超临界CO2萃取杜香挥发油工艺优化及成分分析

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摘要 采用正交试验法对超临界co2萃取杜香挥发油的条件进行了优化，得到了超临界CO2萃取杜香挥发油的最佳试验条件，并用GC-MS对超临界CO2萃取杜香挥发油分析成分。结果表明：超临界CO2萃取杜香挥发油最佳条件：颗粒度为80目、萃取压力为40 MPa、萃取温度为35 ℃。气相色谱-质谱联用分析表明：其中主要成分为羽扇豆醇（12.43%）、羽扇烯酮（10.12%）、异龙脑（4.44%）、桃金娘烯醛（4.02%）、表蓝桉醇（2.85%），顺-β-松油醇（2.49%）、玫瑰醚（2.28%）。

关键词 杜香；挥发油；超临界CO2萃取；GC-MS分析

中图分类号 R284.2；TS224.2；Q945.95 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）06-0173-02

Component Analysis and Technique Optimization of Super Critical Carbon Dioxide Fluid Extraction of Oils in Ledum palustre L. var. dilioatum Wahl

LU Bo-qiong LUO Shu-qin ZHANG Li-ping *

（College of Material and Technology，Beijing Forestry University，Beijing 100083）

Abstract Orthogonal design of three factors at three levels was applied to the optimization of super critical carbon dioxide extraction conditions of volatile oils in Ledum palustre L. var. dilioatum wahl. The essence oil from the cinnamon was measured with GC-MS.The results showed that the optimal extraction conditions were determined as granularity was 80 mesh，pressure was 40 MPa，temperature was 35 ℃. GC-MS analysis showed that the main components were Lupeol（12.43%），Lup-20（29）-en-3-one（10.12%），Bicyclo[2.2.1]heptan-2-ol，1，5，5-trimethyl-（4.44%），Myrtenal（4.02%），epiglobulol（2.85%），cis-β-Terpineol（2.49%），Rose Oxide（2.28%）.

Key words Ledum palustre L. var. dilioatum wahl；volatile oils；super critical carbon dioxide fluid extraction（SFE-CO2）；GC-MS analysis

杜香（Ledum palustre L. var. dilioatum wahl）是杜鹃花科杜香属常绿小灌木，单叶互生，全缘，两面及幼枝密生褐色绒毛和腺体，植株富有香味[1]。杜香植物体内含有多种有效成分，具有药用、芳香等价值，是重要的资源植物[2]。其植物体内富含的多种代谢物，主要应用于制药和香料生产。对杜香挥发油的化学成分，外国也有相关研究报道[3-6]。其常用的提取方法为水蒸汽蒸馏法，传统的提取往往造成挥发性成分的损失，超临界CO2萃取（SFE-CO2）技术作为一项较新的提取分离技术，具有提取时间短、收率高、活性成分含量高等优点，是提取杜香挥发油的理想方法[7]，被广泛应用于化工、医药、食品等工业[8-9]。该文采用正交试验设计超临界CO2萃取技术应用于杜香挥发油的提取，初步探讨了颗粒度、温度、压力等因素对杜香挥发油提取率的影响。

该研究超临界流体萃取法（SFE）对杜香挥发油进行提取，利用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）结合计算机数据库检索分析鉴定了45种挥发油的化学成分，采用峰面积归一化法测定了其中各个化学成分的相对含量。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用杜香于2013年8月采自内蒙古大兴安岭地区，自然阴干后选取杜香枝叶混合物备用，试验仪器为SFE-2型超临界CO2流体萃取仪（美国Applied Separations Inc公司）；Thermo Fisher Scientific SQ气质联用仪，装载Xcalibur工作站，可检索NIST标准质谱图库。

1.2 超临界CO2萃取杜香挥发油

该试验采用SFE-CO2法[10-11]。选定颗粒度、萃取压力、萃取温度3个因素，采用3因素3水平正交试验设计，具体设计见表1。以挥发油的提取率为考察指标。将材料干燥、粉碎后装入萃取缸中，将CO2冷却后由高压泵加压到预定压力，选择所要求的试验条件（A―颗粒度、B―萃取压力、C―萃取温度），萃取40 min后，称量获得的杜香挥发油，并按下式计算其提取率：

提取率（%）=×100

1.3 GC-MS分析

色谱柱型号为AB-5MS，30 m×0.25 mm×0.25 μm，与质谱仪相联。载气：99.999%高纯度氦气，进样量：0.2 μL，分流比：1∶30。质谱条件：EI离子源，电子能量为70 eV，离子源温度250 ℃。柱箱升温条件：60 ℃保持2 min，以5 ℃/min速度升温至300 ℃并保持10 min[12]。

2 结果与分析

2.1 正交试验结果

不同工艺条件下挥发油的提取率见表2。由表2中的Rj可知，3个因素的影响力优先顺序为A>B>C，即颗粒度>压力>温度，初步得出最佳的试验方案为A3B3C1，即颗粒度为80目、萃取压力为40 MPa、萃取温度为35 ℃。

2.1.1 原料粒度对萃取效率的影响。试验材料为天然植物，如果颗粒度过大，不利于溶剂扩散，提取率低；如果颗粒度过小，原料粉末容易压实。杜香挥发油的提取率随颗粒度的增大逐渐升高，从平均提取率可以看出，从40目到80目提取率上升缓慢，考虑综合效益，选取40目也可达到较高的提取率。

2.1.2 萃取压力的影响。从平均提取率趋势可以看出，随着压力的提高，杜香挥发油提取率逐步提高。可知当温度一定时，萃取压力越高，流体的密度越大，对溶质的溶解能力越强，萃取所需时间越短，萃取越完全。但当压力超过30 MPa后，提取率上升幅度趋缓，过高的萃取压力对操作和设备的使用寿命不利，综合考虑，压力在30 MPa也可达到较好的提取。

2.1.3 萃取温度的影响。萃取温度对超临界CO2溶解能力的影响比较复杂。在一定的压力下，升高温度有利于溶质挥发性的增加和扩散速度的提高，进而有利于溶质的萃出[13]。试验中平均提取率逐渐降低，而CO2临界温度接近室温（31.3 ℃），所以最佳萃取温度应是35 ℃，在此温度下，杜香挥发油的扩散速度最高，提取率最高。

2.1.4 最佳萃取条件的验证。为了进一步考察上述最佳萃取条件的萃取效果，将30 g杜香（80目）用上述最佳条件萃取40 min，提取率为7.01%，高于正交试验中的最高收率，证明此次正交试验结果可靠。

2.2 杜香挥发油的成分

杜香挥发油化学成分GC-MS检测的总离子流图如图1所示。选择了21个含量较高的成分进行鉴定，直接由该机的数据系统进行检索（谱库Wileyl38），并与标准图谱比较，确定其成分，用数据处理机峰面积归一法，测定总油中各成分的相对含量23种化合物的含量占总成分的62.79%，结果见表3。SFE法所提取的杜香挥发油中主要含有龙脑、1-异丙基二环[3.1.0]-2-己烯-4酮、反式-松香芹醇、香橙烯、对-伞花烃、桃金娘烯醛等[7]，其中药用成分羽扇豆醇（12.43%）、羽扇烯酮（10.12%）、表蓝桉醇（2.85%）、玫瑰醚（2.28%）等文献并未提及。

2.2.1 香料成分。超临界CO2萃取杜香挥发油气质成分中的异龙脑（4.44%）、桃金娘烯醛（4.02%）、顺-β-松油醇（2.49%）、反式-松香芹醇（1.76%）、反式-桧烯水合物（1.61%）、香橙烯（1.39%）等，其中玫瑰醚（2.28%）等未见文献报道。

2.2.2 药用成分。超临界CO2萃取杜香挥发油气质成分中的羽扇豆醇（12.43%）、羽扇烯酮（10.12%）均未见文献报道（图2～3）。羽扇豆醇是一种在水果、蔬菜以及药用植物中存在的食物三萜。据文献报道，羽扇豆醇在动物试验中有促进皮肤愈合、抗炎、抗氧化等药理作用，它作为药物的活性成分之一在北美、日本、中国很早就被当地的传统医学所应用[13]。在体内是人的DNA拓扑异构酶Ⅱ（tpoⅡ）选择性抑制成分[14]。羽扇豆醇、羽扇烯酮具有良好的生物活性，均可用于制药。

3 结论与讨论

超临界CO2萃取杜香挥发油的正交试验中，最佳萃取条件颗粒度为80目、萃取压力为40 MPa、萃取温度为35 ℃，杜香挥发油萃取率最高。考虑到经济及能源效益，颗粒度在40目，压力为30 MPa也可达到较高的提取率。表明SFE法

尤其适用于热敏性天然物质的提取。

从GC-MS成分分析结果可知，超临界CO2萃取的杜香挥发油中主要含有羽扇豆醇、羽扇烯酮、异龙脑、桃金娘烯醛等成分，其中羽扇豆醇、羽扇烯酮尚未见文献提过，可用于制药行业；异龙脑、桃金娘烯醛、顺-β-松油醇、反式-松香芹醇、反式-桧烯水合物、香橙烯、玫瑰醚等均可用于香料工业。

超临界CO2萃取杜香挥发油的步骤简单，无溶剂残留，产品安全可靠，杜香中的有效成分含量较高，完全符合当前环保的发展趋势，具有重要工业意义及广阔的应用前景。

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