康淑荷， 陸麗娜， 趙婭敏（1.西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅蘭州730030；2.甘肅省高校環(huán)境友好復(fù)合材料及生物質(zhì)利用省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730030）

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超臨界CO2萃取青藏金蓮花揮發(fā)油工藝的優(yōu)化

康淑荷1，2， 陸麗娜1，2， 趙婭敏1，2
（1.西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅蘭州730030；2.甘肅省高校環(huán)境友好復(fù)合材料及生物質(zhì)利用省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730030）

目的 優(yōu)化超臨界CO2萃取青藏金蓮花揮發(fā)油的工藝。方法 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交試驗(yàn)研究壓力、溫度、時(shí)間及藥材粒度對得率的影響。結(jié)果 各因素對得率的影響依次為壓力＞時(shí)間＞藥材粒度＞溫度，最佳條件為壓力25 MPa，溫度50℃，時(shí)間1.5 h，藥材粒度10目，青藏金蓮花揮發(fā)油得率為2.71%。結(jié)論 該工藝穩(wěn)定、可行，適用于萃取青藏金蓮花揮發(fā)油。

青藏金蓮花；揮發(fā)油；超臨界CO2萃??；單因素試驗(yàn)；正交試驗(yàn)

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(shí)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(zhèn)靜、消炎等作用，有玫瑰香氣，是化妝品、醫(yī)藥等行業(yè)的重要原料［3-5］；二氫獼猴桃內(nèi)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(fā)油在以乙醇為夾帶劑的條件下進(jìn)行提取，并采用Py/GC-MS法研究其在300、600、900℃熱裂解后的產(chǎn)物，但并未對超臨界CO2流體萃取物化學(xué)成分進(jìn)行GC-MS分析。目前，超臨界CO2萃取青藏金蓮花揮發(fā)油的工藝尚未見文獻(xiàn)報(bào)道，為進(jìn)一步開發(fā)金蓮花屬植物，本實(shí)驗(yàn)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化萃取工藝條件，為實(shí)際應(yīng)用提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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(jí)。青藏金蓮花于2012年8月采自甘肅甘南，經(jīng)西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)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(shù)藥篩，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2方法

1.2.1揮發(fā)油的萃取 稱取樣品100 g，裝入萃取釜內(nèi)，加熱至設(shè)定溫度，啟動(dòng)制冷及冷循環(huán)，通入25 kg/h CO2，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定值并穩(wěn)定后，開始計(jì)時(shí)。按預(yù)定時(shí)間從分離釜出口閥收集物料，得到黃褐色油狀物，即為揮發(fā)油，計(jì)算其得率。

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

表1　因素水平

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)

2.1.1壓力對揮發(fā)油得率的影響 固定溫度45℃、粒度10目、時(shí)間1.5 h，不同壓力對揮發(fā)油得率的影響見圖1。

圖1　壓力對揮發(fā)油得率的影響

壓力是影響超臨界CO2流體萃取過程的關(guān)鍵因素之一［10］。圖1顯示，壓力增加時(shí)，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(xiàn)上升趨勢［11］。另外，超臨界CO2流體的溶解能力與其密度有關(guān)，當(dāng)溫度一定時(shí)，隨著壓力增加，其密度也增加，對揮發(fā)油的溶解能力增強(qiáng)；但壓力過大時(shí)，CO2流體擴(kuò)散能力增加，減少了物料中CO2流體的傳質(zhì)時(shí)間，反而對萃取不利［12］。但實(shí)際萃取中，壓力過高時(shí)對儀器設(shè)備的要求也更高，同時(shí)精油中其他雜質(zhì)增加，影響質(zhì)量，故考慮經(jīng)濟(jì)效益及安全因素，選擇20～30 MPa。

2.1.2溫度對揮發(fā)油得率的影響 固定壓力25 MPa、粒度10目、時(shí)間1.5 h，不同溫度對揮發(fā)油得率的影響見圖2。

圖2　溫度對揮發(fā)油得率的影響

圖2顯示，31～50℃時(shí)，精油得率呈上升態(tài)勢，而且在50℃時(shí)達(dá)到最高；50～60℃時(shí)，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(fù)雜得多，CO2的臨界溫度為31.3℃，接近室溫，而且具有低沸點(diǎn)、低黏度、低表面張力的特點(diǎn)［13-14］。溫度對物質(zhì)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(dǎo)致其溶劑化效應(yīng)和揮發(fā)油溶解度下降；另一方面，是對揮發(fā)油蒸氣壓的影響，溫度升高，揮發(fā)油蒸氣壓和溶解度增大。一般溫度增加時(shí)，物質(zhì)在CO2流體中的溶解度往往出現(xiàn)最低值［11］，故溫度過高會(huì)導(dǎo)致?lián)]發(fā)油得率降低，精油穩(wěn)定性減小，而且能耗也將增大，故選擇45～55℃。

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

圖3　時(shí)間對揮發(fā)油得率的影響

圖3顯示，隨著時(shí)間增加，揮發(fā)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(xù)延長時(shí)間對得率影響不大，但能耗將隨之增大。為了節(jié)約能源，選擇1～2 h。

2.1.4粒度對揮發(fā)油得率的影響 固定壓力25 MPa、溫度45℃、時(shí)間1.5 h，不同粒度對揮發(fā)油得率的影響見圖4。

圖4　粒度對揮發(fā)油得率的影響

圖4顯示，隨著粒度減小，得率相應(yīng)增大；當(dāng)粒度繼續(xù)減小時(shí)，得率反而開始減小。其原因一方面是顆粒過大時(shí)，固體內(nèi)部的傳質(zhì)速率較慢，此時(shí)即使提高壓力，也不能有效提高揮發(fā)油得率；另一方面，顆粒過小時(shí)會(huì)使溶劑流動(dòng)通道阻塞，影響流體在固定床中的傳質(zhì)效率，并增加預(yù)處理成本。因此，選擇10～50目。

2.2正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與方差分析 采用正交設(shè)計(jì)助手II v3.1軟件對結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表2顯示，壓力 （A）對揮發(fā)油得率的影響為k3＞k2＞k1，溫度 （B）為k2＞k1＞k3，時(shí)間 （C）為k3＞k2＞k1，粒度 （D）為k1＞k2＞k3，各個(gè)因素極差大小順序?yàn)镽A＞RC＞RD＞RB，表明各因素對揮發(fā)油得率的影響依次為A＞C＞D＞B，即壓力＞時(shí)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(shí)間2 h，粒度10目。

2.3工藝參數(shù)驗(yàn)證 按優(yōu)選的工藝條件進(jìn)行3批驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。由表可知，儀器精密度良好，但優(yōu)選工藝下?lián)]發(fā)油得率僅比表2正交試驗(yàn)5號(hào) （2.69%）高出0.14%，而萃取壓力高出5 MPa，萃取時(shí)間長0.5 h，能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于5號(hào)。從節(jié)能的角度考慮，實(shí)際最佳條件修正為壓力25 MPa，溫度50℃，時(shí)間1.5 h，粒度10目，在此條件下重新進(jìn)行3批驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表4。由表可知，揮發(fā)油平均得率可達(dá)2.71% （RSD為1.11%），僅比正交試驗(yàn)低0.12%。

表2　L9（34）正交試驗(yàn)結(jié)果

表3　方差分析

表4　工藝參數(shù)驗(yàn)證結(jié)果

3　結(jié)論

各因素對青藏金蓮花揮發(fā)油得率的影響依次為壓力＞時(shí)間＞粒度＞溫度，最佳工藝為壓力25 MPa，溫度50℃，時(shí)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(wěn)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(jià)廉易得，萃取效率高，可循環(huán)使用，在天然產(chǎn)物提取中應(yīng)用廣泛［15-18］。

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1001-1528（2016）06-1415-03

10.3969/j.issn.1001-1528.2016.06.047

2015-09-21

西北民族大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（ZYZ2011064，31920150016）

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