小茴香中挥发性成分的超声雾化-固相萃取研究

于 翠，杨金娟，魏洪敏，师宇华*

(1.燕京理工学院 化工与材料工程学院，北京 燕郊 065201；2.吉林大学 化学学院，吉林 长春 130012)

0 引言

小茴香为茴香的干燥果实，是日常生活中最为常见的调味调料之一，具有理气和胃、活血、止痛等功效.因此，小茴香被广泛地应用于食品调料和中药原料.鉴于小茴香在日常生活和医药中的重要应用和价值，近年来对小茴香中化学成分的研究颇多.茴香果实所含挥发油成分复杂，主要是反式茴香脑，其次是柠檬烯，其他还有月桂烯、草蒿脑等[1].目前，常见的挥发油的提取方法有：水蒸馏提取法[2-4]、压榨法、溶剂浸提法、超临界流体萃取法[5-6]、微波辅助萃取法[7-8]、固相萃取法[9-10]和超声萃取法等.其中超声萃取法设备简单、操作方便，与常规萃取法相比具有时间短、效率高、无须加热等优点.吹扫捕集技术是一种样品预处理技术，属于气相萃取范畴[8]，具有简便、快速、灵敏度高、不使用有机溶剂等优点.本文以气相色谱和气相色谱-质谱作为检测手段，利用自行组装的超声雾化-固相萃取装置，研究一种新型超声雾化萃取挥发油成分的方法，该方法对于萃取小茴香中的挥发油是行之有效的，检测到的成分与传统方法相似，但所消耗的溶剂量和萃取时间都优于传统方法.

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

北京亚都科技股份有限公司的YC-D205超声加湿器，CP3800气相色谱仪，QP2010气相色谱-质谱联用仪.月桂烯、柠檬烯、草蒿脑和反式茴香脑标准品及萃取溶剂正十四烷均购于美国的Across公司，小茴香样品购于吉林大药房，活性炭购买于天津福晨化学试剂厂，实验用水为二次蒸馏水，盐酸、正己烷等化学试剂均为分析纯.

1.2 样品的制备

将干燥的小茴香颗粒粉碎后经0.25 mm筛，获得的小茴香粉末储藏在干燥器中室温保存.

1.3 超声雾化-固相萃取

超声雾化-固相萃取装置由超声波加湿器改装而成，如图1所示.将超声波加湿器上部的贮水瓶去掉，露出超生换能晶片，此晶片将电能转化为机械能，最大输出功率和振动频率分别为35 W和1.7 MHz.自制的三口的玻璃瓶作为萃取瓶.其中，下方圆柱形口直径与超声换能晶片直径一致，并用一层有机薄膜封闭，此薄膜与晶片之间为耦合水.另外两小圆柱形口分别作为吹扫气的进口和出口.在进气圆柱形口外连有测定吹扫气流速的流量计.自制的长度为6 cm，内径为20 mm并装有活性炭的固相萃取柱作为小茴香中挥发油的萃取装置.

1.入口；2.气体流量计；3.萃取瓶；4.样品溶液；5.出口；6.固相萃取柱；7.活性炭；8.脱脂棉；9.耦合水；10.超声雾化器图1 超声雾化-固相萃取装置示意图Fig.1 The UNE-SPE system

准确称取小茴香样品粉末30 mg置于萃取瓶中，加入3 mL水浸没粉末，打开超声雾化装置，萃取瓶内水溶液开始雾化，打开吹扫气，含有目标化合物的气体源源不断地通过固相萃取柱，并且会吸附在活性炭上.萃取完成后，使用洗脱溶剂将化合物从活性炭上洗脱下来，进行气相色谱分析和气相色谱-质谱分析.

1.4 水蒸馏提取法

准确称取20 g小茴香粉末于500 mL的圆底烧瓶中，加入300 mL水，参照中国药典[11]中挥发油测定法，圆底烧瓶置于加热套在100 ℃下加热4 h，停止加热后，收集挥发油，并用适量无水硫酸钠进行干燥除水，放入干燥器中保存待用.

1.5 气相色谱及气相色谱-质谱条件

气相色谱条件：HP-1(30 m×320 μm×0.25 μm)；升温程序，初始柱温60 ℃保持3 min，以25 ℃/min升到220 ℃，保持5 min；FID检测器温度240 ℃；进样口温度240 ℃；氮气(载气)流速1 mL/min；分流比1∶20；进样量1.0 μL.

气相色谱-质谱条件： Rxi-5MS(30 m×250 μm×0.25 μm)；升温程序，初始柱温为60 ℃保持3 min，先以5 ℃/min的升至120 ℃，再以15 ℃/min升至220 ℃保持5 min；进样口温度260 ℃；离子源温度200 ℃；氦气(载气)流速1 mL/min；分流比1∶25；离子源电压70 eV；进样量1.0 μL.

2 结果与讨论

2.1 色谱峰的确认

采用比较保留时间和峰高增量来确定月桂烯峰、柠檬烯峰、草蒿脑峰和反式茴香脑峰的位置，即首先根据保留时间初步确定峰的位置，再在样品溶液中分别加入4个标准品溶液，寻找峰强度变化的色谱峰，最终确定为4种成分的色谱峰.

2.2 萃取条件的选择

小茴香中的挥发性成分溶于烷烃，故常见的正辛烷、正十二烷和正十四烷被考虑作为洗脱溶剂.正辛烷的低沸点和易挥发性质，导致目标化合物随溶剂的挥发较严重，萃取效果差；正十二烷的萃取率较低；通过实验，正十四烷的高沸点引起的溶剂挥发较少，作为洗脱溶剂可以获得较好的萃取效果，因此以正十四烷作为洗脱溶剂是可行的.以气相色谱测得的各目标化合物的含量为指标，对方法的萃取参数进行了研究.

2.2.1 洗脱溶剂的体积

研究了正十四烷从50 μL增加到200 μL对反式茴香脑、柠檬烯、月桂烯和草蒿脑的含量的影响 (图2).由图2可见，当洗脱溶剂的体积增加时，各化合物的含量均出现了降低，这是由于被分析物的含量随着溶剂体积增加受到稀释作用而降低；如果洗脱溶剂体积过小，化合物富集的准确性会受到很大的影响.经过研究，50 μL的正十四烷能够达到洗脱要求.因此，实验中选择50 μL正十四烷为最佳溶剂洗脱体积.

图2 洗脱溶剂体积的影响Fig.2 Effect of the extraction solvent volume

2.2.2 吹扫气流速

吹扫气流速对于挥发性化合物能够有效地从气相中萃取出来，并在萃取柱中得到很好的富集是十分重要的.研究了流速从50 mL/min 到250 mL/min，对各化合物含量的影响显示在图3中.从图3中可以看出，当流速低于200 mL/min时,化合物的含量是随流速的增加而升高；但是，当流速过大时，各化合物含量不再升高反而出现降低.这是因为，当低于200 mL/min时，随着流速的增加，目标化合物从气相中转移到萃取柱中的量在不断增加；而流速高于一定数值之后会导致萃取瓶中样品的气相浓度被稀释，加之高流速情况下，气相中的化合物与活性炭的接触时间被缩短，因而造成含量不增反降的现象.故吹扫气流速选择200 mL/min.

图3 吹扫气流速的影响Fig.3 Effect of the flow rate of purging gas

2.2.3 吹扫时间

对吹扫时间进行考察，所得结果如图4.如图所示，当吹扫时间低于5 min时，各化合物的含量随着吹扫时间的增加而增大；当吹扫时间从5 min变化至10 min时，各化合物的含量随时间的增加而下降.这是由于，当吹扫时间低于5 min时，从气相转移到萃取柱中的化合物的量随时间的增加而增加；当时间过长，已经被萃取到萃取柱中的挥发性物质又会随着吹扫气挥发出去，同时也会出现从萃取柱到气相的反萃取，这样就导致挥发性物质的含量降低.实验选择5 min作为吹扫时间.

图4 吹扫时间的影响Fig.4 Effect of the purging time

2.3 样品分析

在选定的最佳实验条件下，对利用超声雾化-固相萃取法得到的小茴香中挥发性成分的含量进行测定，并与水蒸馏提取法得到的结果做了对比研究，结果见表1和图5.

表1 两种方法获得小茴香中挥发油的成分Tab.1 The compounds in essential oil extracted from Foeniculum Vulgare Mill. by hydrodistillation and UNE -SPE

注：方法A为超声雾化-固相萃取法；方法B为水蒸馏提取法.

图5 超声雾化-萃取法(A)和水蒸馏提取法(B)测定小茴香萃取物的总离子流色谱图Fig.5 Total ion chromatograms of extracts from Foeniculum Vulgare Mill. (A)UNE-SPE;(B)hydrodistillation

从表1和图5中可以看出，水蒸馏提取法、超声雾化-固相萃取法分别得到了21种和20种化合物.两种方法得到反式茴香脑、柠檬烯、月桂烯和爱草脑的含量及化合物成分的总量接近.通过超声雾化-固相萃取法得到的样品进行气相色谱-质谱分析，重复进样5次，计算精密度(RSD)，β-月桂烯：5.6%、柠檬烯：3.4%、爱草脑：2.7%和反式茴香脑：1.8%.

在最优实验条件下，对小茴香样品溶液中的β-月桂烯、柠檬烯、爱草脑和反式茴香脑测定回收率，结果为65.8%～102.0%，相对标准偏差小于8.0%.

3 结论

本实验对超声雾化-固相萃取小茴香中挥发性成分的条件进行了优化，获得超声雾化-固相萃取法的最佳条件为：50 μL的正十四烷作为洗脱溶剂，吹扫气流速为200 mL/min，吹扫时间为5 min，利用气相色谱和气质作为检测手段.进一步按最佳条件下进行验证实验，与传统水蒸馏提取法的比较结果表明，超声雾化-固相萃取技术用于小茴香中挥发性成分的提取具有样品用量少、省时、高效、节能等优点.