基于超臨界CO2萃取技術萃取香茅精油的研究

魏嵐，黃桂珍，鄭婉榕

（閩西職業技術學院，福建 龍巖 364021）

0 引言

香茅又稱為香茅草，屬于禾本科，是常見的香草之一，因其具有檸檬香氣，又被稱為檸檬草。香茅精油是從香茅中提取的濃縮油，含有數百種物質，但是決定其香味特征的只有其中2～3種物質。香茅精油作為香料可以添加到香水中，作為天然防腐劑在食品中添加用于抑制黃曲霉菌類真菌[1]，在醫藥中作為中間體藥物用于制備抗抑郁、抗腫瘤等[2]。香茅精油同時具有驅蚊蟲作用，是驅蟲劑的主要來源。研究表明，香茅精油單獨使用或與其他商業驅蚊產品聯合使用，驅蚊效果提高明顯，可持續驅蚊2h以上。此外，香茅精油還有其他作用，如控制牛蜱、阻止紅粉甲蟲對麥片和小麥胚芽的侵害。香茅精油中最重要的活性成分是香茅醛、丁香酚、香葉醇和檸檬烯，這4種化學成分是決定香茅精油用途的關鍵成分[3-5]。

香茅精油的提取主要有水餾法和超臨界CO2萃取法，Reis課題組[6]研究了不同溫度（323.15 K、333.15 K、343.15 K）干燥對水餾法提取香茅精油組成的影響，結果表明，香茅精油組分含量略有變化，但主要成分沒有影響。以提取的香茅精油質量與實驗中使用的香茅初始質量之比為標準，提取率約為9.4%。近年來，超臨界流體（SCFs）技術廣泛應用于植物中化合物的提取，該技術相比傳統提取技術具有很多優勢，如可在較低溫度下進行提取，避免了有效成分的分解；超臨界流體可以多次循環使用，產品解析方便，可增加效能等。王勇課題組[7]利用超臨界CO2流體提取技術從香茅精油中提取有效物質，表明該技術具有更高的提取率和提取效率。因此，本實驗采用超臨界CO2流體技術對香茅精油進行提取研究。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗采用香茅產自福建省廈門市翔安區內厝鎮鴻山村黃山前7號。

1.2 試劑與儀器

（1）試劑。甲醇（批號：201014，天津市康科德科技有限公司）。

（2）儀器。安捷倫氣-質聯用儀（型號：5975C-7890A，購自：美國Aglient）；超臨界CO2萃取儀（購自：溫州利捷機械有限公司）；旋轉蒸發儀（型號：zfy-1L，購自鄭州長城科工貿有限公司）。

1.3 方法

將20.0 g香茅草粉末加入到42.0 cm3的不銹鋼臨界CO2萃取池中，實驗裝置流程圖見圖1。實驗程序從調節加熱浴的溫度開始。實驗過程采用半批式進行，二氧化碳以0.155 cm3/s的體積流量進料，萃取時間為3600 s。當泵達到所需的壓力和系統穩定在穩態模式，提取開始與取樣，使用微米閥。油收集在15.0 cm3的管中。

圖1 實驗裝置流程圖

在高壓泵揚程上放置鹽冰浴（溫度為263.15 K），以確保溶劑處于液體狀態。

萃取油在分析天平上稱量，精密度為1×10-4g。

溫度為313.15、313.15和353.15 K，壓力為6.2、10.0、15.0和18.0 MPa。

1.4 色譜分析

采用氣相色譜和質譜聯用Wiley 275庫對超臨界流體萃取得到的提取物進行分析。采用DB-5毛細管柱DB-5，溫度限制在213.15～598.15 K。載氣流量為1.0 mL/min，溫度設置為353.15～573.15 K，溫度為279.15 K/min，檢測器溫度為583.15 K。

2 結果與分析

如表1所示，精油得率表示為萃取油的質量與輸入萃取器的葉片質量的比值。在353.15K和18.0 MPa的壓力下，產率最佳值為2.22%。在使用超臨界二氧化碳的過程中，提取物沒有殘留溶劑，證明該技術提取的香茅精油質量高于傳統提取方式。

表1 萃取質量（ME）和萃取量（Y）與溫度（T）和壓力（P）的關系

萃取過程中所消耗的溶劑量可以通過萃取油質量與二氧化碳消耗質量ME/MCO2的比值來計算和驗證。這個變量為操作溶解度。表2說明提取精油的質量（ME）和消耗的二氧化碳量是正比關系，ME/MCO2比率也受到溶劑密度變化的影響。從表2可以看出，隨著CO2濃度的增加，精油提取質量增加。在313.15 K和333.15 K的萃取曲線中可以觀察到一種交叉效應，這是由于溶質蒸氣壓的增加與CO2密度的降低形成對比。

表2 ME/MCO2隨溶劑密度的變化

在353.15 K時，沒有觀察到相同的現象，這表明隨著溫度的升高，精油的其他組分正在溶解。但其他化學成分的增溶作用可能會抑制揮發油的提取或改變揮發油的原始特性。見圖2。

圖2 油萃取量和壓力的關系

當壓力高于10.0 MPa，香茅中會有更多的組分被提取。壓力越大提取組分的數量會增加，顏色也隨之變深，當壓力為18.0MPa時精油顏色為黃色，而在65MPa時，顏色為綠色。見圖3。

圖3 ME/MCO2與二氧化碳密度的關系

圖4為香茅精油在313.15K和62.0MPa條件下的色譜分析結果，比較了提取過程的選擇性。對照數據庫分析，其主要成分為香茅醛、香茅醇、香葉醇、丁子香酚、α-氨基酚、右旋大根香葉烯、β-瑟林烯、α-芹子烯、芹子醛等。結果表明，在較高的溫度和壓力下提取的揮發油具有較高的選擇性。

圖4 313.15K,62.0MPa超臨界二氧化碳萃取揮發油的色譜圖

3 結語

本以超臨界二氧化碳萃取技術研究了香茅精油的提取。考察了不同的操作條件對香茅精油提取率和提取質量的影響，最佳工藝條件為353.15K、18.0MPa。實驗結果表明，在較高的壓力條件下，萃取精油的效率較高。在恒壓條件下，萃取油量隨壓力的增加而增加，在恒定的溫度，隨溫度的升高而增加。