宋慶武， 程 璐，李俊玉，孫家財(cái)， 侯召華

(1.日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東日照 276826；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院，山東煙臺(tái) 265200；3.齊魯工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250353)

?

分子蒸餾技術(shù)拆分蛇床子油及GC-MS分析

宋慶武1， 程 璐1，李俊玉1，孫家財(cái)2， 侯召華3*

(1.日照職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東日照 276826；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院，山東煙臺(tái) 265200；3.齊魯工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250353)

[目的]采用分子蒸餾技術(shù)拆分蛇床子油，并進(jìn)行氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析。[方法]短程分子蒸餾分為兩級(jí)，一級(jí)蒸發(fā)溫度為60 ℃、真空度50.0 mbar，二級(jí)蒸發(fā)溫度為60 ℃、真空度5.0 mbar，進(jìn)樣溫度均為30 ℃、冷凝溫度10 ℃、刮膜轉(zhuǎn)速200 rpm。利用GC-MS對(duì)蛇床子油及不同餾分物進(jìn)行成分分析。[結(jié)果]兩級(jí)分子蒸餾共得到3部分餾分物，總上樣量為346.70 g，回收總計(jì)339.82 g，總回收率為98.01%；一級(jí)輕組分(DF1)為164.93 g(47.57%)，二級(jí)輕組分(DF2)為133.42 g(38.48%)，二級(jí)重組分(RF2)為41.47 g(11.96%)。對(duì)原油和各級(jí)餾分物分別進(jìn)行GC-MS分析，共檢測(cè)出28個(gè)化合物，主要成分為右旋萜二烯、4-異丙基甲苯、α-蒎烯、1，2-環(huán)氧檸檬油精、反-檸檬烯氧化物等，但各部分中成分?jǐn)?shù)量及相對(duì)含量差別顯著。[結(jié)論]分子蒸餾是一種能有效分離純化揮發(fā)油的技術(shù)，可應(yīng)用于揮發(fā)油的加工利用。

蛇床子油；分子蒸餾技術(shù)；拆分；氣相色譜-質(zhì)譜法

蛇床子(FructusCnidii)是傳統(tǒng)中藥之一，為傘形科植物蛇床子[Cnidiummonnieri(L.) Cusson]的干燥成熟果實(shí)[1]。蛇床子分布范圍很廣，且用途廣泛。蛇床子中主要有效成分為揮發(fā)油和香豆素類化合物(Coumarins)[2]。蛇床子揮發(fā)油在臨床上具有止咳、平喘、祛痰、發(fā)汗、解表、祛風(fēng)、鎮(zhèn)痛、解熱、利尿、健胃、抗菌、消毒和殺蟲等功效[3],還用于治療陽痰、宮冷、寒濕帶下、濕痹腰疼等，具有抗誘變、抗變態(tài)反應(yīng)、提高免疫力、延緩衰老和美膚美容等功能；工業(yè)上還用于制造香料和指示劑等[4]。國內(nèi)外針對(duì)蛇床子揮發(fā)油的研究多集中在揮發(fā)性成分的鑒定，對(duì)其成分分離、純化、濃縮方面的研究較少。

不像其他傳統(tǒng)分離純化方法，在純化過程中，分子蒸餾技術(shù)(MD)能避免使用任何有機(jī)溶劑，它還可以在除去有害的雜質(zhì)的同時(shí)，浪費(fèi)最小和安全性更高。分子蒸餾技術(shù)是在一種特殊的短程蒸餾，蒸發(fā)和冷凝面的距離小于高真空度中分子的自由流程，這種技術(shù)是一種較好的分離和純化天然產(chǎn)物的方法，尤其是高分子量、高粘度和高沸點(diǎn)的物質(zhì)[5-6]。因此結(jié)合MD方法可以有效地將蛇床子油中非揮發(fā)性重分子組分和色素物質(zhì)分離，解決蛇床子揮發(fā)油中多種有效成分無法進(jìn)一步有效地分離、提純，且其提純成本高、實(shí)用性差等技術(shù)問題。MD提取出的不同成分按功效應(yīng)用于不同保健食品、化妝品和醫(yī)藥產(chǎn)品中，增加了蛇床子油的醫(yī)用藥用使用價(jià)值。分子蒸餾技術(shù)被認(rèn)為是遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)加工加熱的處理方法，該技術(shù)采用自動(dòng)控制，工藝條件能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確控制，在很大程度上減少了食品感官和物理特性的有害變化，且蒸餾過程沒有廢水、廢氣等污染物質(zhì)的排放，同時(shí)該方法是在負(fù)壓狀態(tài)下、在低于物質(zhì)沸點(diǎn)的工況下提純，還具有節(jié)能環(huán)保的顯著優(yōu)點(diǎn)，易于工業(yè)化、產(chǎn)品化生產(chǎn)。該試驗(yàn)研究了短程分子蒸餾技術(shù)對(duì)蛇床子揮發(fā)油的分離純化及GC-MS分析，為蛇床子揮發(fā)油進(jìn)一步深加工利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 原材料

細(xì)辛揮發(fā)油購買于江西森海香料公司；氦氣(高純度99.9995%，北京嘉世旺科技有限公司)；正己烷為色譜級(jí)。

1.2 設(shè)備

短程分子蒸餾VKL-70型(德國瑞達(dá))；BS224S電子天平(賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司)；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(Agilent Technoliges 7890A-Agilent Technoliges 5975C)。

1.3 短程分子蒸餾裝置與流程

試驗(yàn)所用的分離裝置如圖1所示，操作系統(tǒng)絕對(duì)壓力可達(dá)0.1 Pa，蒸發(fā)溫度范圍30～350 ℃，刮膜器轉(zhuǎn)速10～400 rpm。

1.4 試驗(yàn)條件

該研究使用的是VKL-70短程分子蒸餾儀，該裝置包括進(jìn)料系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、蒸發(fā)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)。短程蒸餾過程中，在一定真空度和加熱條件下，低沸點(diǎn)化合物轉(zhuǎn)化為蒸汽。蒸汽化合物冷凝濃縮為輕組分(DF)，其余剩余成分為重組分(RF)。該研究共分兩級(jí)分子蒸餾，操作條件分別為：預(yù)加熱溫度30 ℃、冷凝管溫度10 ℃、進(jìn)料流速10～15 ml/min；一級(jí)、二級(jí)分子蒸餾的蒸發(fā)溫度均為(60±0.2)℃、真空度分別為(50.0±0.2)、(5.0±0.2)mbar，刮膜泵轉(zhuǎn)速均為200～210 rpm。通過兩級(jí)分子蒸餾，得到兩部分輕組分(DF1和DF2)和一部分重組分(RF2)，對(duì)三部分重量、化學(xué)成分進(jìn)行分析。回收率=(FW/TW)×100%，式中，F(xiàn)W為各組分重量(g)；TW為樣品初始總重量(g)。

1.5 GC-MS條件

所有樣品(約0.1 ml)溶解到100 ml 正己烷(HPLC級(jí))中，正己烷為空白。每個(gè)樣品都利用GC-MS[7]進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)經(jīng)過Xcalibur software,version 2.0.7 (ThermoFinnigan,San Jose,CA,USA)加工。

1.5.1

色譜條件。DB-23 石英毛細(xì)管色譜柱(60 mm×0.25 mm×0.25 μm)；色譜柱起始溫度40 ℃，保持3 min，以50 ℃/min的速率升至200 ℃，然后以10 ℃/min的速率升至280 ℃，保持5 min；氦氣為載氣，流速為1.0 ml/min；進(jìn)樣量1 μl；分流比為60∶1；進(jìn)樣口溫度為250 ℃，氣相色譜-質(zhì)譜接口溫度280 ℃。

1.5.2 質(zhì)譜條件。電子離子源，電子能量70 eV，離子源溫度280 ℃，掃描模式Scan，掃描質(zhì)量范圍為20～600 u。

2 結(jié)果與分析

2.1 分子蒸餾結(jié)果

稱取蛇床子原油346.70 g進(jìn)行上樣，一級(jí)分子蒸餾得到一級(jí)重組分(RF1)和一級(jí)輕組分(DF1)，然后對(duì)一級(jí)重組分(RF1)進(jìn)行二級(jí)分子蒸餾，結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表1)，經(jīng)過兩級(jí)分子蒸餾共得到3部分(DF1、DF2和RF2)，回收率分別為47.57%、38.48%和11.96%，三組分餾分物總計(jì)339.82 g，總回收率達(dá)98.01%，可見分子蒸餾技術(shù)損失率極其低。

2.2 分子蒸餾組分分析

表1 分子蒸餾組分結(jié)果

從蛇床子原油及三部分餾分物(DF1、DF2和RF2)的離子流圖(圖2)可以看出，各部分成分的數(shù)量和含量差異顯著，二級(jí)重組分中成分?jǐn)?shù)量明顯多于原油和一級(jí)輕組分、二級(jí)輕組分。由蛇床子各組分外觀圖(圖3)可直觀得到，一級(jí)輕組分和二級(jí)輕組分基本為無色，蛇床子原油具有輕微黃色，而二級(jí)重組分顏色較深。這可能是由于一級(jí)輕組分和二級(jí)輕組分成分多為無色揮發(fā)性成分，而二級(jí)重組分含有較多的脂肪酸以及脂溶性色素。傅紅等[9]用多級(jí)分子蒸餾從魚油中制備富含EPA和DHA的多不飽和脂肪酸，與工業(yè)上普遍使用的尿素包合法相比，由于分子蒸餾法可以將色素和脂肪酸組分相互分離，克服了尿素包合法需要大量脫色劑和被包合的脂肪酸難以回收等缺點(diǎn)，采用分子蒸餾法制備魚油多不飽和脂肪酸是理想的工業(yè)化生產(chǎn)方式。張煜等[10]以辣椒紅色素色價(jià)為考察指標(biāo)，確定了分子蒸餾純化辣椒紅色素的最佳工藝條件，辣椒紅色素的色價(jià)可達(dá)185.95；試驗(yàn)表明，利用分子蒸餾技術(shù)對(duì)溶劑提取出的辣椒紅色素粗產(chǎn)品進(jìn)行分離提純，可以有效地達(dá)到脫辣、脫溶、脫臭的目的，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高。分子蒸餾技術(shù)具有高真空度、低溫加熱的特點(diǎn)，使其能保護(hù)色素不被熱分解破壞，應(yīng)用在辣椒紅色素工業(yè)上是可行的。

由表2可知，根據(jù)質(zhì)譜結(jié)果，以面積歸一法測(cè)得揮發(fā)油各組分峰面積及相對(duì)百分含量，相對(duì)含量在2%以上成分共確定28種，主要成分為右旋萜二烯、4-異丙基甲苯、α-蒎烯、1，2-環(huán)氧檸檬油精、反-檸檬烯氧化物等；三部分餾分物(一級(jí)輕組分、二級(jí)輕組分和二級(jí)重組分)和原油中組分?jǐn)?shù)量分別為7、9、24和11種，且不同組分中成分?jǐn)?shù)量和濃度差異顯著。揮發(fā)油所含化學(xué)成分復(fù)雜，主要包括單萜烯類、倍半萜烯及其含氧衍生物、酯類、脂肪類化合物等一系列不飽和化合物，還含有少量的酮、醚、醇及苯系物類化合物。張曉霞等[11]對(duì)蛇床子提取物進(jìn)行GC-MS定性分析，鑒定出乙酸乙酯提取物中的43個(gè)成分和超臨界萃取物中的39個(gè)成分。除了總香豆素外，蛇床子提取物中還包括具有異戊二烯結(jié)構(gòu)單元的萜烯類、萜酯類、萜醇類、醛類、烷烴類和一般酯類化合物，它們是蛇床子揮發(fā)油中的主要成分；還有油酸亞油酸等酸類物質(zhì)、甾體化合物和苯系物。朱纓等分析確定在蛇床子揮發(fā)油中相對(duì)含量最高的化合物是檸檬油烯，相對(duì)含量為14.57%，

其次為1,7,7-三甲基-雙環(huán)[2,2,1]庚烷-2-醇乙酸酯，相對(duì)含量為11.48%[12]；河南和安徽兩地蛇床子揮發(fā)油中主要成分為檸檬油烯、α-松萜、β-松萜、喔斯腦、L-龍腦、α-葑基醋酸酯、β-丁子香烯、d-吉瑪烯、十六醇酸、莰烯，共有28個(gè)，含量有差異；安徽蛇床子有8個(gè)獨(dú)有成分，而河南產(chǎn)的有17個(gè)獨(dú)有成

分，不同產(chǎn)地的蛇床子藥材中所含揮發(fā)性成分存在一定差異[13]。周永紅等[14]從蛇床子揮發(fā)油中鑒定出70種化合物，首先是萜類化合物，占揮發(fā)油含量的82%以上；其次是脂肪酸類物質(zhì)，占12.30%，并含有少量的脂肪醛、酮類化合物；萜類化合物又以單萜類化合物為主，占萜類化合物的54.3%，其中含量最高的是乙酸龍腦酯(20.04%)，其次為D-檸檬油烯(8.58%)；倍半萜化合物中以丙酸香芹酯(6.80%)、β-雪松烯及金合歡烯為主。張偉娜等[15]分析蛇床子飲片中揮發(fā)油的化學(xué)成分發(fā)現(xiàn)，含量相對(duì)最高的化合物是檸檬烯，相對(duì)含量為36.63%；其次為α-蒎烯，相對(duì)含量為32.6%。邱琴等[1]對(duì)蛇床子揮發(fā)油進(jìn)行GC-MS分析，鑒定50種成分，其中，相對(duì)含量最高的是反-羅勒烯，為37.96%，其次為苧烯，相對(duì)含量為35.44%；相對(duì)含量為6.78%～1.16%的組分還有l(wèi),7,7-三甲基-雙環(huán)[2,2,l]庚烷-2醇-乙酸酯(6.78%)、茨烯(6.28%)、β-月桂烯(2.29%)、β-蒎烯(1.16%)；倍半萜烯類組分相對(duì)含量在85%以上，酯類組7%以上，萜醇類組分在2%以上。

表2 蛇床子原油及三餾分物成分

續(xù)表2

序號(hào)時(shí)間min化合物分子式相對(duì)含量∥%原油一級(jí)輕組分二級(jí)輕組分二級(jí)重組分1318.808β-芳樟醇C10H18O0.791418.911α-松油醇C10H18O2.731519.0441-甲基-1,4-環(huán)己二烯C7H100.192.291619.1402,6-二甲基-1,3,5,7-辛四烯C10H141.601719.1953-甲基-2-丁烯醛C5H8O2.231819.7381-(1,4-二甲基-3-環(huán)己烯-1-基)乙酮C10H16O0.268.471920.083L-香芹醇C10H16O5.872020.457右旋香芹酮C10H14O5.292122.246紫蘇醇C10H16O3.412222.904法呢醇C15H26O0.882323.1164-異丙烯基-1-甲基-1,2-環(huán)己二醇C10H18O20.2912.112423.744L-香芹醇C10H16O3.682524.143依蘭烯C15H242.072624.481α-石竹烯C15H240.892724.832乙酸香味酯C2H20O23.912825.811乙酸紫蘇酯C12H18O22.34

利用分子蒸餾對(duì)原油進(jìn)行拆分，可以純化揮發(fā)油中組分，一級(jí)輕組分僅檢測(cè)到7種物質(zhì)，右旋萜二烯的相對(duì)含量達(dá)88.47%；而二級(jí)重組分中卻檢測(cè)到24種物質(zhì)，其中多為含量較低的物質(zhì)。以上結(jié)果表明，利用短程分子蒸餾能有效地對(duì)蛇床子原油中不同組分進(jìn)行拆分，已達(dá)到不同組分純化的目的，為不同組分的利用提供保證。

3 結(jié)論

(1)短程分子蒸餾分為二級(jí)，一級(jí)蒸發(fā)溫度為60 ℃、真空度50.0 mbar，二級(jí)蒸發(fā)溫度為60 ℃、真空度5.0 mbar，進(jìn)樣溫度均為30 ℃、冷凝溫度10 ℃、刮膜轉(zhuǎn)速150 rpm。

(2)兩級(jí)分子蒸餾共得到3部分，總上樣量為346.70 g；一級(jí)輕組分(DF1)164.93 g，所占質(zhì)量比為47.57%；二級(jí)輕組分(DF2)133.42 g，所占質(zhì)量比為38.48%；二級(jí)重組分(RF2)41.47 g，所占質(zhì)量比為11.96%。三組分餾分物總回收率為98.01%，分子蒸餾技術(shù)損失率極其低。

(3)對(duì)原油和三部分餾分物分別進(jìn)行GC-MS分析，共檢測(cè)出28個(gè)化合物，主要成分為右旋萜二烯、4-異丙基甲苯、α-蒎烯、1，2-環(huán)氧檸檬油精、反-檸檬烯氧化物等；三部分餾分物(一級(jí)輕組分、二級(jí)輕組分和二級(jí)重組分)和原油中組分?jǐn)?shù)量分別為7、9、24和11種；且不同組分中成分?jǐn)?shù)量及濃度差異顯著。以上結(jié)果表明分子蒸餾技術(shù)能有效地對(duì)原油成分進(jìn)行拆分，為揮發(fā)油的充分利用提供新的理論基礎(chǔ)。

[1] 邱琴，崔兆杰，劉廷禮，等.蛇床子揮發(fā)油化學(xué)成分的GC-MS分析[J].中藥材，2002，25(8)：561-563.

[2] 趙陸華，單臻，李曉晶，等.蛇床子揮發(fā)油GC和GC-MS指紋圖譜的研究[J].中國藥學(xué)雜志，2007，42(12)：889-891.

[3] 朱化雨，宋興良，孫愛德.蛇床子超臨界CO2萃取成分GC-MS分析[J].臨沂師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，28(6)：49-55.

[4] 張金寶，宋興良，朱化雨.蛇床子揮發(fā)油的提取方法及其化學(xué)成分的氣相色譜分析[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)，2006，42(8)：660-661.

[5] 于泓鵬，吳克剛，吳彤銳，等.超臨界 CO2流體萃取-分子蒸餾提取丁香精油的研究[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2009，29(5)：74-78.

[6] CHEN F，CAI T Y，ZHAO G H，et al.Optimizing conditions for the purification of crude octacosanol extract from rice bran wax by molecular distillation analyzed using response surface methodology [J].Journal of food engineering,2005,70(1):47-53 .

[7] 謝靜，闞建全.分子蒸餾技術(shù)純化花椒籽油中α-亞麻酸的研究[J].食品工業(yè)科技，2010(10)：294-299.

[8] CHEN F,CAI T Y,ZHAO G H,et al.Optimizing conditions for the purification of crude octacosanol extract from rice bran wax by molecular distillation analyzed using response surface methodology [J].Journal of food engineering,2005,70(1):47-53.

[9] 傅紅，裘愛詠.分子蒸餾法制備魚油多不飽和脂肪酸[J].無錫輕工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，21(6)：617-621.

[10] 張煜，張怡，劉攀，等.分子蒸餾技術(shù)純化辣椒紅色素的研究[J].食品科技，2013，38(12)：257-261.

[11] 張曉霞，周卯星，張高勇，等.超臨界CO2流體萃取與乙酸乙酯提取蛇床子化學(xué)成分的對(duì)比[J].精細(xì)化工，2006，23(12)：1216-1220.

[12] 朱纓.蛇床子揮發(fā)油成分的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析[J].時(shí)珍國醫(yī)國藥，2006，17(10)：1962.

[13] 朱纓，顧瑤華，朱磊.GC-MS法分析兩產(chǎn)地蛇床子中揮發(fā)油成分[J].中國藥房，2008，19(33)：2603-2605.

[14] 周永紅，李艷琳，王立升.蛇床子揮發(fā)油化學(xué)成分的分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005，30(3)：263-266.

[15] 張偉娜，胡玉紅，張燕，等.中藥蛇床子揮發(fā)油成分分析[J].黑龍江醫(yī)藥科學(xué)，2013，36(3)：87-88.

Gas Chromatography-mass Spectrometry (GC-MS) Analysis of the Essential Oil fromCnidiummonnieriby Molecular Distillation Separation

SONG Qing-wu1, CHENG Lu1, LI Jun-yu1, HOU Zhao-hua3*et al

(1.Rizhao Polytechnic,Rizhao,Shandong 276826;3.College of Food and bioengineering,Qilu University of Technology,Jinan,Shandong 250353)

[Objective] The essential oil was fractionated fromCnidiummonnieriby by molecular distillation (MD) and analyzed by GC-MS.[Method]Short-range molecular distillation was divided into two,the evaporation temperature was 60 ℃,the degree of vacuum was 50.0 and 5.0 mbar respectively,the injection temperatures was 30 ℃,the condensing temperature was 10 ℃,the scraping film speed was 200 rpm.The essential oil fromCnidiummonnieriand different fractions was subjected to composition analysis by GC-MS.[Results]Two molecular distillation fractions were obtained 3 portions,that of the total sample volume 346.70 g,total recovered amount 339.82 g,total recovery 98.01%.The yields of distilled fractions (DF1and DF2) and residued fractions (RF2) were 164.93 g(47.57%),133.42 g(38.48%) and 41.47 g(11.96%),respectively.GC-MS results revealed that 28 ingredients were detected in the essential oil,including D-limonene,4-isopropyl-toluene,α- pinene,1,2-epoxy lemon oil fine,anti - limonene oxide,etc.,but the composition number and relative amounts of chemical components in different factions were significantly different.[Conclusion] The technology of molecular distillation is an effective separation and purification method for essential oil,which can be applied to the processing and utilization of essential oil.

Essential oil fromCnidiummonnieri; Molecular distillation; Separation; GC-MS

公益行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(201303069-07)。

宋慶武(1982-)，男，山東臨沂人，講師，碩士，從事農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏研究。*通訊作者，講師，博士，從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全研究。

2015-11-18

S 567

A

0517-6611(2015)35-210-04