川芎挥发性成分的水蒸气蒸馏提取与顶空进样GC-MS分析

刘晓芬 张 颖 胡明勋 何志银 岳美颖

成都中医药大学，四川 成都 611137

川芎为伞形科植物川芎LigusticumchuanxiongHort.的干燥根茎，具有活血行气，祛风止痛的功效[1]。现代药理研究表明川芎挥发油具有镇静止痛、扩张血管、改善心肌供氧、防血栓形成等药理作用[2]，还具有脑神经保护[3]、抗氧化活性[4]、解热[5]等作用。川芎总挥发油对子宫平滑肌收缩具有显著的抑制作用[6]。川芎挥发油是川芎的主要有效成分，是其活血化瘀、行气止痛的主要有效组分之一，具有很大的开发利用价值。经文献调研，川芎挥发油中主要含苯酞类、烯萜类、烯醇类以及脂肪酸类化合物[7-9]。

现代多采用水蒸气蒸馏法提取川芎挥发油，汪洋[10]比较水蒸气蒸馏法、中性乙醇提取法与超临界流体CO2萃取法，发现水蒸气蒸馏法获得的丁基苯酞与藁本内酯等苯酞类占总挥发油的比例相对更高。冉霞[11]比较水蒸气蒸馏法与CO2萃取法获得的挥发油对体外瘢痕成纤维细胞的抑制能力，发现水蒸气蒸馏法提取的挥发油抑制能力更强。顶空进样法是将样品中的挥发性成分直接导入气相色谱仪中进行分离和检测的一种方法，可专一性收集样品中易挥发性成分，同时避免了一些化学成分因加热而分解、被氧化等问题，可广泛应用于中药材挥发性成分的研究[12]。为全面认识川芎中的挥发性成分，本实验分别采用水蒸气蒸馏法和顶空进样法对川芎挥发性成分进行制备，并对其进行GC-MS分析，比较两种提取方法制备的川芎挥发性成分。

1 仪器与试药

1.1 仪器 Agilent Technologies 7890A GC System，Agilent Technologies 5975C inert MSD with Triple-Axis Detector；顶空设备：Agilent 7697A。智能型恒温鼓风干燥箱(上海琅玕实验设备有限公司)，BP121S十万分之一电子天平(赛多利斯科学仪器有限公司)。

1.2 材料 川芎产自四川省都江堰市石羊镇金花村3组，经成都中医药大学卢先明教授鉴定为伞形科植物川芎LigusticumchuanxiongHort.的干燥根茎。样品贮藏于成都中医药大学中药标本馆。水为乐百氏纯净水，正己烷(色谱纯，成都市科龙化工试剂厂)，无水硫酸钠(分析纯，成都市科龙化工试剂厂)。

2 方法与结果

2.1 供试品制备

2.1.1 水蒸气蒸馏法 精密称取川芎粉末(过二号筛)50 g，参照2015年版中国药典(四部)附录水蒸气蒸馏法提取，提取挥发油，所得到的产物为淡黄色油状物，按每0.1 mL挥发油加入10 mL正己烷，置棕色瓶中，无水硫酸钠除水，0.22 μm微孔滤膜滤过，作为供试品溶液。

2.1.2 顶空进样法 精密称取1 g川芎粉末(过二号筛)置于顶空瓶中密封，置顶空进样器中按顶空进样条件进样。顶空进样条件：加热箱温度100 ℃，定量环温度120 ℃，传输线温度140℃，样品瓶平衡时间30 min，样品环平衡时间0.05 min，进样时间1 min。

2.2 GC-MS分析条件

2.2.1 水蒸气蒸馏提取法GC-MS分析条件 Agilent HP-5MS毛细管柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，质谱检测器。载气氦气；流速：1.0 mL/min，进样量1 μL；程序升温：初始60℃，每分钟5℃升至120℃，每分钟10℃升至280℃，运行时间28 min。分流比10∶1，进样量1 μL。质谱条件：电离方式电子轰击(EI)，电子能量70eV，离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃，溶剂延迟时间3 min，扫描范围：35～550，全扫描方式。检索库为NIST14.L质谱数据库。

2.2.2 顶空GC-MS分析条件 Agilent HP-5MS毛细管柱(30 m×250 μm×0.25 μm)，质谱检测器。载气氦气，柱流量1.0 mL/min，进样量1 μL，程序升温：初始温度60℃，以8 ℃/min升至220 ℃，运行时间20 min，分流比5∶1。质谱条件：电离方式电子轰击(EI)，电子能量70eV，离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃，溶剂延迟时间3 min，扫描范围：50～550，全扫描方式。检索库为NIST14.L质谱数据库。

2.3 结果

2种方法制备的挥发油经气相色谱-质谱联用仪分析，获得总离子流图，分别见图1和图2。经NIST14.L质谱数据库自动检索，得出挥发油的化学成分，结果见表1。

表1 顶空进样和水蒸气蒸馏法提取川芎挥发油GC-MS鉴定化合物及相对含量

编号相对分子量分子式SI值顶空进样水蒸气蒸馏化学成分相对含量/%顶空进样水蒸气蒸馏1136.23C10H1694-Bicyclo[3.1.0]hex-2-ene,4-methyl-1-(1-methylethyl)-0.56-2136.23C10H169695(+)-α-蒎烯11.120.053136.23C10H169697桧烯37.300.344136.23C10H169697月桂烯1.360.045136.23C10H16-97(+)-2-Carene-0.066136.23C10H1691-α-水芹烯0.14-7136.23C10H169798萜品油烯7.710.438134.22C10H149797邻-异丙基苯1.870.069136.23C10H1691-3-亚甲基-6-(1-甲基乙基)环己烯1.02-10136.23C10H1697-(Z)-3,7-二甲基-1,3,6-十八烷三烯0.14-11136.23C10H169497γ-松油烯5.220.3712154.25C10H18O96-trans-Sabinene hydrate0.26-13156.31C11H2491-十一烷0.09-14134.11C10H1494-1,5,8-p-Menthatriene0.13-15150.14C11H1894945-Pentylcyclohexa-1,3-diene7.270.6116154.25C10H18O9695(-)-4-萜品醇0.130.5817154.25C10H18O-90α-松油醇-0.0218136.23C10H16-941,5,5-Trimethyl-6-methylene-cyclohexene-0.2919228.17C13H24O390(Z)-Dec-4-enyl ethyl carbonate-0.0320184.36C13H2897-正十三烷0.31-21150.17C9H10O290-4-乙烯基-2-甲氧基苯酚0.32-22204.19C15H2491-Elemene isomer0.42-23204.35C15H249090(-)-b-Elemene0.480.1624204.19C15H24-903,5,5,9-Tetramethyl-4a,5,6,7,8,9-hexahydro-2H-benzo[7]annulene-0.3925204.35C15H24-96(-)-g-Elemene-0.1626204.35C15H24-93(E)-β-金合欢烯-0.1027204.35C15H24-90B-柏木烯-0.0628204.35C15H24-95cis-b-Copaene-0.0329204.35C15H249999(+)-b-Selinene2.791.1630204.35C15H2490-Germacrene B0.19-31204.35C15H2493-(Z)-b-Farnesene0.20-32204.35C15H249395Bicyclogermacrene1.130.5333204.35C15H249995(-)-g-荜澄茄烯0.140.0634204.19C15H24-90Tricyclo[6.3.0.0(2,4)]undec-8-ene, 3,3,7,11-tetramethyl--0.0535196.15C12H20O2-96Hexahydro-3-butylphthalide-0.2136190.24C12H14O291943-丁基-1(3H)-异苯并呋喃酮0.140.9637214.39C14H30O-911-Tetradecanol-0.0538188.22C12H12O297963-亚丁基-1(3H)-异苯并呋喃酮0.251.4239192.25C12H16O293-Senkyunolide3.19-40194.13C12H18O290-(3S,3aR)-3-Butyl-3a,4,5,6-tetrahydroisobenzofuran-1(3H)-one0.76-41190.10C12H14O29999E-Ligustilide11.7585.8542228.41C15H32O-911-十五醇-0.20

续表1

表1 顶空进样和水蒸气蒸馏法提取川芎挥发油GC-MS鉴定化合物及相对含量

3 结果

本实验采用GC-MS对水蒸气蒸馏提取法和顶空进样法制备的川芎挥发油的化学成分进行比较分析。从表1可知，顶空进样法从川芎挥发油中共鉴定出29个化合物，主要是烯萜类和苯酞类成分，烯萜类主要包括桧烯(37.30%)、(+)-α-蒎烯(11.12%)、月桂烯(1.36%)、萜品油烯(7.71%)、萜品烯(5.22%)、5-Pentylcyclohexa-1,3-diene(7.27%) (+)-b-Selinene(2.79%)、Bicyclogermacrene(1.13%)等成分，约占挥发油总量76%。苯酞类成分主要包括E-Ligustilide(11.75%)、(3S,3aR)-3-Butyl-3a,4,5,6-tetrahydroisobenzofuran-1(3H)-one(0.76%)、Senkyunolide(3.19%)等，约占挥发油总量的16%。采用水蒸气蒸馏法从川芎挥发油中共鉴定出32个化合物，主要是烯萜类、苯酞类和脂肪酸类，苯酞类约占挥发油总量的88%，其中以藁本内酯含量最高(85.85%)，烯萜类次之(4.41%)，脂肪酸含量最低(0.17%)。

两种方法得到14种相同的化合物，但含量差异大。顶空进样法得到(+)-α-蒎烯(11.12%)、桧烯(37.30%)、月桂烯(1.36%)、萜品油烯(7.71%)、γ-松油烯(5.22%)、5-Pentylcyclohexa-1,3-diene(7.27%)、E-Ligustilide(11.75)，顶空进样法得到(+)-α-蒎烯(11.12%)、桧烯(37.30%)、月桂烯(1.36%)、萜品油烯(7.71%)、γ-松油烯(5.22%)、5-Pentylcyclohexa-1,3-diene(7.27%)、E-Ligustilide(11.75%)，而水蒸气蒸馏法得到(+)-α-蒎烯(0.05%)、桧烯(0.34%)、月桂烯(0.04%)、萜品油烯(0.43%)、γ-松油烯(0.37%)、5-Pentylcyclohexa-1,3-diene(0.61%)、E-Ligustilide(85.85%)。

顶空进样法得到的挥发性成分含量大于5.0%的化合物有6种，分别是(+)-α-蒎烯(11.12%)、桧烯(37.30%)、萜品油烯(7.71%)、γ-松油烯(5.22%)、5-Pentylcyclohexa-1,3-diene(7.27%)、E-Ligustilide(11.75)%。水蒸气蒸馏法得到的挥发性成分含量大于5.0%的化合物只有E-Ligustilide(85.85%)。Senkyunolide是川芎的主要药效成分[13]，但只有顶空进样法得到该组分，相对含量为3.19%。

4 结论与讨论

本实验通过两种方法制备的川芎挥发油的化学成分和含量有所不同，水蒸气蒸馏得到挥发油性成分是挥发油，顶空进样是直接由药材在进样器中得到气体直接进行检测，减少了挥发油的冷藏、除水等中间步骤，减少步骤。顶空进样法制备的川芎挥发油主要为烯萜类成分，水蒸气蒸馏法提取挥发油的主要为苯酞类成分，主要是E-Ligustilide(85.85%)，说明两种方法制备的川芎挥发性成分各有侧重，推测造成这种差异可能与挥发性成分的沸点有关。水蒸气蒸馏法提取挥发油耗时较长，这使得低沸点挥发性成分在冷凝过程中收集时损失较大。

本实验首次采用顶空进样GC-MS分析川芎药材挥发油组分，通过将药材粉末装入顶空样品瓶中，加热平衡后，取挥发性气体直接进样分析，具有简便、耗时短、减少化学成分加热分解、转化的优点，能直接获得药材中低沸点的挥发性成分，且损失较小。水蒸气蒸馏提取法和顶空进样法这两种制备方法分别侧重于川芎中不同沸点和不同状态下的挥发性成分，因此，在对川芎挥发油进行GC-MS表征时，应分别采用两种方法进行联合表征，则可建立更全面的川芎挥发性成分GC-MS信息。