超臨界CO₂萃取斜葉黃檀精油工藝優化及精油成分分析

張蘇慧 廖良坤 魏曉奕 崔麗虹 袁源 王綏鑫 萬明正 李積華

摘 要 本研究采用超臨界CO2萃取斜葉黃檀中的精油，并分析精油的揮發性成分，主要考察萃取壓力、萃取溫度和萃取時間對精油得率的影響，通過正交試驗確定超臨界CO2萃取精油的最佳工藝條件，并通過氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）檢測斜葉黃檀精油中的主要揮發性成分。結果表明：超臨界CO2萃取精油的最佳工藝條件為萃取溫度75 ℃，萃取壓力35 MPa，萃取時間4 h，在此條件下精油的得率為4.7573%；從斜葉黃檀精油中共鑒定出13種揮發性組分，主要成分是欖香素和甲基丁香酚，分別占92.33 %和3.18 %。

關鍵詞 斜葉黃檀；精油；超臨界CO2萃取；提取工藝優化；氣相色譜質譜聯用（GC-MS）

中圖分類號 TS654.2 文獻標識碼 A

Abstract Supercritical CO2 was used to extract the essential oils from Dalbergia pinnata and the volatile components of the essential oils were analyzed. The effects of extraction pressure， extraction temperature and extraction time on the yield of essential oils were investigated， and the optimum process conditions for supercritical CO2 extraction of essential oils were determined by an orthogonal test. The main volatile components of the essential oil from D. pinnata were detected by gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）. The optimum process conditions for supercritical CO2 extraction of essential oils were as follows： extraction temperature 75 ℃， extraction pressure 35 MPa， extraction time 4 h， and the yield of essential oil was 4.7573%. Thirteen components were identified from the essential oils， and the main components were elemicin and methyl eugenol， and the percentages was 92.33% and 3.18%， respectively.

Key words Dalbergia pinnata； essential oil； supercritical CO2 extraction； extraction process optimization； gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.04.029

降真香是一種多年生木質藤本植物斜葉黃檀和兩粵黃檀受傷后所結的香料。目前，國內關于降真香植物的研究較少，多數將其誤認為蕓香科山油柑屬植物降香，直至張丹雁等[1]利用基因鑒定技術將其鑒定為黃檀屬植物斜葉黃檀和兩粵黃檀。降真香一般結香時間較長，其結香原理同沉香類似，主要集中在受傷部位[2-4]。降真香精油是由珍貴的降真香木經過萃取后提煉而成的，是降真香的精華所在。斜葉黃檀作為降真香中的一種基木，近年來主要利用斜葉黃檀提煉降真香精油、用作香料及制作工藝品[5-6]。

植物精油的提取方法主要有水蒸氣蒸餾法、有機溶劑萃取法、壓榨法、超聲波輔助萃取、分子蒸餾法、超臨界流體萃取法和亞臨界流體萃取等[7-12]。趙維波等[5]采用水蒸汽蒸餾法提取斜葉黃檀中的揮發油，并鑒定其中的主要揮發性成分及抗氧化活性，但無法有效萃取斜葉黃檀中的精油組分。超臨界CO2萃取具有可室溫操作、粘度小、擴散系數大、溶解力強等優點，能提取原料中絕大多數有效成分，保留精油的有效成分，且易與產品分離，減少溶劑殘留造成的影響[13]。超臨界提取法已成為提取精油的常用方法，主要利用壓力和溫度對超臨界流體的特殊溶解能力進行萃取[14]。已有大量關于超臨界CO2提取精油的研究，并采用GC-MS分析精油的主要成分[15-17]。Shahsavarpour等[18]采用超臨界CO2提取薄荷精油，通過二階式方程獲得最佳提取條件，并分析精油的組成。但目前尚未見關于超臨界CO2提取斜葉黃檀精油方面的研究報道。

本研究采用超臨界CO2對斜葉黃檀精油進行提取，主要考察萃取壓力、萃取溫度及萃取時間對精油得率的影響，并通過正交試驗優化精油的提取條件，最后利用氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）分析精油中的主要揮發性成分。為降真香精油的工業化生產提供理論依據，完善其作為香料使用的相關資料。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗原料：斜葉黃檀，由海南景和農業開發有限公司提供。

儀器：超臨界CO2流體萃取裝置（美國ASI公司）；高純二氧化碳（海南佳騰化工氣體有限公司，純度曒99.999%）；高純氮氣（海南佳騰化工氣體有限公司，純度曒99.999%）；Shimadzu QP2010-Plus氣相色譜-質譜聯用儀（日本島津公司）。

1.2 方法

1.2.1 萃取精油工藝 將斜葉黃檀原料放于40 ℃烘箱中烘至恒重，用粉碎機粉碎后過40目篩備用。稱取一定量粉碎后的原料（100 g）放入萃取斧中，將系統密封。設定所需溫度、壓力，開二氧化碳進氣閥，開壓縮機對體系進行加壓，當壓力、溫度達到設定值時，開始計時并監測壓力的變化。萃取結束后，開放料閥收集精油，并計算精油得率。

1.2.2 單因素試驗 （1）萃取壓力對精油得率的影響：固定萃取溫度75 ℃，萃取時間2 h，選取壓力分別為25、30、35、40、45 MPa，探究不同萃取壓力對斜葉黃檀精油得率的影響。

（2）萃取溫度對精油得率的影響：固定萃取壓力35 MPa，萃取時間2 h，選定溫度40、45、50、55、60、65、70、75、80 ℃，探究不同萃取溫度對斜葉黃檀精油得率的影響。

（3）萃取時間對精油得率的影響：固定萃取壓力35 MPa，萃取溫度75 ℃，選定萃取時間分別為1、2、3、4、5 h，探究不同萃取時間對斜葉黃檀精油得率的影響。

1.2.3 正交試驗 在進行萃取壓力、萃取溫度、萃取時間的單因素試驗基礎上，選出合適條件進行正交試驗。本試驗采取L9（33）正交設計，三因素分別為萃取壓力、萃取溫度、萃取時間，得到最佳提取條件。

1.2.4 精油揮發性成分分析 取10 ?L精油溶于1 mL氯仿中，用0.22 μm的膜過濾后進樣檢測。GC-MS 分析條件：在鄧紅梅等[19]方法上稍作修改。GC條件：Rtx-5MS石英毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm，日本島津公司），80 ℃（2 min），4 ℃/min升至180 ℃（0 min），10 ℃/min升至250 ℃（5 min）；載氣：He，進樣口溫度：280 ℃；進樣量：1 ?L；分流比：50：1；MS條件：EI離子源；離子源溫度：230 ℃；能量：70 eV；接口溫度：250 ℃；溶劑延遲時間：3 min；掃描范圍：35～500 amu。

1.3 數據處理

每個試驗重復3次取平均，結果采用平均值±標準方差（SD）表示，化合物的相對含量采用峰面積歸一化法計算，對照NIST08標準譜庫進行檢索，根據相似度及參考文獻確定化合物。運用Origin 8.6作圖軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 萃取壓力對精油得率的影響 壓力增大時，超臨界CO2的密度增大，萃取物的溶解度增大，但壓力過大，使得CO2的密度過大，進而降低了CO2作為介質的傳質效率，因此，萃取能力降低反而增大了設備的投資[2]。

當萃取溫度和萃取時間一定時，萃取壓力對精油得率的影響見圖1。從圖1可看出，萃取壓力在25～40 Mpa之間時，降真香精油得率隨著壓力的升高先增加后降低，當萃取壓力為35 MPa時，萃取得率達到最大值，為4.3890%。

2.1.2 萃取溫度對精油得率的影響 萃取溫度對精油得率呈現2個方面的影響，一方面隨著萃取溫度的提高，CO2流體的流動性增強，有利于精油的溶出；另一方面，溫度過高對有機物的溶解能力降低反而降低萃取率[14]。由圖2可知，在40～75 ℃時，萃取得率隨溫度的升高逐漸增加，之后隨著溫度的升高，得率明顯降低，在75 ℃時萃取得率達到最大值，為4.3881%。

2.1.3 萃取時間對精油得率的影響 由圖3可知，萃取時間在1～3 h時，隨著萃取時間的延長精油得率逐漸增加；在3 h時，萃取得率達4.755 3%；在3～4 h之間時，萃取得率基本保持穩定；但4 h后，萃取得率沒有明顯增加反而稍有降低的趨勢。此結果與賈秀艷[20]的研究結果一致，當萃取時間達到一定值后，繼續延長萃取時間精油得率反而呈現降低的趨勢。這可能是一定量原料中的含油量是一定的，當達到一定時間后精油得率就不再增加，且隨著萃取時間的延長反而造成精油的損失[14， 21]。因此最佳萃取時間為3～4 h。

2.2 正交試驗結果

在單因素試驗的基礎上進行正交試驗，選取萃取壓力、萃取溫度和萃取時間為考察因素，以精油得率作為評價指標。正交試驗見下表2。從表2看出，各因素對精油得率的影響為A>B>C，即萃取壓力>萃取溫度>萃取時間。最佳提取工藝為A2B2C3，即萃取壓力為35 MPa，萃取溫度為75 ℃，萃取時間為4 h，精油得率為4.757 3%。

2.3 斜葉黃檀精油揮發性成分分析

利用GC-MS對精油中的揮發性成分進行分析，并與標準譜庫進行對比，結合相關文獻確定精油的各組成成分，采用峰面積歸一化法確定各物質的相對百分含量，結果見圖4。

2.3.1 最優提取條件下精油揮發性成分分析 斜葉黃檀精油在最優條件下的揮發性成分見表4。與趙維波等[5]通過水蒸汽蒸餾法提取得到的精油成分進行比較，經超臨界提取得到的精油中并未檢測出水楊醛、芳樟醇、桂皮醛、卡拉烯、β-倍半水芹烯、β-古巴烯、雙環吉馬烯、α-蛇床烯等物質，但多了4-烯丙基-2，6-二甲氧基苯酚等物質，主要成分欖香素所占比例高達92.33%，而趙維波等[5]檢測得到的精油中欖香素含量為89.74%。本試驗提取得到的精油中威士忌內酯和甲基丁香酚所占百分含量均高于趙維波的結果。故而推測原料來源、提取方法的不同都會影響精油中揮發性成分的差異性，但兩者主要成分均是欖香素和甲基丁香酚。

2.3.2 不同壓力下精油中揮發性成分的差異性 由表5可知，在不同壓力（25、30、35、40 MPa）下，從斜葉黃檀精油中共分離出13種化合物，其中相對含量最高的物質是欖香素，其次是甲基丁香酚、4-烯丙基-2，6-二甲氧基苯酚和威士忌內酯。隨著壓力的升高，主要成分欖香素的含量在減少，但檢測到的揮發性組分種類逐漸增加。且不同壓力下揮發性成分的種類存在差異性，說明不同壓力使得萃取出的精油成分存在差異性。在較高萃取壓力（40 MPa）下，有四十四烷、二十烷及對苯二甲酸二辛酯等物質的檢出，但欖香素的含量減少。可能是壓力的升高，萃取出的物質種類不同，也有可能隨著壓力的升高使得欖香素分解為四十四烷、二十烷及對苯二甲酸二辛酯等物質，具體原因還有待進一步驗證。

2.3.3 不同溫度對精油揮發性成分的差異性 在35 MPa壓力時，不同溫度提取精油中揮發性成分的種類及含量存在差異性，但不十分明顯（表6）。在不同溫度下均有欖香素、甲基丁香酚、4-烯丙基-2，6-二甲氧基苯酚及威士忌內酯等物質的溶出，但未檢測到四十四烷、二十烷等物質，在80 ℃下有0.13%的對苯二甲酸二辛酯的溶出，說明該組分對溫度的要求較高。

3 討論

本研究對超臨界二氧化碳提取斜葉黃檀精油進行分析，并采用GC-MS分析精油的主要成分。通過單因素和正交試驗得到斜葉黃檀精油的最佳提取工藝為萃取壓力35 MPa，萃取溫度75 ℃，萃取時間4 h，精油得率為4.757 3%。而趙維波等[5]采用水蒸氣蒸餾法提取得到的揮發油含量為1.31%，可見超臨界提取得到的精油含量較高。利用GC-MS對提取得到的斜葉黃檀精油進行成分分析，共鑒定出13種化合物，壓力和溫度的變化不僅影響精油得率，而且對揮發性成分的種類及含量也會有影響，檢測到主要成分為欖香素，其次是甲基丁香酚和4-烯丙基-2，6-二甲氧基苯酚。欖香素有較強的催眠、驅蚊殺蟲、抗真菌、抗肺炎等作用；甲基丁香酚具有降壓、抗氧化、抑菌等作用[22]；4-烯丙基-2，6-二甲氧基苯酚具有抑制脂質過氧化作用，且具有清除自由基等抗氧化作用[23]；威士忌內酯具有較強的抑菌、抗炎及抗氧化等作用，可用于糖果、餅干等各類食品的食用香料[5]。由于斜葉黃檀精油中主要成分具有功能活性，故可作為一種安神、抗氧化、抑菌、抗炎等藥物的原材料，也為后續精油的功能活性研究提供一定的理論基礎。

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