分子蒸馏技术拆分蛇床子油及GC-MS分析

宋庆武， 程 璐，李俊玉，孙家财， 侯召华

(1.日照职业技术学院，山东日照 276826；2.青岛农业大学海都学院，山东烟台 265200；3.齐鲁工业大学食品科学与工程学院，山东济南 250353)



分子蒸馏技术拆分蛇床子油及GC-MS分析

宋庆武1， 程 璐1，李俊玉1，孙家财2， 侯召华3*

(1.日照职业技术学院，山东日照 276826；2.青岛农业大学海都学院，山东烟台 265200；3.齐鲁工业大学食品科学与工程学院，山东济南 250353)

[目的]采用分子蒸馏技术拆分蛇床子油，并进行气相色谱-质谱(GC-MS)分析。[方法]短程分子蒸馏分为两级，一级蒸发温度为60 ℃、真空度50.0 mbar，二级蒸发温度为60 ℃、真空度5.0 mbar，进样温度均为30 ℃、冷凝温度10 ℃、刮膜转速200 rpm。利用GC-MS对蛇床子油及不同馏分物进行成分分析。[结果]两级分子蒸馏共得到3部分馏分物，总上样量为346.70 g，回收总计339.82 g，总回收率为98.01%；一级轻组分(DF1)为164.93 g(47.57%)，二级轻组分(DF2)为133.42 g(38.48%)，二级重组分(RF2)为41.47 g(11.96%)。对原油和各级馏分物分别进行GC-MS分析，共检测出28个化合物，主要成分为右旋萜二烯、4-异丙基甲苯、α-蒎烯、1，2-环氧柠檬油精、反-柠檬烯氧化物等，但各部分中成分数量及相对含量差别显著。[结论]分子蒸馏是一种能有效分离纯化挥发油的技术，可应用于挥发油的加工利用。

蛇床子油；分子蒸馏技术；拆分；气相色谱-质谱法

蛇床子(FructusCnidii)是传统中药之一，为伞形科植物蛇床子[Cnidiummonnieri(L.) Cusson]的干燥成熟果实[1]。蛇床子分布范围很广，且用途广泛。蛇床子中主要有效成分为挥发油和香豆素类化合物(Coumarins)[2]。蛇床子挥发油在临床上具有止咳、平喘、祛痰、发汗、解表、祛风、镇痛、解热、利尿、健胃、抗菌、消毒和杀虫等功效[3],还用于治疗阳痰、宫冷、寒湿带下、湿痹腰疼等，具有抗诱变、抗变态反应、提高免疫力、延缓衰老和美肤美容等功能；工业上还用于制造香料和指示剂等[4]。国内外针对蛇床子挥发油的研究多集中在挥发性成分的鉴定，对其成分分离、纯化、浓缩方面的研究较少。

不像其他传统分离纯化方法，在纯化过程中，分子蒸馏技术(MD)能避免使用任何有机溶剂，它还可以在除去有害的杂质的同时，浪费最小和安全性更高。分子蒸馏技术是在一种特殊的短程蒸馏，蒸发和冷凝面的距离小于高真空度中分子的自由流程，这种技术是一种较好的分离和纯化天然产物的方法，尤其是高分子量、高粘度和高沸点的物质[5-6]。因此结合MD方法可以有效地将蛇床子油中非挥发性重分子组分和色素物质分离，解决蛇床子挥发油中多种有效成分无法进一步有效地分离、提纯，且其提纯成本高、实用性差等技术问题。MD提取出的不同成分按功效应用于不同保健食品、化妆品和医药产品中，增加了蛇床子油的医用药用使用价值。分子蒸馏技术被认为是远远优于传统加工加热的处理方法，该技术采用自动控制，工艺条件能够实现准确控制，在很大程度上减少了食品感官和物理特性的有害变化，且蒸馏过程没有废水、废气等污染物质的排放，同时该方法是在负压状态下、在低于物质沸点的工况下提纯，还具有节能环保的显著优点，易于工业化、产品化生产。该试验研究了短程分子蒸馏技术对蛇床子挥发油的分离纯化及GC-MS分析，为蛇床子挥发油进一步深加工利用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 原材料

细辛挥发油购买于江西森海香料公司；氦气(高纯度99.9995%，北京嘉世旺科技有限公司)；正己烷为色谱级。

1.2 设备

短程分子蒸馏VKL-70型(德国瑞达)；BS224S电子天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司)；气相色谱-质谱联用仪(Agilent Technoliges 7890A-Agilent Technoliges 5975C)。

1.3 短程分子蒸馏装置与流程

试验所用的分离装置如图1所示，操作系统绝对压力可达0.1 Pa，蒸发温度范围30～350 ℃，刮膜器转速10～400 rpm。

1.4 试验条件

该研究使用的是VKL-70短程分子蒸馏仪，该装置包括进料系统、真空系统、蒸发系统、冷凝系统。短程蒸馏过程中，在一定真空度和加热条件下，低沸点化合物转化为蒸汽。蒸汽化合物冷凝浓缩为轻组分(DF)，其余剩余成分为重组分(RF)。该研究共分两级分子蒸馏，操作条件分别为：预加热温度30 ℃、冷凝管温度10 ℃、进料流速10～15 ml/min；一级、二级分子蒸馏的蒸发温度均为(60±0.2)℃、真空度分别为(50.0±0.2)、(5.0±0.2)mbar，刮膜泵转速均为200～210 rpm。通过两级分子蒸馏，得到两部分轻组分(DF1和DF2)和一部分重组分(RF2)，对三部分重量、化学成分进行分析。回收率=(FW/TW)×100%，式中，FW为各组分重量(g)；TW为样品初始总重量(g)。

1.5 GC-MS条件

所有样品(约0.1 ml)溶解到100 ml 正己烷(HPLC级)中，正己烷为空白。每个样品都利用GC-MS[7]进行分析，数据经过Xcalibur software,version 2.0.7 (ThermoFinnigan,San Jose,CA,USA)加工。

1.5.1

色谱条件。DB-23 石英毛细管色谱柱(60 mm×0.25 mm×0.25 μm)；色谱柱起始温度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；氦气为载气，流速为1.0 ml/min；进样量1 μl；分流比为60∶1；进样口温度为250 ℃，气相色谱-质谱接口温度280 ℃。

1.5.2 质谱条件。电子离子源，电子能量70 eV，离子源温度280 ℃，扫描模式Scan，扫描质量范围为20～600 u。

2 结果与分析

2.1 分子蒸馏结果

称取蛇床子原油346.70 g进行上样，一级分子蒸馏得到一级重组分(RF1)和一级轻组分(DF1)，然后对一级重组分(RF1)进行二级分子蒸馏，结果发现(表1)，经过两级分子蒸馏共得到3部分(DF1、DF2和RF2)，回收率分别为47.57%、38.48%和11.96%，三组分馏分物总计339.82 g，总回收率达98.01%，可见分子蒸馏技术损失率极其低。

2.2 分子蒸馏组分分析

表1 分子蒸馏组分结果

从蛇床子原油及三部分馏分物(DF1、DF2和RF2)的离子流图(图2)可以看出，各部分成分的数量和含量差异显著，二级重组分中成分数量明显多于原油和一级轻组分、二级轻组分。由蛇床子各组分外观图(图3)可直观得到，一级轻组分和二级轻组分基本为无色，蛇床子原油具有轻微黄色，而二级重组分颜色较深。这可能是由于一级轻组分和二级轻组分成分多为无色挥发性成分，而二级重组分含有较多的脂肪酸以及脂溶性色素。傅红等[9]用多级分子蒸馏从鱼油中制备富含EPA和DHA的多不饱和脂肪酸，与工业上普遍使用的尿素包合法相比，由于分子蒸馏法可以将色素和脂肪酸组分相互分离，克服了尿素包合法需要大量脱色剂和被包合的脂肪酸难以回收等缺点，采用分子蒸馏法制备鱼油多不饱和脂肪酸是理想的工业化生产方式。张煜等[10]以辣椒红色素色价为考察指标，确定了分子蒸馏纯化辣椒红色素的最佳工艺条件，辣椒红色素的色价可达185.95；试验表明，利用分子蒸馏技术对溶剂提取出的辣椒红色素粗产品进行分离提纯，可以有效地达到脱辣、脱溶、脱臭的目的，产品质量明显提高。分子蒸馏技术具有高真空度、低温加热的特点，使其能保护色素不被热分解破坏，应用在辣椒红色素工业上是可行的。

由表2可知，根据质谱结果，以面积归一法测得挥发油各组分峰面积及相对百分含量，相对含量在2%以上成分共确定28种，主要成分为右旋萜二烯、4-异丙基甲苯、α-蒎烯、1，2-环氧柠檬油精、反-柠檬烯氧化物等；三部分馏分物(一级轻组分、二级轻组分和二级重组分)和原油中组分数量分别为7、9、24和11种，且不同组分中成分数量和浓度差异显著。挥发油所含化学成分复杂，主要包括单萜烯类、倍半萜烯及其含氧衍生物、酯类、脂肪类化合物等一系列不饱和化合物，还含有少量的酮、醚、醇及苯系物类化合物。张晓霞等[11]对蛇床子提取物进行GC-MS定性分析，鉴定出乙酸乙酯提取物中的43个成分和超临界萃取物中的39个成分。除了总香豆素外，蛇床子提取物中还包括具有异戊二烯结构单元的萜烯类、萜酯类、萜醇类、醛类、烷烃类和一般酯类化合物，它们是蛇床子挥发油中的主要成分；还有油酸亚油酸等酸类物质、甾体化合物和苯系物。朱缨等分析确定在蛇床子挥发油中相对含量最高的化合物是柠檬油烯，相对含量为14.57%，

其次为1,7,7-三甲基-双环[2,2,1]庚烷-2-醇乙酸酯，相对含量为11.48%[12]；河南和安徽两地蛇床子挥发油中主要成分为柠檬油烯、α-松萜、β-松萜、喔斯脑、L-龙脑、α-葑基醋酸酯、β-丁子香烯、d-吉玛烯、十六醇酸、莰烯，共有28个，含量有差异；安徽蛇床子有8个独有成分，而河南产的有17个独有成

分，不同产地的蛇床子药材中所含挥发性成分存在一定差异[13]。周永红等[14]从蛇床子挥发油中鉴定出70种化合物，首先是萜类化合物，占挥发油含量的82%以上；其次是脂肪酸类物质，占12.30%，并含有少量的脂肪醛、酮类化合物；萜类化合物又以单萜类化合物为主，占萜类化合物的54.3%，其中含量最高的是乙酸龙脑酯(20.04%)，其次为D-柠檬油烯(8.58%)；倍半萜化合物中以丙酸香芹酯(6.80%)、β-雪松烯及金合欢烯为主。张伟娜等[15]分析蛇床子饮片中挥发油的化学成分发现，含量相对最高的化合物是柠檬烯，相对含量为36.63%；其次为α-蒎烯，相对含量为32.6%。邱琴等[1]对蛇床子挥发油进行GC-MS分析，鉴定50种成分，其中，相对含量最高的是反-罗勒烯，为37.96%，其次为苎烯，相对含量为35.44%；相对含量为6.78%～1.16%的组分还有l,7,7-三甲基-双环[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%)；倍半萜烯类组分相对含量在85%以上，酯类组7%以上，萜醇类组分在2%以上。

表2 蛇床子原油及三馏分物成分

续表2

序号时间min化合物分子式相对含量∥%原油一级轻组分二级轻组分二级重组分1318.808β-芳樟醇C10H18O0.791418.911α-松油醇C10H18O2.731519.0441-甲基-1,4-环己二烯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-环己烯-1-基)乙酮C10H16O0.268.471920.083L-香芹醇C10H16O5.872020.457右旋香芹酮C10H14O5.292122.246紫苏醇C10H16O3.412222.904法呢醇C15H26O0.882323.1164-异丙烯基-1-甲基-1,2-环己二醇C10H18O20.2912.112423.744L-香芹醇C10H16O3.682524.143依兰烯C15H242.072624.481α-石竹烯C15H240.892724.832乙酸香味酯C2H20O23.912825.811乙酸紫苏酯C12H18O22.34

利用分子蒸馏对原油进行拆分，可以纯化挥发油中组分，一级轻组分仅检测到7种物质，右旋萜二烯的相对含量达88.47%；而二级重组分中却检测到24种物质，其中多为含量较低的物质。以上结果表明，利用短程分子蒸馏能有效地对蛇床子原油中不同组分进行拆分，已达到不同组分纯化的目的，为不同组分的利用提供保证。

3 结论

(1)短程分子蒸馏分为二级，一级蒸发温度为60 ℃、真空度50.0 mbar，二级蒸发温度为60 ℃、真空度5.0 mbar，进样温度均为30 ℃、冷凝温度10 ℃、刮膜转速150 rpm。

(2)两级分子蒸馏共得到3部分，总上样量为346.70 g；一级轻组分(DF1)164.93 g，所占质量比为47.57%；二级轻组分(DF2)133.42 g，所占质量比为38.48%；二级重组分(RF2)41.47 g，所占质量比为11.96%。三组分馏分物总回收率为98.01%，分子蒸馏技术损失率极其低。

(3)对原油和三部分馏分物分别进行GC-MS分析，共检测出28个化合物，主要成分为右旋萜二烯、4-异丙基甲苯、α-蒎烯、1，2-环氧柠檬油精、反-柠檬烯氧化物等；三部分馏分物(一级轻组分、二级轻组分和二级重组分)和原油中组分数量分别为7、9、24和11种；且不同组分中成分数量及浓度差异显著。以上结果表明分子蒸馏技术能有效地对原油成分进行拆分，为挥发油的充分利用提供新的理论基础。

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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

公益行业(农业)科研专项经费(201303069-07)。

宋庆武(1982-)，男，山东临沂人，讲师，硕士，从事农产品加工及贮藏研究。*通讯作者，讲师，博士，从事农产品质量与安全研究。

2015-11-18

S 567

A

0517-6611(2015)35-210-04