张丽媛，申书昌，刘志明，马 萍，姚 笛

(1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319；2.齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

微波法辅助萃取万寿菊花挥发油及其化学成分的气质联用分析

张丽媛1，申书昌2，刘志明1，马 萍1，姚 笛1

(1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319；2.齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

微波辅助萃取万寿菊残渣中的挥发油并分析化学成分。应用单因素试验和正交试验，研究液料比、萃取时间、微波萃取温度对万寿菊残渣中挥发油成分萃取效果的影响。结果确定最优化萃取条件为微波萃取温度为高温(700W)、萃取时间60s、液料比6:1(mL/g)、选用溶剂为石油醚，此条件下挥发油萃取率为1.575%；采用气相色谱-质谱对其化学成分进行分析，鉴定出19种有效成分。

万寿菊；挥发油；微波萃取；气相色谱-质谱法

万寿菊(Tagetes erectaL.)为菊科植物，有香味，可作芳香剂，曾用作抑菌、镇静、解痉剂，具有清热解毒、化痰止咳等作用，我国各地均有栽培用作观赏。目前国内外对万寿菊花的有效成分及应用进行研究[1-4]，其中花、叶入药，有清热化痰、补血通经、祛瘀生新之效[5]，其精油具有抗菌、抑菌、抗忧郁及杀虫等多种生物活性。万寿菊全草萃取的精油具有独特香气，用于香精、香水的调制。许多香料厂利用其精油作香料，最近几年进行了大面积引种栽培[6]。

目前萃取挥发油主要有水蒸气蒸馏法和超临界CO2流体萃取法[7-10]。微波辅助萃取法，又称微波辅助萃取(microwave-assisted extraction，MAE)[11-14]，是指使用适合的溶剂在微波反应器中从天然药用植物、矿物、动物组织中萃取各种化学成分。微波加热过程对于被萃取物料的内外是同时进行的，即为“体加热”过程，保证了能量的快速传导与充分利用，缩短了萃取组分分子由物料内部扩散到萃取溶剂界面的时间，从而使萃取效率提高数倍，同时还可降低萃取温度，最大限度地保证萃取目标产物的生物活性和质量。微波萃取突破了传统萃取方法的瓶颈，成为最先进的萃取技术之一[15-16]。该方法无溶剂残留、加热速度快、挥发油受热时间短、香气损失少，具有绿色、快速和节能等优点。本实验采用MAE法萃取万寿菊挥发油，并应用气相色谱-质谱法(gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS)对萃取的挥发油进行定性定量分析，为实际应用进一步提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂、仪器

万寿菊花(市购)：萃取叶黄素剩余的残渣晾干，粉碎机粉碎，过筛，制成粉末。

石油醚(沸程60～90℃)、无水乙醇、无水硫酸钠(均为分析纯) 天津市大茂化学试剂厂。

TRACE MASS 2000气相色谱-质谱仪(EI电离源) 美国Finnigan公司；FW177型高速万能粉碎机 北京市永光明医疗仪器厂；MM-2270MG型微波炉 青岛海尔微波制品有限公司；电子天平 上海民桥精密科学仪器有限公司；高速离心机 上海安亭科学仪器厂；RE-52A型旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂。

1.2 萃取方法

1.2.1 微波法辅助萃取万寿菊挥发油工艺流程及操作要点

工艺流程：万寿菊残渣粉末(萃取叶黄素剩余)→有机溶剂溶解→微波萃取→抽滤→离心分离→取样→加入无水硫酸钠干燥24h→抽滤→旋转蒸发→加入无水乙醇→－15℃冷冻36h→离心→取样测定萃取率。

操作要点：称取万寿菊粉末2g，喷入约1mL蒸馏水，润湿，放入萃取烧瓶中，加入12mL石油醚，60r/min搅拌混匀，用微波高火(输出功率700W)辐射30s，间隔1min后再辐射30s[17]，过滤，重复萃取1次，合并滤液，用旋转蒸发仪进行真空浓缩，得挥发油粗产品，用10mL石油醚溶解，4000r/min离心10min，分离去除絮状杂质后，过滤，滤液用旋转蒸发仪进行真空浓缩，加入无水乙醇在－15℃冷冻36h，4000r/min离心10min，即得挥发油，称量，计算萃取率。

式中：m为挥发油质量；M为原料质量。

1.2.2 萃取条件的单因素试验

参照1.2.1节操作，微波高火辐射60s条件下，料液比分别设定为2:1、4:1、6:1、8:1、10:1(mL/g)，计算萃取率，确定最佳料液比；参照1.2.1节操作，在料液比6:1条件下，微波高火分别萃取10、30、60、90、120s，计算萃取率，确定最佳萃取时间。

1.2.3 萃取条件确定的正交试验

根据单因素试验结果进行正交试验设计，以挥发油萃取率为指标，选择液料比、萃取时间和萃取温度(以微波炉档位进行考察)3个影响因素按四因素三水平进行L9(34)正交试验设计见表1，计算萃取率，并对结果进行分析，确定最佳萃取工艺条件。

表1 萃取条件确定正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing volatile oil extraction from Tagetes erecta L flowers

1.2.4 验证实验

在正交试验确定的最佳萃取条件下按照1.2.1节进行操作，进行验证实验。

1.3 GC-MS联用分析条件

色谱条件：色谱柱为OV-1701弹性石英毛细管柱(30m×0.25mm，0.25μm)；升温程序为60℃保持1min，以6℃/min升至250℃，保持5min；进样口温度250℃；载气为氦气，纯度99.99%；载气流速1.0mL/min；进样量1μL；分流比10:1。

质谱条件：电子轰击(electron impact，EI)离子源；电子能量70eV；传输线温度270℃；离子源温度240℃；发射电流150μA；扫描范围m/z80～500。

2 结果与分析

2.1 微波萃取万寿菊挥发油结果

2.1.1 单因素试验

图1 液料比(A)和萃取时间(B)对万寿菊挥发油萃取率的影响Fig.1 One-factor-at-a-time effect of material-to-liquid ratio (A) and extraction time (B) on oil yield

由图1A可知，当固定萃取时间、萃取温度条件下，液料比达到6:1时萃取率最大，所以选择4:1、6:1、8:1进行正交试验；图1B显示，时间为60s时萃取率最大，90s时反而降低，可能是因为辐射时间过长会造成试液沸腾损失了一定的挥发油，而且时间达到120s时溶剂出现回流现象，影响溶剂的回收，所以选择30、60、90s进行正交试验；萃取温度选择低、中、高温进行正交试验。

2.1.2 正交试验

表 2 万寿菊挥发油萃取条件确定正交试验设计及结果Table 2 Orthogonal array design for optimizing volatile oil extraction from Tagetes erecta L flowers and corresponding experimental results

由表2R值可知，影响微波法萃取万寿菊残渣中精油成分含量的因素排序为微波萃取温度＞液料比＞萃取时间。最佳测定条件为A2B2C3，即微波萃取温度为高温、液料比为6:1，萃取时间为60s。

2.1.3 验证实验

根据正交试验结果进行验证实验，选取液料比6:1(mL/g)、萃取时间60s、微波萃取温度为高温、石油醚为萃取溶剂，按照1.2.1节进行操作，注意微波处理时先辐射30s，间隔1min后再辐射30s，结果挥发油萃取率为1.575%。

2.2 GC-MS分析

图2 万寿菊挥发油总离子图Fig.2 Total ion chromatogram of volatile oil from Tagetes erecta L. flowers

图2结合标准数据库检索，得到结果见表3。可见，万寿菊挥发油含有30多种化学成分，共鉴定出19种成分，其中包括醇类、烃类、烯酮类、酸类、吩类等，含氧化合物的含量比较高，主要包括呋喃甲醛、丁香酸、庚醛、胡椒酮、姚金娘醇、三联噻吩，这些成分的存在是万寿菊具有特殊气味及抑菌的主要原因。

表3 万寿菊挥发油GC-MS分析结果Table 3 GC-MS analysis results of volatile oil from Tagetes erecta L. flowers

3 结 论

万寿菊中含有丰富的精油类化合物，采用微波法萃取方便简单，易于分离。微波萃取的最佳工艺条件为微波温度高温、萃取时间60s、液料比6:1(mL/g)。在最佳萃取条件下测得万寿菊残渣中精油萃取率为1.575%。采用GC-MS对所萃取精油进行分析，得到质谱图，确定所得精油中30多种成分由标准质谱库计算机检索和标准质谱图相比较鉴定．所得结果中有19种成分已检定。

[1] 王新国, 徐汉虹, 赵善欢. 杀虫植物万寿菊的研究进展[J]. 西安联合大报, 2002, 5(2): 5-10.

[2] HETHELYIE, TETENYL P, KAPOSI P, et al. GC-MS Investigation of antimicrobial and repellent compounds[J]. Herba Hung, 1988, 27(2/3):89-105.

[3] Ei-TANTAWYME, HAMAUDAMSM, AZZAMAS. Chemical composition and biological activity of the essential oil ofTagetes erectaL.cultivated in Egypt[J]. Bull Fac Pham, 1994, 32(1): 113-118.

[4] 凌关庭. 可供开发新型食品添加剂(Ⅲ): 万寿菊色素及其生理功能[J].粮食与油脂, 2002(12): 44-46.

[5] 周希澄. 常用生物科技字典[M]. 郑州: 河南科技出版社, 1989: 390.

[6] 杨念云, 段金廒, 钱士辉, 等. 万寿菊花的化学成分的研究[J]. 沈阳药科大学学报, 2003, 20(4): 25-26.

[7] 刘娜, 余德顺, 戴明权, 等. 蓬莪术挥发油萃取技术的研究及其化学成分分析[J]. 西南师范大学学报: 自然科学版, 2002, 27(3): 430-432.

[8] 王道平, 张雪琴, 周欣, 等. 正交试验研究莪术挥发油的萃取工艺[J].中成药, 2005, 27(9): l085-l086.

[9] 银建中, 刘润杰, 魏炜, 等. 沙棘籽油在超临界CO2中溶解度的测定和关联[J]. 高校化学工程学报, 2006, 20(1): 126-129.

[10] 王金宇, 李淑芬, 关文强, 等. 丁香油的超临界CO2萃取及其微胶囊的制备[J]. 高校化学工程学报, 2007, 2l(1): 37-42.

[11] GOMEZ N E, WITTE L. A Simple method to extract essential oils from tissue samples by using microwave radiation[J]. Journal of Chemical Ecology, 2001, 27(11): 235l-2359.

[12] 冯自立. 微波萃取新技术在中医药领域的应用进展[J]. 医学信息,2006, 19(10): 1889-l892.

[13] 舒静, 王鹏, 张科, 等. 聚D,L-丙交酯的常压微波辐射合成[J]. 高校化学工程学报, 2005, 19(4): 498-502.

[14] 祁秀秀, 路建美, 张正彪, 等. 聚砜酰胺酸和聚砜酰亚胺的微波辐射合成[J]. 高校化学工程学报, 2003, l7(2): l5l-l56.

[15] 王艳, 张铁军. 微波萃取技术在中药有效成分萃取中的应用[J]. 中草药, 2005, 36(3): 470-473.

[16] 张英, 俞卓裕, 吴晓琴. 中草药和天然植物有效成分萃取新技术: 微波协助萃取[J]. 中国中药杂志, 2004, 29(2): 104-108.

[17] 邓湘庆, 龚盛昭. 微波辅助萃取当归精油条件优化[J]. 食品与机械,2007, 23(5): 70-73.

Microwave-assisted Extraction and GC-MS Analysis of Volatile Oil fromTagetes erectaL. Flowers

ZHANG Li-yuan1，SHEN Shu-chang2，LIU Zhi-ming1，MA Ping1，YAO Di1
(1. College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China；
2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161000, China)

The microwave-assisted extraction of volatile oil from the residue left over after lutein extractionTagetes erectaL.was optimized by one-factor-at-a-time and orthogonal array design methods. Oil yield was investigated with respect to solventto-material ratio, extraction time and microwave power (low, medium and high fire). The optimal extraction conditions were petroleum ether as the extraction solvent at a solvent-to-material ratio of 6:1 for 60 s extraction under the assistance of high-fire microwave power. Under the optimal extraction conditions, an oil yield of 1.575% was achieved. The chemical composition of the volatile oil was analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MC) and 19 compounds were identified.

Tagetes erectaL.；volatile oil；microwave extraction；gas chromatography-mass spectrometry

O657.63

A

1002-6630(2011)16-0326-04

2010-11-04

张丽媛(1981—)，女，讲师，硕士，主要从事仪器分析研究。E-mail：zly1981_2005@163.com