索氏提取-气相色谱法测定草精油的工艺优化

索氏提取-气相色谱法测定草精油的工艺优化

野生草是科的一种多年生草本植物。全世界缬草约250余种,欧洲、美洲、亚洲均有分布。在我国资源比较丰富的主要有4种:缬草(ValerianaofficinalisL.)、宽叶缬草(ValerianaofficinalisL.var.latifoliaMiq.)、黑水缬草(ValerianaamurensisSmir.exKom)和蜘蛛香(ValerianajatamansiJones),自东而西主要分布于中南、西南、西北、东北山区及丘陵地带。缬草的根和根茎中含有挥发油、黄酮、生物碱、木脂素、环烯醚萜等生物活性成分,是优良的天然药物资源。缬草的药用历史悠久,其制剂从1920年起就被纳入美国药典,现已被英、法、德、日等20多个国家的药典收藏。本草纲目记载有缬草属植物有“辟瘟疫,中恶邪精,鬼气尸痊”作用;传统医学认为其具有安心神、祛风湿、行气血、止痛的功效;现代研究表明,缬草制剂具有平滑肌解痉、增加冠脉流量、抗心律失常、抗肿瘤、抗抑郁、镇静安神等作用。缬草的提取物还有抗菌抗病毒作用,可用于治疗感冒等呼吸道疾病。除在医药方面的用途外,缬草油提取物还可以广泛应用于香料香精、保健品和化工行业。植物精油的提取方法主要有水蒸气蒸馏法、有机溶剂萃取法和超临界流体萃取法等。植物油为一类脂溶性物质,难溶于水,易溶解于无水乙醇、石油醚、氯仿等有机溶剂。缬草精油的提取有采用水蒸气蒸馏法和超临界CO2萃取法的报道,但因为采用超临界CO2萃取方法生产缬草精油的成本较高,不易大规模推广,水蒸气蒸馏法与溶剂萃取法相比通常提取得率较低。在试验中,分别采用了溶剂萃取法和水蒸气蒸馏法提取缬草精油,并对其提取工艺进行优化,用GC-MS法精油的化学成分分析比较,本文主要是对溶剂萃取法的结果进行分析,旨在为缬草的开发利用提供参考。1材料和方法1.1气/质联用仪gc-ms缬草(ValerianaamurensisSmir.exKom):2006年11月采于湖南湘西自治州,取缬草根洗净,真空冷冻干燥后粉碎至2.0mm粒度,密封保存。气/质联用仪(GC-MS):FinniganTraceDSQ,美国热电科技仪器公司;FD-IA真空冷冻干燥机干:北京博医康实验仪器有限公司;R201D-Ⅱ旋转蒸发器:郑州长城科工贸有限公司;索氏提取器:重庆特种玻璃仪器厂。1.2测试方法1.2.1提取稻草油的工艺缬草根茎→真空冷冻干燥→粉碎→过筛→索氏提取→真空浓缩→缬草精油。1.2.22草提取率计算按参考文献方法操作。精油提取率=提取的精油质量/称取的缬草根质量)×100%1.2.3柱温升温程序气相色谱条件:DB-5弹性石英毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm)。载气:He,恒流Flow:1mL/min,分流比20∶1,进样口温度:230℃,炉温250℃,柱温箱升温程序:40℃,保持5min,以2℃/min升温速率升至100℃,保持3min,再以3℃/min升温速率升至250℃,保持5min。质谱条件:传输线温度为250℃,EI电离源,电离能量70ev,扫描范围33～450amu,连接杆温度280℃。采集数据分析:经NIST98和Wiley谱库对所采集数据的各物质进行检索,结合相关的分析软件核对标准质谱图,确定缬草精油组分的结构,按峰面积归一化法求得各成分相对质量分数。1.2.4提取溶剂的选择称取25g缬草根,在料液比为1∶7,温度80℃的条件下,分别用无水乙醇,丙酮,正己烷,异丙醇,石油醚(沸程60～90℃),回流抽提3h,以提取率为指标,考察不同溶剂对提取效果的影响。1.2.5提取时间的确定称取25g缬草根,以温度70℃,料液比为1∶7,在索氏提取器中分别回流抽提1、2、3、4、5h,以精油的提取率为指标,考察不同时间对提取效果的影响。1.2.6提取温度对提取效果的影响称取25g缬草根,在料液比为1∶7和提取时间为3h的条件下,分别在65、70、75、80、85、90℃温度下,于索氏提取器中回流抽提,以提取率为指标,考察不同温度对提取效果的影响。1.2.7料液比对提取效果的影响称取25g缬草根,在温度70℃,提取时间为3h的条件下进行试验,分别在料液比(g/mL)为1∶3、1∶5、1∶7、1∶9、1∶11、1∶13时,于索氏提取器中回流抽提,以提取率为指标,考察料液比对提取效果的影响。1.2.8正交试验选择提取温度,提取时间,料液比为因素设计L9(34)正交试验,以精油提取率为指标,确定缬草精油提取最佳工艺参数。2结果与分析2.13草提取工艺的优化2.1.1提取溶剂的选择由图1所示,溶剂对缬草精油提取率的影响较大,无水乙醇的提取效果较差,其次是丙酮,正己烷、异丙醇和石油醚都有比较好的提取效果,其中石油醚的提取率最高,因此选择石油醚为提取缬草精油的最优溶剂。2.1.2提取时间对稻草提取率的影响图2表明,随着提取时间的延长,提取率越来越高,但提取时间超过3h后,提取效率增加不明显。因此,选择提取时间为2～4h。2.1.3提取温度对萃取率的影响图3表明,随着提取温度升高,缬草精油提取率呈上升趋势,这是由于温度升高有利于溶剂分子渗透到物料细胞内部和溶质分子从细胞内部扩散到溶剂中,从而提取率增加较快,但是随着温度的继续升高,提取率增加缓慢,由于缬草精油是热敏性物料,随着温度的升高其活性会受到一定的影响,所以选择提取温度为75～85℃范围。2.1.4料液比对提取率的影响由图4所示,料液比在1∶1～1∶9之间,随料液比的增加,提取率相应地增加,但料液比增加到1∶9后,提取率增加变缓。因此,为了尽量减少溶剂用量,减少后续工序的操作费用,以尽量小的料液比为原则,选择料液比范围为1∶7～1∶11较为适合。2.1.5最佳工艺条件的确定根据提取温度,提取时间,料液比的单因数试验结果,确定3个因素的试验水平,正交试验安排与试验结果如表1所示。根据表1数据的极差分析表明,所选择3个因素对缬草精油的提取率的影响顺序为提取温度>料液比>提取时间,优化后的最佳工艺条件为:料液比1∶9、温度80℃、提取时间为2h,在此条件下,经试验验证,缬草精油的提取率为0.75%,与笔者曾经在水蒸气蒸馏法的最佳工艺条件下所提取的缬草精油提取率0.58%相比,提取率高29.31%。导致这种结果的原因可能是一部分物质在水蒸气蒸馏蒸馏过程中分解损失,另一部分沸点较高的物质不能随水蒸汽蒸出,但能溶于石油醚被提取出来。由表3试验方差分析结果可以看出:提取温度对缬草精油的提取率影响显著,而提取时间和料液比对提取率的影响不太显著。2.2材料类化合物采用GC-MS对提取的精油进行定性定量分析,得到缬草精油的总离子流谱图5,检出72个峰,鉴定出相对质量分数在0.1%以上的化合物42种列于表2,其中烯类化合物26种、醇类化合物7种、酮类化合物4种、酯类化合物4种和醚类化合物1种。以萜烯类化合物为主,乙酸龙脑酯和莰烯占主导地位,相对质量分数在1%以上的成分有:乙酸龙脑酯(36.02%),莰烯(10.15%),β-蒎烯(9.85%),α-松油烯(2.26%),大花桉油醇(2.93%),α-律草烯(2.53%),柠檬烯(1.92%),乙酸桃金娘烯酯(1.88%),α-石竹烯(1.46%),氧化石竹烯(1.18%),α-蒎烯(1.14%),缬草酮(1.12%)等。这个结果与笔都曾做过的水蒸气蒸馏法提取的缬草精油成分对比,检出的化合物的峰数量和鉴定出相对质量分数在0.1%以上的化合物的种类相对多一些,也与胡晓娜等的结果有相似之处。3优化条件下的提取率通过正交试验对溶剂法提取缬草精油的工艺进行优化,结果表明最