同时蒸馏萃取-气质联用分析艾草挥发性成分

刘永国，张晓梅，艾娜丝，孙宝国，任 清，*

（1.北京工商大学食品学院，食品风味化学北京市重点实验室，食品添加剂与配料北京高校工程研究中心，北京100048；2.天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

艾草（Artemisia argyi），又名艾蒿、香艾，为菊科蒿属多年生野生草本植物[1-2]。在菊科蒿属类植物中，有许多种类具有重要的药用价值。比如，菌陈（Artemisia capillaris herba）具有一定的抗炎、利尿作用，墨西哥蒿（Artemisia mexicana）有利于刺激食欲、促进消化[3]。艾草，作为其中的一员，同样具有很多良好的药用和保健作用。它分布广泛、价格低廉、是我国一种常见的传统中草药的原料来源，有散寒止痛、温经止血的功效，对疟疾、肝炎、癌症、过敏和炎症等症状都有良好的治疗效果，并且能够抑制由真菌、细菌和病毒等引起的传染疾病的发生和传播[4-6]。目前已知艾草的挥发油含有广谱杀菌的有效成分，比如桉油精、樟脑等，是一种新型的空气杀菌的药剂[2-3]。有文献报道，艾草还含有黄酮类、萜烯类等成分[6-7]，具有一定的抗氧化作用。另外，艾草由于其特有的风味，对于改善食品的感官品质具有独到的作用[8-10]。同时蒸馏萃取于1964年由Likens和Nickerson发明，将水蒸气蒸馏和溶剂萃取合二为一，使样品的挥发蒸汽与溶剂充分融合，反复萃取，浓缩后得到挥发性物质含量相对较高的混合液。与单纯溶剂萃取、固相微萃取、溶剂辅助蒸发相比，具有萃取完全、溶剂使用量少、操作简单易行的优点，是目前一种常用的挥发性成分提取方法[11]。本实验采用乙醚和二氯甲烷作为萃取溶剂，通过同时蒸馏萃取的方法提取艾草中的挥发性成分，并选择强极性的DB-WAX色谱柱和弱极性的HP-5色谱柱进行气相色谱-质谱分析，为较全面的获得艾草挥发性成分信息，同时鉴定和改善艾草及其加工产品的风味与香气提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

艾草干品 2011年采自安徽池州；重蒸乙醚和二氯甲烷、无水硫酸钠 均为分析纯，国药集团化学试剂北京有限公司；C7-C30正构烷烃标准品 色谱纯，北京百灵威化学技术有限公司。

气相色谱-质谱联用仪 Agilent 6890N-5973i（色谱柱：DB-WAX毛细管柱，30.0m×250μm×0.25μm），Agilent 7890N-5875i（色谱柱：HP-5毛细管柱，30.0m×250μm×0.25μm） 美国安捷伦科技有限公司；同时蒸馏萃取装置 北京肯堡博美实验器皿有限公司；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器 河南省予华仪器有限公司；N-Evap系列氮吹仪 美国Organomation公司。

1.2 实验方法

1.2.1 同时蒸馏萃取方法 取干品艾草20g，将其剪碎成1～2cm长的短段状，然后置于500mL圆底烧瓶中，加入250mL去离子水，待干品艾草完全被浸润后，将圆底烧瓶置于同时蒸馏萃取装置（见图1）的重相侧，油浴加热，温度控制在（120±2）℃，磁力搅拌；取无水乙醚60mL置于100mL圆底烧瓶中，水浴加热，温度控制在（45±1）℃。连续蒸馏萃取3h。萃取结束，将萃取液用无水硫酸钠干燥过夜，过滤后，滤液在45℃水浴用Vigreux柱浓缩至约5mL，再用氮吹仪进一步浓缩至约1mL。

图1 同时蒸馏萃取装置Fig.1 The apparatus of simultaneous distillation extraction

使用二氯甲烷作为萃取溶剂时，方法同上，但要将装有干品艾草的水相置于同时蒸馏萃取装置的轻相侧，二氯甲烷置于重相侧，并且二氯甲烷的水浴加热温度要控制在（52±1）℃。

将乙醚、二氯甲烷的萃取液分别装入小瓶，密封置于冰箱中冷藏保存，待进样分析。

1.2.2 GC-MS分析条件 色谱柱：DB-WAX毛细管柱、HP-5毛细管柱，均为30.0m×250μm×0.25μm。进样量1μL，分流进样，分流比20∶1，进样口温度：250℃，初温35℃，保留1min，以3℃/min的速度升至240℃，保持3min。溶剂延迟：2.5min。载气：高纯He（99.999%），流速1.0mL/min。离子源温度230℃，四级杆温度150℃，MS电离方式EI，电子能量70eV，质量扫描范围30～350m/z。

1.2.3 定性定量分析 定性分析：采用Nist 08和Demo谱库检索，结合保留指数和手动解谱等方法共同确定。保留指数计算公式：

式中：RI为保留指数；n和n+1分别为未知物流出前后正构烷烃碳原子数，tn和tn+1分别为相应正构烷烃的保留时间；tr为未知物在气相色谱中的保留时间tn＜tr＜tn+1。

定量分析：采用峰面积归一化法计算检测出组分的相对百分含量。

2 结果与分析

采用乙醚和二氯甲烷作为萃取溶剂，经过同时蒸馏萃取3h并干燥、浓缩后，分别取1μL艾草萃取物浓缩液，采用两种不同极性的色谱柱DB-WAX和HP-5，进行GC-MS分析，所得的质子总离子图如图1所示。通过MSDChem工作站检索Nist 08和Demo谱库检索结构及结合保留指数、手动解谱等方法进行分析，结果如表1、图2～图5所示。

表1 艾草挥发性成分的SDE-GC-MS分析结果Table 1 The volatile compounds of Artemisia argyi by SDE-GC-MS

续表

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图2 艾草挥发性成分的乙醚萃取物在DB-WAX色谱柱上的总离子流图Fig.2 The total ion chromatography of the extracts of the volatile compounds of Artemisia argyi by diethyl ether in DB-WAX column

图3 艾草挥发性成分的乙醚萃取物在HP-5色谱柱上的总离子流图Fig.3 The total ion chromatography of the extracts of the volatile compounds of Artemisia argyi by diethyl ether in HP-5 column

图4 艾草挥发性成分的二氯甲烷萃取物在DB-WAX色谱柱上的总离子流图Fig.4 The total ion chromatography of the extracts of the volatile compounds of Artemisia argyi by methylene chloride in DB-WAX column

图5 艾草挥发性成分的乙醚萃取物在HP-5色谱柱上的总离子流图Fig.5 The total ion chromatography of the extracts of the volatile compounds of Artemisia argyi by diethyl ether in HP-5 column

由表1及图6可知，两种溶剂所萃取到的艾草提取物在两种不同极性的色谱柱中经GC-MS分析共计鉴定出159种挥发性成分，其中，醇类24种，酮类15种，醛类13种，酯类6种，烯烃类37种，烷烃类28种，芳香族类24种，其他12种，其中含量较大的有3，3，6-三甲基-1，5-庚二烯、3，3，6-三甲基-1，5-庚二烯-4-醇、桉油精、石竹烯氧化物、石竹烯、二十八烷、十八烷等。

图6 艾草挥发性成分中各物质种类的种类个数与种类含量对比Fig.6 The comparison of kinds and contents of the volatile compounds in Artemisia argyi

从种类上来说，乙醚萃取物经GC-MS分析，在DB-WAX色谱柱中鉴定出62种物质，烯烃类和醇类物质较多，分别为21种和12种；乙醚在HP-5色谱柱中鉴定出89种物质，烷烃类、烯烃类和芳香族类物质较多，分别为24种、19种和15种；二氯甲烷萃取物经GC-MS分析，在DB-WAX色谱柱中鉴定出35种物质，烯烃类和醇类物质较多，分别为16种和7种；而二氯甲烷在HP-5色谱柱中鉴定出106种物质，烯烃类、醇类和芳香族类物质较多，分别为27种、18种和15种。

从含量上来说，乙醚萃取物在DB-WAX色谱柱经GC-MS分析，醇类、酮类和烯烃类物质含量较大，分别为30.55%、22.66%和28.87%；而乙醚萃取物在HP-5色谱柱中，烯烃类和烷烃类相对较多，分别为38.10%和42.00%；二氯甲烷萃取物在DB-WAX色谱柱经GC-MS分析，烯烃类和芳香族类含量较大，分别为55.37%和21.48%；而二氯甲烷萃取物在HP-5色谱柱中，醇类、酮类、烯烃类含量相对较大，分别为29.42%、29.42%和30.86%。

综合来看，在艾草的SDE提取物中，烯烃类所占的比例最大，其次为醇类、烷烃类、芳香族类、烷烃类和酮类，这些物质构成了艾草挥发性成分的主要部分。其中，桉油精、石竹烯及其氧化物、冰片、蒎烯、莰烯、松油醇等萜烯类物质成分在总成分中占有一定的比重，这些成分不仅具有良好的生理生化作用，同时也是一些香精制品重要的组成成分[12-13]。比如，桉油精不仅具有抗菌消炎、平喘、镇咳祛痰等药理作用，也可用作香料和防腐剂[14]。

3 结论

本实验采用乙醚、二氯甲烷作为萃取溶剂，对艾草进行同时蒸馏萃取，将得到的萃取浓缩液分别在强极性的DB-WAX色谱柱和弱极性的HP-5色谱柱中进行GC-MS分析，比较全面和客观地实现了对艾草挥发性成分的分离和鉴定。首先，乙醚和二氯甲烷作为萃取溶剂，其分离所得物质成分的种类并不相同，但种类数目相差并不多，这说明这两种溶剂对艾草挥发性成分的萃取各有侧重，都在一定程度上萃取了其一部分物质成分。其次，乙醚萃取液和二氯甲烷萃取液在HP-5色谱柱的GC-MS鉴定所得的物质成分均比在DB-WAX色谱中鉴定所得的多，这说明HP-5色谱柱比DB-WAX色谱柱对于艾草的挥发性成分具有更好的鉴定效果。

从艾草中共鉴定出159种物质成分，其中含量较多的萜烯类物质在赋予艾草独特风味的同时，也使其具有了一定的保健、抗氧化和抑菌等作用。但对于这些物质成分及其风味的具体形成机制和原理还有待于进一步研究。

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