飛機(jī)草揮發(fā)油的超臨界CO2萃取工藝△

王勇，楊衛(wèi)麗，張華，張俊清，呂傳柱

(海南醫(yī)學(xué)院，海南 海口 571199)

飛機(jī)草揮發(fā)油的超臨界CO2萃取工藝△

王勇，楊衛(wèi)麗，張華，張俊清，呂傳柱*

(海南醫(yī)學(xué)院，海南 ?？?571199)

目的：優(yōu)化超臨界CO2流體萃取飛機(jī)草揮發(fā)油的工藝條件。方法：采用正交試驗(yàn)，以飛機(jī)草揮發(fā)油的萃取得率為指標(biāo)，考察萃取壓力、萃取溫度和萃取時(shí)間對(duì)萃取得率的影響。結(jié)果：超臨界CO2流體萃取飛機(jī)草揮發(fā)油的最佳提取工藝條件：萃取壓力為20 MPa，萃取溫度為35 ℃，萃取時(shí)間為2 h，飛機(jī)草揮發(fā)油的平均萃取得率為1.58%。結(jié)論：優(yōu)化后的飛機(jī)草揮發(fā)油的超臨界CO2流體萃取工藝條件穩(wěn)定可行，適用于飛機(jī)草揮發(fā)油類成分的提取。

飛機(jī)草；揮發(fā)油；正交試驗(yàn)；超臨界流體萃取

飛機(jī)草為菊科澤蘭屬植物飛機(jī)草ChromolaenaodorataL.的全草，又名香澤蘭，是我國(guó)外來(lái)入侵品種中危害最為嚴(yán)重的植物之一。飛機(jī)草進(jìn)入我國(guó)已有70多年的歷史，現(xiàn)已廣泛分布于我國(guó)很多地方，如海南、云南、廣東、廣西、貴州、臺(tái)灣、香港和澳門(mén)等[1]。飛機(jī)草收載于《中華本草》《中藥大辭典》和《常用中草藥手冊(cè)》等中藥典籍中。全草可入藥，具有散瘀、消腫、解毒和止血功能，主要用于跌打腫痛、瘡瘍腫毒、皮炎和外傷出血等，是我國(guó)民間常用草藥之一，多作外用[2]。飛機(jī)草主要含有黃酮類、木脂素類、脂肪酸、萜類和揮發(fā)油等成分[3-9]。本研究采用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)，對(duì)飛機(jī)草揮發(fā)油類成分的超臨界CO2萃取工藝進(jìn)行研究，確定其最佳提取工藝，以期高效率地提取飛機(jī)草中的揮發(fā)油，制備飛機(jī)草揮發(fā)油部位，為飛機(jī)草后續(xù)研究、開(kāi)發(fā)、利用提供參考。

1 儀器與材料

HA221-50-06型超臨界萃取裝置(江蘇南通華安超臨界萃取有限公司)；CX-500A型高速多功能粉碎機(jī)(上海晟喜制藥機(jī)械有限公司)；FA-1104電子天平(德國(guó)賽多利斯有限公司)。

飛機(jī)草藥材于2012年10月采自?？谑谢鹕娇诠珗@，經(jīng)海南醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院田建平副教授鑒定為菊科澤蘭屬植物飛機(jī)草ChromolaenaodorataL.的全草；CO2由?？谑屑羊v化工氣體有限公司提供。

2 方法與結(jié)果

2.1 飛機(jī)草揮發(fā)油超臨界流體萃取工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

參考有關(guān)文獻(xiàn)[10-12]，結(jié)合飛機(jī)草的化學(xué)性質(zhì)，總結(jié)出影響飛機(jī)草超臨界CO2流體萃取的因素有萃取壓力、萃取溫度、萃取時(shí)間、CO2流量、分離釜的溫度與壓力等。通過(guò)單因素預(yù)試驗(yàn)及參考文獻(xiàn)[10-12]分析，本研究選取萃取壓力(A)、萃取溫度(B)、萃取時(shí)間(C)作為考察因素，每個(gè)因素3個(gè)水平，選擇L9(34)正交表，因素水平見(jiàn)表1。

表1 超臨界萃取工藝因素水平表

2.2 正交試驗(yàn)

2.2.1 飛機(jī)草揮發(fā)油的提取 取飛機(jī)草藥材，50 ℃干燥后粉碎，過(guò)20目篩。取200 g藥材粉末于1 L的萃取釜中，按正交試驗(yàn)要求設(shè)定各參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加熱或冷卻，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的溫度后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加壓，達(dá)到設(shè)定的壓力后調(diào)節(jié)CO2流量至一定值，開(kāi)始進(jìn)行循環(huán)萃取。保持恒溫恒壓，達(dá)到規(guī)定時(shí)間后，從分離釜1、2出料口收集飛機(jī)草萃取物，得淡黃色至黃棕色芳香油狀物，稱取9次正交試驗(yàn)所得萃取物，精密稱定質(zhì)量，計(jì)算萃取得率。

2.2.2 正交試驗(yàn)方法及結(jié)果 按照L9(34)正交表進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)超臨界萃取工藝的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行考察，以揮發(fā)油的萃取得率為指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行直觀分析和方差分析，結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 正交實(shí)驗(yàn)L9(34)方案和萃取得率

表3 萃取得率方差分析表

注：F0.05(2，2)=19；F0.01(2，2)=99。

通過(guò)直觀分析表2極差(R)可知，各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響順序?yàn)镃>A>B。從試驗(yàn)結(jié)果的方差分析表3得出，C因素影響顯著，A因素和B因素影響均不顯著。從直觀分析中可看出，影響本試驗(yàn)的主要因素依次是C、A、B，最佳工藝條件為A2B1C3，即萃取壓力為20 MPa，萃取溫度為35 ℃，萃取時(shí)間為2 h。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

稱取飛機(jī)草藥材粉末3份，每份1000 g，置于5 L萃取釜中，按正交試驗(yàn)優(yōu)選的最佳工藝條件萃取，萃取得率分別為1.67%、1.60%、1.48%，該條件下飛機(jī)草揮發(fā)油的平均得率為1.58%，結(jié)果表明此工藝條件下飛機(jī)草揮發(fā)油的萃取得率較高，重復(fù)性較好，優(yōu)選的工藝合理、穩(wěn)定、可行。

3 討論

3.1 正交試驗(yàn)各因素的確定

影響飛機(jī)草超臨界CO2流體萃取的因素有藥材粉碎粒度、萃取壓力、萃取溫度、萃取時(shí)間、CO2流量、分離釜壓力和溫度等。本試驗(yàn)條件下，藥材粉碎粒度為20目；CO2流量為一定值(20 L·h-1)；分離釜1的壓力設(shè)為6 MPa，溫度設(shè)為50 ℃；分離釜2的壓力設(shè)為4 MPa，溫度設(shè)為40 ℃。故選取萃取壓力、萃取溫度和萃取時(shí)間三個(gè)變化因素進(jìn)行考察。

3.2 各因素水平的確定

超臨界萃取時(shí)CO2的臨界壓力為7.38 MPa，臨界溫度為31.3 ℃[11]，超過(guò)臨界壓力和臨界溫度，CO2才能達(dá)到超臨界狀態(tài)。超臨界萃取技術(shù)在中藥揮發(fā)油提取中的共性條件包括：萃取壓力20～30 MPa，萃取溫度35～45 ℃，萃取時(shí)間2～3 h[12]。飛機(jī)草為全草類中藥，由于其結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，在較低的壓力和溫度時(shí)就能將揮發(fā)油很好地萃取出來(lái)。在本試驗(yàn)中，單因素考察萃取壓力時(shí)，在較低的壓力下萃取物為淡黃色油狀物；隨著萃取壓力的增加，萃取量有所增加，顏色逐漸加深，變?yōu)辄S棕色油狀物；當(dāng)萃取壓力超過(guò)25 MPa后，萃取物顏色變?yōu)辄S綠色稠膏狀物而不呈油狀物，可能有部分非揮發(fā)性成分、葉綠素等物質(zhì)被提取出來(lái)。故選擇萃取壓力水平為10、20、25 MPa。文獻(xiàn)[10-12]選擇的萃取溫度集中在35～60 ℃之間，故萃取溫度選取35、45、55 ℃三個(gè)水平?？疾燧腿r(shí)間時(shí)，設(shè)定萃取壓力為20 MPa，萃取溫度為45 ℃，萃取時(shí)間分別為30、60、90、120 min時(shí)，萃取物得率分別為0.73%，1.45%，1.62%，1.74%，當(dāng)萃取時(shí)間超過(guò)1 h后，萃取物得率增加較緩慢。從能源消耗及萃取物純度角度考慮，萃取時(shí)間只選取了0.5、1、2 h。對(duì)于飛機(jī)草揮發(fā)油的提取，萃取得率是否隨著萃取時(shí)間延長(zhǎng)還會(huì)繼續(xù)增加，尚需進(jìn)一步研究。但對(duì)一定質(zhì)量的藥材來(lái)說(shuō)，萃取時(shí)間選取更重要的意義在于控制成本。隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，萃取得率逐漸增加，當(dāng)萃取時(shí)間達(dá)到某一值時(shí)，由于目標(biāo)萃取物含量的降低而使萃取愈發(fā)困難，過(guò)長(zhǎng)的提取時(shí)間只會(huì)增加成本，意義不大[12]。因此，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，對(duì)這些萃取參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇時(shí)，除了力爭(zhēng)最有效地提高萃取得率，保證萃取物性狀，提高萃取物有效成分的純度外，還應(yīng)綜合考慮能源節(jié)約和儀器、設(shè)備、原材料等的消耗。

[1] 余香琴，馮玉龍，李巧明.外來(lái)入侵植物飛機(jī)草的研究進(jìn)展與展望[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，34(5)：591-600.

[2] 國(guó)家中醫(yī)藥管理局《中華本草》編委會(huì).中華本草：第十七卷[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1999：841-842.

[3] 梁國(guó)興，趙媛，王彩芳.入侵物種飛機(jī)草(Eupatoriumodoratum)化學(xué)成分及生物活性研究進(jìn)展[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，47(6)：611-617.

[4] 袁經(jīng)權(quán)，楊峻山，繆劍華.飛機(jī)草黃酮類成分的研究[J].中藥材，2007，30(6)：657-660.

[5] 張嫚麗.東北紅豆杉、飛機(jī)草的化學(xué)成分研究及土木香中活性成分的微生物轉(zhuǎn)化研究[D].石家莊：河北醫(yī)科大學(xué)，2010.

[6] 王韻，司馬碩丹，李繼霞，等.飛機(jī)草化學(xué)成分研究[J].中草藥，2012，43(12)：2351-2355.

[7] 張麗坤，羅都強(qiáng)，馮玉龍，等.入侵植物飛機(jī)草的化學(xué)成分及其抗腫瘤活性[J].中成藥，2013，35(3)：545-548.

[8] 凌冰，張茂新，龐雄飛.飛機(jī)草揮發(fā)油對(duì)真菌和昆蟲(chóng)的生物活性及其化學(xué)成分研究[J].天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā)，2003，15(3)：183-187.

[9] 袁經(jīng)權(quán)，馮潔，楊峻山，等.飛機(jī)草揮發(fā)油成分的GC-MS分析[J].中國(guó)現(xiàn)代應(yīng)用藥學(xué)雜志，2008，25(3)：202-205.

[10] 許欣新，李國(guó)民.超臨界CO2萃取冬凌草甲素影響因素分析[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，29(6)：157-159.

[11] 王洪偉，高蔭榆.蜂膠的CO2超臨界萃取工業(yè)化生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇[J].江西食品工業(yè)，2007，20(4)：22-25.

[12] 宋歡，韓燕，晏家瑛.超臨界流體萃取技術(shù)在中藥揮發(fā)油提取中的共性的初步研究[J].香精香料化妝品，2014，32(2)：27-30.

OptimizationofCO2SFEProcessofEssentialOilsfromChromolaenaodorata

WANG Yong，YANGWeili，ZHANGHua，ZHANGJunqing，LYUChuanzhu*

(HainanMedicalUniversity，Haikou571199，China)

Objective：To optimize the CO2-SFE process of essential oils fromChromolaenaodorata.Methods：The extraction pressure，temperature and time were evaluated by extraction yield of the essential oils as the index in orthogonal experiments.Results：The optimized conditions for the extraction of essential oils were：pressure(30 MPa)，temperature(35 ℃)and an extraction time of 2 h.Conclusion：The optimum extraction conditions were stable and feasible，which is suitable for the extraction of the essential oils from the herb ofChromolaenaodorata.

Chromolaenaodorata；Essential oil；Orthogonal design experiments；Supercritical fluid extraction(SFE)

2014-05-21)

海南省重點(diǎn)科技計(jì)劃(ZDXM20130060)；海南省教育廳高等學(xué)?？茖W(xué)研究資助項(xiàng)目(Hjkj2013-35)

*

呂傳柱，主任醫(yī)師，教授，研究方向：急診醫(yī)學(xué)、院前急救和災(zāi)難醫(yī)學(xué)； Tel：(0898)66782185，E-mail：luchuanzhu@emss.cn

10.13313/j.issn.1673-4890.2015.1.013