不同提取工藝參數(shù)對(duì)艾葉揮發(fā)油成分的影響研究

況彎彎,伍振峰,楊 明,萬(wàn) 婷,吳樣明*

(1.江中藥業(yè)股份有限公司,江西 南昌330004;2.中藥矯味(掩味)與感官評(píng)價(jià)關(guān)鍵 技術(shù)重點(diǎn)研究室,江西 南昌 330004;3.江西中醫(yī)藥大學(xué) 創(chuàng)新藥物與高效節(jié)能降耗 制藥設(shè)備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 南昌330004)

艾葉是菊科植物艾草的干燥葉,別稱艾蒿、蘄艾、家艾、甜艾、灸草、醫(yī)草等[1]。陶弘景《名醫(yī)別錄》將艾葉作為藥物,正式記載其功效后,人們對(duì)其運(yùn)用日益廣泛。艾葉性味苦、溫、辛,有逐寒濕、溫經(jīng)、理氣血、止血、安胎等功用,臨床廣泛應(yīng)用于各類(lèi)殺蟲(chóng)止癢、出血癥、內(nèi)科、婦科等疾病[2]?，F(xiàn)代研究顯示,其主要含有揮發(fā)油、甾萜類(lèi)、黃酮類(lèi)、香豆素類(lèi)、多糖及一些小分子成分等,其中,揮發(fā)油、黃酮類(lèi)為主要有效成分。在許多經(jīng)典中醫(yī)名方中(如艾附暖宮丸、加味生化散、膠艾湯等),艾葉均是主要藥物。揮發(fā)油是艾葉的主要藥效成分之一,其提取方法和工藝是揮發(fā)油質(zhì)量和藥理活性的保證,對(duì)于艾葉資源的開(kāi)發(fā)利用也具有重要意義。近年來(lái),隨著艾葉研究的逐漸深入,其應(yīng)用范圍也日益拓展。

由于傳統(tǒng)的揮發(fā)油提取器并未對(duì)收集溫度進(jìn)行相應(yīng)的控制,導(dǎo)致在不同室溫、不同加熱功率下會(huì)出現(xiàn)不同的收集溫度,且普通揮發(fā)油提取器的收集溫度往往較高(可達(dá)70℃以上)。這對(duì)于某些熱不穩(wěn)定性的揮發(fā)油(如川芎、當(dāng)歸、艾葉等)提取會(huì)出現(xiàn)成分損失,且對(duì)于某些需要低溫收集的揮發(fā)油,延長(zhǎng)了其油水分離速度,最終導(dǎo)致?lián)]發(fā)油提取過(guò)程中,即使同一批藥材也會(huì)出現(xiàn)成分含量差異較大的現(xiàn)象[3]。因此,本實(shí)驗(yàn)采用改進(jìn)的揮發(fā)油提取器進(jìn)行艾葉揮發(fā)油提取,考察對(duì)不同冷凝溫度、收集溫度、液藥比、加熱溫度、粉碎度對(duì)揮發(fā)油提取率的影響。采用GC-MS測(cè)定不同工藝參數(shù)下所得揮發(fā)油成分,采用SPSS 20.0軟件對(duì)不同工藝參數(shù)條件下所得揮發(fā)油成分及得率進(jìn)行相關(guān)性分析,研究不同工藝參數(shù)對(duì)揮發(fā)油成分的影響,探討提取過(guò)程中工藝參數(shù)與揮發(fā)油內(nèi)部成分之間的關(guān)系。

1 材料

1.1 儀器設(shè)備

BSA224S型分析天平(賽多利斯科學(xué)儀器有限公司),6202型中藥粉碎機(jī)(北京寰亞天元機(jī)械技術(shù)有限公司),電熱套(鄄城華魯電熱儀器有限公司),藥典篩(浙江道墟張興紗篩廠),Agilent 7890 A/ 5975C氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國(guó)安捷倫公司),揮發(fā)油提取器(《中華人民共和國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)自制),SZ93雙蒸水儀(上海杰和科技公司),Origin 8.05軟件、SPSS 20.0軟件。

1.2 藥品與試劑

艾葉(購(gòu)自江西江中中藥飲片有限公司,批號(hào)20150602);二甲苯(武漢市鑫楚洋化工);無(wú)水硫酸鈉(西隴化工有限公司);雙蒸水(自制)。

2 實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果

2.1 艾葉揮發(fā)油提取工藝

參照《中華人民共和國(guó)藥典》[4]2020年版四部揮發(fā)油測(cè)定法(甲法)進(jìn)行測(cè)定。取粉碎并篩分至規(guī)定粒徑后的艾葉約 100.00 g,精密稱定,加蒸餾水適量與玻璃珠數(shù)粒,接入冷凝管,同時(shí)向冷凝管及改進(jìn)的揮發(fā)油提取器(見(jiàn)圖1)(相較于傳統(tǒng)的揮發(fā)油提取器,在揮發(fā)油讀取刻度外增加了保溫夾套,可以更好地實(shí)現(xiàn)油水分離,易于收集到更多的揮發(fā)油)保溫套管中通入冷凝水及一定溫度的水,置電熱套中緩緩加熱至沸,并保持微沸,提取一定時(shí)間,停止加熱,放置1h以上,開(kāi)啟測(cè)定器下端的活塞,將水緩緩放出收集揮發(fā)油,將所得揮發(fā)油用無(wú)水硫酸鈉干燥過(guò)夜,得到油狀物,即為揮發(fā)油。計(jì)算揮發(fā)油得率,密封,冷藏保存。艾葉揮發(fā)油得率計(jì)算公式:揮發(fā)油得率(%)=A/B×100%[注:A為收集的揮發(fā)油量(mL),B為加入的藥材量(g)]。

圖1 改進(jìn)的揮發(fā)油提取器

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

分別考察冷凝溫度、收集溫度、加熱溫度、藥液比和粉碎程度對(duì)艾葉揮發(fā)油得率的影響。

2.2.1 不同冷凝溫度對(duì)艾葉揮發(fā)油提取率的影響 取各藥材多份,每份100g,置于2 000mL燒瓶中,加入1 000mL蒸餾水,接入冷凝管及改進(jìn)的揮發(fā)油提取器。為考察不同冷凝溫度對(duì)揮發(fā)油得率的影響,分別向冷凝管中通入10、20、30、40、50、60、70℃的冷凝水,同時(shí)向收集器中通入20℃冷凝水,進(jìn)行提取一定時(shí)間后測(cè)定提取率。

2.2.2 不同收集溫度對(duì)艾葉揮發(fā)油提取率的影響 取各藥材多份,每份100g,置于2 000mL燒瓶中,加入1 000mL蒸餾水,接入冷凝管及改進(jìn)的揮發(fā)油提取器。為考察不同收集溫度對(duì)揮發(fā)油得率的影響,分別向揮發(fā)油溫控夾層中通入10、20、30、40、50、60、70℃的冷凝水,同時(shí)向收集器中通入20℃冷凝水,進(jìn)行提取一定時(shí)間后測(cè)定提取率。

2.2.3 不同粉碎度對(duì)艾葉揮發(fā)油提取率的影響 分別提取粉碎與未粉碎的艾葉,按照“2.1”項(xiàng)進(jìn)行提取,考察兩種藥材的揮發(fā)油收率。

2.2.4 不同加熱溫度對(duì)艾葉揮發(fā)油提取率的影響 取未粉碎的艾葉100g,藥液比1∶15,按照“2.1”項(xiàng)進(jìn)行提取,分別考察180,200,220,240、260、280、300℃加熱溫度下的艾葉揮發(fā)油提取率。

2.2.5 不同藥液比對(duì)艾葉揮發(fā)油提取率的影響 按照“2.1”項(xiàng)進(jìn)行提取,分別考察藥液比為1∶5,1∶10,1∶15,1∶20下的艾葉揮發(fā)油提取率,艾葉揮發(fā)油的提取率隨藥液比變化趨勢(shì)。

2.3 艾葉揮發(fā)油化學(xué)成分測(cè)定

取艾葉揮發(fā)油供試品溶于乙酸乙酯中,搖勻,過(guò)微孔濾膜,即得樣品溶液。GC-MS條件:安捷倫 HP-5 MS 柱(0.25mm×30m,0.25μm),進(jìn)樣口溫度 240℃;不分流;升溫程序:70℃,保持10min;以10℃·min-1升溫至 95℃,保持0min,以5℃·min-1升溫至 125℃,保持0min,以6℃·min-1升溫至240℃,保持0min,以1℃·min-1升溫至 260℃,保持0min;傳輸線溫度280℃;載氣為高純氦氣,流速為1mL·min-1,進(jìn)樣量1μL。離子源溫度 230℃,電離源為 EI,電子能量 70eV;四級(jí)桿溫度 150℃,掃描質(zhì)量范圍為 20～450amu[5]。采用面積歸一化法確定各化學(xué)成分的相對(duì)含量,并采用NIST14庫(kù)檢索,結(jié)合文獻(xiàn)資料與人工分析,鑒定揮發(fā)油組分。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1.1 冷凝溫度的影響 不同冷凝溫度對(duì)揮發(fā)油得率的影響見(jiàn)圖2。從結(jié)果可知,艾葉各冷凝溫度的提取率由大至小的順序?yàn)?0、40、50、30、10、60、70℃,冷凝溫度提取率最高的為20℃冷凝。

圖2 不同冷凝溫度對(duì)艾葉揮發(fā)油提取率的影響

3.1.2 收集溫度的影響 從圖3結(jié)果可知,各收集溫度的提取率由大至小的順序?yàn)?0、70、20、30、40、50、60℃,且收集溫度隨著溫度的升高提取率出現(xiàn)了先降低后升高的過(guò)程。結(jié)果表明,收集溫度提取率最高的為10℃。

圖3 不同收集溫度對(duì)艾葉揮發(fā)油提取率的影響

3.1.3 粉碎度的影響 從圖4可知,艾葉藥材粉碎后其揮發(fā)油提取速率及提取率均較未粉碎的艾葉藥材高,因此艾葉藥材需粉碎后進(jìn)行提取。

圖4 不同艾葉粒度藥材揮發(fā)油提取率隨時(shí)間的變化

3.1.4 加熱溫度的影響 從圖5可知,加熱溫度在280℃時(shí),艾葉揮發(fā)油的提取率最高。

圖5 不同加熱功率對(duì)艾葉揮發(fā)油提取率的影響

3.1.5 液藥比的影響 不同液藥比對(duì)揮發(fā)油提取率的影響見(jiàn)圖6。結(jié)果可知,在不同液藥比下艾葉藥材的提取率由大至小的順序?yàn)?5倍、20倍、5倍、1倍,艾葉揮發(fā)油的最佳液藥比為15∶1。

圖6 液藥比對(duì)艾葉揮發(fā)油提取率的影響

3.2 GC-MS結(jié)果分析

應(yīng)用GC-MS技術(shù),鑒定其艾葉揮發(fā)油的化學(xué)成分,結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知,共鑒定出18個(gè)相對(duì)含量>1%的成分,占已分離總組分含量的87.43%,含量較高的5個(gè)主要成分為新臭根子草醇、龍腦、石竹烯、蒿醇、樟腦。總離子流如圖7所示。

表1 艾葉揮發(fā)油部位化學(xué)成分鑒定結(jié)果

圖7 艾葉揮發(fā)油總離子流

3.3 艾葉揮發(fā)油不同提取工藝參數(shù)與化學(xué)成分的相關(guān)性分析

分析的變量為加熱溫度、液藥比、藥材粒徑、冷凝溫度、收集溫度、提取率和揮發(fā)油含量較高的5個(gè)主要成分相對(duì)含量。應(yīng)用SPSS 20.0軟件進(jìn)行雙變量相關(guān)性分析,雙側(cè)檢驗(yàn)[6],結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 艾葉揮發(fā)油各工藝參數(shù)數(shù)據(jù)

表3 艾葉揮發(fā)油工藝參數(shù)及得油率與揮發(fā)油主要成分相關(guān)性

由表3分析可得,艾葉提取工藝參數(shù)中冷凝溫度與揮發(fā)油主要成分中的蒿醇、樟腦、石竹烯呈顯著相關(guān)性,藥材粒度與揮發(fā)油主要成分中龍腦呈顯著相關(guān)性,提取率與揮發(fā)油主要成分中蒿醇呈顯著相關(guān)性。即隨著冷凝溫度提高,揮發(fā)油主要成分中的蒿醇、樟腦、石竹烯含量逐漸降低。隨著藥材粒度增加,揮發(fā)油主要成分中龍腦含量逐漸增加。隨著揮發(fā)油提取率提高,揮發(fā)油主要成分中蒿醇含量隨之增加。揮發(fā)油提取率與冷凝溫度呈顯著相關(guān)性,這表明隨著冷凝溫度降低,揮發(fā)油提取率逐漸增高。

4 討論

本實(shí)驗(yàn)初步研究了提取工藝對(duì)艾葉揮發(fā)油的影響,通過(guò)單因素考察發(fā)現(xiàn),艾葉揮發(fā)油的最佳提取工藝為粉碎、加熱溫度280℃、藥液比1∶15、冷凝溫度20℃、收集溫度10℃。對(duì)艾葉揮發(fā)油進(jìn)行GC-MS成分分析發(fā)現(xiàn),龍腦、新臭根子草醇、蒿醇、樟腦、石竹烯為艾葉揮發(fā)油的主要成分。通過(guò)提取工藝參數(shù)與化學(xué)成分的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),揮發(fā)油主要成分中的蒿醇、樟腦、石竹烯含量隨著冷凝溫度的升高而降低;揮發(fā)油主要成分中龍腦含量隨藥材粒度增大而升高;揮發(fā)油提取率的越高,揮發(fā)油中主要成分中蒿醇含量隨揮發(fā)油提取率升高而增加;揮發(fā)油提取率隨冷凝溫度的降低而逐漸增高,這些規(guī)律可以為艾葉揮發(fā)油提取動(dòng)力學(xué)及工業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)。