蔓三七根精油的萃取及GC-MS分析

胡居吾，黄斌华，李玉敏

（1.江西省科学院应用化学研究所，江西南昌 330096；2.江西华紫仁农业开发有限公司，江西赣州 341600；3.南昌金泰国资管理有限公司，江西南昌 330156）

蔓三七，又名平卧菊三七、蛇接骨、续命草、神仙草，味辛、微苦、性凉，为多年生草本药食两用植物。蔓三七的茎、叶营养丰富，富含粗多糖和绿原酸，同时还含有总黄酮、维生素A、维生素C、氨基酸，富含有机钙等成分。民间利用其通经活络、消肿止痛、消炎止咳，治疗跌打损伤、支气管肺炎、肺结核等[1]。现代生物化学和医学研究证明，蔓三七具有通经活络、消炎止咳、散淤消肿、活血生肌等功效[2]；能延缓衰老、激活免疫细胞、改善机体免疫功能、提高人体免疫力，增强人体的新陈代谢并对记忆障碍有一定改善作用[3]；具有降血压、降血糖和预防慢性肾病、抑制乙型肝炎的显著效果[4]；对预防和治疗心脑血管疾病、糖尿病等有一定的疗效[5]；还具有抗病毒、抗菌活性、抑制骨髓癌和志贺样毒素细胞的活性[6]。

同时蒸馏萃取（Simultaneous Distillation and Extraction，SDE）法是由Linkens和Nickerson于1966年最早使用的，与传统水蒸气蒸馏法相比，同时蒸馏萃取法具有操作步骤简单，对样品中微量成分的提取具有高效率等优点，是目前较为高效的一种植物精油样品萃取分离方法[7]。同时，经蒸馏萃取得到的精油不需要经过复杂的预处理过程，避免了由于经复杂的预处理过程而对精油产生其他的污染，而且，此方法可节省大量的萃取时间，得到的提取物气味浓郁。

但迄今为止，没有相关文献对蔓三七根精油进行研究，也没有将该法应用于蔓三七根精油提取的报道。因此，本试验在各单因素（原料切碎目数、料液比、蒸馏时间）实验基础上再采用响应面试验法确定最佳工艺参数。最后，采用气相色谱-质谱法（GC-MS）对蔓三七根精油进行分析，确定其精油的化学组分，旨在为蔓三七根精油的开发利用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜的蔓三七根，由江西华紫仁农业开发有限公司提供。

1.2 仪器与试剂

同时蒸馏萃取装置（见图1）、旋转蒸发仪RE-52AA（上海亚荣生化仪器厂）、电子天平、7890A-7000B型气相色谱-质谱联用仪（美国Agilent公司），所用试剂均为分析纯。

图1 同时蒸馏萃取（SDE）装置

1.3 实验方法

1.3.1 蔓三七根精油萃取方法

称取一定量切碎后新鲜蔓三七根，放入左边的样品瓶（图1）中，再加入一定量的蒸馏水，将适量的正己烷放入右边溶剂瓶中。拧好装置的旋塞，密封好接口。打开冷凝水，左边电热套加热使蒸馏水保持沸腾，右边装正己烷溶剂的烧瓶在水浴锅水浴加热，保证正己烷溶剂呈气体状态。左边蒸馏产生的水蒸气携带蔓三七根精油的蒸汽与右边挥发的正己烷气体在同时蒸馏萃取装置中间混和，冷却，得到水相和正己烷有机相混合物，再把得到的混合物转移到分液漏斗中，静置，分离水相和正己烷有机相。往正己烷有机相中加入适量的无水硫酸钠干燥除去水分，过滤，滤液旋转蒸发除去正己烷溶剂，得蔓三七根精油。最后称量所得精油质量，计算得率。计算方法（称重法）如下:

蔓三七根精油得率（%）＝蔓三七根精油的重量（g）/鲜蔓三七根的重量（g）×100%

1.3.2 单因素实验

主要研究了影响蔓三七根精油萃取率的主要因素，包括物料切碎程度、料液比、提取时间等因素。

1.4 GC-MS分析条件[8]

（1）气相色谱条件:色谱柱HP-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），程序升温，初始温度40 ℃，保持 1 min，以 3 ℃ /min 升温到 220 ℃；载气高纯氦气，流速1 mL/min；进样口温度250 ℃，进样量 1 μL，分流比 30 ∶ 1。

（2）质谱条件:离子源为E1，电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；MS四极杆温度150 ℃；接口温度280 ℃；NIST08标准谱库检索；面积归一法计算相对含量。

1.5 数据处理

采用SPSS17.0进行单因素方差分析、Origin8.5软件作图、Design-Expert 8.0.6 软件进行响应面设计和统计学分析。文中没有涉及

2 结果与分析

2.1 蔓三七根切碎程度对蔓三七根精油得率的影响

蔓三七根切碎程度对精油得率的影响见图2。从图2可以看出，随着蔓三七根切碎目数的增大，蔓三七根精油得率升高；在蔓三七根切碎目数为8目时，蔓三七根精油得率最高，为0.69%；当蔓三七根切碎目数进一步增大时，蔓三七根精油得率反而有所下降，当蔓三七根切碎目数为12目时，蔓三七根精油得率为0.67%。其原因是当蔓三七根切碎过细，在切碎过程中会造成部分易挥发的蔓三七根精油散失，从而会对蔓三七根精油得率有所影响。

图2 不同切碎程度对精油得率的影响

2.2 液料比对蔓三七根精油得率的影响

液料比对蔓三七根精油得率的影响见图3。由图3可知，在液料比为5∶1～9∶1范围内，蔓三七根精油得率随着液料比的增大而增大，在液料比为9∶1时，蔓三七根精油得率为0.69%。随后进一步加大液料比，蔓三七根精油得率会有所下降，在液料比为13∶1时，蔓三七根精油得率只有0.67%。液料比例对是蔓三七根精油的得率具有较大的影响，若液料比例过小，水分子的扩散作用进行得不完全，影响蔓三七根精油的出油率，使蔓三七根精油的得率下降；但是，若液料比例过大，蔓三七根精油在水中的溶解量也随之增大，也会影响到蔓三七根精油的得率，同时，所需的能耗也随之增加，造成能源的损耗。

图3 不同液料比对精油得率的影响

2.3 蒸馏萃取时间对蔓三七根精油得率的影响

蒸馏萃取时间对蔓三七根精油得率的影响见图4。从图4可以看出，在蒸馏萃取时间为1.0～2.0 h时，蔓三七根精油得率随着蒸馏时间的延长，蔓三七根精油得率增大，在蒸馏萃取时间为2.0 h时，蔓三七根精油得率达到0.71%。图4表明，在蒸馏萃取时间2.0 h内出油率增加速度快，当超过2.0 h以后增加缓慢。产生这种趋势的原因主要是蔓三七根精油是容易挥发的物质，长时间的蒸馏萃取会导致精油因挥发而损失，但是，蒸馏萃取时间过短，蔓三七根精油蒸馏萃取又不完全，因此，本研究的蔓三七根精油蒸馏萃取时间为2.0 h较为合理。

图4 不同萃取时间对精油得率的影响

2.3 蔓三七根精油的GC-MS分析

蔓三七根精油经GC-MS分析，得到的总离子流图见图5。

图5 蔓三七根精油产总离子流图

蔓三七根精油为淡黄色透明液体，精油样品共鉴定出20种化合物，总含量为91.70%，通过面积归一化法计算出各组分的含量，见表1。

表1 蔓三七根精油的GC-MS分析

从表1可知，蔓三七根精油主要由烯烃类（85.81%，下同)）、醇类（5.89%）等化合物组成。其中，GC含量最高的化合物是α-蒎烯（29.72%），其次是左旋-β-蒎烯（21.89%）和β-水芹烯（5.46%。

3 结论

（1）确定同时蒸馏萃取蔓三七根精油的最佳工艺参数，即切碎程度8目、液料比9∶1和提取时间2.0 h，在此条件下，蔓三七根精油得率为0.71%。

（2）同时蒸馏萃取技术得到的蔓三七根精油杂质和色素较少，在GC-MS分析时不需要复杂预处理就能直接进行GC-MS分析，避免了在进行复杂预处理时带来其他的物质；本方法较传统的水蒸气蒸馏法相比，具有节省溶剂、节省萃取时间的优势，且所得的精油气味纯正、浓郁；本方法能把挥发性成分从脂质或水质介质中浓缩数千倍，对原料中含量较少的精油提取率较高，并且一次处理量较大，生产成本较低。

（3）芳香植物精油是天然的抑菌剂、抗氧化剂、杀虫剂等。从表1可知，蔓三七根精油中含有具有烯烃类化合物，如α-蒎烯（29.72%）、左旋-β-蒎烯（21.89%）、β-水芹烯（5.46%）、（+）-柠檬烯（1.93%）等。其中，α-蒎烯存在于多种天然精油中，具有较好的生物学活性及独特的反应多样性，是合成樟脑、冰片、松油醇、香料等化工产品的重要原料。近年来，其在医药领域应用得到广泛关注，主要体现在抗肿瘤、抗真菌、抗过敏及改善溃疡等功效，同时还可能在体内内脏中聚集，改善行为变化，从而抑制焦虑情绪的产生[9]。