葫芦巴净油的超临界CO2萃取工艺及成分研究

李源栋，黄 艳，朱保昆，刘秀明，廖头根，卢真保，王明锋

（1.云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南 昆明 650202；2.广州华芳烟用香料有限公司，广东 广州 510530）

葫芦巴净油的超临界CO2萃取工艺及成分研究

李源栋1，黄 艳2，朱保昆1，刘秀明1，廖头根1，卢真保2，王明锋1

（1.云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南 昆明 650202；2.广州华芳烟用香料有限公司，广东 广州 510530）

通过正交试验法考察了超临界CO2萃取葫芦巴净油中，萃取压力、萃取温度、萃取时间对萃取率的影响。结果表明，各因素的影响顺序为：萃取压力＞萃取温度＞萃取时间；萃取的最佳工艺条件为：萃取压力35MPa，萃取温度45℃，萃取时间2.0h。此条件下葫芦巴净油得率可达2.81%。葫芦巴净油经气相色谱-质谱联用仪鉴定出36个化合物，其含量占总挥发性物质总量的82.19%。

葫芦巴；净油；超临界CO2萃取；GC-MS

葫芦巴为豆科植物葫芦巴属葫芦巴(Trigonellafoenun-graecu L)的种子，又名芸香草、香草、苦草、苦朵菜、香苜蓿等，为豆科一年生草本植物，全株有香气，在我国分布于西藏、宁夏、甘肃、安徽、四川等地[1]。葫芦巴既是一种保健性中药材，又可作为烹饪用蔬菜[2]。目前，关于葫芦巴挥发油成分分析、生药学、临床等方面已有相关文献报道[3-7]，但对于超临界萃取葫芦巴净油未见报道。本研究采用超临界CO2萃取葫芦巴净油，探讨其萃取压力、温度、时间、挟带剂用量等对提取效果的影响，旨在获取最佳的萃取工艺，为超临界CO2萃取技术应用于葫芦巴净油提取提供理论基础和科学依据，为规模化生产提供参考数据。下保压30min，而后转移至烤箱中150℃烘烤20min，待降至室温用粉碎机粉碎，并过0.25mm筛去除大颗粒。

1.2.2 净油萃取工艺流程

准确称取一定质量葫芦巴粉置于超临界装置萃取釜中，固定分离釜的压力为5MPa，分离釜温度为45℃，待萃取温度达到指定的温度后开始进行萃取实验，萃取结束后收集分离釜所得净油，净油得率的计算公式如下：

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

葫芦巴种子，采自安徽泗县。

HA121-50-01-C型 超 临 界CO2萃 取 仪，PHILIPS HR 2890/B破碎机，S-FL-085-09-W 高静压液压试验机（含液压柜），7890A气相色谱- 5975C质谱联用仪。

1.2 实验方法

1.2.1 葫芦巴粉的制备

取一定量葫芦巴，置于高静压液压机中500MPa

1.2.3 气相色谱及质谱条件

气相色谱条件为：HP-INNOWAX柱（30m× 0.25mm×0.25μm），进样口温度250℃；程序升温：40℃保持3min，然后3℃·min-1升温至100℃，然后2℃·min-1升温至250℃，并保持15min。以高纯度氦气为载体，流速为1.0mL·min-1。

质谱条件为：气质接口温度250℃，离子化能量为70eV，质谱范围35～335a.m.u，电子放大电压1800V。对所获得的色谱图采用Nist14谱库检索定性，结合有关文献，确认其各化学成分。

2 结果与分析

2.1 萃取条件对净油得率的影响

2.1.1 萃取压力对葫芦巴净油得率的影响

称取葫芦巴粉100g，萃取温度35℃，萃取时间120min，考察萃取压力对葫芦巴净油萃取率的影响，结果如图1所示。

图1 萃取压力对葫芦巴净油得率的影响Fig.1 The effects of extraction pressure on extraction rate of absolute oil of fenugreek

由图1可以看出，净油得率随着萃取压力的升高而增大。压力由20MPa上升到35MPa时，净油得率显著增加；而压力由35MPa上升到40MPa时，净油得率增加缓慢，表明随着萃取压力的增加，CO2密度逐渐增大，溶解能力增强，但二者并非呈线性关系，当压力增大到一定程度时，CO2溶解能力增加平缓，净油在其中的溶解也趋于饱和，净油的得率增加缓慢。因此，萃取压力选择35MPa较佳。

2.1.2 萃取温度对葫芦巴净油得率的影响

称取葫芦巴粉100g，萃取压力35MPa，萃取时间120min，考察萃取温度对葫芦巴净油萃取率的影响，结果如图2所示。

图2 萃取温度对葫芦巴净油得率的影响Fig.2 The effects of extraction temperature on extraction rate of absolute oil of fenugreek

由图2可以看出，当萃取温度从35℃上升到45℃时，净油得率不断增大；而当温度由45℃上升到55℃，净油得率逐渐下降。表明在35～45℃温度范围内，主导因素是温度升高引起的流体传质速率加快和净油组分扩散系数的增大；而在45～55℃温度范围内，主导因素是温度升高引起CO2流体密度下降，降低了其对净油组分的溶解能力。因此萃取温度选择45℃较佳。

2.1.3 萃取时间对葫芦巴净油得率的影响

称取葫芦巴粉100g，萃取压力35MPa，萃取温度45℃，考察萃取时间对葫芦巴净油萃取率的影响，结果如图3所示。

图3 不同萃取时间对葫芦巴净油得率的影响Fig.3 The effects of extraction time on extraction rate of absolute oil of fenugreek

从图3可以看出，净油得率随萃取时间的延长而增大，但萃取时间到达2h后，净油得率已增长缓慢，表明净油组分基本上已完全转移至CO2流体当中，再延长萃取时间，对净油得率影响不大。因此，萃取时间选取2h较佳。

2.2 正交试验

根据单因素实验结果，对萃取温度、萃取压力、萃取时间三因素各取三水平，采用L9(34)表进行正交实验。以葫芦巴净油的含量为考察指标，实验因素水平设计见表1，正交试验结果见表2，方差分析结果见表3。

由表2和表3可知，各因素对葫芦巴净油提取工艺影响的大小为：萃取压力（A）＞萃取温度（B）＞提取时间（C），其中萃取压力对提取效果的影响最大，而提取时间对提取效果的影响最小。在实验范围内，最佳工艺组合是A2B2C3，其净油得率为2.83%，但其与单因素试验组A2B2C2的净油得率2.81%相差不大，而萃取时间却有所增加，故以A2B2C2为最终的优选工艺组合，即萃取压力为35MPa，萃取温度45℃，提取时间2.0h。

表1 正交试验设计因素及水平Table 1 Factors and levels in experiment

表3 方差分析Table 3 Analysis of variance

表2 正交试验结果与分析Table 2 Result and analysis of orthogonal experiment

2.3 GC-MS分析结果

对超临界CO2萃取的葫芦巴净油进行GC-MS分析，总离子流图如图4所示。经解析并与计算机标准图谱对照，同时参考相关文献，结果如表4所示。超临界CO2萃取的葫芦巴净油经GC-MS分析，共鉴定出化学成分36种，占挥发性物质总量的82.19%，主要的成分为葫芦巴内酯、亚油酸乙酯、乙酸、亚油酸及糠醇等。各类化合物可分为7类，其中有机酸类共11种，占挥发油含量的32.53%，其中相对含量较高的为亚油酸（12.27%）及乙酸（7.03%）；酯类10种，占挥发油含量的26.35%，其中含量较高的为葫芦巴内酯（12.74%）；醇类1种，占挥发油含量的6.47%；酮类6种，占挥发油含量的5.66%；醛类2种，占挥发油含量的5.62%；酚类3种，占挥发油含量的1.21%；杂环3种，占挥发油含量的4.35%。

图4 超临界CO2萃取葫芦巴净油总离子流色谱图Fig.4 TIC profile of volatile compounds in absolute oil of fenugreek

表4 葫芦巴净油中挥发性物质组分及相对含量Table 4 Composition of volatile compounds in absolute oil of fenugreek and their relative contents

3 结论

1）影响超临界CO2萃取葫芦巴净油萃取率的主要因素，是萃取压力(A)、萃取温度(B)、萃取时间(C)，其影响力依次为A＞B＞C；

2）超临界CO2萃取葫芦巴净油的最佳工艺参数是：萃取压力35MPa、萃取温度45℃、萃取时间2.0h，葫芦巴净油萃取率为2.81%；

3）采用超临界CO2萃取法并结合GC-MS联用仪分析葫芦巴净油，鉴定出36个香气成分，占挥发性物质总量的82.19%，其中特征性香气组分葫芦巴内酯含量最高，达12.74%。

[1] 王雅，赵萍，任海伟，等.微波辅助萃取葫芦巴茎叶挥发油工艺优化及抗氧化性研究[J].食品科学，2010，31(18)：120-123.

[2] 于忠香.芳香特菜葫芦巴[J].北京农业，2003(10)：4.

[3] 黄述州，李程碑，杨俊伟，等.葫芦巴挥发油成分的GC-MS质谱分析[J].应用化工，2013，42(11)：2094-2096.

[4] 陈燕，德吉，刘倩伶，等.葫芦巴果实中鬼臼毒素的鉴别和含量测定[J].华西药学杂志，2009，24(1)：93-94.

[5] 冉先德.中华药海[M].哈尔滨：哈尔滨出版社，1993：1467.

[6] 武菲，付玉杰.葫芦巴碱在植物体内的生理功能[J].安徽农业科学，2012，40(10)：5876-5878.

[7] 孙彦君，周巍，陈虹，等.葫芦巴及浸膏片中黄酮含量的测定[J].沈阳药科大学学报，2012，29(3)：185-189.

Supercritical Fluid Carbon Dioxide Extraction and GC-MS Analysis of Absolute Oil of Fenugreek

LI Yuandong1, HUANG Yan2, ZHU Baokun1, LIU Xiuming1, LIAL Tougen1, LU Zhenbao2, WANG Mingfeng1
(1. Technology Center, China Tabacco Yunnan Industrial Co. Ltd.，Kunming 650231，China; 2. Huafang Tobacco Flavors LIC., Guangzhou 510530, China）

The orthogonal experiment was used to investigate the infl uence of extraction pressure, extraction temperature and extraction time on the extraction rate of absolute oil of fenugreek during the extraction of supercritical carbon dioxide. Results showed that the order of infl uences factors were: extraction pressure＞extraction temperature＞extraction time, the optimum technological conditions of extraction were as followed: extraction pressure 35MPa, extraction temperature 45℃, extracting time 2.0h. Under the conditions, the extraction rate of absolute oil of fenugreek reached 2.81%, and 36 component which composed of 82.19% of total absolute oil of fenugreek were identifi ed.

fenugreek; absolute oil; supercritical carbon dioxide extraction; GC-MS

TQ 028.3+2

A

1671-9905(2017)03-0008-04

中国烟草总公司科技重点项目（110201402036）；云南中烟工业有限责任公司科技项目基金资助项目（2016GY01）

李源栋（1985-），男，助理工程师，硕士，从事烟用香精香料研究工作

王明锋（1976-），高级工程师， 硕士，主要从事烟草化学方面的研究，E-mail:hhwangmf@139.com

2017-01-22