超臨界CO2萃取青藏金蓮花揮發油工藝的優化

康淑荷， 陸麗娜， 趙婭敏（1.西北民族大學化工學院，甘肅蘭州730030；2.甘肅省高校環境友好復合材料及生物質利用省級重點實驗室，甘肅蘭州730030）

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超臨界CO2萃取青藏金蓮花揮發油工藝的優化

康淑荷1，2， 陸麗娜1，2， 趙婭敏1，2
（1.西北民族大學化工學院，甘肅蘭州730030；2.甘肅省高校環境友好復合材料及生物質利用省級重點實驗室，甘肅蘭州730030）

目的 優化超臨界CO2萃取青藏金蓮花揮發油的工藝。方法 在單因素試驗的基礎上，采用L9（34）正交試驗研究壓力、溫度、時間及藥材粒度對得率的影響。結果 各因素對得率的影響依次為壓力＞時間＞藥材粒度＞溫度，最佳條件為壓力25 MPa，溫度50℃，時間1.5 h，藥材粒度10目，青藏金蓮花揮發油得率為2.71%。結論 該工藝穩定、可行，適用于萃取青藏金蓮花揮發油。

青藏金蓮花；揮發油；超臨界CO2萃取；單因素試驗；正交試驗

青藏金蓮花Trollius pum ilus var.tanguticus Bruh1是毛茛科金蓮花屬草本植物，為小金蓮花（Trollius pumilus）的變種，分布于西藏東北部、四川西北部、青海東南部、甘肅西南部［1］，以花或果實入藥，具有清熱解毒，利膽的功效，主治食物中毒、熱性病、膽熱病、膽囊炎［2］。該屬植物富含精油，香味濃郁，其中芳樟醇具有抗菌、抗病毒、抗抑郁、鎮靜、消炎等作用，有玫瑰香氣，是化妝品、醫藥等行業的重要原料［3-5］；二氫獼猴桃內酯有香豆素樣和麝香樣氣息；β-紫羅蘭酮有紫羅蘭花香氣；2-戊酮具有果味［6-8］。姬小明等［9］采用超臨界CO2法對金蓮花揮發油在以乙醇為夾帶劑的條件下進行提取，并采用Py/GC-MS法研究其在300、600、900℃熱裂解后的產物，但并未對超臨界CO2流體萃取物化學成分進行GC-MS分析。目前，超臨界CO2萃取青藏金蓮花揮發油的工藝尚未見文獻報道，為進一步開發金蓮花屬植物，本實驗在單因素試驗的基礎上，采用L9（34）正交試驗優化萃取工藝條件，為實際應用提供理論和實驗依據。

1　材料與方法

1.1儀器與材料 HA121-50-01型超臨界萃取裝置（江蘇南通華安超臨界萃取有限公司）；AG-245型電子分析天平（瑞士梅特勒-托利多公司）。CO2為食品級。青藏金蓮花于2012年8月采自甘肅甘南，經西北師范大學生命科學學院專家鑒定為金蓮花屬植物青藏金蓮花T rollius pumilus var. tanguticus Bruh1，將其陰干后粉碎，過不同目數藥篩，保存備用。

1.2方法

1.2.1揮發油的萃取 稱取樣品100 g，裝入萃取釜內，加熱至設定溫度，啟動制冷及冷循環，通入25 kg/h CO2，當系統壓力達到設定值并穩定后，開始計時。按預定時間從分離釜出口閥收集物料，得到黃褐色油狀物，即為揮發油，計算其得率。

1.2.2揮發油最佳工藝條件的確定 選取壓力 （A）、溫度 （B）、時間 （C）、藥材粒度 （D）4個因素［10-11］，按“1.2.1”項下方法進行單因素試驗。再采用L9（34）正交試驗，同法提取，以得率為指標，確定最佳工藝條件。因素水平見表1。

表1　因素水平

2　結果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1壓力對揮發油得率的影響 固定溫度45℃、粒度10目、時間1.5 h，不同壓力對揮發油得率的影響見圖1。

圖1　壓力對揮發油得率的影響

壓力是影響超臨界CO2流體萃取過程的關鍵因素之一［10］。圖1顯示，壓力增加時，得率增大，其中15～25 MPa下曲線斜率較大，精油得率顯著增加；25 MPa后，曲線斜率變小，表明影響漸緩。盡管不同化合物在超臨界CO2流體中的溶解度存在差異，但隨著壓力的增加，其通常都呈現上升趨勢［11］。另外，超臨界CO2流體的溶解能力與其密度有關，當溫度一定時，隨著壓力增加，其密度也增加，對揮發油的溶解能力增強；但壓力過大時，CO2流體擴散能力增加，減少了物料中CO2流體的傳質時間，反而對萃取不利［12］。但實際萃取中，壓力過高時對儀器設備的要求也更高，同時精油中其他雜質增加，影響質量，故考慮經濟效益及安全因素，選擇20～30 MPa。

2.1.2溫度對揮發油得率的影響 固定壓力25 MPa、粒度10目、時間1.5 h，不同溫度對揮發油得率的影響見圖2。

圖2　溫度對揮發油得率的影響

圖2顯示，31～50℃時，精油得率呈上升態勢，而且在50℃時達到最高；50～60℃時，得率逐漸降低。與壓力相比，溫度對超臨界CO2流體萃取過程的影響要復雜得多，CO2的臨界溫度為31.3℃，接近室溫，而且具有低沸點、低黏度、低表面張力的特點［13-14］。溫度對物質在超臨界CO2流體中的溶解度有兩方面影響，一方面是對流體密度的影響，隨溫度升高，CO2流體密度降低，導致其溶劑化效應和揮發油溶解度下降；另一方面，是對揮發油蒸氣壓的影響，溫度升高，揮發油蒸氣壓和溶解度增大。一般溫度增加時，物質在CO2流體中的溶解度往往出現最低值［11］，故溫度過高會導致揮發油得率降低，精油穩定性減小，而且能耗也將增大，故選擇45～55℃。

2.1.3時間對揮發油得率的影響 固定壓力25 MPa、溫度50℃、粒度10目，不同時間對揮發油得率的影響見圖3。

圖3　時間對揮發油得率的影響

圖3顯示，隨著時間增加，揮發油提取率增加，但0.5～1 h、1～1.5 h、1.5～2.5 h下曲線斜率逐漸減小，尤其是1.5 h后更為明顯，表明繼續延長時間對得率影響不大，但能耗將隨之增大。為了節約能源，選擇1～2 h。

2.1.4粒度對揮發油得率的影響 固定壓力25 MPa、溫度45℃、時間1.5 h，不同粒度對揮發油得率的影響見圖4。

圖4　粒度對揮發油得率的影響

圖4顯示，隨著粒度減小，得率相應增大；當粒度繼續減小時，得率反而開始減小。其原因一方面是顆粒過大時，固體內部的傳質速率較慢，此時即使提高壓力，也不能有效提高揮發油得率；另一方面，顆粒過小時會使溶劑流動通道阻塞，影響流體在固定床中的傳質效率，并增加預處理成本。因此，選擇10～50目。

2.2正交實驗數據處理與方差分析 采用正交設計助手II v3.1軟件對結果進行數據處理，結果見表2，方差分析見表3。

表2顯示，壓力 （A）對揮發油得率的影響為k3＞k2＞k1，溫度 （B）為k2＞k1＞k3，時間 （C）為k3＞k2＞k1，粒度 （D）為k1＞k2＞k3，各個因素極差大小順序為RA＞RC＞RD＞RB，表明各因素對揮發油得率的影響依次為A＞C＞D＞B，即壓力＞時間＞粒度＞溫度。由表3可知，壓力對得率的影響具有顯著性意義 （P＜0.05）。綜上所述，最佳條件為A3B2C3D1，即壓力30 MPa，溫度50℃，時間2 h，粒度10目。

2.3工藝參數驗證 按優選的工藝條件進行3批驗證實驗，結果見表4。由表可知，儀器精密度良好，但優選工藝下揮發油得率僅比表2正交試驗5號 （2.69%）高出0.14%，而萃取壓力高出5 MPa，萃取時間長0.5 h，能耗遠遠高于5號。從節能的角度考慮，實際最佳條件修正為壓力25 MPa，溫度50℃，時間1.5 h，粒度10目，在此條件下重新進行3批驗證實驗，結果見表4。由表可知，揮發油平均得率可達2.71% （RSD為1.11%），僅比正交試驗低0.12%。

表2　L9（34）正交試驗結果

表3　方差分析

表4　工藝參數驗證結果

3　結論

各因素對青藏金蓮花揮發油得率的影響依次為壓力＞時間＞粒度＞溫度，最佳工藝為壓力25 MPa，溫度50℃，時間1.5 h，粒度10目，此條件下得率為2.71%，表明該工藝條件穩定、可行。由于超臨界CO2流體萃取操作溫度低，無溶劑殘留，適合熱敏性成分提取，而且CO2無味無毒，價廉易得，萃取效率高，可循環使用，在天然產物提取中應用廣泛［15-18］。

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R284.2

B

1001-1528（2016）06-1415-03

10.3969/j.issn.1001-1528.2016.06.047

2015-09-21

西北民族大學中央高校基本科研業務費專項資金項目（ZYZ2011064，31920150016）

康淑荷 （1972—），女，碩士，副教授，從事天然藥物研究與開發。E-mai1：523429214@163.com