波輻射合成[J]. 高?；瘜W(xué)工程學(xué)報, 2005, 19(4): 498-502.

[14] 祁秀秀, 路建美, 張正彪, 等. 聚砜酰胺酸和聚砜酰亞胺的微波輻射合成[J]. 高?；瘜W(xué)工程學(xué)報, 2003, l7(2): l5l-l56.

[15] 王艷, 張鐵軍. 微波萃取技術(shù)在中藥有效成分萃取中的應(yīng)用[J]. 中草藥, 2005, 36(3): 470-473.

[16] 張英, 俞卓裕, 吳曉琴. 中草藥和天然植物有效成分萃取新技術(shù): 微波協(xié)助萃取[J]. 中國中藥雜志, 2004, 29(2): 104-108.

[17] 鄧湘慶, 龔盛昭. 微波輔助萃取當(dāng)歸精油條件優(yōu)化[J]. 食品與機(jī)械,2007, 23(5): 70-73.

Microwave-assisted Extraction and GC-MS Analysis of Volatile Oil fromTagetes erectaL. Flowers

ZHANG Li-yuan1，SHEN Shu-chang2，LIU Zhi-ming1，MA Ping1，YAO Di1
(1. College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China；
2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161000, China)

The microwave-assisted extraction of volatile oil from the residue left over after lutein extractionTagetes erectaL.was optimized by one-factor-at-a-time and orthogonal array design methods. Oil yield was investigated with respect to solventto-material ratio, extraction time and microwave power (low, medium and high fire). The optimal extraction conditions were petroleum ether as the extraction solvent at a solvent-to-material ratio of 6:1 for 60 s extraction under the assistance of high-fire microwave power. Under the optimal extraction conditions, an oil yield of 1.575% was achieved. The chemical composition of the volatile oil was analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MC) and 19 compounds were identified.

Tagetes erectaL.；volatile oil；microwave extraction；gas chromatography-mass spectrometry

O657.63

A

1002-6630(2011)16-0326-04

2010-11-04

張麗媛(1981—)，女，講師，碩士，主要從事儀器分析研究。E-mail：zly1981_2005@163.com