全 文 ：荜澄茄挥发油的成分分析及提取过程动力学研究
程轩轩，黄铿
(广东药学院 中药学院，广东 广州 510006)
摘要:目的 优选荜澄茄挥发油的提取工艺，并探讨挥发油得率与提取时间的内在联系。同时分离鉴定
荜澄茄挥发油的化学成分。方法 通过正交试验法确定荜澄茄挥发油的最佳提取工艺。在此基础上，采
用适当的动力学模型对提取过程实验数据进行拟合，得出挥发油提取过程的动力学数学模型;并应用
GC-MS技术进行挥发油的成分分析。结果 在最佳提取工艺条件下的动力学模型方程为:V = 1． 96 ×(1
－ e －0． 00607t) (R2 = 0． 998 9)和 ln (Vs-V)= － 0. 00473t + 0. 7275 (R2 = 0. 998 2)。荜澄茄挥发油经 GC-
MS分离鉴定出 24 种化合物。结论 所得提取过程的数学模型较好表达了挥发油提取量和提取时间的
关系，可用于指导荜澄茄挥发油生产过程的优化控制。从荜澄茄挥发油中鉴定出 24 种化合物，占挥发
油总量的 96. 70%，绝大部分为萜类化合物。
关键词:荜澄茄;挥发油;GC-MS;动力学模型
中图分类号:R284． 1 文献标志码:A doi:10． 3969 / j． issn． 1006-8783． 2012． 01． 009
文章编号:1006-8783(2012)01-0033-04
Study on chemical constituents and kinetic models of volatile oil from
Litsea cubeba
CHENG Xuan-xuan，HUANG Keng
(School of Traditional Chinese Medicine，Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510006，China)
Abstract:Objective To optimize the extraction process of volatile oil from Litsea cubeba，investigate the
relationship between yields and extraction time，and identify the components of essential oil． Methods
Orthogonal design was used for optimizing extraction conditions，and mathematic kinetic models during the
extraction process of volatile oil were established． The essential oil was analysed by GC-MS． Results Under
the optimal extraction conditions，the mathematic kinetic models were:V = 1． 96 ×(1 － e － 0． 00607t) (R2 =
0. 998 9)and ln(Vs-V)= － 0． 00473t + 0． 7275(R2 = 0． 998 2)． 24 coumpounds were identified by GC-
MS analysis． Conclusion The regression of the kinetic models is effective，which can be applied to optimize
the extraction process of volatile oil from Litsea cubeba． 24 kinds of constituents in the volatile oil were
identified，which made up 96． 70% of the total volatile oil，and most of them were terpenoids．
Key words:Litsea cubeba;volatile oil;GC-MS;kinetic model
收稿日期:2011-10-13
作者简介:程轩轩(1978 －) ，女，博士，讲师，从事中药有效成分及药理活性研究，电话:020-39352327，Email:xuanxuanch@
gmail． com。
网络出版时间:2012-01-18 10:19 网络出版地址:http:/ /www． cnki． net /kcms /detail /44． 1413． R． 20120118． 1019． 002． html
荜澄茄始载于《海药本草》，宋《开宝本草》称荜
澄茄［1］，为樟科植物山鸡椒 Litsea cubeba (Lour．)
Pers． 的干燥成熟果实。现代药理研究表明本品具
有镇痛、抗炎、镇咳祛痰、平喘、抑制胃肠道平滑肌运
动、抗心律失常及心肌缺血等多种活性［2 － 5］。
荜澄茄含有多种化学成分，以挥发油的功效最
为显著;其果实含挥发油约 3% ～ 4%［2］。目前，挥
发油提取主要是通过实验室小试确定最佳方案，与
实际生产条件相去甚远;加之对提取过程的机理和
动态特征缺乏深入研究，故对挥发油提取过程的工
程放大和优化生产并无直接指导意义。为此，本研
究在确定荜澄茄挥发油最佳提取工艺条件的基础
上，根据物质传递理论，建立其挥发油提取过程的数
学模型，对提取过程的动力学进行研究;同时采用
广东药学院学报
Journal of Guangdong Pharmaceutical University Feb． 2012，28(1)
GC-MS技术对挥发油的组分进行分离鉴定。
1 仪器与材料
荜澄茄购自安徽省亳州药材市场，经广东药学
院姬生国教授鉴定为樟科植物 Litsea cubeba(Lour．)
Pers．的干燥成熟果实，阴干粉碎后，分别过 10、20、
40 目筛，备用。
Trace DSQ 型气质 联 用 仪 (美 国 Finnigan
Voyager公司) ;挥发油测定器(江苏银都玻璃仪器
厂) ，符合《中华人民共和国药典》2010 年版一部附
录 XD挥发油测定器的相关标准;KDM 型调温电热
套(山东祥龙科教仪器厂) ;FA2204 型电子天平(上
海新诺仪器厂) ;FT100型植物粉碎机(上海新诺仪器
厂)。
2 方法与结果
2． 1 挥发油提取
精密称取荜澄茄药粉 25 g，置于圆底烧瓶中，按
照《中华人民共和国药典》2010 年版一部附录 XD
挥发油测定法甲法提取挥发油［6］。
2． 2 正交试验
根据预实验结果，选用 L9(3
4)正交试验表［7］，
选择药材粉碎度(A)、加水量(B)和提取时间(C)为
考察因素，以挥发油得率为考察指标优选提取条件。
结果见表 1、2 和 3。
表 1 因素水平表
Table 1 Factors and levels of the orthogonal test
水平
因素
A
粒度 /目
B
加水量 /倍
C
提取时间 /h
1 10 6 4
2 20 8 6
3 40 10 8
由表 2 可知，各因素对提取结果影响的程度依
次为:粒度 ＞提取时间 ＞加水量，但 3 个因素对挥发
油提取过程的影响均无统计学意义。荜澄茄挥发油
提取最佳工艺条件为 A3B2C3，但是从节省时间、减
少成本等方面综合考虑，选用的工艺条件为
A3B2C1，即药材过 40 目筛，加 8 倍量水提取 4 h。
2． 3 验证实验
按优选出来的最佳提取工艺进行了 3 次平行实
验，得到荜澄茄挥发油的平均得率为 1． 69 mL，RSD
值为 2． 52%，说明该工艺重现性较好，稳定可行。
表 2 正交试验结果与直观分析
Table 2 Results of the orthogonal test
试验号 A B C D
挥发油
得率 /%
1 1 1 1 1 2． 44
2 1 2 2 2 2． 71
3 1 3 3 3 2． 92
4 2 1 2 3 4． 84
5 2 2 3 1 7． 19
6 2 3 1 2 4． 69
7 3 1 3 2 7． 88
8 3 2 1 3 6． 73
9 3 3 2 1 8． 42
K1 8． 07 15． 16 13． 86 18． 05
K2 16． 72 16． 63 15． 97 15． 28
K3 23． 03 16． 03 17． 99 14． 49
k1 2． 69 5． 05 4． 62 6． 02
k2 5． 57 5． 54 5． 32 5． 09
k3 7． 68 5． 34 6． 00 4． 83
R 4． 99 0． 49 1． 38 1． 19
表 3 方差分析表
Table 3 Variance analysis
方差来源 离均差平方和 自由度 F P
A 37． 546 2 16． 032 0． 059
B 0． 362 2 0． 155 0． 866
C 2． 861 2 1． 221 0． 450
D(误差) 2． 342 2
注:F0． 05(2，2)= 19． 00。
2． 4 提取过程的动力学分析
2． 4． 1 挥发油的提取 取荜澄茄药材(过 40 筛)
25 g，精密称定，加 8 倍量水，按照《中国药典》中方
法［6］提取荜澄茄挥发油，提取 6 h。用轻油提取器
收集油样，蒸馏体系保持微沸状态，每隔一定时间记
录挥发油提取量。以上操作平行进行 3 次。
2． 4． 2 动力学模型方程 1 的建立 以提取时间为
横坐标，挥发油提取量为纵坐标绘制曲线，见图 1。
数学模型为:V = Vs ×(1 － e － Kt)［8］，其中 V 表示已
提取的药材挥发油量，Vs 表示荜澄茄药材中挥发油
总量。以 BoxLucas1 函数 Y = a(1 － e － bx)进行非
线性拟合，得到动力学模型方程为:V = 1． 96 ×(1 －
e －0． 00607t) (R2 = 0. 998 9 )。
43 广东药学院学报 第 28 卷
图 1 荜澄茄挥发油提取曲线
Figure 1 Extraction curve of the volatile oil from Litsea cubeba
图 2 荜澄茄挥发油提取动力学拟合曲线
Figure 2 Simulation curve of extraction kinetics of the volatile
oil from Litsea cubeba
2． 4． 3 动力学模型方程 2 的建立 参考文献［9］
推导出的挥发油提取过程动力学数学模型对本实验
数据进行拟合，数学模型为:ln(Vs-V )= － K t + A，
其中 Vs表示荜澄茄药材挥发油总量，以该工艺蒸馏
6 h后挥发油的提取量(2. 16 mL)计;其中 V表示已
提取的药材挥发油量;K、A表示常量参数，所得拟合
直线见图 2。采用最小二乘法对实验数据进行拟
合，得拟合方程:ln(Vs-V)= － 0. 00473t + 0. 7275
(R2 = 0． 998 2)。
2． 5 挥发油成分分析
2． 5． 1 分析条件 色谱条件:DB-5 石英毛细管柱
(30 m × 0． 25 mm，0． 25 μm) ;进样口温度 280 ℃。
程序升温为:初始温度 50 ℃，保持 3 min;以 4 ℃ /
min升至 90 ℃，保持 20 min;以 5 ℃ /min升至 150 ℃，
保持 25 min;以 10 ℃ /min 升至 210 ℃，保持 25
min。载气为高纯 He，流速为 1 mL /min。
质谱条件:EI 电离源，电子能量 70 eV，离子源
温度 250 ℃，扫描范围 m/z:40 ～ 650。
2． 5． 2 分析结果 按照上述条件，对荜澄茄挥发油
进行分析，共分离出 35 个组分，并用峰面积归一化
法确定了各组分的相对含量。根据 GC-MS 所得的
质谱信息，比对标准谱库(美国 NIST 和 LIBTX 谱
库) ，鉴定了其中的 24 个成分，结果见表 4。
表 4 荜澄茄挥发油的化学成分
Table 4 Chemical constituents of the volatile oil from Litsea cubeba
序号 tR /min 化合物 分子式 Mr 相对含量 /%
1 3． 66 甲基异丁基酮 C16H12O 100 1． 07
2 9． 44 α-蒎烯 C10H16 136 0． 68
3 10． 13 莰烯 C10H16 136 0． 43
4 11． 31 β-蒎烯 C10H16 136 0． 85
5 11． 72 6-甲基-5-庚烯-2-酮 C8H14O 126 3． 37
6 11． 91 月桂烯 C10H16 136 1． 28
7 12． 11 6-甲基-5-庚烯-2-醇 C8H16O 128 0． 31
8 13． 46 1-乙基-2，4-二甲基苯 C10H14 134 0． 21
9 13． 69 柠檬烯 C10H16 136 11． 64
10 13． 81 1，8-桉树脑 C10H18O 154 0． 67
11 14． 87 2，6-二甲基-1，6-辛二烯 C10H18 138 0． 14
12 15． 66 氧化芳樟醇(六元吡喃型) C10H18O2 170 0． 22
13 16． 42 氧化芳樟醇(五元吡喃型) C10H18O2 170 0． 11
14 16． 67 2-乙烯基-6-甲基-3，5-庚二烯醛 C10H14O 150 0． 17
15 17． 08 芳樟醇 C10H18O 154 2． 90
16 18． 78 柠檬烯-1，2-环氧化物 C10H16O 152 0． 28
17 19． 57 香茅醛 C10H18O 154 1． 06
18 20． 00 2-蒎烯-4-醇 C10H16O 152 0． 16
19 20． 38 龙脑 C10H18O 154 0． 55
20 20． 75 L-(-)-薄荷醇 C10H20O 156 0． 18
21 21． 56 α-松油醇 C10H18O 154 1． 16
22 23． 69 β-柠檬醛 C10H16O 152 28． 20
23 25． 33 α-柠檬醛 C10H16O 152 38． 85
24 37． 11 反式-石竹烯 C15H24 204 2． 20
53第 1 期 程轩轩，等．荜澄茄挥发油的成分分析及提取过程动力学研究
图 3 荜澄茄挥发油的 GC-MS图谱
Figure 3 GC-MS chromatogram of the volatile oil from Litsea cubeba
3 讨论
本研究通过正交设计法优化荜澄茄挥发油提
取工艺的条件。在试验所选范围内确定荜澄茄挥
发油的最佳提取工艺条件为:药材粒度 40 目，加 8
倍量水提取 4 h。挥发油提取过程的动力学研究
结果表明，建立的动力学模型方程 V = 1． 96 ×(1 －
e －0． 00607t) (R2 = 0． 998 9)和 ln(Vs － V)= － 0． 00473t
+ 0． 7275 (R2 = 0． 998 2) ，成功地揭示出挥发油提
取量与提取时间之间的内在联系。2 组模型实验数
据本身线性相关性较强，回归效果较好。该结果为
荜澄茄挥发油提取过程的工程放大及生产过程中的
优化控制提供了有益的参考。同时，动力学拟合曲
线也证明，在试验所选范围内，荜澄茄药材经水蒸气
蒸馏提取 4 h后，随着时间的延长，挥发油得率增长
非常缓慢。这一结果与正交试验结果(提取时间以 4
h为最佳)相符合，证明了正交试验结果的可信度。
本试验采用 GC-MS 技术，从荜澄茄挥发油中分
离鉴定出 24 种化合物，占挥发油总量的 96. 70%，基
本上为萜类化合物。其中主要成分为:柠檬醛(相对
含量:α型 38. 85%，β 型 28. 20%)和柠檬烯(相对含
量:11. 64%)。文献［10］报道的荜澄茄挥发油的主要
成分，在本次试验中均获得分离与鉴定。此外，本试
验分离得到的甲基异丁基酮、6-甲基-5-庚烯-2-醇、1-
乙基-2，4-二甲基苯、2，6-二甲基-1，6-辛二烯、氧化
芳樟醇、L-(－)-薄荷醇等化合物尚未见报道。
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(责任编辑:刘晓涵)
63 广东药学院学报 第 28 卷