不同年份新会陈皮中挥发性成分的分析与高品质陈皮精油的精制

侯焕瑶，杨子夜，倪力军，张立国，栾绍嵘

(华东理工大学 化学与分子工程学院，上海 200237)

陈皮(Citrireticulataepericarpium)又称为橘皮，具有理气健脾、燥湿化痰的功效[1-2]。精油是陈皮的主要成分之一，也是陈皮具有多种药效的物质基础。新会陈皮是广东江门市新会区的特产[3]，不仅有较高的药用价值，而且是传统香料和调味佳品。

陈皮素有“越陈越好”的说法，在以往的研究中，基本以陈皮精油作为研究对象，分析不同贮藏年份精油中挥发性成分的组成，按照峰面积归一化法计算精油中各成分的峰面积百分比，以此来考察每种挥发性成分在精油中含量的高低，并未考察到结合陈皮药材的精油提取率来定量计算每种挥发性成分在药材中的含量，精油得率也鲜有报道[4-9]，难以根据这类研究结果纵向比较不同储存年份陈皮中挥发性成分的变化规律。此外，以峰面积百分比来代替比较各成分在挥发油中的含量，可能会带来不同程度的误差。为此，本文选取储存年份分别为1，3，5，7，9，10年的陈皮样品，通过水蒸气蒸馏法[10-12]提取挥发性成分，记录各样品中精油的提取量，采用气相色谱-质谱法(GC-MS)[13-14]分析各陈皮精油样品，建立了陈皮精油中主要成分右旋萜二烯、萜品烯、2-(甲氨基)苯甲酸甲酯3种成分的线性标准曲线，定量分析单位质量陈皮中主要挥发性成分随储存时间增加的变化。

常规制备的陈皮精油往往带有辛味，具有一定的刺激性气味。陈皮挥发油中的右旋萜二烯是带有一定刺激性气味的成分，含量占陈皮精油总量的65%～90%[15-16]。2-(甲氨基)苯甲酸甲酯为新会陈皮中特有的物质成分[17-18]，具有类似橙花及葡萄的香味，并且香味持久柔和，可用于食品添加剂，精油中其含量越高香味越醇厚。为得到气味持久醇厚的陈皮精油，需降低精油中右旋萜二烯含量，提高2-(甲氨基)苯甲酸甲酯含量，本文利用这两种成分沸点的差异，采用减压精馏对陈皮精油进行精制，为高品质精油的制备及陈皮的深加工提供了支持[19]。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Scout SE602F电子天平 常州奥豪斯仪器有限公司；FW177中草药粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；603恒温油浴锅 江苏省金坛市成辉仪器厂；1788磨口挥发油测定器 上海申玻玻璃仪器有限公司；磨口温度计 建湖县联华玻璃仪器厂；VCE822登弗真空泵 登弗真空设备有限公司；镀银真空精馏柱、5225具电磁漏斗式分馏头、5235回流比控制器 天长市华玻实验仪器厂；7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪 安捷伦科技(中国)有限公司；乙酸乙酯(色谱级，纯度99.0%) 上海百灵威化学技术有限公司。

陈皮饮片：由新会江裕信息产业有限公司提供，样品经中国中医科学院中药研究所陈士林教授鉴定为芸香科植物橘及其栽培变种的成熟果皮。

1.2 提取及减压精馏装置

本实验分别采用图1中水蒸气蒸馏装置来提取不同年份的陈皮精油；采用图2中装置对1年陈皮精油进行减压精馏，随着实验温度升高、压力降低，挥发性成分在精馏柱内多次凝结气化后到达分馏头内，经回流比控制器控制，一部分挥发性成分返回到精馏柱中再次进行凝结汽化，一部分挥发性成分冷凝于接收瓶中。

图1 水蒸气蒸馏法提取装置示意图Fig.1 Schematic diagram of steam distillation extraction device

图2 减压精馏装置示意图Fig.2 Schematic diagram of vacuum distillation device

1.3 样品制备方法

1.3.1 标准溶液的配制

准确称取适量的右旋萜二烯、萜品烯及2-(甲氨基)苯甲酸甲酯标准品，用乙酸乙酯逐级稀释，配制成右旋萜二烯浓度分别为204.8，102.4，51.2，25.6，12.8，6.4 g/L的系列标准工作溶液，萜品烯浓度分别为60.4，30.2，15.1，7.5，3.8 g/L的系列标准工作溶液，2-(甲氨基)苯甲酸甲酯浓度分别为5.2，2.6，1.3，0.6，0.3 g/L的系列标准工作溶液。分别取1.5 mL标准工作溶液于液相小瓶中，即得待检测溶液。

1.3.2 不同年份陈皮药材中挥发性成分的提取

采用水蒸气蒸馏法提取陈皮精油：分别称取1，3，5，7，9，10年陈皮300 g，粉碎后加入去离子水1 500 mL，浸泡1 h后，用图1中装置提取其中的挥发性成分，冷凝回流6 h，分别收集挥发油测定器中的精油，在精油中加入无水硫酸钠进行脱水处理，分别取1 mL不同储存年份的陈皮精油于10 mL 容量瓶中，加入乙酸乙酯定容至刻度线，取1.5 mL于液相小瓶中，即得待检测溶液。

1.3.3 陈皮精油减压精馏方法

称取脱水处理后的陈皮精油50 mL于塔底圆底烧瓶中，采用图2中的装置进行减压精馏，控制精馏的条件为加热温度105 ℃，真空压力1 000 Pa，回流比9∶1, 减压精馏4 h后，分别收集塔顶、塔底的精油。分别取1 mL精馏前及精馏后塔底的精油于10 mL容量瓶中，加入乙酸乙酯定容到刻度线，分别取1.5 mL于液相小瓶中，即得待检测溶液。

1.4 仪器工作条件

GC-MS条件： Agilent HP-5毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样量为0.2 μL；分流进样，分流比为100∶1；载气：高纯氦气(99.999%)；载气流量：1 mL/min；升温条件：初始温度为60 ℃，停留2 min，然后以5 ℃/min的速度升至120 ℃，然后以10 ℃/min的速度升至260 ℃，停留5 min。电子轰击离子源(EI)；电子能量为70 eV；离子源温度为230 ℃；接口温度为280 ℃；扫描范围(m/z):30～500 amu。

2 结果与讨论

2.1 线性关系的分析结果

按照“1.3.1”的方法进行对照品溶液的制备，按照“1.4”的方法进行检测，并绘制相应的标准工作曲线。右旋萜二烯在6.4～204.8 g/L的浓度范围内，其线性回归方程为y=13 610 042x+89 671 135，相关系数R2为0.998 1；萜品烯在3.8～60.4 g/L的浓度范围内，其线性回归方程为y=16 084 371x+46 606 539，相关系数R2为0.997 2；2-(甲氨基)苯甲酸甲酯在0.3～5.2 g/L的浓度范围内，其线性回归方程为y=23 030 421x-2 880 186，相关系数R2为0.996 7。可知右旋萜二烯、萜品烯、2-(甲氨基)苯甲酸甲酯在相应的浓度范围内线性关系良好。

2.2 不同储存年份陈皮药材中挥发性成分的分析结果

按照“1.3.2”的方法进行供试品溶液的制备，并根据“1.4”的GC-MS方法进行检测分析。采用GC-MS法分析不同储存年份陈皮中挥发性成分的总离子流图，见图3。待测物中各成分按照峰面积归一化法计算其相对含量，使用NIST 17谱库检索，选取匹配度大于80%的成分，与标准质谱图对照，同时结合文献中的保留指数，对各物质进行定性分析，结果见表1。

图3 GC-MS法分析不同储存年份陈皮中挥发性成分的总离子流图Fig.3 Total ion current diagram of volatile components in Citri reticulatae pericarpium with different storage years analyzed by GC-MS

表1 不同储存年份陈皮中挥发性成分分析结果汇总Table 1 Analysis results of volatile components in Citri reticulatae pericarpium with different storage years

续 表

由表1可知，储存1，3，5，7，9，10年陈皮的精油中共鉴别出46种易挥发性成分。不同储存年份陈皮精油中所共有的成分有侧柏烯、蒎烯、莰烯、桧烯、左旋-β-蒎烯、月桂烯、正辛醛、α-水芹烯、α-萜品烯、4-异丙基甲苯、右旋萜二烯、罗勒烯、萜品烯、萜品油烯、2,4-二甲基苯乙烯、芳樟醇、壬醛、4-萜烯醇、α-松油醇、癸醛、4-(1-甲基乙烯基)-1-环己烯-1-甲醛、(-)-α-蒎烯、2-(甲氨基)苯甲酸甲酯、1-石竹烯、Δ-杜松烯、甜橙醛26种挥发性成分。其中右旋萜二烯的含量最高，占精油总量的65%～75%，可见其在陈皮精油中所占比例极大，右旋萜二烯又称D-柠檬烯，是一种有特殊清香且有刺激性气味的成分，其沸点在176～176.4 ℃，易溶于乙醇和大多数非挥发性油，不易溶于水，可用于配制香精香料。含量较高的为萜品烯，其占精油总量的16%左右，萜品烯又称1-甲基-4-(1-甲基乙基)-1,4-环己二烯，是一种具有柑橘和柠檬香气的无色液体，沸点在182 ℃左右，易溶于乙醇和大多数非挥发性油，不易溶于水，在空气中易氧化。此外，蒎烯、月桂烯、4-异丙基甲苯3种成分的含量也较高，平均每种成分的含量占精油含量的2%～3%；2-(甲氨基)苯甲酸甲酯占精油总量的0.5%～0.8%，其为陈皮精油中具有特殊香味的物质。因不同年份药材质量可能会有所差异，其中3-甲基-2-丁烯-1-醇、糠醛、(+)-对-薄荷基-2，8-二烯-1-醇、反式-1-甲基-4-异丙烯基-氧杂双环[4.1.0]庚烷、香茅醛、2-(4-甲基苯基)丙-2-醇、香芹酚甲醚、3,4-二甲基-6-乙基苯酚、β-荜澄茄油烯、大根香叶烯、3,7,11-三甲基-1,3,6,10-十二碳-四烯、百里香酚12种成分并未出现在所有储存年份的陈皮中。单从峰面积上来看，同种挥发性成分在不同年份的精油中峰面积并不相同，呈现出上下波动的趋势，这是因为中药材在生长过程中容易受地理、气候、环境等因素的影响。即便是相同产地的药材，因气候环境因素的影响，不同年份的药材质量状况也会有不同程度的差异。因此，根据各挥发性成分在当年陈皮精油中峰面积大小很难寻找其随年份变化的规律。

2.3 不同储存年份陈皮精油的变化情况

2.3.1 不同储存年份的陈皮中精油提取量的变化

按照“1.3.2”项中水蒸气蒸馏法提取不同年份的陈皮精油，每个年份提取3次，记录每次提取得到精油的体积，不同年份精油的提取量见表2。

表2 不同储存年份的陈皮中精油提取量Table 2 Extraction amount of volatile oil from Citri reticulatae pericarpium with different storage years

续 表

由表2可知，储存1，3，5，7，9，10年的陈皮中300 g药材分别可得到精油的体积为22.3,16.5,12.5,8.8,7.4,7.5 mL。精油提取量随储存年份的增加而减少，因而得到1 mL精油所需的药材量逐渐增加，1年陈皮中得到1 mL精油需要13.5 g药材，而9年陈皮中得到1 mL精油需要40.5 g药材。可见随着陈皮存放年份的增加，精油的含量呈现递减的趋势，每克陈皮药材中所含有的挥发性成分也相应减少。可见陈皮“陈化”的过程可以解释为每单位质量下陈皮中挥发性成分随储存年份的增加而减少的过程。

2.3.2 不同储存年份的陈皮中3种典型挥发性成分的变化情况

结合“2.3.1”中不同年份精油提取量的变化，研究每单位质量陈皮药材中挥发性成分含量随储存年份增加的变化关系。利用“2.1”中右旋萜二烯、萜品烯以及2-(甲氨基)苯甲酸甲酯的线性标准曲线，根据各物质的峰面积计算出浓度，利用浓度计算出每毫升精油中各物质的含量，然后根据下式即可分别计算出上述3种成分的相对药材含量。

式中相对药材含量也可以理解为每单位质量(g)下陈皮药材中某成分的含量。

以右旋萜二烯为例，1年陈皮中右旋萜二烯的相对药材含量为48.80 mg/g，其含义为每克1年陈皮药材中右旋萜二烯的含量为48.80 mg。不同年份陈皮药材、陈皮挥发油中右旋萜二烯、萜品烯以及2-(甲氨基)苯甲酸甲酯含量测试结果见表3。

表3 不同储存年份的陈皮中3种典型挥发性成分的变化情况Table 3 Changes of three typical volatile components in Citri reticulatae pericarpium with different storage years

由表3可知，不同年份(1，3，5，7，9，10年)1 mL陈皮精油中右旋萜二烯、萜品烯和2-(甲氨基)苯甲酸甲酯的浓度随年份的增加呈现无规律波动。而这3种成分的相对药材含量均在1～7年间逐渐递减，而第7年后开始趋于稳定。其中，单位药材质量中的右旋萜二烯、萜品烯和2-(甲氨基)苯甲酸甲酯含量在前7年分别减少了66.63%、64.83%和70.69%，在第7年后这3种成分在药材中的含量基本不变。从陈皮药材的层面分析“陈化过程”中挥发性成分含量的变化，可见药材中挥发性成分随储存年份的增加而减少，然后逐渐趋于稳定。

2.4 新会陈皮精油减压精馏前后的成分比较

按照 “1.3.3”的方法进行供试品溶液的制备，并根据“1.4”的GC-MS方法进行检测分析。GC-MS分析减压精馏前后精油中挥发性成分的总离子流图，见图4。待测物中各成分使用NIST 17谱库检索，选取匹配度大于80%的成分，与标准质谱图对照，同时结合文献中的保留指数，对各物质进行定性分析，结果见表4。

图4 陈皮精油减压精馏前后挥发性成分的总离子流图Fig.4 Total ion current diagram of volatile components in Citri reticulatae pericarpium essential oil before and after vacuum distillation

表4 减压精馏前后陈皮精油中的成分比较Table 4 Comparison of components in Citri reticulatae pericarpium essential oil before and after vacuum distillation

续 表

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由表4可知，在减压精馏前样品中共鉴别出33种易挥发性成分，在减压精馏后的塔底中共鉴别出29种易挥发性成分。在精馏前样品中的3-甲基-2-丁烯-1-醇、3-侧柏烯、α-蒎烯、莰烯、桧烯、左旋-β-蒎烯、正辛醛、α-水芹烯8种低沸点的易挥发性成分并未在塔底检测出，说明经过减压精馏后，这几种低沸点的成分从塔底挥发后聚集在塔顶。陈皮精油中月桂烯、α-萜品烯、4-异丙基甲苯、右旋萜二烯、罗勒烯、萜品烯6种沸点相对较低的挥发性成分经过减压精馏后峰面积减小。而萜品油烯、芳樟醇、4-萜烯醇、香茅醇等沸点较高的成分，经过减压精馏后峰面积增大，可见减压精馏使高沸点物质聚集在塔底，低沸点成分聚集在塔顶。

右旋萜二烯(D-柠檬烯)是一种具有刺激性气味的成分。经过减压精馏后，塔底陈皮精油中右旋萜二烯的含量大大降低，精油的刺激性气味减小；2-(甲氨基)苯甲酸甲酯是一种有类似于橙花及葡萄香气的成分，其香味持久柔和，可用于配制香精香料，也可用于食品添加剂，同时其也是新会陈皮中特有的风味物质。经过减压精馏后，塔底陈皮精油中2-(甲氨基)苯甲酸甲酯的含量增加，故塔底陈皮精油的气味更加持久醇厚。4-乙酰基-1-甲基-环己烯、反式-1-甲基-4-异丙烯基-氧杂双环[4.1.0]庚烷、(+)-香茅醛、(-)-香芹醇与大根香叶烯5种沸点相对较高的易挥发性成分在精馏前陈皮精油中并未检测出，可能为减压精馏过程中由某些挥发性成分转化而来。例如(-)-大根香叶烯可能由大根香叶烯构型发生转变而来；4-乙酰基-1-甲基-环己烯可能由(R)-α,α-4-三甲基-3-环己烯-1-甲醇经过消除氧化反应而来；反式-1-甲基-4-异丙烯基-氧杂双环[4.1.0]庚烷可能由右旋萜二烯经过环氧化反应而来；(+)-香茅醛可能由香茅醇经过氧化反应而来；(-)-香芹醇可能由右旋香芹酮经过还原反应而来。

2.5 减压精馏前后陈皮精油的性状比较

减压精馏实验中取样量为脱水处理后的50 mL陈皮精油，最终塔底得到25 mL精油。减压精馏前后精油性状描述见表5。陈皮精油在减压精馏前呈橘子香气，味辛，略有刺激性。减压精馏后，塔底精油香气的丰度明显提高，呈持久、醇厚的橘子香气且无刺激性，其风味大大优于精馏前的陈皮精油。

表5 减压精馏前后精油性状描述表Table 5 Description of essentiol oil characters before and after vacuum distillation

由表5减压精馏的检测结果以及“2.1”的标准曲线计算右旋萜二烯、萜品烯、2-(甲氨基)苯甲酸甲酯在减压精馏前后精油中的浓度，结果见表6。

表6 减压精馏前后陈皮精油中3种典型挥发性成分的浓度比较Table 6 Comparison of concentration of three typical volatile components in essential oil from Citri reticulatae pericarpium before and after vacuum distillation

由表6可知，经减压精馏后，陈皮精油中具有刺激性气味的右旋萜二烯浓度由629.2 mg/mL减少为366.1 mg/mL，使得精馏后精油的刺激性气味显著降低；陈皮精油中的萜品烯浓度由99.50 mg/mL减少为88.10 mg/mL；新会陈皮中特有的芳香性成分2-(甲氨基)苯甲酸甲酯在陈皮精油中的浓度由7.30 mg/mL增加为9.10 mg/mL，使精馏后陈皮精油的香味更持久醇厚。表明减压精馏精制后陈皮精油不仅保持了陈皮原本的特征香韵，且无水蒸气蒸馏所制备陈皮精油的刺激性气味，香味更持久醇厚。减压精馏工艺可改善陈皮精油的品质与风味，可为陈皮的综合利用和深加工提供支持。

3 结语

本文从储存1，3，5，7，9，10年的新会陈皮精油中共鉴别出46种挥发性成分，其中26种成分为共有成分。右旋萜二烯在各年份陈皮精油中含量最高，占陈皮精油总量的65%～75%。随着陈皮储存年份的增加，精油提取量呈现出逐年减少后趋于稳定的趋势，单从精油层面分析，不同年份的精油中右旋萜二烯、萜品烯和2-(甲氨基)苯甲酸甲酯的浓度呈现无规律波动；从陈皮药材的层面分析，右旋萜二烯、萜品烯、2-(甲氨基)苯甲酸甲酯3种挥发性成分相对药材含量呈现逐年递减的趋势，7年后趋于稳定的趋势，所以陈皮“陈化过程”是随着储存年份的增加，每单位质量陈皮中挥发性成分减少的过程。中药材的药效与药材质量息息相关，该研究不仅为陈皮药材的鉴定提供了依据，而且为陈皮药理药效的研究提供了参考。

未经加工的陈皮精油带有辛味，具有一定的刺激性，对陈皮精油进行减压精馏，可使塔底精油中沸点低、刺激性强的右旋萜二烯浓度大大降低，使沸点高且具有特殊香气的2-(甲氨基)苯甲酸甲酯浓度升高。因而减压精馏的塔底挥发性油具有清香醇厚的橘子香气且无刺激性，其风味大大优于减压精馏前的陈皮精油。该成果为采用低廉的原料和便捷的工艺制备高品质陈皮精油提供了可行方案，可对陈皮的综合利用和深加工提供支持，精制后的陈皮精油可作为天然香料添加至食品、药品以及化妆品中，赋予产品天然醇厚的橘子香气，对高端产品的生产研发具有一定意义。