全 文 ：三种提取方法结合 GC-MS分析比较草豆蔻的挥发性成分
杨彬彬，容 蓉* ，胡金芳，杨 勇，吕青涛，蒋海强
(山东中医药大学，山东 济南 250355)
摘要 目的:分析草豆蔻的挥发性成分。方法:分别采用水蒸气蒸馏法、顶空进样法以及超临界 CO2 萃取法提
取草豆蔻中的挥发性成分，采用气相色谱-质谱技术(GC-MS)结合 Kovats保留指数进行检测分析。结果:水蒸气蒸
馏法和顶空进样法检测到草豆蔻挥发性成分主要为萜类化合物，而超临界 CO2 萃取物中挥发性成分主要为烯类、
醇类及芳香类化合物。结论:不同的样品前处理方法分别侧重于药材中不同类型的挥发性成分;利用 GC-MS 分析
技术并结合 Kovats保留指数进行定性分析更准确、快速。
关键词 草豆蔻;GC-MS;水蒸气蒸馏;超临界 CO2 萃取;顶空进样
中图分类号:Ｒ284. 1 /Ｒ284. 2 文献标识码:A 文章编号:1001-4454(2014)03-0443-05
收稿日期:2013-10-24
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973 计划)(2007CB512601) ;山东省高等学校科技计划项目(J10LF20)
作者简介:杨彬彬(1989-)，男，在读硕士研究生，专业方向:中药及复方活性成分与质量控制;Tel:13853117452，E-mail:yileifeng@ 163. com。
* 通讯作者:容蓉，Tel:13869196006，E-mail:rosierong@ 163. com。
GC-MS Analysis for Volatile Components from Alpiniae
Katsumadai Semen by Three Extraction Methods
YANG Bin-bin，ＲONG Ｒong，HU Jin-fang，YANG Yong，LV Qing-tao，JIANG Hai-qiang
(Shandong University of Traditional Chinese Medicine，Jinan 250355，China)
Abstract Objective:To analysis the volatile components in Alpiniae Katsumadai Semen. Methods:The volatile components were
extracted from Alpiniae Katsumadai Semen by steam distillation，head space injection and supercritical fluid extraction respectively，and
then analyzed by GC-MS combined with Kovats retention index. Ｒesults:The volatile components extracted by steam distillation or head
space extraction were found more likely to be terpenoids，whereas components extracted by supercritical fluid extraction were more likely
to be alkenes，alcohols and aromatic compounds. Conclusion:Different sample pre-treatment methods are focused on different types of
volatile components;Identification of the volatile components by GC-MS combined with Kovat s retention index is more accurate and
rapid.
Key words Alpiniae Katsumadai Semen;GC-MS;Steam distillation;Supercritical fluid extraction;Head space injection
草豆蔻为姜科植物草豆蔻 Alpinia katsumadai
Hayata 的干燥近成熟种子，味辛，性温，具有燥湿行
气、温中止呕的功效，用于治疗寒湿内阻、脘腹胀满
冷痛、嗳气呕逆、不思饮食等症〔1〕。挥发油是其主
要药效成分之一〔2〕。本文选取水蒸气蒸馏法、顶空
直接进样法及超临界 CO2 萃取法分别对草豆蔻挥
发性成分进行提取，采用 GC-MS分析技术，通过 MS
谱库检索并结合 Kovat s 保留指数对化合物结构进
行鉴定，综合分析草豆蔻中的挥发性成分。
1 仪器与材料
1. 1 仪器 7694E型顶空进样器、6890N /5975B 气
质联用仪(美国 Agilent公司);Spe-ed SFE系列超临
界萃取仪(美国应用分离公司);万分之一电子天平
(瑞士梅特勒公司)。
1. 2 材料 草豆蔻采样于海南省，经山东中医药
大学药学院李峰教授鉴定为姜科植物草豆蔻 Alpinia
katsumadai Hayata的干燥近成熟种子。正构烷烃混
合对照品 C8 ～ C40(500 μg /mL，美国 AccuStandard
公司);蒸馏水;无水乙醇、无水 Na2SO4、乙酸乙酯均
为分析纯。
2 方法与结果
2. 1 挥发性成分的提取
2. 1. 1 水蒸气蒸馏法:精密称取草豆蔻粉末(40
目)50 g，加蒸馏水 500 mL，按 2010 年版中国药典一
部附录ⅩD 挥发油测定法(甲法)提取草豆蔻挥发
性成分，加热提取 6 h。用乙酸乙酯溶解并定容至
10 mL，加入 1 g无水 Na2SO4 脱水后得供试品溶液，
冷藏待用。
2. 1. 2 顶空进样法:精密称取新鲜粉碎的草豆蔻
药材粉末(40 目)0. 5 g，放入顶空进样瓶中，顶空瓶
加热温度:120 ℃，平衡加热 30 min，样品环 140 ℃，
传输线 160 ℃，进样 1 min。
2. 1. 3 CO2 超临界萃取法:取草豆蔻药材粉末
(20 ～40目)约 30 g，投放入超临界萃取仪萃取釜中;
萃取压力及温度分别为:25 MPa，55 ℃;萃取 40 min。
用乙酸乙酯溶解萃取物并转移至 25 mL量瓶中，定容
·344·Journal of Chinese Medicinal Materials 第 37 卷第 3 期 2014 年 3 月
DOI:10.13863/j.issn1001-4454.2014.03.030
至刻度，放置冰箱中，冷藏备用。
2. 2 GC-MS 分析条件 Agilent HP-5 MS 色谱柱
(30 m ×250 μm，0. 25 μm);载气 He，流量 1. 0 mL /
min，进样口 250 ℃，进样量 1 μL，分流比:100 ∶ 1。
程序升温初始温度 50 ℃，以 2 ℃ /min 升至 220 ℃
后再以 8 ℃ /min升至 280 ℃(保持 5 min)，后运行
300 ℃(保持 10 min)。EI 电离源，离子源温度:230
℃，电子能量 70 eV，全扫描数据采集模式。色谱图
见图 1。
图 1 草豆蔻挥发性成分及正构烷烃对照品 GC-MS总离子流图
A．水蒸气蒸馏法制备挥发油 B．顶空进样挥发性成分 C．超临界 CO2 萃取物 D．正构烷烃混合对照品
2. 3 结果 采用公式(1)计算各组分的 KI 值。通
过 NIST08 谱库检索选取质谱匹配度高的前 5 种化
合物，将 KI计算值与 NIST库 KI* 检索值进行比较，
以检索到的质谱和 KI* 值匹配度最高的化学结构为
鉴定结果。同时以保留指数的相对偏差(KI －
KI* )/KI* × 100%为指标，当相对偏差大于 5%时
则认为保留指数差异较大，不予采纳。分析结果见
表 1。
I =
tr(unknown)－ tr(n)
tr(N)－ tr(n[ ]) × 100z + 100n (1)
其中:I为 Kovats保留指数(KI)，n 为碳原子数较小的
烷烃，N为碳原子数较大的烷烃，z为较大烷烃和较小烷烃的
碳原子数目之差，tr 为保留时间(min)。
本实验利用 GC-MS 分析 3 种提取方法提取的
草豆蔻挥发性成分，水蒸气蒸馏法中共鉴定出 43 种
化合物，顶空进样法中共鉴定出 24 种化合物，超临
界 CO2 萃取中鉴定出 50 种化合物(见表 1)。检出
的挥发性成分中，含量较高的相同成分有 α-石竹
烯、桉叶醇、α-水芹烯等;但在水蒸气蒸馏法和超临
界 CO2 萃取法中含量高达 32%的 3，7，11-三甲基-
2，6，10-十二碳三烯-1-醇，在顶空进样法中未能检
出。综合比较发现，水蒸气蒸馏法和顶空进样法检
测到的挥发性成分主要为萜类化合物，而超临界 CO2
萃取物中主要为烯类、醇类及芳香类化合物。文献〔3〕
报道的高含量化合物法尼醇(19. 83%)，在本实验中
未检到，可能与药材产地、采收时间等因素有关。
3 结论与讨论
3. 1 水蒸气蒸馏法是传统的挥发油提取方法，但
提取时间较长;超临界 CO2 萃取技术具有高选择
性、低临界温度、无毒和分离后无溶剂残留等优点，
但会受到仪器设备条件的限制，尚不能推广使用;顶
空进样分析药材挥发性成分时，将药材粉末装入顶
空样品瓶中，加热平衡后，取挥发性气体直接进样分
析，大大减少了样品预处理的繁琐操作，并避免一些
化学成分加热分解、转化的可能，但是由于加热时间
较短，对某些成分的提取不够充分。故本试验认为，
·444· Journal of Chinese Medicinal Materials 第 37 卷第 3 期 2014 年 3 月
以上 3 种样品前处理方法分别侧重于药材中不同类
型的挥发性成分，分析结果有一定差异，可根据实验
的需要，采用相应的制备方法。
表 1 三种提取方法制备草豆蔻的挥发性成分 GC-MS分析结果
编
号 化合物 分子式
水蒸气蒸馏
法相对含量
/%
顶空进样法
相对含量
/%
超临界萃取
法相对含量
/%
KI计
算值
KI* 检
索值
(KI － KI* )
/KI* /%
1 庚醛 C7H14O － 0. 14 － 902 904 － 0. 22
2 2-甲基-5-异丙基-二环［3. 1. 0］己-2-烯 C10H16 － 0. 15 － 922 928 － 0. 65
3 1Ｒ-α-蒎烯 C10H16 1. 33 6. 88 0. 33 929 929 0
4 莰烯 C10H16 0. 14 0. 91 － 944 945 － 0. 11
5 苯甲醛 C7H6O － 0. 68 － 956 959 － 0. 31
6 β-蒎烯 C10H16 0. 88 4. 19 0. 43 972 972 0
7 β-月桂烯 C10H16 0. 29 1. 46 － 990 990 0
8 3，7，7-三甲基-二环［4. 1. 0］庚-2-烯 C10H16 － 0. 21 － 996 1001 － 0. 50
9 α-水芹烯 C10H16 4. 59 14. 37 0. 59 1003 1003 0
10 1-甲基-4-异丙基-1，3-环己二烯 C10H16 0. 27 1. 42 － 1015 1014 0. 10
11 1-甲基-2-异丙基-苯 C10H14 1. 57 5. 25 － 1022 1022 0
12 桉叶醇 C10H18O 8. 26 33. 12 4. 00 1025 1025 0
13 (S)-1-甲基-4-(1-甲基乙烯基)-环己烯 C10H16 1. 37 － 0. 67 1026 1026 0
14 1-甲基-4-异丙基-苯 C10H14 － － 0. 43 1031 1030 0. 10
15 3，7-二甲基-1，3，6-辛三烯 C10H16 － 0. 13 0. 18 1047 1048 － 0. 10
16 1-甲基-4-异丙基-1，4-环己二烯 C10H16 0. 27 3. 52 0. 08 1056 1056 0
17 2-甲基-2-壬烷醇 C10H22O － 0. 30 － 1083 1107 － 2. 17
18 1-甲基-4-(1-甲基亚乙基)-环己烯 C10H16 0. 15 0. 77 － 1086 1086 0
19 3，7-二甲基-1，6-辛二烯-3-醇 C10H18O － 0. 64 0. 10 1102 1101 0. 09
20 1，3，3-三甲基-双环［2. 2. 1］庚烷-2-醇 C10H18O 0. 06 － － 1111 1111 0
21 (1Ｒ)-1，7，7-三甲基-双环［2. 2. 1］庚烷-
2-酮
C10H16O 0. 17 0. 24 0. 14 1144 1144 0
22 6-丁基-1，4-环庚二烯 C11H18 － － 0. 15 1157 1163 － 0. 52
23 (1S-桥)-1，7，7-三甲基-双环［2. 2. 1］庚
烷-2-醇
C10H18O 0. 18 － － 1162 1160 0. 17
24 龙脑 C10H18O － 0. 11 0. 17 1167 1167 0
25 4-甲基-1-异丙基-3-环己烯-1-醇 C10H18O 0. 72 1. 31 0. 39 1179 1179 0
26 (α，α)4-三甲基-3-环己烯-1-甲醇 C10H18O 1. 19 0. 85 0. 51 1188 1189 － 0. 08
27 4-亚甲基-1-异丙基-二环［3. 1. 0］己-3-
醇乙酸酯
C12H18O2 0. 07 － － 1200 1193 0. 59
28 3，7-二甲基-6-辛烯-1-醇 C10H20O 0. 09 － － 1230 1228 0. 16
29 4-苯基-2-丁酮 C10H12O 1. 84 － 0. 30 1241 1243 － 0. 16
30 4-苯基-3-丁烯-2-酮 C10H10O 1. 28 － － 1354 1346 0. 59
31 ［1S-(1α，4α，7α)］-1，2，3，4，5，6，7，8-八
氢-1，4，9，9-四甲基-4，7-亚甲基薁
C15H24 － 0. 83 － 1367 1385 － 1. 30
32 叭茶烯 C15H24 1. 09 － － 1369 1353 1. 18
33 可巴烯 C15H24 0. 17 － 0. 10 1371 1371 0
34 异喇叭烯 C15H24 － － 1. 43 1373 1353 1. 48
35 古巴烯 C15H24 － － 0. 35 1376 1375 0. 07
36 3-苯基-2-丙烯酸甲酯 C10H10O2 1. 15 － － 1380 1389 － 0. 65
37 ［1aＲ-(1aα，7α，7aα，7bα)］-1a，2，3，5，
6，7，7a，7b-八氢-1，1，7，7a-四甲基-1H-
环丙并［a］萘
C15H24 － － 3. 52 1383 1398 － 1. 07
·544·Journal of Chinese Medicinal Materials 第 37 卷第 3 期 2014 年 3 月
续表 1
编
号 化合物 分子式
水蒸气蒸馏
法相对含量
/%
顶空进样法
相对含量
/%
超临界萃取
法相对含量
/%
KI计
算值
KI* 检
索值
(KI － KI* )
/KI* /%
38 石竹烯 C15H24 3. 43 2. 55 3. 82 1419 1419 0
39 ［1aＲ-(1aα，7α，7aα，7bα)］-1a，2，3，5，
6，7，7a，7b-八氢-1，1，7，7a-四甲基-1H-
环丙并［a］萘
C15H24 － － 0. 20 1430 1432 － 0. 14
40 ［1Ｒ-(1α，5α，6β)］-6-甲基-2-亚甲基-6-
(4-甲基-3-戊烯基)-降蒎烷
C15H24 0. 15 － 0. 20 1433 1430 0. 21
41 α-石竹烯 C15H24 17. 04 9. 48 16. 80 1451 1451 0
42 7，11-二甲基-3-亚甲基-1，6，10-十二碳
三烯
C15H24
0. 40 － 0. 22 1454 1440 0. 97
43 ［s-(E，E)］-1-甲基-5-亚甲基-8-异丙基-
1，6-环癸二烯
C15H24 0. 26 － 0. 30 1466 1473 － 0. 48
44 (+)-表-双环倍水芹烯 C15H24 0. 22 － － 1469 1470 － 0. 07
45 (1α，4aα，8aα)-1，2，3，4，4a，5，6，8a-八
氢-7-甲基-4-亚甲基-1-异丙基-萘
C15H24 0. 57 － 0. 71 1474 1474 0
46 1，2，4a，5，6，8a-六氢-4，7-二甲基-1-异
丙基-萘
C15H24 － － 0. 38 1477 1475 0. 14
47 1-(1，5-二甲基-4-己烯基)-4-甲基-苯 C15H22 － － 0. 27 1481 1481 0
48 ［2Ｒ-(2α，4aα，8aβ)］-1，2，3，4，4a，5，6，
8a-八氢-4a，8-二甲基-2-(1-甲基乙烯
基)-萘
C15H24 － － 0. 21 1484 1484 0
49 δ-桉叶烯 C15H24 － － 0. 20 1489 1485 0. 27
50 ［S-(Ｒ* ，S* )］-5-(1，5-二甲基-4-己烯
基)-2-甲基-1，3-环已二烯
C15H24 － － 1. 89 1495 1495 0
51 (－)-3，7，7-三甲基-11-亚甲基-螺［5. 5］
十一碳-2-烯
C15H24 － － 0. 58 1497 1490 0. 47
52 (1α，4aα，8aα)-1，2，4a，5，6，8a-六氢-4，
7-二甲基-1-异丙基-萘
C15H24 － － 0. 38 1500 1500 0
53 ［1S-(1α，4aβ，8aα)］-1，2，4a，5，8，8a-六
氢-4，7-二甲基-1-异丙基-萘
C15H24 0. 12 － 0. 22 1506 1508 － 0. 13
54 (S)-1-甲基-4-(5-甲基-1-亚甲基-4-己烯
基)-环己烯
C15H24 0. 17 － 0. 73 1508 1508 0
55 (1α，4aβ，8aα)-1，2，3，4，4a，5，6，8a-八
氢-7-甲基-4-亚甲基-1-异丙基-萘
C15H24 0. 22 － 0. 38 1512 1512 0
56 (1S-顺式)-1，2，3，5，6，8a-六氢-4，7-二
甲基-1-异丙基-萘
C15H24 1. 34 － 2. 47 1520 1520 0
57 ［1Ｒ-(1α，7β，8aα)］-1，2，3，5，6，7，8，8a-
八氢-1，8a-二甲基-7-(1-甲基乙烯基)-
萘
C15H24 0. 14 － － 1525 1510 0. 99
58 1，2，3，4，4a，7-六氢-1，6-二甲基-4-异丙
基-萘
C15H24 0. 13 － 0. 23 1528 1528 0
59 (4aＲ-反式)-1，2，3，4，4a，5，6，8a-八氢-
4a，8-二甲基-2-(异丙基亚基)-萘
C15H24 0. 14 － 0. 18 1536 1538 － 0. 13
60 3，7，11-三甲基-1，6，10-十二碳三烯-3-
醇
C15H26O 0. 72 － 0. 35 1561 1561 0
61 叶黄素 C15H26O 3. 37 － 3. 35 1590 1591 － 0. 06
·644· Journal of Chinese Medicinal Materials 第 37 卷第 3 期 2014 年 3 月
续表 1
编
号 化合物 分子式
水蒸气蒸馏
法相对含量
/%
顶空进样法
相对含量
/%
超临界萃取
法相对含量
/%
KI计
算值
KI* 检
索值
(KI － KI* )
/KI* /%
62 ［1aＲ-(1aα，4β，4aβ，7α，7aβ，7bα)］-十
氢-1，1，4，7-四甲基-1H-环丙［e］甘菊
环-4-醇
C15H26O － － 0. 62 1596 1592 0. 25
63 ［1Ｒ-(1Ｒ* ，3E，7E，11Ｒ*)］-1，5，5，8-四
甲基-12-氧杂二环［9. 1. 0］十二-3，7-二
烯
C15H24O 0. 86 － 0. 84 1602 1607 － 0. 31
64 茅苍术醇 C15H26O 0. 13 － － 1619 1632 － 0. 80
65 荜澄茄油烯醇 C15H26O 0. 40 － － 1625 1642 － 1. 04
66 ［2Ｒ-(2α，4aα，8aβ)］-1，2，3，4，4a，5，6，
8a-八氢-α，α，4a，8-四甲基-2-萘甲醇
C15H26O － － 1. 23 1655 1654 0. 06
67 (Z，E)-3，7，11-三甲基-2，6，10-十二碳
三烯-1-醇
C15H26O － － 32. 56 1721 1718 0. 17
68 3，7，11-三甲基-2，6，10-十二碳三烯-1-
醇
C15H26O 32. 69 － 0. 01 1725 1753 － 1. 60
69 (E，E)-3，7，11-三甲基-2，6，10-十二碳
三烯-1-醇乙酸酯
C17H28O2 － － 0. 36 1840 1839 0. 05
70 1，2-苯二甲酸-二(异丁基)酯 C16H22O4 － － 0. 77 1862 1863 － 0. 05
71 棕榈酸 C16H32O2 － － 0. 06 1967 1968 － 0. 05
72 二(2-乙基己基)邻苯二甲酸酯 C24H38O4 － － 1. 21 2549 2546 0. 12
3. 2 在中药挥发性成分的 GC-MS 分析中，由于色
谱峰的纯度以及质谱库收载的化合物信息的局限
性，使得 MS定性分析的结果会出现偏差，有时会出
现几个化合物的匹配度接近，难以判别的情况。针
对经质谱库检索得到的多种可能的化合物结构，通
过 Kovats保留指数进一步鉴定，从中找出匹配度较
高的化合物，使鉴定结果可信度增加〔4，5〕。例如试
验中鉴定出的第 3 号化合物，通过 NIST标准谱库检
索发现匹配度为 97%的有 3 个化合物，分别为:1Ｒ-
α-蒎烯、1S-α-蒎烯、环化小茴香烯，其 KI* 检索值分
别为 929、938、896，而该色谱峰的 KI计算值为 929，
从而确定 3 号化合物为 1Ｒ-α-蒎烯。另外当色谱峰
纯度较低时，也会对 MS的检索造成影响，例如第 60
号化合物，通过 NIST 标准谱库检索显示可能为 3，
7，11-三甲基-1，6，10-十二碳三烯-3-醇，但是匹配度
只有 72%，其 KI* 检索值为 1 561，而 KI 计算值为
1 561，故可以确定为该化合物。本实验为选用不同
提取方法，快速准确分析比较中药挥发性成分提供
了理论基础，也为以后中药挥发性成分的筛选奠定
了基础。
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·744·Journal of Chinese Medicinal Materials 第 37 卷第 3 期 2014 年 3 月