有機溶劑法和超臨界CO2萃取法提取蒙艾揮發油的對比研究*

姚雪峰，洪海龍, 石俊庭，梁秀雪

(1 內蒙古工業大學 化工學院，內蒙古 呼和浩特 010051； 2 內蒙古東綠生態科技研究院有限公司，內蒙古 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，還可調理氣血，溫暖女性子宮[1-3]。揮發油是艾葉的主要藥效成分之一，揮發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油產率和質量的保證，對推進艾葉等中草藥資源的開發利用具有重要意義。目前中草藥揮發油的提取方法分為傳統提取方法和現代提取方法。傳統提取方法包括溶劑萃取法、水蒸汽蒸餾法和壓榨法；現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萃取技術提取效果理想，無溶劑的殘留，不需要進行后續溶劑和揮發油的分離，揮發油純度較高。

不同萃取方法及不同萃取條件下萃取的艾葉揮發油的產率和成分相差較大[9-10]。研究不同萃取方法并優化萃取條件對揮發油萃取和應用具有重要意義。本研究以內蒙古東綠生態研究院有限公司仿野生種植的蒙艾為原料，以揮發油產率為指標，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油的效果，并分析了化學成分組成的差異，為后續產業化應用和相關研究提供了參考。

1 實 驗

1.1 材料與儀器

實驗材料為內蒙古東綠生態研究院有限公司在內蒙古鄂爾多斯地區進行仿野生繁育、種植和開發的艾草，其葉子經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；旋轉蒸發儀，上海嘉鵬科技有限公司；氣相色譜-質譜聯用儀，美國安捷倫科技有限公司；循環水式真空泵，上海禾汽玻璃儀器有限公司；超臨界CO2萃取裝置，杭州華黎泵業有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 艾葉揮發油的提取

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，進行旋轉蒸發去除溶劑，得到揮發油。揮發油收率=揮發油質量/艾葉質量。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，以及萃取次數對艾葉揮發油產率的影響。

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，記錄質量，進行超臨界萃取。萃取后，取出萃取袋，稱重。揮發油收率=(萃取前萃取袋重量-萃取后萃取袋重量)/艾葉質量。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油產率的影響。

1.2.2 揮發油成分分析

采用氣相色譜-質譜聯用儀對兩種萃取方法在最優條件下得到的艾葉揮發油進行成分分析。將揮發油溶于正己烷中，用0.2 mm 微孔過濾膜過濾。氣相色譜-質譜條件：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，質譜電離源為EI 電離源。

2 結果與討論

2.1 揮發油收率的比較

從表1和表2的正交試驗結果結果可以看出，采用正己烷溶劑萃取蒙艾揮發油時，影響蒙艾揮發油收率的影響因素主次為：提取溫度>提取次數>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，提取次數為3次，蒙艾揮發油收率為4.67%。

表1 正己烷萃取法正交實驗參數表

表2 正己烷萃取法正交實驗結果分析

從表3和表4的正交試驗結果結果可以看出，影響超臨界CO2萃取蒙艾揮發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油產率為6.99%。

表3 超臨界CO2萃取法正交實驗參數表

表4 超臨界CO2萃取法正交實驗結果分析

2.2 揮發油成分分析

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油進行成分分析，得到的揮發油總離子流圖如圖1和圖2所示。在標準譜圖庫進行檢索和比對，初步確定揮發油中所含成分，再將成分的分子離子峰與標準質譜圖對比，最終確定艾葉揮發油中所含成分，結果如表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油氣相色譜-質譜分析總離子流圖

圖2 超臨界CO2萃取法的艾葉揮發油氣相色譜-質譜分析總離子流圖

表5 艾葉揮發油的化學成分

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“相似相溶”原則，溶劑萃取法萃取的艾葉揮發油也是一些極性較小的成分，產率也相對較低，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，揮發油產率為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。處于超臨界狀態下的CO2既具有液體的密度和溶解性，又具有氣體狀態下的擴散性?；衔锏臉O性強弱及分子質量影響其在超臨界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對揮發油收率的影響。綜合考慮揮發油收率以及萃取過程中的能量消耗，確定最優的萃取條件為萃取壓力20 MPa,萃取溫度35 ℃，萃取時間1 h，得到的揮發油收率可以達到6.93%。超臨界CO2萃取的揮發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 論

采用溶劑回流法和超臨界萃取法提取蒙艾揮發油，所得揮發油的產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油產率高，香味純正。工業提取精油中超臨界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。在提倡環境友好的當代，超臨界CO2流體無污染，高安全性在精油工業生產中具有強大的吸引力和廣泛應用前景。