艳山姜果实挥发油的提取工艺优化及其化学成分分析

张 旭 何明辉 郑伟耀 崔 旭 龙庆德﹡

1.贵州医科大学天然药物资源优效利用重点实验室，贵州 贵阳 550025；2.贵州医科大学药用植物学与生药学教研室，贵州 贵阳 550025



艳山姜果实挥发油的提取工艺优化及其化学成分分析

张 旭1，2何明辉*郑伟耀1，2崔 旭*龙庆德1，2﹡

1.贵州医科大学天然药物资源优效利用重点实验室，贵州 贵阳 550025；2.贵州医科大学药用植物学与生药学教研室，贵州 贵阳 550025

目的：确定水蒸气蒸馏法提取艳山姜果实挥发油的最佳工艺并研究其化学成分。方法：采用水蒸气蒸馏法提取艳山姜果实挥发油，在单因素试验的基础上，采用正交实验考察提取药液比、浸泡时间、蒸馏时间、药材粉碎度对提取工艺的影响；利用气相色谱-质谱联用仪分析艳山姜果实挥发油的成分，通过峰面积归一法测定各成分的相对质量分数。结果：以得油率为指标，最佳提取工艺为加10倍水；浸泡0.5h，过24目筛，蒸馏提取5h，挥发油的得率为。共分离出29个化合物，其中相对含量较高的组分有α-松油烯(24.894%)、1,8-萜二烯(15.527%)、α-蒎烯(6.982%)。结论：优选的艳山姜果实挥发油提取工艺稳定合理，挥发油的提取效果最佳，通过GC-MS测得艳山姜果实挥发油的化学成分为α-松油烯(24.894%)、1,8-萜二烯(15.527%)、α-蒎烯(6.982%)等。

艳山姜；挥发油；提取工艺；水蒸气蒸馏法；气相色谱-质谱

艳山姜来源于姜科山姜属植物艳山姜[Alpiniazerumbet(Pers)Burtt et Smith]干燥成熟果实，具有温中燥湿、行气止痛、截疟的功效，作为贵州地产民族药被广泛用于治疗心腹冷痛、胸腹胀满、消化不良、呕吐腹泻等[1]，收录于《贵州省中药材、民族药材质量标准》(2003版)[2]。艳山姜富含挥发油具有抗炎、镇痛及防治心血管系统疾患等多方面的生物活性[3-4]。但目前艳山姜的深加工提炼技术尚未见报道，因此研究艳山姜挥发油的高效提取技术十分必要。本实验采用水蒸气蒸馏法提取艳山姜挥发油，利用正交设计并方差分析，对艳山姜挥发油的提取工艺进行优化；并用气相色谱-质谱法对挥发油的主要成分进行鉴定，为艳山姜的进一步开发利用提供科学依据。

1 仪器与材料

1.1 材料 药材产自贵州省贞丰县连环乡，经贵州医科大学生药学教研室龙庆德副教授鉴定为姜科山姜属植物艳山姜[Alpiniazerumbet(Pers)BurttetSmith]的果实。1.2 仪器 安捷伦气相色谱-质谱(GC-MS)联用仪(GC:7890A.MS:5975C VL MSD，美国安捷伦公司)；电子天平HZT-A500(汕头市粤威实业有限公司)；植物粉碎机FW135(河北黄骅县)；调温电热套KDM型(武汉精华)；挥发油测定装置及冷凝回流装置(天长市长城玻璃仪器制造厂)。

2 方法

2.1 艳山姜挥发油提取工艺的优化 参照2010年版《中华人民共和国药典》一部附录 XD用水蒸气蒸馏法提取艳山姜中的挥发油，参照有关资料[5-7]和预实验结果，以挥发油得率为考察指标，选取提取药液比(A)、浸泡时间(B)、提取时间(C)、药材粉碎度(D)作为考察因素，根据单因素实验结果设计正交试验因素与水平。详见表1。

表1 因素水平表

2.2 气相色谱-质谱条件 色谱条件：色谱柱为HP-5MS (5%Phenyl Methyl Siloxane，30m×0.25mm×0.25μm)弹性石英毛细管柱；采用程序升温：柱温为45℃(保留2min)，以5℃/min升温至300℃，保持2 min；汽化室温度250℃；载气为高纯He(99·999% )；载气流量1.0mL/min；柱前压52.5kPa；进样量1μL；分流比为20∶1。质谱条件：EI离子源；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；电子能量：70 eV；发射电流：34.6μA；倍增器电压：1.015 kV；接口温度：280℃；溶剂延迟3 min；质量范围30～550 amu。

2.3 挥发油提取率的计算 公式为：y=v/m,式中y为挥发油得率(mL·g-1)；v为挥发油体积(mL)；m为样品质量(g)。

3 结果与讨论

3.1 单因素实验

3.1.1 药液比因素 根据蒸馏的步骤，精密称取，提取时间为5 h、粉碎粒度24目、浸泡时间0 h，分别设置药液比为1∶8、1∶10、1∶12的条件提取艳山姜挥发油。结果见表2。

表2 不同药液比的挥发油得率

由表2可知，药液比为1∶8～1∶10之间时，挥发油的提取率随加水量的增加而增高。当加水量增加超过10倍后，挥发油的提取率下降，表明加水量为10倍时是最佳提取药液比。

3.1.2 浸泡时间因素 精密称取，在料液比1∶10、提取时间5h，粉碎粒度24目的条件下，分别浸泡00.5、1h提取挥发油。结果见表3。

表3 不同浸泡时间的挥发油得率

由表3可知，在浸泡时间为0～1h之间，挥发油的提取率岁浸泡时间的延长而增高。当浸泡时间超过0.5h后，挥发油的提取率下降。表明浸泡时间在1h是最佳浸泡时间。

3.1.3 提取时间因素 精密称取，在料液比1∶10、粉碎粒度24目、浸泡时间0h的条件下，分别提取4、5、6h。结果见表4。

表4 不同提取时间的挥发油得率

由表4可知，提取时间为4～5h之间时，挥发油的提取率随提取时间的增加而增高。当提取时间超过5h后，挥发油的提取不再增加，表明提取时间为5h时是最佳提时间。

3.1.4 粉碎度因素 精密称取，粉碎后，过筛，分别制成10目、20目、24目等不同目数的药粉，在料液比1∶10、提取时间5h、浸泡时间0h的条件下提取挥发油。结果见表5。

表5 不同粉碎度的挥发油得率

由表5可知，当粉碎度在过24目筛时是得率最高的粉碎度，但是和20目相比差异不明显。

3.2 正交试验优化 艳山姜挥发油提取工艺根据单因素试验优化结果，通过四因素三水平正交试验确定艳山姜挥发油提取的最佳工艺。由3因素4水平L9(34)正交设计，料液比为A浸泡时间B设提取时间C粉碎粒度D,以挥发油的得率作为考察指标，用计算机软件(正交设计助手II V3.1专业版)计算。结果见表6。

表6 L9(34)正交试验结果L9(34)

表7 方差分析结果

综合上述结果，通过正交实验分析，正交实验确定最佳提取工艺条件为：浸泡时间为0.5h、粉碎度为40目、料液比为1∶8、提取6h，在此条件下其挥发油平均得率为1.33%，该提取方法操作简便，稳定性好，成本低，挥发油的提取效果最佳，可为艳山姜挥发油的工业化应用提供参考。

3.3 艳山姜挥发油的GC-MS分析 称取艳山姜干燥成熟果实100g，经粉碎机粉碎，过24目筛，置1000mL的圆底烧瓶中，加10倍量蒸馏水，浸泡半小时，连续蒸馏5h，得具有较浓烈芳香气味的淡黄色油状物，将实验中得到的挥发油进行GC-MS分析，分析结果见图1。对总离子流图中的各峰经质谱计算机数据系统检索及核对Nist2005和Wiley275标准质谱图，确定了29种挥发性化学成分，经峰面积归一法得各挥发性组分的相对质量分数。结果见表8。

表8 艳山姜挥发油化学成分及相对含量

续表8

表8 艳山姜挥发油化学成分及相对含量

由表8可见，α-松油烯，1,8-萜二烯，α-蒎烯，乙稀，樟脑，冰片是艳山姜果实挥发油的主要化学成分，其中α-松油烯含量占24.894%、1,8-萜二烯占15.527%、α-蒎烯占6.982%、乙稀占3.059%、M-异丙基甲苯占2.950%，因此可以考虑以挥发油的化学成分作为艳山姜药效物质基础的考察对象，从而为贵州特色民族药艳山姜资源的有效利用提供参考依据。

4 结论

实验采用水蒸气蒸馏法提取艳山姜果实挥发油，正交实验确定最佳提取工艺条件为：浸泡时间为0.5h、粉碎度为40目、料液比为1∶8、提取6h，在此条件下其挥发油平均得率为1.33%，该提取方法操作简便，稳定性好，成本低，可为艳山姜挥发油的工业化应用提供参考。通过GC-MS检测方法对艳山姜挥发油进行分析，艳山姜果实挥发油主要成分为有α-松油烯(24.894%)、1,8-萜二烯(15.527%)、α-蒎烯(6.982%)、乙稀(3.059%)、 M-异丙基甲苯(2.950%)等，而α-蒎烯虽然不是含量最高的，但是却为艳山姜挥发油中主要抗炎、镇痛及防治心血管系统疾患等方面的生物活性物质，而含量最高的α-松油烯(24.894%)和1,8-萜二烯(15.527%)的效用还有待进一步研究。

[1]张彦燕，沈祥春.艳山姜化学成分及药理作用研究进展[J].中药药理与临床，2010， 26(5):179 - 181．

[2]贵州省药品监督管理局.贵州省中药材、民族药材质量标准[M].贵阳：贵州科技出版，2003:292.

[3]李夏.艳山姜叶挥发油及其主要成分松油烯-4-醇对实验大鼠心血管的作用[J].现代药物与临床，2004,19(1)：24.

[4]陶玲，肖婷婷，刘兴德.艳山姜果实挥发油对离体家兔胸主动脉条收缩性能的影响[J].中国医院药学杂志,2010,30(23):1966-1967.

[5]乐薇，吴士筠，高欣.大红袍花椒挥发油的提取及化学成分的气相色谱-质谱分析[J].食品科学，2014,35(2)：261-262.

[6]沈祥春，胡涵帅，肖海涛.GC-MS法分析艳山姜根茎、茎、叶及果实等部位挥发油化学成分[J].药物分析杂志，2010，30(8)：1399-1340.

[7]吴万征，林焕泽，吴秀荣.艳山姜挥发油成分的气相一质谱联用分析[J].中国医院药学杂志，2005，25 (4)：332-333.

Extration and Composition Analysis by Gas Chromato Graphy-Mass Spectrometry of Volatile Oil from Alpinia Zerumbet

ZHANG Xu1，2HE Minghui1ZHENG Weiyao1CUI Xu1，2LONG Qingde1，2＊

1.Key Laboratory of Optimal Utilization for Natural Medicine Resources, Guizhou Medical University, Guiyang 550025, China；2. Department of Pharmacology of Botanny and Pharmacognosy, Guizhou Medical University, Guiyang 550025, China

Objective ZThe extraction technology were optimized and study the chemical components of volatile oil fromAlpiniazerumbetfruit.Methods Water steam distillation was used for the extraction of volatile oil ofAlpiniazerumbetand GC-MS was used for the analysis of its chemical components .using the rate of volatile oil as the index, in order to extract liquid ratio, soaking time, extraction time, grinding degree of material4factors and 3 levels of orthogonal test. Results The fruit ofAlpiniazerumbetextraction of volatile oil in liquid ratio of 1∶10 times of water, soaking 0.5 h, over 24 mesh sieve, extracting 5 hours cooling 0.5 h under conditions that yield the highest. ConclusionAlpiniazerumbetfruit extraction of volatile oil in liquid ratio of 1∶10 times of water, soaking 0.5 h, over 24 mesh sieve, extracting 5 hours cooling 0.5 h under conditions that yield the highest. A total of 29compounds were identified by GC-MS, mainly including 1,3-Cyclohexadiene, 1-methyl-4-(1-methylethyl)(24.894%);Limonen(15.527%); ealpha.-Pinene(6.982%).

Alpinia Zerumbet;Volatile Oil;Extraction Process;Steam Distillation;GC-MS

贵州省中药现代化产业化专项(黔科合中药字[2012]5001-5号)。

张旭(1978-)，女，副教授，研究方向为中药材规范化种植、中药民族药的开发应用。E-mail:593393893@qq.com

龙庆德(1963-)，男，副教授，硕士研究生导师,研究方向为中药种质资源、生产加工、中药相关产品的开发。E-mail:562194365@qq.com.

R284.1

A

1007-8517(2017)08-0014-04

2017-02-21 编辑：梁志庆)