气相色谱-质谱联用技术分析植物精油成分.docx

气相色谱-质谱联用技术分析植物精油成分 气相色谱-质谱联用技术分析植物精油成分摘要 本实验采用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析市售橙皮精油成分，并采用冷榨法和水蒸气蒸馏法提取橙皮中的植物精油，采用GC-MS分离分析以及结构定性，分析不同提取方法所得成分的差别。实验结果表明，市售精油、冷榨法精油和蒸馏法精油中均含有柑橘柠烯，其中冷榨法精油中的柑橘柠烯含量最高达58.03%，市售精油次之为34.77%，而蒸馏法精油则最少为11.53%。市售精油和冷榨法精油中均含有反式柠檬烯氧化物，而蒸馏法精油中则没有。关键词：气相色谱-质谱联用 冷榨法 水蒸气蒸馏法 橙皮1. 引言精油是从植物的花、叶、茎、根或果实中提炼萃取出来的挥发性芳香物质。柑橘、柠檬、橙等果皮含有香味独特的挥发油，具有提高情绪和缓解焦虑的作用。挥发油中主要风味成分是萜烯类化合物，其中80%以上是柠檬烯。目前，提取柑橘类植物精油的主要方法有冷榨法、蒸馏法、溶剂萃取法和超临界流体萃取法。其中，冷榨法是将新鲜柑橘皮放入压榨机中，通过压力作用将柑橘皮放入压榨机中，通过压力作用将柑橘外果皮上的油囊细胞压破，使精油渗出，并用水喷淋下来，经分离、精制得到冷榨精油。蒸馏法是将新鲜碎橘皮放入蒸馏器中，用100水蒸气气提，柑橘外果皮上的油囊细胞在高温作用下破裂，精油渗出后随水蒸气馏出，经冷凝、分离和精制后得到蒸馏精油。蒸馏法根据蒸馏形式可分为间歇蒸馏法、连续蒸馏法和水中蒸馏法。溶剂萃取法根据所选择的溶剂不同，萃取油的品质差别较大。常用的萃取溶剂有己烷、石油醚、异丙醇、乙酸乙酯等，由于溶剂萃取很容易将柑橘皮中的色素、类黄酮物质等一起萃取出来，导致精油的后续分离纯化比较困难；超临界流体萃取法主要采用超临界二氧化碳流体进行萃取，尽管得到的精油品质很好，但设备投资太大，操作条件较高。各种具有不同芳香性的植物精油已广泛用于香精香料工业中，通常用来制备各种香精、香水等，随着人们生活质量的提高和环境保护意识的加强，植物精油的应用也逐渐扩大。植物精油在食品添加剂、害虫防治、杀菌抗菌和防腐等方面的功能，也日益受到人们的关注和重视。由于植物精油的成分十分复杂，常需要采用气相色谱-质谱（GC-MS）法对其中的化学成分进行定性定量检测，从而为香精香料工业中的调香和质量控制提供帮助1。植物精油的化学成分非常复杂，即使优化色谱条件也仍然存在很多重叠的色谱峰，不论是对单个的精油进行成分鉴定，还是鉴定某种精油是否存在于某种香精中，都存在很多困难。GC-MS综合了气相色谱与质谱的优点。弥补了各自的缺陷，因而具有灵敏度高、分析速度快、鉴别能力强的特点，可同时完成待测组分的分离和鉴定，特别适合用于多组分混合物中未知组分的定性定量分析、判断化合物的分子结构、准确地测定化合物的分子量。本实验采用GC-MS分析市售橙皮精油成分，并采用冷榨法和水蒸气蒸馏法提取橙皮中的植物精油，采用GC-MS分离分析以及结构定性，分析不同提取方法所得成分的差别。2. 实验部分2.1 仪器气相色谱-质谱联用仪：Trace GC-Trace DSQ(美国菲尼根质谱公司)；水蒸气蒸馏装置2.2 试剂 新鲜橙皮、正己烷、无水硫酸钠（以上试剂均为分析纯）。有机相针式过滤器（13 mm0.45 m）；市售橙皮精油2.3 GC-MS分析条件色谱柱为DB-5 MS (30m 0. 25mm 0. 25m)弹性石英毛细管柱，进样口温度280；分流比为1：30；色谱柱程序升温条件:初始温度设定50，保留2min,以10min-1 升温至80，保留2min，再以10min - 1 升温至150，保留3min,最后以15min-1升温至290，保留1min。载气流速1.0mL min1，恒流模式；接口温度230；质谱质量扫描范围为10500amu，扫描速度10 次s1，溶剂切割时间3min，载气:高纯氦气（99.99%）2.4 实验步骤2.4.1 GC-MS仪器准备按仪器操作要求开机，抽真空，待真空度达到要求，通过“峰监控”窗口检查仪器状况，必要时进行调谐，校正仪器。2.4.2 样品前处理（1）市售植物精油样品制备称取市售橙皮精油0.1g，加入50mL丙酮，混匀，用一次性注射器吸取1mL，有机相针式过滤器过滤转移至样品瓶中，进样1L。（2）冷榨法提取植物精油取新鲜橙皮，在研钵中研磨压榨，快速加入1mL丙酮到研钵中，用一次性注射器吸取，有机相针式过滤器过滤转移至样品瓶中，进样1L。（3）水蒸气蒸馏法提取植物精油称取20g新鲜橙皮剪成小碎片，放入500 mL圆底烧瓶中，加入250 mL水，直接进行水蒸气蒸馏。水蒸气蒸馏装置如图1所示。加沸石，并注意调节加热装置的功率，防止爆沸，提取1 h，待馏液达50 mL左右即可停止。这时可观察到馏出液水面上浮着一层薄薄的油层。将馏出液倒入125 mL分液漏斗中，用正己烷萃取两次，每次5 mL，合并有机相，加入无水Na2SO4除水，用一次性注射器吸取1 mL，有机相针式过滤器过滤转移至样品瓶中，进样1 L。图1 水蒸气蒸馏装置2.4.3 GC-MS分析设定GC-MS实验参数，依次进样分析市售橙皮精油、冷榨法提取橙皮精油和水蒸气蒸馏提取橙皮精油，通过NIST谱库搜索，鉴定其化学结构，并计算每种成分的峰面积相对百分比，比较讨论不同提取方法所得化学成分的差别。【注意事项】 1.水蒸气蒸馏提取精油一定要加沸石，提取过程中要注意照看，以防止水倒吸或喷出。2.有机溶剂注意回收。3. 数据处理3.1 三个不同样品的色谱图图2 市售橙皮精油色谱图图3 冷榨法橙皮精油色谱图图4 蒸馏法橙皮精油色谱图3.2 柠檬烯质谱图图5 柠檬烯质谱图3.3 市售橙皮精油、冷榨橙皮精油和蒸馏橙皮精油的化学成分表1市售橙皮精油、冷榨橙皮精油和蒸馏橙皮精油的化学成分保留时间/min化合物相对分子质量分子式相对含量/%市售橙皮精油冷榨橙皮精油蒸馏橙皮精油3.6乙酰氧基乙酸Acetic acid, (acetyloxy)-118C4H6O42.68-3.6乙酸乙酯Ethyl Acetate88C4H8O2-5.76-7.95柑橘柠烯D-Limonene136C10H1634.77-7.96柑橘柠烯D-Limonene136C10H16-58.03-796柑橘柠烯D-Limonene136C10H16-11.539.543,7-二甲-1,6-辛二烯-3-醇1,6-Octadien-3-ol, 3,7-dimethyl-154C10H18O-5.4610.31反式柠檬烯氧化物Limonene oxide, trans-152C10H16O5.091.19-11.34松油醇3-Cyclohexene-1-methanol, ,4-trimethyl-, (S)-154C10H18O-2.8511.812-甲基-5-(2-丙烯基)-2-环己烯-1-醇乙酸酯2-Cyclohexen-1-ol, 2-methyl-5-(1-methylethenyl)-, cis-152C10H16O4.24-12.23L-香芹酮2-Cyclohexen-1-one, 2-methyl-5-(1-methylethenyl)-150C10H14O7.22-13.71柠檬烯醇1,2-Cyclohexanediol, 1-methyl-4-(1-methylethenyl)-170C10H18O23.53-15.42柠檬烯-1,2-环氧化物Limonene-1,2-epoxide(fr.1)152C10H16O1.65-4. 结果与讨论4.1 实验结果分析实验结果表明，市售精油、冷榨法精油和蒸馏法精油中均含有柑橘柠烯，其中冷榨法精油中的柑橘柠烯含量最高达58.03%，市售精油次之为34.77%，而蒸馏法精油则最少为11.53%。市售精油和冷榨法精油中均含有反式柠檬烯氧化物，而蒸馏法精油中则没有，估计是蒸馏法萃取的精油质量不高，故没法检测出反式柠檬烯氧化物。市售精油还含有乙酰氧基乙酸、L-香芹酮、柠檬烯醇等物质，而冷榨法精油和蒸馏法精油则没有，有可能是市售精油的制作过程中添加的，也有可能是冷榨法和蒸馏法没能把这些物质萃取出来。蒸馏法精油还含有3,7-二甲-1,6-辛二烯-3-醇和松油醇，而冷榨法精油和市售精油均没有。4.2 GC-MS与GC分析比较的优点是：灵敏度高、分析速度快、鉴别能力强的特点，可同时完成待测组分的分离和鉴定，特别适合用于多组分混合物中未知组分的定性定量分析、判断化合物的分子结构、准确地测定化合物的分子量。4.3 植物精油的萃取分析方法有：（1）微波提取法。如：Pare等从植物和鱼组织中提取了芳香油和其他油类，并申请了微波辅助提取天然产物及挥发油等的一系列专利。利用微波透明介质作为冷却剂，使提取出的有机物迅速冷却并转入主体相，达到了提高提取率、减少热破坏的目的。他们利用这一工艺对薄荷、洋葱中的挥发油进行提取，结果证明微波具有选择性，与传统的乙醇浸提法相比，微波处理得到的薄荷油几乎不含叶绿素和薄荷酮2。20s的微波诱导提取效果与2h的水蒸气蒸馏、6h的索氏提取相当，且提取产物的质量优于传统方法。萃取时间短，所得成分重复性佳、质量均一、热敏性成分损失少3。产品质量相当于或优于溶剂回流、水蒸气蒸馏、索氏提取和超临界CO2萃取的同类产品，且具有操作方便、装置简单、提取时间短、提取率高、溶剂用量少、产品纯正等优点。（2）超临界提取法。超临界是处于临界温度（TC)和临界压力（PC）以上的流体，如CO2、氨、乙烯、丙烷、水等。超临CO2萃取优点包括：1）不仅对某些物质的溶解度有选择性，且使分散系及分散系各成分较易分离，故萃取速度快，可缩短生产周期；2）可提高收率，降低成本；3）萃取中药挥发油时，没有有机溶剂残留，同时可节省大量的有机溶剂；4）与传统水蒸气蒸馏法相比，具有萃取温度低、系统密闭等优点，更适合