凹叶木兰花蕾挥发油提取及成分分析_孙乐水.pdf

2023 年第 2 期工程师园地凹叶木兰（Magnolia sargentiana）是中国特有的落叶乔木，又称姜朴、应春花、厚皮，花大而艳丽，叶形美观 1。凹叶木兰的花蕾是辛夷的代用品，树皮是厚朴的代用品，种子、根、芽等均可入药 2。凹叶木兰具有重要的观赏价值和药用价值。中药辛夷，其药性辛温，有祛风散寒、平稳降压、消炎镇痛、杀菌等功能，临床上多用于治疗鼻炎及鼻窦炎 3。辛夷化学成分种类繁多，其中挥发油和木脂素是主要药效成分。目前，对辛夷挥发油的提取和成分分析研究较多，刘鹏飞 4 用超临界 CO2萃取法、水蒸气法、微波法、超声波辅助法研究河南南召的辛夷，对比分析了其热稳定性和有机物质种类；蔡红 5 等人采用水蒸气蒸馏法对采自山东省的辛夷花蕾进行优化实验。超声波辅助提取法由于超声波产生的能量对植物起到质壁分离的作用，使得提取速率增快、提取能力增强。针对凹叶木兰花蕾挥发油研究报道较少，本实验采用超声辅助水蒸气蒸馏法提取凹叶木兰花蕾挥发油，采用气-质联用仪对挥发油进行分析，并与辛夷挥发油成分进行了对比，为凹叶木兰花蕾药用开发提供理论支撑。1实验部分1.1试剂与仪器凹叶木兰花蕾（陕西省西安植物园）；无水 Na2SO4（AR 天津市恒兴化学试剂制造有限公司）。多顺 DXF-02C 型粉碎机（广州市大祥电子机械设备有限公司）；1788-500mL 挥发油提取器（天长市吉高实验设备有限公司）；SB-4200DT 型超声波装置（宁波新芝生物科技股份有限公司）；QP2010 plus型气-质联用仪（日本岛津公司）。1.2挥发油提取1.2.1凹叶木兰花蕾预处理将取一定量新鲜凹叶木兰花蕾自然避光阴干两周，将其加入粉碎机中粉凹叶木兰花蕾挥发油提取及成分分析*孙乐水1，李学坤1，姚庭安1，张新龙1，谢斌2（1.西安文理学院 化学工程学院，陕西 西安 710065；2.陕西省西安植物园 陕西省植物资源保护与利用工程中心，陕西 西安 710061）摘要：以干燥凹叶木兰花蕾为原料采用水蒸气蒸馏法提取挥发油，产品经 GC-MS检测分析。结果表明，挥发油产品中检测出化合物有 105 种，其中含量大于 10%的化合物有 3 种，分别为：-水芹烯（19.47%），左旋-蒎烯（16.36%）和桉油精（11.64%），主要有效成分与辛夷挥发油相同。关键词：水蒸气蒸馏；凹叶木兰；挥发油；成分分析中图分类号：R284.1文献标识码：AExtraction and analysis of volatile oil from Magnolia Officinalis*SUN Le-shui1,LI Xue-kun1,YAO Ting-an1,ZHANG Xin-long1,XIE Bin2（1.School of Chemical Engineering，Xian University of Arts and Science，Xian 710065,China;2.Institute of Botany of Shaanxi Province，Xian 710061,China）Abstract:The volatile oil was extracted from the dried flower buds of Magnolia Denudata by hydrodistillation.The products were analyzed by GC/MS.105 compounds were identified from the volatile oil.There were three compounds containing more than 10%,with-phellandrene（19.47%）,（-）-pinene（16.36%）and Eucalyptol（11.64%）respectively.The main active ingredient is the same as the volatile oil of Magnolia biondii pamp.Key words:hydrodistillation;Magnolia sargentiana;volatile oil;component analysisDOI：10.16247/ki.23-1171/tq.20230281收稿日期：2022-05-05基金项目：陕西省级大学生创新创业计划训练项目（S202011080062）；西安市科技计划项目（2019KJWL11）；陕西省教育厅项目（17JK1121）；陕西省科学院优秀青年科研项目暨青年联合创新项目（2018nk-10）作者简介：孙乐水（1999-），男，汉族，安徽安庆人，硕士研究生在读，主要从事药用植物提取。通信作者：李学坤（1984-），男，汉族，山东德州人，副教授，博士研究生，主要从事有机化工及天然产物研究开发。Sum329 No.2化学工程师ChemicalEngineer2023 年第 2 期2023 年第 2 期碎，30s 后取出，收集粉末并封袋，置于干燥器避光防潮保存。1.2.2超声辅助水蒸气蒸馏法提取挥发油将粉碎处理后的凹叶木兰花原料置于蒸馏烧瓶中，加入一定比例的蒸馏水与之混合，放入超声波装置进行超声破壁处理。在烧瓶中加入沸石，油浴加热并打开磁力搅拌，加热至微沸，至挥发油不再产生。待实验结束，取出离心管收集挥发油并加入少量无水 Na2SO4脱水处理，实验中分别对加热提取时间、超声破壁时间和料液比等因素进行了分析。1.3分析检测方法以岛津 QP2010 plus 型气-质联用仪，Rtx-5MS色谱柱测定挥发油含量，起始柱温 60，2min 后以3 min-1的速率程序升温至 115，保留时间 2min，再以 3 min-1的速率程序升温至 200，最后以10 min-1的速率程序升温至 250，保留时间2min，载气速率为 16.7mL min-1。质谱扫描范围为50600m/z，离子源温度为 200，气化室温度为200 6,7。2结果与讨论2.1提取工艺优化2.1.1加热提取时间的影响称取经过预处理的凹叶木兰花蕾原料 20g，加入蒸馏水的量为原料的 10倍，超声破壁处理 300s，然后加热提取 8h，每隔 1h记录出油量。结果见图 1。由图 1 可见，随着加热时间的增加，挥发油提取量逐步增加，曲线趋近于平缓。这是因为随着加热时间的增大，精油被不断蒸出，挥发油的量不断增大，但精油的量是有限的，挥发油提取量与加热提取时间的曲线最终一定会趋向于平缓，继续延长时间会造成挥发油挥发以致收率下降。因此，选择 6h 作为加热提取时间中的最佳值。2.1.2超声破壁时间的影响称取经过预处理的凹叶木兰花蕾原料 20g，加入蒸馏水的量为原料的10 倍，超声破壁处理分别进行 300，600，900，1200，1500s，保持微沸状态提取挥发油 6h，结果见图 2。由图 2 可见，随着超声波破壁时间的增大，挥发油提取量先增大后减小，在 600s 时达到最大值。这可能是因为，若超声波时间过短，产生的能量不足以使辛夷细胞结构发生变化，阻碍精油类物质在溶剂中的溶解，若超声波时间过长，导致细胞被破坏，精油乳化现象严重 8，不利于挥发油的提取。因此，选择 600s 作为超声破壁时间的最佳值。2.1.3料液配比的影响称取经过预处理的凹叶木兰花蕾原料 20g 于 500mL 蒸馏烧瓶中，加入蒸馏水的量分别为原料的 8、10、12、14、16 倍与原料混合，超声破壁 600s，然后进行提取，达到微沸时开始计时，保持微沸状态计时提取 6h。实验结束，读取并记录所得挥发油的量，结果见图 3。由图 3 可见，增大料液配比，出油量增多，这可能是因为随着料液配比增加，辛夷中精油类物质与溶剂的浓度差也增大，使得精油类物质向溶剂中的1.00.90.80.70.60.50.40123456789加热时间/h挥发油/mL图 1加热时间对挥发油提取量的影响Fig.1Effects of heating timeon extraction volume of volatile oil0.960.940.920.900.880.862004006008001000 1200 1400 1600超声波破壁时间/s挥发油/mL图 2超声波破壁时间对挥发油提取量的影响Fig.2Effects of ultrasonic timeon extraction volume of volatile oil1.051.000.950.900.850.800.750.701 81 101 121 141 16料液配比挥发油/mL图 3料液配比对挥发油提取量的影响Fig.3Effects of solid-liquid ratioon extraction volume of volatile oil孙乐水等：凹叶木兰花蕾挥发油提取及成分分析*822023 年第 2 期溶出量增大 9。当料液配比增加到1 12 时，挥发油体积量达到最大值 1.02mL，继续增加料液配比，辛夷里的其他物质向溶剂中的溶出量也相应增大，导致溶液整体黏度变大，不利于挥发油的提取。因此，选择1 12 作为料液配比最佳值。2.2挥发油含量称取经过预处理的凹叶木兰花蕾原料 20g，提取条件为料液比（g mL）为1 12，超声破壁时间为600s，随着加热时间的增加，挥发油提取量逐步增加，当提取时间为 6h 时，挥发油量最高为 1.02mL，其性状为具有特殊芳香气味的白色油状液体，经无水Na2SO4脱水后，为近无色芳香油状液体。2.3成分检测结果对挥发油成分进行 GC-MS 分析，最终得到总离子流图（TIC）见图 4。应用 NIST Version 17.L 图谱库进行检索，共鉴定出 103 种化合物。按照峰面积归一法计算各组成化合物的相对百分含量，其中含量大于 1%的化合物分别有 18 种，结果见表 1。5101520253035404550556065701.00.80.60.40.20.01025.73117.98725.98132.36635.27342.25449.35569.622+TIC扫描 凹叶木兰 1.DCounts（%）vs.采集时间/min图 4凹叶木兰花蕾挥发油总离子流图Fig.4TIC（GC-MS）of volatile oil from flower bud of Magnolia Officinalis名称分子式保留时间/min面积含量/%1,3,3-三甲基三环2.2.1.0（2,6）庚烷C10H164.30332898615.47-水芹烯C10H165.6351171191219.47苯乙醚C8H10O5.72510219291.70左旋-beta-蒎烯C10H165.734984455016.36（s）-2-甲氧基-2-苯乙酸甲酯C10H12O37.79719579313.251,2-二（1-丙烯基）环丁烷C10H167.80836869816.13桉叶油醇（又称桉油精）C10H18O7.885699992311.64-松油烯C10H169.10510429511.73芳樟醇C10H18O11.57715686422.614-萜品醇C10H18O16.59712483222.07乙基苯乙醇C10H14O17.9686481141.08甲烷磺酰基乙酸乙酯C5H10O4S17.9857175961.19（-）-异丁香烯C15H2435.27621617083.59荜澄茄油萜C15H2439.37923977683.99（1S,8aR）-1-异丙基-4,7-二甲基-1,2,3,5,6,8a-六氢萘C15H2442.25516547792.75（s,3 e,7 e）-4,8-四甲基-3,7-环己二烯-1-甲醇C15H26O43.83210292561.71（3S）-1,2,3,4,5,6,7,8-八氢化-3,8-四甲基-5-奥甲醇乙酸酯C17H28O249.34210017841.67（2r）-