超临界萃取香樟叶精油的工艺研究

秦国正，丁家鹏，窦德宇，柳春燕

(皖南医学院1.药学系;2.中心实验室，安徽芜湖241002)

香樟[Cinnamomum camphora(L.)Presl.]系樟科樟属植物，别名:木樟、乌樟、芳樟、番樟、香蕊、樟木子。为亚热带常绿阔叶林的代表树种，主要分布于南方各省区，普遍用于行道树、小区绿化等。香樟是樟属植物中经济价值最大的树种之一，其性味辛温无毒。香樟叶精油的主要成分为樟脑、芳樟醇、桉油醇、α-松油醇、石竹烯、蛇床-6-烯-4-醇、β-水芹烯等，其中所含芳樟醇、樟脑的比例最大[1～3]。香樟叶精油能松弛支气管平滑肌，对喘息性支气管炎和支气管哮喘的平喘作用显著，同时有一定的止咳、祛痰作用。

香樟叶精油的提取方法、提取工艺和提取原料的不同，所提取的香樟叶精油的大致组成也不同[4，5]。目前，对植物枝叶、果实精油的分离分析，大都采用水蒸汽蒸馏法[2]，该法较为稳定，但也有一定的缺点，邱琴等[6]进行了水蒸气蒸馏与超临界二氧化碳提取的对比实验，结果表明，水蒸气蒸馏法提取过程时间长、温度高、系统开放，其过程易造成热不稳定及易氧化成分的破坏及挥发损失，对部分组分有破坏作用。

超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction，SFE)是用超临界流体作为萃取剂的萃取操作，具有溶解能力强、提取速度快、生物活性保留完整、不含残留溶剂等特点，在低温下操作，能够更好地使热敏性物料不受破坏[7]。本文采用超临界流体萃取法提取香樟叶精油，在单因素试验的基础上，通过正交试验优选超临界流体萃取香樟叶精油的最佳工艺条件，为香樟叶精油探究一种新的提取方法和工艺，为香樟叶综合利用提供资料。

1 材料与方法

1.1 香樟叶采摘自校园内行道树，自然干燥后储藏备用。

1.2 液态二氧化碳购自芜湖市延安路特种气体供应站，食品级，纯度大于99.9%。

1.3 仪器设备岛津AUW 120D型电子天平、HA221-50-06型超临界萃取装置、托盘天平、剪刀。

1.4 方法

1.4.1 工艺流程香樟叶→装料→萃取→分离→接收→香樟叶萃取物。

1.4.2 香樟叶预处理用剪刀将自然干燥的香樟叶剪成长约6 cm×1 cm的片状，并筛除粉末。

1.4.3 单因素试验与正交试验准确称取预处理过的香樟叶35 g装入萃取釜中，开冷冻机和加热器，达到设定温度后，开启CO2气瓶，启动高压泵，在设定压力与温度下进行实验，在单因素实验基础上，选定萃取温度、萃取压力、萃取时间三个参数为影响因素，每个因素取三个水平，以香樟叶精油的萃取率[8]为评价标准，进行三因素三水平的正交试验。萃取率=萃取物总重量(g)/香樟叶总重量(g)×100%。

1.4.3.1 单因素试验①萃取温度对萃取率的影响:称取35g预处理过的香樟叶，装入萃取釜，以生香樟叶精油萃取率为评价指标，在萃取压力为20 MPa，萃取时间为90 min条件下，选择萃取温度为30℃、35℃、40℃、45℃和50℃，进行不同萃取温度的单因素试验，收集香樟叶精油，探讨萃取温度对萃取率的影响。②萃取压力对萃取率的影响:称取35g预处理过的香樟叶，装入萃取釜，以生香樟叶精油萃取率为评价指标，在萃取温度为前实验获得的最佳温度，萃取时间为90 min条件下，选择萃取压力为10 MPa、15 MPa、20 MPa、25 MPa和30 MPa，进行不同萃取压力的单因素试验，收集香樟叶精油，探讨萃取压力对萃取率的影响。③萃取时间对萃取率的影响:称取35 g预处理过的香樟叶，装入萃取釜，以生香樟叶精油萃取率为评价指标，在萃取温度为前实验获得的最佳温度，萃取压力为前实验获得的最佳压力条件下，每30 min取样一次，并合并计算出30 min、60 min、90 min、120 min的香樟叶精油的萃取率，探讨萃取时间对萃取率的影响。

1.4.3.2 正交试验在单因素试验基础上，以萃取温度、萃取压力和萃取时间为影响因素，以萃取率为评价指标，采用L9(34)正交试验法[9]，正交试验的因素水平表见表1。

表1 正交试验因素水平表

2 结果

2.1 单因素试验结果

2.1.1 萃取温度对萃取率的影响在萃取压力为20 MPa，萃取时间为90 min条件下，萃取率和萃取温度的关系见图1。由图1可知，当萃取温度超过45℃以后，随着萃取温度的上升，香樟叶精油萃取率突降。萃取温度越接近45℃，萃取率越大，这是由于升温引起萃取物扩散系数的增加不足以抵偿超临界CO2流体的溶解能力下降，总的结果是导致萃取率下降。因此，萃取温度以45℃为宜。

图1 萃取温度对萃取率的影响

2.1.2 萃取压力对萃取率的影响在萃取温度为45℃，萃取时间为90 min条件下，萃取率和萃取压力的关系见图2。由图2可知，当压力为20 MPa时，香樟叶精油萃取率最大，压力过低时，超临界CO2流体的渗透能力和溶解能力也较低，故萃取效果较差;压力过高时，扩散系数变小，且物料堆积紧密，难以渗透，故萃取效果也不好。因此，萃取压力以20 MPa为宜。

图2 萃取压力对萃取率的影响

2.1.3 萃取时间对萃取率的影响在萃取温度为45℃，萃取压力为20 MPa条件下，萃取率和萃取时间的关系见图3。由图3可知，随着萃取时间的增加，生姜精油萃取率逐渐增加;90 min以后，35 g香樟叶中的精油几乎已经萃取完全，延长时间萃取率增加甚微，而能耗增加较多。权衡工艺成本，故萃取时间以90 min为宜。

图3 萃取时间对萃取率的影响

2.2 正交试验结果在单因素试验结果基础上，设计三因素三水平正交试验，试验结果见表2。

从正交试验结果和极差分析[9]可以看出，三个因素对香樟叶精油萃取率的影响程度依次是:B＞C＞A，即萃取压力＞萃取时间＞萃取温度。超临界CO2萃取香樟叶精油的最佳组合为A3B1D3，即萃取温度45℃，萃取压力15 MPa，萃取时间为90 min。对正交试验结果进行方差分析(见表3)可知，B因素(即萃取压力)对萃取率的影响具有显著性。

表3 方差分析表

3 讨论

研究表明，超临界CO2流体萃取得到的精油，收率高，杂质含量低，色泽浅，而且在香樟叶精油的超临界流体萃取过程中，萃取压力的大小对萃取率的影响比较显著，必须严格控制萃取压力，以保证较高的萃取效率。本研究通过超临界CO2流体萃取得到的香樟叶精油萃取率为10.2%，虽然没有刘咏等[4]采用溶剂萃取法的萃取率(25.04%)高，但相比溶剂萃取法操作简单，杂质含量低，而且环境友好。同时，本研究获得的萃取率高于张炯炯等[10]采用水蒸汽蒸馏法提取樟树自然落叶得到的提取率(1.36%)。

另外，本研究未将粒度作为萃取率的影响因素加入正交试验因素当中，主要考虑到香樟叶片比较薄，经粉碎机粉碎会形成粉末，从而不符合超临界流体萃取装置的装样要求，并且粉碎过程中挥发性油脂容易散失。因此只是实验前将自然干燥的叶片做剪切处理，维持固定的叶片大小。优选的最佳萃取条件(萃取温度45℃，萃取压力15 MPa，萃取时间为90 min)中，萃取温度和萃取压力水平跨度略大，而且试验误差略大，且主要产生在萃取物的收集上，还有必要进一步优化，这也是本研究下一步有待解决的问题。

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