張麗媛，申書(shū)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(wàn)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(shū)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(wàn)壽菊殘?jiān)械膿]發(fā)油并分析化學(xué)成分。應(yīng)用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，研究液料比、萃取時(shí)間、微波萃取溫度對(duì)萬(wàn)壽菊殘?jiān)袚]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(shí)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(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行分析，鑒定出19種有效成分。

萬(wàn)壽菊；揮發(fā)油；微波萃??；氣相色譜-質(zhì)譜法

萬(wàn)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(guó)各地均有栽培用作觀(guān)賞。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)萬(wàn)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(bǔ)血通經(jīng)、祛瘀生新之效[5]，其精油具有抗菌、抑菌、抗憂(yōu)郁及殺蟲(chóng)等多種生物活性。萬(wàn)壽菊全草萃取的精油具有獨(dú)特香氣，用于香精、香水的調(diào)制。許多香料廠(chǎng)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(chēng)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(dòng)物組織中萃取各種化學(xué)成分。微波加熱過(guò)程對(duì)于被萃取物料的內(nèi)外是同時(shí)進(jìn)行的，即為“體加熱”過(guò)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(shí)間，從而使萃取效率提高數(shù)倍，同時(shí)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(wú)溶劑殘留、加熱速度快、揮發(fā)油受熱時(shí)間短、香氣損失少，具有綠色、快速和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用MAE法萃取萬(wàn)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(duì)萃取的揮發(fā)油進(jìn)行定性定量分析，為實(shí)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(wàn)壽菊花(市購(gòu))：萃取葉黃素剩余的殘?jiān)栏桑鬯闄C(jī)粉碎，過(guò)篩，制成粉末。

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

TRACE MASS 2000氣相色譜-質(zhì)譜儀(EI電離源) 美國(guó)Finnigan公司；FW177型高速萬(wàn)能粉碎機(jī) 北京市永光明醫(yī)療儀器廠(chǎng)；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(chǎng)；RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠(chǎng)。

1.2 萃取方法

1.2.1 微波法輔助萃取萬(wàn)壽菊揮發(fā)油工藝流程及操作要點(diǎn)

工藝流程：萬(wàn)壽菊殘?jiān)勰?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(wú)水硫酸鈉干燥24h→抽濾→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)→加入無(wú)水乙醇→－15℃冷凍36h→離心→取樣測(cè)定萃取率。

操作要點(diǎn)：稱(chēng)取萬(wàn)壽菊粉末2g，噴入約1mL蒸餾水，潤(rùn)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(guò)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(guò)濾，濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行真空濃縮，加入無(wú)水乙醇在－15℃冷凍36h，4000r/min離心10min，即得揮發(fā)油，稱(chēng)量，計(jì)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(yàn)

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(jì)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(jì)算萃取率，確定最佳萃取時(shí)間。

1.2.3 萃取條件確定的正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以揮發(fā)油萃取率為指標(biāo)，選擇液料比、萃取時(shí)間和萃取溫度(以微波爐檔位進(jìn)行考察)3個(gè)影響因素按四因素三水平進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1，計(jì)算萃取率，并對(duì)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(yàn)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)

在正交試驗(yàn)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

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?yàn)?0℃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(xiàn)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(wàn)壽菊揮發(fā)油結(jié)果

2.1.1 單因素試驗(yàn)

圖1 液料比(A)和萃取時(shí)間(B)對(duì)萬(wàn)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(shí)間、萃取溫度條件下，液料比達(dá)到6:1時(shí)萃取率最大，所以選擇4:1、6:1、8:1進(jìn)行正交試驗(yàn)；圖1B顯示，時(shí)間為60s時(shí)萃取率最大，90s時(shí)反而降低，可能是因?yàn)檩椛鋾r(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成試液沸騰損失了一定的揮發(fā)油，而且時(shí)間達(dá)到120s時(shí)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(yàn)；萃取溫度選擇低、中、高溫進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.2 正交試驗(yàn)

表 2 萬(wàn)壽菊揮發(fā)油萃取條件確定正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(wàn)壽菊殘?jiān)芯统煞趾康囊蛩嘏判驗(yàn)槲⒉ㄝ腿囟龋疽毫媳龋据腿r(shí)間。最佳測(cè)定條件為A2B2C3，即微波萃取溫度為高溫、液料比為6:1，萃取時(shí)間為60s。

2.1.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，選取液料比6:1(mL/g)、萃取時(shí)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(shí)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(wàn)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(kù)檢索，得到結(jié)果見(jiàn)表3?？梢?jiàn)，萬(wàn)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(lèi)、烴類(lèi)、烯酮類(lèi)、酸類(lèi)、吩類(lèi)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(wàn)壽菊具有特殊氣味及抑菌的主要原因。

表3 萬(wàn)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(wàn)壽菊中含有豐富的精油類(lèi)化合物，采用微波法萃取方便簡(jiǎn)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(shí)間60s、液料比6:1(mL/g)。在最佳萃取條件下測(cè)得萬(wàn)壽菊殘?jiān)芯洼腿÷蕿?.575%。采用GC-MS對(duì)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(kù)計(jì)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。

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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