超臨界CO2流體萃取法和水蒸氣蒸餾法對辛夷揮發油萃取率和萃取質量的比較

曹明卓 王亞君 王憲齡

1. 河南中醫藥大學科研實驗中心，河南鄭州 450046；2.鄭州澍青高等醫藥專科學校，河南鄭州 450064

辛夷是木蘭科（Magnoliaceae）落葉喬木植物，俗稱玉蘭，望春玉蘭等，其主要入藥部位為其干燥花蕾。辛夷是一種傳統名貴中藥，辛夷揮發油含量較高，有文獻報道可達3%～6%，其主要活性成分為新木脂素和木質素[1-2]，具有抗菌[3]、抗過敏[4-6]、改善記憶功能[7]及抗氧化[8]等作用，在臨床主要用于治療鼻炎、鼻塞、頭痛等病癥，揮發油呈透明的淡黃色，具有清香氣味，除藥用外還可作為的香精香料在食品、化妝品及香煙中廣泛使用[9]，還可以作為促滲劑促進藥物的透皮吸收[10]。目前中藥揮發油的提取方法仍是以水蒸氣蒸餾為主，但是水蒸氣蒸餾法具有設備簡單和操作方便的優點，但是其操作溫度高，萃取時間長，易破環藥材中的有效成分[11]，且其萃取的效率低。超臨界CO2流體萃取技術是利用超臨界流體具有液體的萃取能力（密度與液體接近），而具有氣體的粘度（粘度與氣體接近），在CO2臨界點附近對壓力和溫度極其敏感的物理特性，通過改變溫度或壓力而改變溶質在溶劑中的溶解度實現其分離，具有操作溫度低、時間短、綠色環保無污染、萃取效率高等優點[12]，但是其也存在著操作壓力高且設備價格較昂貴的問題。本文采用兩種方法來從辛夷中提取揮發油所，并對其萃取的辛夷揮發油從萃取效率和萃取質量進行比較分析，為辛夷揮發油的提取生產工藝提供一定的科學依據。

表1 水蒸汽蒸餾法中料液比、浸泡時間、提取時間對辛夷揮發油萃取率的影響

1 材料與方法

1.1 實驗材料

干燥花蕾1kg（購自河北楚風中藥飲片有限公司），經河南中醫藥大學陳隨清教授鑒定為木蘭科植物望春玉蘭。

1.2 設備與試劑

儀器：Speed 2 型CO2超臨界萃取儀（美國ASI公司），LT1002E型普通電子天平（賽多利斯），FA2204B萬分之一分析天平（賽多利斯），ZNHW智能恒溫電熱套（鄭州愛博特科技公司），揮發油提取器，SB-25-12DT超聲清洗儀（江蘇賽飛），DZF-6210真空干燥箱（蘇州江東精密儀器）等。

試劑：蒸餾水（自制），甲醇、乙醇、無水硫酸鈉、石油醚等（均購自天津市富鑫商貿有限公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 原材料處理 取一定量辛夷置于真空干燥器中干燥10h，30℃，干燥后進行粉碎，過20 ～ 40目篩，將過篩后藥材放置4℃冰箱中備用。

1.3.2 水蒸氣蒸餾法提取辛夷 每次稱取過篩后的辛夷約為30.0g，置于1000mL圓底燒瓶中，加入幾粒沸石，振蕩混勻后，連接揮發油提取裝置，加熱回流。按照三因素三個水平設計正交實驗（見表1），并按照設計的方案萃取一定時間后，冷卻提取液，每次用5mL石油醚萃取提取液，共萃取三次，收集萃取液置于50mL的圓底燒瓶中，再用無水硫酸鈉冷藏過夜。減壓過濾，將濾液減壓蒸發，得淺黃色辛夷揮發油，稱重計算收率，并對揮發油的色澤和香味進行分級。

1.3.3 超臨界CO2流體萃取技術 用甲醇將超臨界萃取儀的萃取釜和管道清洗干凈，干燥。每次稱取約12g過篩后的辛夷，置于50mL的萃取釜中，主要考察萃取溫度、萃取壓力和萃取時間三個因素（見表2～4），進行靜態萃取，CO2流量為25kg/h。萃取后收集揮發油，稱重并計算收率，并對揮發油的色澤和香味進行分級。

1.3.4 辛夷揮發油萃取率的計算 揮發油萃取率%= 揮發油重量/辛夷原料總重量×100%。

1.3.5 辛夷揮發油的色澤和香味分級 將各個水平上得到的揮發油進行色澤和香味的分級，將色澤分為二級，顏色淺為Ⅰ級，顏色深為Ⅱ級，香味分為三級，最香為Ⅰ級，其次為Ⅱ級，最差為Ⅲ級。

2 結果與分析

2.1 水蒸氣蒸餾法的萃取率

料液比、浸泡時間、萃取時間：適宜的料液比可有效增加物料與溶劑的接觸面積，浸泡時間和萃取時間決定有效成分是否萃取完全。以料液比、浸泡時間、萃取時間設計三因素三水平正交試驗，實驗分為九組，以揮發油的萃取率和萃取質量為考察指標。實驗方案及結果如表1所示。

由表1可知，R1極值料液比＞提取時間＞浸泡時間（0.166＞0.087＞0.032），即浸泡時間對實驗的影響最小，料液比對實驗的影響最大。水蒸汽蒸餾法確定的辛夷揮發油的最佳提取條件為：料液比1：15，浸泡時間1h，提取時間2h。平均萃取率為1.376%。采用水蒸氣蒸餾萃取的辛夷揮發油在色澤和香味上均比超臨界萃取的稍差，尤其是香味，超臨界萃取的香味會更加持久和濃郁。

表2 萃取溫度的影響

表4 正交試驗考察萃取壓力、溫度和時間對辛夷揮發油提取率的影響

2.2 超臨界CO2流體萃取法

2.2.1 溫度 在一定的超臨界壓力下，升高溫度可以增加被萃取物的揮發性，提高萃取率。當溫度升高到某一值以上，由于超臨界流體的密度降低，溶解能力也隨之下降，導致萃取量減少。由表2及圖1可知在壓力為14mPa、提取時間為9h時，當溫度為35℃為辛夷的最適提取溫度。

圖1 萃取溫度對萃取率的影響

2.2.2 萃取壓力 在一定的溫度下，隨著壓力的增大，超臨界流體的密度增加，溶質在溶劑中的溶解度也隨之增加，在一定程度上可提高萃取率。但是，壓力的增大對設備和操作技術的要求也提高了，增加了投資成本。由表3及圖2可知當提取時間為9h、溫度為35℃時，隨著萃取壓力的升高，萃取率先升高再下降，辛夷揮發油的最佳萃取壓力為14mPa。

表3 萃取壓力的影響

圖2 萃取壓力對萃取率的影響

2.2.3 正交試驗優化萃取條件 在2.2.1和2.2.2節操作的基礎上，又對辛夷揮發油提取的條件進行了優化。設計三因素三水平正交試驗，考察溫度、壓力和萃取時間對辛夷揮發油提取的影響，實驗分為九組。其中萃取溫度為30、35、40℃，提取壓力為12、14、16mPa，萃取時間為 1、1.5、2h。實驗結果見表4。

由表4可以看出，R2值 萃取溫度＞萃取壓力＞萃取時間（0.108＞0.065＞0.056），即萃取溫度對萃取率影響最大，萃取時間對萃取率影響最小。超臨界CO2流體萃取辛夷揮發油的最佳提取條件為：溫度35℃，壓力14mPa，萃取時間1h，三次平行實驗平均提取率為5.148%。

3 討論

在本實驗中，采用正交實驗法研究了水蒸氣蒸餾法和超臨界CO2流體萃取技術對辛夷揮發油的提取，快速準確的確定了兩種方法對揮發油萃取的最佳提取條件。水蒸氣蒸餾最佳萃取條件為：料液比1：10，浸泡時間1h，提取時間2h，超臨界CO2流體萃取法的最佳萃取條件為：溫度35℃，壓力14mPa，萃取時間1h。水蒸氣蒸餾法所萃取的揮發油為淡黃色油狀液體，平均萃取率為1.376%，而超臨界CO2流體萃取法所萃取的揮發油為棕黃色，不僅顏色較前者深，而且在最佳實驗條件下的揮發油萃取率是水蒸氣蒸餾法的3倍，在最佳操作條件下平均萃取率為5.148%，而且采用超臨界萃取得到的產物香味更加濃郁和持久，在超臨界萃取中，整個實驗室都充滿的辛夷的香味。

水蒸氣蒸餾法和CO2流體萃取法所提取的揮發油中，主要成分均為烯萜類化合物[13-14]及其含氧衍生物，有實驗結果表明二者所萃取的揮發油成分具有明顯差異[15]，采用超臨界萃取法提取的揮發油在抗菌性能和抗氧化性能上均有更佳的作用效果[7]。水蒸氣蒸餾法是在130℃的條件下萃取揮發油，溫度高于超臨界CO2流體萃取的條件，且提取時間較長，易導致部分揮發油的逸出和不穩定性成分分解，萃取出來的揮發油成分量少而且質量比較差。而超臨界CO2流體在低溫密閉條件下操作，揮發油成分萃取較完全，降低了易氧化物質分解的幾率，萃取出來的揮發油質量較佳。因此超臨界CO2流體有利于對低沸點、脂溶性、熱敏性物質的提取，所萃取的辛夷揮發油色澤更亮，出油率也顯著性的提高，在揮發油萃取中更優于水蒸氣蒸餾法。本實驗對兩種方法所提取的揮發油在過敏性鼻炎和過敏性哮喘需要進一步的比較分析。