有機溶劑法和超臨界CO2萃取法提取蒙艾揮發(fā)油的對比研究*

姚雪峰，洪海龍, 石俊庭，梁秀雪

(1 內(nèi)蒙古工業(yè)大學 化工學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051； 2 內(nèi)蒙古東綠生態(tài)科技研究院有限公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

艾葉為菊科草本植物艾的干燥葉，艾草分布很廣，在我國的東北，內(nèi)蒙古，陜西等地均有分布。大量的藥理研究表明，艾葉具有消炎抗菌的作用，還可調(diào)理氣血，溫暖女性子宮[1-3]。揮發(fā)油是艾葉的主要藥效成分之一，揮發(fā)油中主要含有烯烴類化合物，醇類化合物，此外還含有酚類及烷烴類等化合物。

有效的提取方法是揮發(fā)油產(chǎn)率和質(zhì)量的保證，對推進艾葉等中草藥資源的開發(fā)利用具有重要意義。目前中草藥揮發(fā)油的提取方法分為傳統(tǒng)提取方法和現(xiàn)代提取方法。傳統(tǒng)提取方法包括溶劑萃取法、水蒸汽蒸餾法和壓榨法；現(xiàn)代提取方法包括超聲萃取法、酶提取法、微波提取法和超臨界CO2萃取法[4-6]。在眾多方法中，超臨界CO2萃取技術(shù)是一種較先進且綠色的提取分離工藝[7-8]。CO2作為萃取劑有如下優(yōu)點：① CO2便宜易得，溶劑成本低；② CO2無色無味，而有機溶劑易揮發(fā)并且常常伴有毒性，CO2在使用上非常安全；③ 超臨界CO2萃取技術(shù)提取效果理想，無溶劑的殘留，不需要進行后續(xù)溶劑和揮發(fā)油的分離，揮發(fā)油純度較高。

不同萃取方法及不同萃取條件下萃取的艾葉揮發(fā)油的產(chǎn)率和成分相差較大[9-10]。研究不同萃取方法并優(yōu)化萃取條件對揮發(fā)油萃取和應用具有重要意義。本研究以內(nèi)蒙古東綠生態(tài)研究院有限公司仿野生種植的蒙艾為原料，以揮發(fā)油產(chǎn)率為指標，對比研究了溶劑萃取法和超臨界CO2萃取法兩種方法萃取蒙艾揮發(fā)油的效果，并分析了化學成分組成的差異，為后續(xù)產(chǎn)業(yè)化應用和相關(guān)研究提供了參考。

1 實 驗

1.1 材料與儀器

實驗材料為內(nèi)蒙古東綠生態(tài)研究院有限公司在內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)進行仿野生繁育、種植和開發(fā)的艾草，其葉子經(jīng)自然陰干后儲藏干燥備用；正己烷，天津市風船化學試劑科技有限公司；二氧化碳，呼和浩特市紫瑞氣體有限公司。

恒溫自動攪拌器，河南省予華儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海嘉鵬科技有限公司；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國安捷倫科技有限公司；循環(huán)水式真空泵，上海禾汽玻璃儀器有限公司；超臨界CO2萃取裝置，杭州華黎泵業(yè)有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 艾葉揮發(fā)油的提取

正己烷溶劑萃取法：用粉碎機將自然干燥的艾葉粉碎，取3 g艾葉粉末，置于250 mL圓底燒瓶中，加入一定體積的正己烷，室溫下冷浸2 h使溶劑與艾葉充分接觸后，對正己烷進行加熱，回流一段時間后，抽濾得到黃綠色液體，進行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑，得到揮發(fā)油。揮發(fā)油收率=揮發(fā)油質(zhì)量/艾葉質(zhì)量。采用正交試驗法考察了正己烷萃取法中，料液比，萃取溫度，萃取時間，以及萃取次數(shù)對艾葉揮發(fā)油產(chǎn)率的影響。

超臨界CO2萃取法:將自然干燥的艾葉進行粉碎機粉碎，取30 g艾葉粉末，裝入萃取袋中，記錄質(zhì)量，進行超臨界萃取。萃取后，取出萃取袋，稱重。揮發(fā)油收率=(萃取前萃取袋重量-萃取后萃取袋重量)/艾葉質(zhì)量。采用正交試驗法考察了萃取壓力，萃取溫度，萃取時間對艾葉揮發(fā)油產(chǎn)率的影響。

1.2.2 揮發(fā)油成分分析

采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對兩種萃取方法在最優(yōu)條件下得到的艾葉揮發(fā)油進行成分分析。將揮發(fā)油溶于正己烷中，用0.2 mm 微孔過濾膜過濾。氣相色譜-質(zhì)譜條件：進樣量0.2 μL，載氣為氮氣，流速1 mL/min，進樣口250 ℃，檢測器溫度250 ℃，色譜柱初溫40 ℃，保留5 min, 40～220 ℃(10 ℃/min),220 ℃下保留5 min，質(zhì)譜電離源為EI 電離源。

2 結(jié)果與討論

2.1 揮發(fā)油收率的比較

從表1和表2的正交試驗結(jié)果結(jié)果可以看出，采用正己烷溶劑萃取蒙艾揮發(fā)油時，影響蒙艾揮發(fā)油收率的影響因素主次為：提取溫度>提取次數(shù)>料液比>提取時間。在最佳反應條件下，即：料液比 1:30，提取溫度70 ℃，提取時間2 h，提取次數(shù)為3次，蒙艾揮發(fā)油收率為4.67%。

表1 正己烷萃取法正交實驗參數(shù)表

表2 正己烷萃取法正交實驗結(jié)果分析

從表3和表4的正交試驗結(jié)果結(jié)果可以看出，影響超臨界CO2萃取蒙艾揮發(fā)油收率的影響因素主次為，萃取時間>萃取溫度>萃取壓力。超臨界CO2提取蒙艾揮發(fā)油的最佳萃取條件：萃取壓力30 MPa，萃取溫度40 ℃，萃取時間1 h。最佳條件下艾葉揮發(fā)油產(chǎn)率為6.99%。

表3 超臨界CO2萃取法正交實驗參數(shù)表

表4 超臨界CO2萃取法正交實驗結(jié)果分析

2.2 揮發(fā)油成分分析

利用GC-MS對正己烷萃取法和超臨界CO2萃取法萃取的艾葉揮發(fā)油進行成分分析，得到的揮發(fā)油總離子流圖如圖1和圖2所示。在標準譜圖庫進行檢索和比對，初步確定揮發(fā)油中所含成分，再將成分的分子離子峰與標準質(zhì)譜圖對比，最終確定艾葉揮發(fā)油中所含成分，結(jié)果如表5所示。從正己烷萃取法和超臨界萃取法得到的艾葉揮發(fā)油中共鑒定出15種化合物，其中兩種方法得到了4種相同的產(chǎn)物，包括桉葉油素，α-萜品烯醇，萜品烯醇-4，古巴烯。正己烷萃取法的產(chǎn)物中還包括α-蒎烯，莰烯，β-蒎烯，1-甲基-4-(1-甲乙基)苯和崖柏酮。超臨界萃取的揮發(fā)油則包含樟腦，龍腦，桉葉-4(14), 11-二烯，石竹烯氧化物，十六烷酸乙酯和十八烷酸乙酯。

圖1 正己烷萃取法的艾葉揮發(fā)油氣相色譜-質(zhì)譜分析總離子流圖

圖2 超臨界CO2萃取法的艾葉揮發(fā)油氣相色譜-質(zhì)譜分析總離子流圖

表5 艾葉揮發(fā)油的化學成分

2.3 討 論

(1)溶劑回流法通常應用一些低沸點的有機溶劑，如石油醚、正己烷等極性稍小的有機溶劑。根據(jù)“相似相溶”原則，溶劑萃取法萃取的艾葉揮發(fā)油也是一些極性較小的成分，產(chǎn)率也相對較低，并且有機溶劑具有一定的毒性，通過有機溶劑萃取的揮發(fā)油外觀和香味都要較差。本研究選用正己烷為溶劑對蒙艾進行萃取，在最佳的萃取條件下：料液比1:30，萃取溫度70 ℃，萃取時間2 h，萃取3次，揮發(fā)油產(chǎn)率為4.67%。

(2)超臨界萃取法一般選用CO2作為萃取劑，因為CO2的臨界溫度和臨界壓力比較低，容易控制且安全性較高。處于超臨界狀態(tài)下的CO2既具有液體的密度和溶解性，又具有氣體狀態(tài)下的擴散性?；衔锏臉O性強弱及分子質(zhì)量影響其在超臨界CO2流體的溶解度，一些文獻表明酯類和部分醇類化合物易溶于超臨界CO2流體中。本研究對超臨界CO2萃取條件進行優(yōu)化，包括萃取壓力，萃取溫度和萃取時間，通過正交試驗確定了提萃取參數(shù)對揮發(fā)油收率的影響。綜合考慮揮發(fā)油收率以及萃取過程中的能量消耗，確定最優(yōu)的萃取條件為萃取壓力20 MPa,萃取溫度35 ℃，萃取時間1 h，得到的揮發(fā)油收率可以達到6.93%。超臨界CO2萃取的揮發(fā)油中包含的桉葉油素、樟腦、龍腦、萜品烯醇都具有一定的平喘作用。

3 結(jié) 論

采用溶劑回流法和超臨界萃取法提取蒙艾揮發(fā)油，所得揮發(fā)油的產(chǎn)率以及組成成分上都有差異。超臨界CO2萃取法應用于艾葉萃取得到的揮發(fā)油產(chǎn)率高，香味純正。工業(yè)提取精油中超臨界CO2萃取法不失為一種效率高的提取手段，和其他方法相比，CO2成本低，易得，無毒，無臭味，所萃取出的精油不含雜質(zhì)。在提倡環(huán)境友好的當代，超臨界CO2流體無污染，高安全性在精油工業(yè)生產(chǎn)中具有強大的吸引力和廣泛應用前景。