權(quán)春梅，曹 帥，周光姣，張晴晴，宋艷艷

(1.亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 藥學(xué)院，安徽 亳州 236800；2.亳州學(xué)院，安徽 亳州 236800)

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超臨界CO2流體萃取法提取芍花精油的工藝研究

權(quán)春梅1，曹 帥2，周光姣1，張晴晴2，宋艷艷1

(1.亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 藥學(xué)院，安徽 亳州 236800；2.亳州學(xué)院，安徽 亳州 236800)

以亳州當(dāng)?shù)厣只樵?，采用超臨界CO2流體萃取法提取芍花精油，以期得到提取芍花精油的最佳提取工藝；并對(duì)不同花期，不同干燥方式的芍花精油提取率進(jìn)行比較，得到芍花的最佳采收花期及最佳干燥方法。采用超臨界CO2流體萃取法提取芍花精油，利用單因素正交實(shí)驗(yàn)法考察了萃取溫度、萃取壓力、泵頻率對(duì)超臨界CO2流體萃取芍花精油的影響。通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化萃取條件，得到最佳實(shí)驗(yàn)條件為萃取壓力16 MPa、萃取溫度35.5 ℃、泵頻率20 Hz；芍花的最佳采收期是花蕾期，最好的干燥方式是陰干。該研究為芍花精油的提取提供了重要的技術(shù)支持，為后續(xù)芍花精油的成分含量及活性研究打下了基礎(chǔ)。

芍花；精油；超臨界CO2流體萃取法

精油是從植物的根莖葉花朵種子果實(shí)等單一有效部位提取的，不僅散發(fā)著淡淡的香氣而且還有各種神奇的功效。當(dāng)前，有不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)很多花卉的精油提取進(jìn)行了工藝及成分的研究[1-5]。芍花是芍藥科植物芍藥的花，花大，花色艷麗，花香濃郁，是重要的觀賞植物[6]，此外也是重要的藥用植物。有研究表明芍花具有抗氧化，抗菌、抗病毒，抗癌，抗神經(jīng)退行性疾病，抗心血管疾病和抗腎臟、肺纖維化，具有抗炎活性[7]及很高的活性氧自由基的清除能力,富含總酚類、黃酮類、多糖物質(zhì)等活性成分[8]，因此，對(duì)芍花的開發(fā)利用具有重要意義，芍花的研究有望提升芍藥的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前對(duì)芍花有效成分的提取主要采用有機(jī)溶劑法，但是存在有機(jī)溶劑殘留的問題，給后續(xù)使用帶來不便，而對(duì)芍花精油的研究尚未見國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)報(bào)道，因此，本研究具有重要意義，可望極大的提高芍花的經(jīng)濟(jì)效益。

超臨界CO2流體萃取法作為目前較先進(jìn)的提取法，具有無溶劑殘留、低溫操作，活性物質(zhì)不被破壞，質(zhì)量高等特點(diǎn)[9]，可以一次性完成萃取和分離等優(yōu)點(diǎn)，因此，本文采用超臨界CO2流體萃取法提取芍花精油，并通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化超臨界CO2流體萃取法的萃取條件，另外對(duì)不同花期，不同干燥方式的芍花精油提取率進(jìn)行比較，以期得到超臨界CO2流體萃取法提取芍花精油的最佳工藝及芍花的最佳采收花期和最佳干燥方法。

1 儀器及材料

芍花(采收于安徽省亳州市譙東鎮(zhèn))；CO2(食品級(jí)，純度99% 以上)； 無水乙醇(分析純，天津博迪化工股份有限公司)。

超臨界萃取裝置(型號(hào)HA220-50-06CO2，江蘇南通華安超臨界萃取公司)；搖擺式高速萬能粉碎機(jī)(型號(hào)DFY-400，溫嶺市林大機(jī)械有限公司)；電子計(jì)重計(jì)數(shù)天平(型號(hào)LQ-1230，上?，幮码娮涌萍加邢薰?；電子天平(型號(hào)FA21048，上海菁海儀器有限公司)；微波真空設(shè)備(型號(hào)ZL，南京宇盼機(jī)械科技有限公司)。

2 方法

將采摘的鮮芍花(花中期)，去除花托及花蕊防止花粉影響提取效果，放在室內(nèi)陰干，去除雜質(zhì)，粉碎。稱取干芍花粉碎，過三號(hào)篩，準(zhǔn)確稱取650 g，裝入容積5 L的萃取罐中，在萃取罐的上端填塞幾張脫脂棉和一張濾紙片，防止堵塞燒結(jié)板。

黎乃維[10]等人研究了物料粒度對(duì)得率的影響，原料粉碎過細(xì)對(duì)提取率效果并無太大意義，因此，本實(shí)驗(yàn)不再對(duì)原料粉碎的粒度進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，原料粒度控制在60目左右即可。另外，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一個(gè)小時(shí)以后收集液出現(xiàn)黃色固體較多，因此，本實(shí)驗(yàn)不再對(duì)萃取時(shí)間進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，萃取時(shí)間所以選擇1 h為宜。

以萃取壓力、萃取溫度、頻率為影響因素，采用正交實(shí)驗(yàn)確定各因素不同水平對(duì)萃取效果的影響。

2.1 超臨界CO2流體萃取法單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 萃取溫度對(duì)芍花精油提取率的影響

因溶劑CO2的臨界溫度為31.06 ℃。在萃取壓力為12 MPa、頻率18 Hz、萃取時(shí)間1 h的條件下，萃取溫度設(shè)定35.5 ℃、40.5 ℃、45.5 ℃、50.5 ℃分別進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 溫度與提取率的關(guān)系圖

2.1.2 萃取壓力對(duì)芍花精油提取率的影響

因溶劑CO2的臨界壓力為7.39 MPa，萃取的操作壓力須高于此壓力但因設(shè)備的最大壓力值為35 MPa,故在萃取溫度為40.5 ℃、頻率18 Hz、萃取時(shí)間1 h的條件下，萃取壓力設(shè)定為12 MPa、16 MPa、20 MPa、24 MPa分別進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 壓力與提取率的關(guān)系圖

2.1.3 泵頻率對(duì)芍花精油提取率的影響

泵的頻率會(huì)影響CO2的流量，進(jìn)而會(huì)影響提取率，因設(shè)備操作相關(guān)規(guī)定，所以在萃取壓力為20 MPa、萃取溫度 40.5 ℃、萃取時(shí)間1 h的條件下，頻率設(shè)定為15 Hz、18 Hz、20 Hz、22 Hz分別進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

2.2 超臨界CO2流體萃取法單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2.1 萃取溫度對(duì)芍花精油提取率的影響設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3可知，隨著溫度的升高出現(xiàn)先增后降的變化，當(dāng)溫度升高時(shí)，溶質(zhì)分子的熱運(yùn)動(dòng)變得劇烈，擴(kuò)散能力相對(duì)增強(qiáng)[11]有利于溶解；相反溫度升高會(huì)使CO2溶劑的密度降低，從而使溶質(zhì)的溶解能力下降，不利于萃取。所以這兩方面的共同作用，影響著萃取操作的實(shí)際效果。圖3表明，當(dāng)溫度在35.5 ℃時(shí)前者的作用強(qiáng)于后者，當(dāng)溫度約在40.5 ℃時(shí)后者的作用力強(qiáng)于前者，所出現(xiàn)先增后降的變化。根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)，選擇35.5 ℃、40.5 ℃、45.5 ℃作為正交實(shí)驗(yàn)萃取溫度設(shè)定參數(shù)。

圖3 泵頻率與提取率的關(guān)系圖

2.2.2 萃取壓力對(duì)芍花精油提取率的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4可知，當(dāng)壓力升高時(shí)，超臨界CO2流體的密度增大，能夠提高芍花精油各組分的溶解能力，根據(jù)數(shù)值發(fā)現(xiàn)提取物的總產(chǎn)量呈上升趨勢(shì)，但實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，壓力達(dá)到24 Mpa時(shí)液體精油的量越來越少，而固體提取物越來越多。因此，選擇12 MPa、16 MPa、20 MPa作為正交實(shí)驗(yàn)萃取壓力設(shè)定參數(shù)。

2.2.3 泵頻率對(duì)芍花精油提取率的影響

泵的頻率會(huì)影響CO2的流量，泵頻率越大CO2的流量越大，有利于萃取，相反，當(dāng)CO2流量過大,流速過快時(shí),與物料接觸不充分，導(dǎo)致萃取率下降。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖5可知，泵頻率對(duì)芍花精油提取率呈先增后降的趨勢(shì)，當(dāng)泵頻率達(dá)到18 Hz時(shí)提取率最高而后呈下降趨勢(shì)，選擇15 Hz、18 Hz、20 Hz作為正交實(shí)驗(yàn)設(shè)定參數(shù)。

2.3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以萃取溫度、萃取壓力、頻率為參數(shù)，設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)。根據(jù)單因素試驗(yàn)，萃取壓力選擇12 MPa、16 MPa、18 MPa3個(gè)水平，萃取溫度選用35.5 ℃、40.5 ℃、45.5 ℃3水平，泵的頻率選擇15 Hz、18 Hz、20 Hz得出表1正交因素水平表。

表1 正交實(shí)驗(yàn)表

3 結(jié)果與分析

3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

利用正交軟件，對(duì)表1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析，得到超臨界CO2萃取芍花精油正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見表2。

根據(jù)表2中的正交試驗(yàn)結(jié)果的極差值的大小可得，影響芍花精油提取率的因素依次為萃取溫度>萃取壓力>泵頻率；另比較表2中各均值1、2、3的大小可知，最佳萃取條件為A2B1C3，即萃取壓力16 MPa,溫度35.5 ℃，泵頻率20 Hz是超臨界CO2流體萃取法提取芍花精油的最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件。

表2 超臨界CO2萃取芍花精油正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

采用與單因素實(shí)驗(yàn)及正交實(shí)驗(yàn)相同的芍花為原料，選擇萃取壓力16 MPa,溫度35.5 ℃，泵頻率20 Hz，進(jìn)行三組平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果見表3。結(jié)果表明，按正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出的實(shí)驗(yàn)條件對(duì)芍花精油平均提取率為0.687 7%，高于正交實(shí)驗(yàn)中的其他實(shí)驗(yàn)，說明該方法可靠。

表3 超臨界CO2流體萃取芍花精油驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表

3.3 不同花期提取率的比較

分別采用為花蕾期、花中期和花后期的芍花為原料，陰干，按上述實(shí)驗(yàn)方法及最佳正交實(shí)驗(yàn)條件依次萃取，比較提取率，結(jié)果見表4。

表4 不同花期提取率比較表

由表4可見，芍花花蕾的提取率要高于花中期和花后期，說明芍花的最佳采收期是花蕾期。

3.4 不同干燥方式芍花提取率的比較

因鮮芍花含水量大，在5L提取罐中裝量較小并且經(jīng)過預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鮮芍花的提取率很低，所以采收的花中期的芍花分別選用陰干、曬干和微波干燥進(jìn)行干燥的芍花，按正交最優(yōu)條件萃取進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并比較精油提取率，結(jié)果見表5。

表5 不同干燥方式提取率的比較

由表5可見，陰干花瓣的提取率高于曬干和微波干燥的提取率，所以這三種干燥方式中，陰干是芍花的最佳干燥方式。

4 結(jié)論與討論

通過研究得到超臨界CO2流體萃取法提取芍花精油的最優(yōu)化工藝條件為壓力16 Mpa、溫度35.5 ℃、泵頻率20 Hz。實(shí)驗(yàn)還可得出，芍花花蕾的提取率高于花中期和花后期，其中花后期的提取率最低，所以采摘芍花時(shí)應(yīng)選擇花蕾作為原材料進(jìn)行精油提取。另外，相對(duì)于曬干和微波干燥，陰干的這種干燥方式提取率最高，所以陰干是芍花的最佳干燥方式。

該研究為芍花精油的提取提供了重要的技術(shù)支持，并為芍花的采收及儲(chǔ)存干燥方式提供了依據(jù)，也為后續(xù)芍花精油的成分含量及活性研究打下了基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)提升芍藥利用價(jià)值及廢棄的芍花資源的充分利用產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，因此，該研究具有重要意義。芍花精油有望成為化妝品和藥品行業(yè)的新秀！

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Research on the Technology of Extracting Essential Oil from Peony Flowers with Supercritical CO2Fluid Extraction

QUAN Chunmei1, CAO Shuai2, ZHOU Guangjiao1, ZHANG Qingqing2, SONG Yanyan1

(1.BozhouVocationalandTechnicalCollege,Bozhou236800,China; 2.BozhouCollege,Bozhou236800,China)

Objective: We adopted the flowers of the peony in Bozhou as raw material to extract essential oil from the flowers of the peony with supercritical CO2fluid extraction. Our aims are to get the best extraction technology. We also compared extraction rate in different flowering stages with various drying methods, and the optimum harvest flower period and the optimum drying method were obtained. Methods: We selected supercritical CO2fluid extraction to extract essential oil from the flowers of the peony. At the same time, we used the single factor orthogonal experiment method to investigate the extraction temperature, extraction pressure, pump frequency to the effect of supercritical CO2fluid extraction on the oil extraction rate. Results: By single factor and orthogonal experiment, the optimum extraction conditions, we get the best experimental conditions are that pressure 16 Mpa, extraction temperature 35.5 ℃, pump frequency 20 Hz; in addition, the best harvest time is the bud stage and the best drying ways is drying in shade. Conclusion: The research for the essential oil extraction from the flowers of the peony provides important technical support and lays the foundation for the component content and active research. Therefore, the study has important significance.

the flower of the peony; essential oil; supercritical CO2fluid extraction

2016-06-25

安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究項(xiàng)目“亳州芍花精油的提取工藝研究”(KJ2016A496)。

權(quán)春梅(1984-)，女，安徽亳州人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：中藥有效成分提取及中藥質(zhì)量控制。

R284.2

A

1009-9735(2016)05-0068-04