小蓬草精油的提取及 GC-MS分析

刘志明,王海英,刘姗姗,王洪峰

(1.东北林业大学材料科学与工程学院生物质材料科学与技术教育部重点实验室,黑龙江哈尔滨 150040;2.东北林业大学林学院,黑龙江哈尔滨 150040)

植物精油常用作食品赋香和香水等化妆品调香的原料,随着人们生活水平的提高,人们更倾向于选择天然、环境友好型的植物精油加香生活用品[1]。芳香植物小蓬草 [ConyzAcanadensis(L.)Cronq.](syn.Erigeron canadensis L.),菊科 (Compositae)白酒草属一年生草本,全草含精油[2-4]。植物精油中不同香气特征的挥发性化合物组成比例不同,精油香气会有差别。植物精油的挥发性组分主要受产地、精油提取方式等影响,是植物精油产品质量控制中的一项重要指标。水蒸馏 (hydrodistillation)和水蒸气蒸馏 (steam distillation)是比较常用的植物精油传统提取方法,水蒸馏是药典中常用的植物精油提取方法之一,水蒸气蒸馏是香水制造业中常用的植物精油提取方法之一。波兰鲜或干小蓬草个体发育不同阶段的水蒸馏 5 h全草精油 (herb oil)、叶精油(leaf oil)、花精油 (flower oil),法国小蓬草精油,美国、法国 (Alps)、意大利 (Rome)、西班牙 (Seville)、比利时、保加利亚 (Plovdiv)、立陶宛 (Vilnius)和以色列开花期 (flowering stage)的干小蓬草全草精油以及日本开花期的小蓬草全草精油,希腊鲜小蓬草营养,开花和开花结实阶段 (vegetative,flowering and flowering-fruiting stages)水蒸馏 3 h地上部分精油,韩国干小蓬草水蒸气蒸馏地上部分精油第一主成分均为柠檬烯 (limonene),印度本土的小蓬草花精油第一主成分是大牻牛儿烯 (germacrene)D[5-12];伊朗野生开花期小蓬草地上部分水蒸馏 3 h精油第一主成分是顺式 -β-金合欢烯 [(E)-β-farnesene],第三主成分为柠檬烯[13]。

本项研究通过气相色谱 -质谱 (GC-MS)法对水蒸馏和水蒸气蒸馏分别提取的鲜小蓬草精油的挥发性组分进行了比较分析,同时对香水制造业中常用的水蒸气蒸馏分别提取的鲜和干小蓬草精油的挥发性组分进行了比较分析,探讨不同提取方式和样品处理对小蓬草精油挥发性组分的影响,为小蓬草精油的质量控制提供基础数据。

1 实 验

1.1 材料

野生小蓬草(ConyzAcanadensis)地上部分,2009年 6月下旬采自东北林业大学凉水实验林场,并经东北林业大学林学院森林植物资源学植物标本室鉴定。

1.2 方法

1.2.1 小蓬草精油的提取 鲜小蓬草地上部分(剪成 1～2 cm小段)分别水蒸馏和水蒸气蒸馏提取 3 h,室温下自然风干的干小蓬草地上部分 (剪成1～2 cm小段)水蒸气蒸馏提取 3 h,提取液分别用乙醚萃取,加入适量无水 Na2SO4干燥 15 m in,过滤后置于 40℃水浴下蒸干乙醚溶剂,得到 3种小蓬草油状精油。

1.2.2 小蓬草精油的气相色谱 -质谱分析 利用GC-M S 6890N-5973 insert(Agilent,USA)对小蓬草精油进行气 -质联用分析,分析条件如下:DB-17M S毛细管柱,柱长 30 m,内径 0.25 mm,膜厚0.25μm,FID检测器。水蒸馏和水蒸气蒸馏分别提取鲜小蓬草精油 0.04 g/mL甲醇溶液的 GC-MS分析条件:初始温度 40℃,停留 4 m in,升温速率 5℃/m in,110℃停留 5 m in后,以 5℃/m in的升温速率升温到 250℃,保持 5 m in。进样口温度 260℃,进样量 1.0μL,不分流,氦气载气,流速 1 mL/m in;质谱连接口温度:280℃,离子源温度:230℃,轰击电压 70 eV,扫描检测范围:15～260 u。水蒸气蒸馏干小蓬草精油 0.04 g/m L正己烷溶液的 GC-MS分析条件:初始温度 60℃,停留 4 m in,升温速率 5℃/m in的升温速率升温到 250℃,保持 5 m in。进样口温度 260℃,进样量 1.0μL,不分流,氦气载气,流速 1 mL/m in;质谱连接口温度:280℃,离子源温度:230℃,轰击电压 70 eV,扫描检测范围:15～260 u。

2 结果与讨论

小蓬草精油挥发性组分气相色谱 -质谱的总离子流色谱图经计算机质谱库自动检索、解析和部分化合物的人工解析,通过峰面积归一化法计算各化合物的质量分数,水蒸馏和水蒸气蒸馏分别提取鲜小蓬草精油以及水蒸气蒸馏分别提取鲜和干小蓬草精油主要挥发性组分分别列于表1和表2。

从表1中可以看出,水蒸馏提取的鲜小蓬草精油组分 16种化合物被鉴定,且柠檬烯质量分数最高(15.36%),香芹酮 (10.15%)次之。水蒸气蒸馏鲜小蓬草精油第一主成分和第二主成分的质谱相同且机器自动检索匹配度低,此两种物质可能是同分异构体,质谱人工解析可知,m/z 15,27,39,51,63,77表明化合物含有苯基,m/z 89表明苯基上有一个含碳的取代基[14-16]。根据质量差规律[17]判断 m/z 174为分子离子峰,相对分子质量 M=174,结合计算机质谱库自动检索,初步判定为 2,4-二氢 -2-甲基 -5-苯基 -3氢 -吡唑 -3-酮和 2,3-二甲基 -4(3H)-喹唑啉酮,但有待于进一步分离、提纯、鉴定。水蒸气蒸馏提取的鲜小蓬草精油只有 6种化合物被鉴定。水蒸馏和水蒸气蒸馏鲜小蓬草精油的共有成分是反式 -α-佛手柑油烯、顺式 -β-金合欢烯、α-姜黄烯、顺式 -香芹醇、柠檬烯二醇和香芹酮。

表1 水蒸馏和水蒸气蒸馏分别提取鲜小蓬草精油的主要挥发性组分

从表2可以看出,水蒸气蒸馏提取干小蓬草精油挥发性组分 17种化合物被鉴定且柠檬烯质量分数最高 (57.68%),反式 -α -佛手柑油烯(9.44%)次之。水蒸气蒸馏提取的鲜小蓬草精油只有 6种化合物被鉴定。水蒸气蒸馏分别提取鲜和干小蓬草精油的共有成分是反式 -α-佛手柑油烯、顺式 -β-金合欢烯、α-姜黄烯、顺式 -香芹醇和香芹酮。

表2 水蒸气蒸馏分别提取鲜和干小蓬草精油的主要挥发性组分

水蒸馏鲜小蓬草精油主要挥发性组分为萜类化合物及其氧化物 (24.36%),醇类化合物(19.06%)和酮类化合物 (10.43%)。水蒸气蒸馏鲜小蓬草精油主要挥发性组分为萜类化合物(4.07%),醇类化合物 (6.79%)和酮类化合物(2.37%)。水蒸气蒸馏干小蓬草精油主要挥发性组分为萜类化合物及其氧化物 (74.26%),醇类化合物 (1.09%)和酮类化合物 (1.53%)。

水蒸馏鲜小蓬草精油和水蒸气蒸馏干小蓬草精油的第一主成分都是柠檬烯,这与参考文献是一致的[5-11]。水蒸气蒸馏提取室温下自然风干的干小蓬草精油中的香料化合物柠檬烯质量分数最高,柠檬烯有甜、橙、柑橘味,柠檬香味和萜香香韵。香芹酮具有尖刺带焦苦的草药香气且带有辛凉底香。香芹醇有清凉的留兰香、葛缕子的辛香、松林香气和带有柑橘味的药香。金合欢烯有萜香、草香、木香且稍带有花香的青蔬菜香韵。β-蒎烯具有松节油、树脂香气[18]。水蒸气蒸馏是香水制造业常用的传统提取方法之一,水蒸气蒸馏分别提取鲜和干小蓬草精油的 GC-M S分析结果表明干小蓬草精油含有较多的香料化合物组分。在样品处理上,鲜小蓬草原料可以自然风干后水蒸气蒸馏提取,便于原料贮藏,有利于小蓬草精油产业化。

3 结 论

采用水蒸馏和水蒸气蒸馏两种方法分别提取了鲜小蓬草的精油,通过气相色谱 -质谱分析表明水蒸馏提取的鲜小蓬草精油挥发性组分较多,而且柠檬烯质量分数最高 (15.36%),香芹酮 (10.15%)次之。水蒸气蒸馏分别提取的鲜和干小蓬草精油的挥发性组分分析表明:水蒸气蒸馏提取的干小蓬草精油挥发性组分较多,其中柠檬烯质量分数最高(57.68%),反式 -α-佛手柑油烯 (9.44%)次之。水蒸气蒸馏提取干小蓬草的精油主要挥发性组分为萜类化合物及其氧化物 (74.26%),醇类化合物(1.09%)和酮类化合物 (1.53%)。采用水蒸气蒸馏提取技术,干小蓬草更有利于提取较多的精油香料成分 (柠檬烯、金合欢烯、香芹酮、香芹醇、β-蒎烯等),样品处理上可以考虑室温下自然风干,便于贮藏,有利于小蓬草精油产业化。

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