超声辅助蒸馏法提取薄荷挥发油的研究

华燕青，李黔蜀，王云云，张 璟

(1.杨凌职业技术学院 药物与化工分院 ，陕西 杨凌 712100;2.西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100)

薄荷(Mentha haplocalyx Britq.)是唇形草本植物，是重要的辛凉解表类中药材，其干燥茎叶可入药。薄荷挥发油为薄荷中一类主要有效成分，现代药理学研究表明，薄荷挥发油具有抗炎、镇痛、利胆、保肝等作用提取挥发油常用水蒸气蒸馏法、超临界CO2萃取法，水蒸气蒸馏法(SD)具有操作简便, 成本低，挥发油纯度高的优点，因此应用很广，中国药典一直沿用水蒸气蒸馏法提取薄荷挥发油。近几年超声波、微波和亚临界萃取等新型提取方法也逐渐用于挥发油的提取。张国栋等以野生薄荷叶为原料，采用超声波辅助提取薄荷挥发油，取得较高的挥发油收率。李敏杰等采用超声波辅助水蒸气蒸馏法提取葛缕子精油，结果提取时间减少,挥发油产率和质量提高。超声提取法(UE)利用超声振动的空化作用，破坏药材细胞，强化传质，加速有效成分溶解，提取时间短、条件温和。

试验结合两者优势，采用超声辅助水蒸气蒸馏法提取薄荷挥发油。探讨提高挥发油提取率的工艺条件，并采用GC-MS技术对提取的薄荷挥发油进行研究，以期为薄荷的进一步开发应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

薄荷干燥茎叶，购自北京同仁堂陕西经销部，产地江苏，粉碎过20目筛，置阴凉处密封备用。KQ-500DE数控超声波提取器(昆山仪器有限公司)。挥发油测定装置，气相-质谱联用仪(TRACE GC ULTRA气相,POLARIS Q质谱仪,AI/AS 3000，美国Thermo公司),水为超纯水。

1.2 实验方法

1.2.1 水蒸气蒸馏法提取薄荷挥发油 准确称取薄荷粉末，置于500 mL烧瓶中，加入氯化钠溶液，浸泡1h,按照中国药典2015年版一部挥发油测定法，微沸蒸馏至回流液中没有明显油滴，停止蒸馏，低温放置待油水完全分层后，准确读取油层体积，算出挥发油的提取率%(mL·g-1),分离精制薄荷挥发油，低温密封备用。

1.2.2 超声辅助蒸馏法提取薄荷挥发油 准确称取30g薄荷粉末，置圆底烧瓶中，按一定的料液比加入不同比例的氯化钠溶液，浸泡2h,将圆底烧瓶放入超声波清洗器中，设置不同功率和温度，超声提取一定时间后，再按照1.2.1法提取薄荷挥发油,计算其提取率%(mL·g-1)，分离出挥发油低温密封备用。

1.2.3 提取薄荷挥发油最佳条件的确定 按照1.2.2方法，以料液比例、氯化钠质量浓度、超声功率、超声时间进行单因素试验，设计4因素3水平的单因素试验，利用单因素试验结果，确定薄荷中挥发油的最优提取条件。单因素试验因素水平如表1所示。

1.2.4 GC-MS分析 薄荷挥发油用美国Thermo气质联用仪器进行分析鉴定,气相色谱-质谱条件：色谱柱：THERMO TR-5MS毛细管柱(0.25 mm×30 m,0.25μm)；程序升温：初始60℃，停留4 min，以3℃·min-1升至150℃，保持5 min，再以4.5℃·min-1升至240℃，保持10 min。载气：高纯氦气(99.9%)，流速：1.0 mL·min-1；进样口温度260℃；分流比为60:1；进样量0.5μL；质谱条件：EI电离源，电离能70eV，离子源温度230℃，传输线温度290℃，扫描范围为m/z35-350。

通过比对NIST质谱库，分析鉴定挥发油的组成，采用面积归一化法进行定量分析。

表1 单因素试验因素水平

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果分析

2.1.1 料液比 控制提取条件为加入15%氯化钠溶液，超声功率300 W、频率40 kHz、超声提取时间30 min，考察在料液比为1∶6～1∶18时超声辅助提取两次挥发油的提取率。参考中国药典的标准方法[1]，加入料液比1∶6的氯化钠溶液，浸泡薄荷粉末后，发现蒸馏时溶剂量太少，挥发油的蒸馏量也很少。试验结果见图1。随着料液比增大，挥发油提取率逐渐增大，料液比1∶12、1∶15时的提取效果较好，继而增大料液比后提取率减小，料液比1∶15时提取率增加不明显。料液比增大会造成溶剂损耗增加，故选择1∶12为适宜料液比。

图1不同料液比时挥发油提取率

2.1.2 氯化钠质量浓度 控制提取条件为料液比1:12、超声功率300W、频率40kHz、超声提取30 min，考察氯化钠质量浓度为5%～25%时超声辅助提取两次挥发油的提取率。由图2可知，随着氯化钠质量浓度增加，挥发油提取率逐渐提高。当氯化钠质量浓度为10%时，挥发油提取率达到最大，之后随着氯化钠质量浓度的增大提取率下降，因此在其他条件确定时，氯化钠最佳质量浓度约为10%。

图2不同氯化钠质量浓度时挥发油提取率

2.1.3 超声功率 控制提取条件为加入10%氯化钠溶液、料液比1:12、超声频率40kHz、超声提取时间30 min，考察超声功率为200W～400W时，提取两次所得挥发油的提取率。结果见图3。

图3 不同超声功率时挥发油提取率

由图3可知，随着超声功率增大挥发油的提取率逐渐提高，当超声功率为300W时达到最大，之后开始减小。因此在其它条件一定时，最佳超声功率为300W。

2.1.4 超声时间 控制提取条件为加入10%氯化钠溶液、料液比1:12、超声频率40kHz、超声功率300W,考察超声提取时间为15 min～75 min时，超声提取两次挥发油的提取率。结果见图4。

由图4可知，随着超声提取时间增加，挥发油提取率逐渐提高，当超声提取时间为30 min时，挥发油提取率达到最大值，因此，当其它条件确定时，挥发油最佳超声时间为30 min。

图4不同超声时间时挥发油提取率

2.2 超声辅助蒸馏法的最优结果及与水蒸气蒸馏法的比较

根据以上单因素试验结果，确定超声辅助蒸馏法的最佳提取条件为超声功率300W、10%氯化钠溶液、料液比1:12、频率40kHz、超声提取时间30 min。在最佳条件下进行试验，提取三次挥发油提取率平均值为4.86%±0.02%。水蒸气蒸馏法提取薄荷挥发油时，提取条件为10%氯化钠溶液、料液比1:12，提取三次挥发油提取率平均值为2.13%±0.02%。经过反复对比试验，发现超声辅助蒸馏法明显提高薄荷挥发油的蒸馏速率，蒸馏时间缩短为45 min,而水蒸气蒸馏法须提取120 min。由此可见，与水蒸气蒸馏法相比，超声辅助蒸馏法不仅缩短了提取时间，还明显提高挥发油的产率。

2.3 薄荷挥发油的化学成分分析

准确吸取供试品溶液，按照1.2.4GC-MS条件对两种方法提取的挥发油进行分析，利用NIST质谱图库检索化合物，由峰面积归一化法确定各组分的相对百分含量。分别检测出61(超声波辅助)和54(直接蒸馏)种化合物。通过人工核对检测结果，鉴定出薄荷的主要挥发性成分20种，鉴定成分占提取成分总峰面积的比例分别为97.39%和97.06%。检测的挥发性成分主要有薄荷醇、薄荷酮、石竹烯、胡薄荷酮、乙酸薄荷酯、α-蒎烯、3-蒈烯、长叶烯、依兰烯、愈创木烯等。其中薄荷醇质量浓度最高，分别占总质量浓度的59.75%和52.64%，其次是薄荷酮，分别占总质量浓度的12.75%和11.04%。因此，超声波处理后，薄荷挥发油的质量得到较大提升。

3 结论

超声辅助蒸馏法的最佳提取条件为超声功率300 W、10%氯化钠溶液、料液比1:12、频率40kHz、超声提取时间30 min。在此条件下进行试验，薄荷挥发油提取率为4.86%±0.02%。比水蒸气蒸馏法提取率为2.13%±0.02%。时间也由120 min缩短为75 min。

两种方法提取的薄荷挥发油中有薄荷醇、薄荷酮、石竹烯、胡薄荷酮、乙酸薄荷酯、α-蒎烯、3-蒈烯、长叶烯、依兰烯、愈创木烯等主要成分。其中薄荷醇含量最高，分别占总质量浓度的59.75%和52.64%，其次是薄荷酮，分别占总质量浓度的12.75%和11.04%。两种方法提取的挥发油组成成分相似，但主要成分的含量差异较大，因此超声辅助蒸馏法能改善挥发油的质量。综上所述，采用超声辅助蒸馏法提取薄荷挥发油不仅提高了挥发油的蒸馏速度，增加挥发油的产出率，还可以提升挥发油的品质。