汉源花椒挥发油超临界CO2萃取与GC-MS分析

花椒，又名川椒、红椒、蜀椒，为芸香科花椒属植物青椒(ZanthoxylumschinifoliumSieb et Zucc)或花椒(ZanthoxylumbungeaumMaxim.)的成熟果实。前者主产于东北、江苏及广东；后者主产于河北、山东、四川及陕西等地，以四川汉源花椒品质最佳，习称“大红袍”[1]。花椒药性辛、温、有小毒，归脾、胃、肾经。《本草纲目》记载花椒具有温中助阳、散寒燥湿、驱虫止痒、行气止痛等功效[2]。

挥发油是花椒中的香气成分，是我国重要的出口香辛料精油之一[3]。文献报道花椒挥发油主要由石竹烯(8.44%)、大根香叶烯(2.99%) 、γ-萜品醇(10.3%)、β-萜品醇(9.37%)、水芹醇(8.78%)、石竹烯含氧化合物(4.23%) 等组成[4]。但花椒挥发油的含量因品种、产地等存在很大的差异，化学组成也不尽相同。此外，不同提取与分析方法报道的挥发油成分也存在一定的差异[5]。

赵志峰等[3]比较了无水乙醇、乙醚、丙酮和水为溶剂提取花椒精油的效果，结果表明，有机溶剂提取物主要化学成分基本相同，且包含了水提取物的主要成分。有机溶剂中以乙醚提取花椒精油的化学成分种类最多，GC分析分离得到32个色谱峰。人们对超临界CO2流体萃取花椒挥发油进行了一些研究，结果表明具有一定的优越性[6～9]。

作者在此用正交实验优化超临界CO2萃取汉源花椒挥发油的工艺条件，用GC-MS分析并确认汉源花椒挥发油的主要成分，为其进一步的开发利用提供科学依据。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

大红袍花椒，四川汉源。

实验所用试剂均为分析纯。

DWF-90型电动植物粉碎机,河北省黄骅县科研器械厂；RE52-98型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；HP 5973/6890型GC-MS联用仪，美国Agilent公司。

1.2 超临界CO2萃取条件优化

取干花椒粉200 g，以萃取压力、萃取温度、萃取时间、夹带剂乙醇体积分数作为4个考察因素，每因素3个水平，用L9(34)正交表安排实验，以气相色谱分析的峰面积为指标，优化超临界CO2萃取条件。

1.3 水蒸气蒸馏法

取自然风干的花椒，粉碎。称取30 g干花椒粉，置于500 mL圆底烧瓶中，加入200 mL蒸馏水润湿浸泡1 h后进行水蒸气蒸馏至无油珠时(馏出液速度约为2 滴·s-1)，用分液漏斗分离油水混合物，得到挥发油。

1.4 挥发油的GC-MS分析

气相色谱条件：色谱柱为HP-5毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；柱温采用程序升温方法：从40℃以3℃·min-1速度升温至100℃，再以4℃·min-1速度升温至240℃(停留20 min)，再以7℃·min-1速度升温至280℃；进样口温度为270℃；检测器(氢气火焰检测器)温度为270℃；氢气压力为0.06 MPa；柱头压为0.05 MPa；尾吹压力为0.05 MPa；加样量为1 μL。

质谱条件：电离方式为EI，电子能量为70 eV，汽化温度为250℃，离子源温度为230℃，四极杆温度为150℃，质量扫描范围为50～450 amu。

2 结果与讨论

2.1 花椒挥发油的超临界CO2萃取条件优化(表1)

表1 正交实验结果与分析

由表1可知，各因素对花椒挥发油收率的影响大小依次为：夹带剂体积分数>萃取时间>萃取压力>萃取温度。最佳萃取条件为：75%乙醇(添加量为原料质量的5%)为夹带剂、萃取时间2.0 h、萃取压力30 MPa、萃取温度40℃，此条件下花椒挥发油的收率为9.92%。比文献[10]报道的(工艺条件为：原料粒度60目、流量25 L·h-1、萃取时间2 h、温度40℃、压力20 MPa)花椒油树脂收率7.2%高2.72%，这可能与花椒品质及使用夹带剂的萃取方法有关。

2.2 花椒挥发油化学成分的GC-MS分析

用气相色谱与质谱(GC-MS)联用方法，对花椒挥发油进行了分离与鉴定。结果分离出69个峰, 鉴定出56种物质。GC-MS的总离子流谱图见图1。采用面积归一法确定其相对含量，结果见表2。

图1 花椒挥发油总离子流谱图

由表2可知，超临界CO2萃取的花椒挥发油的主要成分为：芳樟丁酸酯(30.212%)、(1α,3α,4β,6α)-4,7,7-三甲基-双环[4.1.0]庚烷-3-醇(10.940%)、4-亚甲基-1-(1-甲基乙基)-双环[3.1.0]环己烷(1.109%)、β-月桂烯(1.170%)、柠檬烯(5.784%)、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇(5.742%)、(+)-4-蒈烯(1.826%)、n-棕榈酸(0.914%)、(Z，Z)-9,12-十八碳二烯酸(2.952%)等物质。在已鉴定的化合物中, 含量超过1% 的有7种，占总含量的54.4%。主要化合物检出情况与有关文献报道有一定差别，本研究中被检出含量较高的部分化合物(如芳樟丁酸酯等)在文献[11]中未曾报道。检出物质种类、含量等方面的差异可能与花椒产地、气候有关, 也可能与提取条件密切相关。

2.3 与水蒸气蒸馏法的比较

以传统的水蒸气蒸馏法提取汉源花椒挥发油，挥发油的收率仅为4.4%，而超临界CO2萃取的收率为9.92%。以气相色谱对两种方法所得挥发油进行了分析比较，发现两种方法所提取挥发油的主要化学成分在组成和比例上均显现出一定的差异。

文献[12]认为超临界CO2萃取的萃取能力强，通常能得到常规方法(包括水蒸气蒸馏法)所难以得到的成分，如豆蔻酸、棕榈油酸等。本实验的超临界CO2萃取法所得挥发油中高沸点组分较多，一些组分的含量也明显高于水蒸气蒸馏法, 推测原因可能是超临界CO2萃取法在较低温度下进行,对热不稳定组分的破坏较少。

表2 花椒挥发油化学成分

3 结论

通过正交实验确定超临界CO2萃取四川汉源大红袍花椒挥发油的优化条件为：以75%乙醇(添加量为原料质量的5%)为夹带剂、萃取压力30 MPa、萃取温度40℃、萃取时间2.0 h，此时花椒挥发油的收率为9.92%,明显高于水蒸气蒸馏法(4.4%)。用GC-MS法分析所得的挥发油成分，分离出69个峰, 鉴定出56种物质。主要成分为芳樟丁酸酯(30.212%)、(1α,3α,4β,6α)-4,7,7-三甲基-双环[4.1.0]庚烷-3-醇(10.940%)、4-亚甲基-1-(1-甲基乙基)双环[3.1.0]环己烷(1.109%)、β-月桂烯(1.170%)、柠檬烯(5.784%)、3,7-二甲基-1,6-辛二烯-3-醇(5.742%)、n-棕榈酸(0.914%)、(Z，Z)-9,12-十八碳二烯酸(2.952%)等物质。与水蒸气蒸馏法所得产品比较, 超临界CO2萃取法所得挥发油中高沸点组分较多，一些组分的含量也明显较高,为汉源花椒的综合开发利用提供了参考。

参考文献：

[1] 南京中医药大学. 中药大词典(上册，第二版)[M]. 上海:上海科学技术出版社, 2006： 1469-1472.

[2] 李时珍(明). 本草纲目校点本(下册，第二版)[M]. 北京:人民卫生出版社, 2004： 1851-1856.

[3] 赵志峰, 雷鸣, 雷绍荣, 等. 不同溶剂提取花椒精油的试验研究[J]. 中国食品添加剂, 2004, (4):18-21.

[4] 阎建辉, 唐课文, 许友, 等. GC/MS法分析花椒挥发油的化学成分[J].质谱学报, 2003, 24(2):326-331.

[5] 吴素蕊, 阚建全, 刘春芬. 花椒的活性成分与应用研究[J]. 中国食品添加剂, 2004, (2):75-78.

[6] 陈振德, 许重远, 谢立. 超临界CO2流体萃取花椒挥发油化学成分的研究[J]. 中国中药杂志, 2001, 26(10):687-688.

[7] 龚祝南, 弭向辉, 梁侨丽, 等. 超临界CO2萃取大红袍花椒挥发油的研究[J]. 林产化学与工业, 2005, 25(2):83-86.

[8] 李迎春, 曾健青, 刘莉玫，等. 花椒超临界CO2萃取物成分分析[J]. 中药材, 2001, 24(8):572-573.

[9] 任桂兰, 郑永杰, 董军. 超临界CO2萃取花椒化学成分的研究[J]. 化学工程师, 2006, (11):50-51.

[10] 王家良. 超临界CO2萃取花椒油树脂的研究[J]. 中国调味品, 2007, (2):39-41.

[11] 路纯明, 张小麟, 赵英杰, 等. 花椒挥发油提取方法及其组分研究[J]. 中国粮油学报, 1996, 11(4):12-16.

[12] 郭红祥, 张慧珍, 袁超, 等. 花椒精油萃取方法比较研究[J]. 中国农学通报, 2005, 21(5):141-142.