超临界CO2萃取斜叶黄檀精油工艺优化及精油成分分析

张苏慧 廖良坤 魏晓奕 崔丽虹 袁源 王绥鑫 万明正 李积华

摘 要 本研究采用超临界CO2萃取斜叶黄檀中的精油，并分析精油的挥发性成分，主要考察萃取压力、萃取温度和萃取时间对精油得率的影响，通过正交试验确定超临界CO2萃取精油的最佳工艺条件，并通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）检测斜叶黄檀精油中的主要挥发性成分。结果表明：超临界CO2萃取精油的最佳工艺条件为萃取温度75 ℃，萃取压力35 MPa，萃取时间4 h，在此条件下精油的得率为4.7573%；从斜叶黄檀精油中共鉴定出13种挥发性组分，主要成分是榄香素和甲基丁香酚，分别占92.33 %和3.18 %。

关键词 斜叶黄檀；精油；超临界CO2萃取；提取工艺优化；气相色谱质谱联用（GC-MS）

中图分类号 TS654.2 文献标识码 A

Abstract Supercritical CO2 was used to extract the essential oils from Dalbergia pinnata and the volatile components of the essential oils were analyzed. The effects of extraction pressure， extraction temperature and extraction time on the yield of essential oils were investigated， and the optimum process conditions for supercritical CO2 extraction of essential oils were determined by an orthogonal test. The main volatile components of the essential oil from D. pinnata were detected by gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）. The optimum process conditions for supercritical CO2 extraction of essential oils were as follows： extraction temperature 75 ℃， extraction pressure 35 MPa， extraction time 4 h， and the yield of essential oil was 4.7573%. Thirteen components were identified from the essential oils， and the main components were elemicin and methyl eugenol， and the percentages was 92.33% and 3.18%， respectively.

Key words Dalbergia pinnata； essential oil； supercritical CO2 extraction； extraction process optimization； gas chromatography-mass spectrometry （GC-MS）

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.04.029

降真香是一种多年生木质藤本植物斜叶黄檀和两粤黄檀受伤后所结的香料。目前，国内关于降真香植物的研究较少，多数将其误认为芸香科山油柑属植物降香，直至张丹雁等[1]利用基因鉴定技术将其鉴定为黄檀属植物斜叶黄檀和两粤黄檀。降真香一般结香时间较长，其结香原理同沉香类似，主要集中在受伤部位[2-4]。降真香精油是由珍贵的降真香木经过萃取后提炼而成的，是降真香的精华所在。斜叶黄檀作为降真香中的一种基木，近年来主要利用斜叶黄檀提炼降真香精油、用作香料及制作工艺品[5-6]。

植物精油的提取方法主要有水蒸气蒸馏法、有机溶剂萃取法、压榨法、超声波辅助萃取、分子蒸馏法、超临界流体萃取法和亚临界流体萃取等[7-12]。赵维波等[5]采用水蒸汽蒸馏法提取斜叶黄檀中的挥发油，并鉴定其中的主要挥发性成分及抗氧化活性，但无法有效萃取斜叶黄檀中的精油组分。超临界CO2萃取具有可室温操作、粘度小、扩散系数大、溶解力强等优点，能提取原料中绝大多数有效成分，保留精油的有效成分，且易与产品分离，减少溶剂残留造成的影响[13]。超临界提取法已成为提取精油的常用方法，主要利用压力和温度对超临界流体的特殊溶解能力进行萃取[14]。已有大量關于超临界CO2提取精油的研究，并采用GC-MS分析精油的主要成分[15-17]。Shahsavarpour等[18]采用超临界CO2提取薄荷精油，通过二阶式方程获得最佳提取条件，并分析精油的组成。但目前尚未见关于超临界CO2提取斜叶黄檀精油方面的研究报道。

本研究采用超临界CO2对斜叶黄檀精油进行提取，主要考察萃取压力、萃取温度及萃取时间对精油得率的影响，并通过正交试验优化精油的提取条件，最后利用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析精油中的主要挥发性成分。为降真香精油的工业化生产提供理论依据，完善其作为香料使用的相关资料。

1 材料与方法

1.1 材料

实验原料：斜叶黄檀，由海南景和农业开发有限公司提供。

仪器：超临界CO2流体萃取装置（美国ASI公司）；高纯二氧化碳（海南佳腾化工气体有限公司，纯度曒99.999%）；高纯氮气（海南佳腾化工气体有限公司，纯度曒99.999%）；Shimadzu QP2010-Plus气相色谱-质谱联用仪（日本岛津公司）。

1.2 方法

1.2.1 萃取精油工艺 将斜叶黄檀原料放于40 ℃烘箱中烘至恒重，用粉碎机粉碎后过40目筛备用。称取一定量粉碎后的原料（100 g）放入萃取斧中，将系统密封。设定所需温度、压力，开二氧化碳进气阀，开压缩机对体系进行加压，当压力、温度达到设定值时，开始计时并监测压力的变化。萃取结束后，开放料阀收集精油，并计算精油得率。

1.2.2 单因素试验 （1）萃取压力对精油得率的影响：固定萃取温度75 ℃，萃取时间2 h，选取压力分别为25、30、35、40、45 MPa，探究不同萃取压力对斜叶黄檀精油得率的影响。

（2）萃取温度对精油得率的影响：固定萃取压力35 MPa，萃取时间2 h，选定温度40、45、50、55、60、65、70、75、80 ℃，探究不同萃取温度对斜叶黄檀精油得率的影响。

（3）萃取时间对精油得率的影响：固定萃取压力35 MPa，萃取温度75 ℃，选定萃取时间分别为1、2、3、4、5 h，探究不同萃取时间对斜叶黄檀精油得率的影响。

1.2.3 正交试验 在进行萃取压力、萃取温度、萃取时间的单因素试验基础上，选出合适条件进行正交试验。本试验采取L9（33）正交设计，三因素分别为萃取压力、萃取温度、萃取时间，得到最佳提取条件。

1.2.4 精油挥发性成分分析 取10 ?L精油溶于1 mL氯仿中，用0.22 μm的膜过滤后进样检测。GC-MS 分析条件：在邓红梅等[19]方法上稍作修改。GC条件：Rtx-5MS石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm，日本岛津公司），80 ℃（2 min），4 ℃/min升至180 ℃（0 min），10 ℃/min升至250 ℃（5 min）；载气：He，进样口温度：280 ℃；进样量：1 ?L；分流比：50：1；MS条件：EI离子源；离子源温度：230 ℃；能量：70 eV；接口温度：250 ℃；溶剂延迟时间：3 min；扫描范围：35～500 amu。

1.3 数据处理

每个试验重复3次取平均，结果采用平均值±标准方差（SD）表示，化合物的相对含量采用峰面积归一化法计算，对照NIST08标准谱库进行检索，根据相似度及参考文献确定化合物。运用Origin 8.6作图软件作图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 萃取压力对精油得率的影响 压力增大时，超临界CO2的密度增大，萃取物的溶解度增大，但压力过大，使得CO2的密度过大，进而降低了CO2作为介质的传质效率，因此，萃取能力降低反而增大了设备的投资[2]。

当萃取温度和萃取时间一定时，萃取压力对精油得率的影响见图1。从图1可看出，萃取压力在25～40 Mpa之间时，降真香精油得率随着压力的升高先增加后降低，当萃取压力为35 MPa时，萃取得率达到最大值，为4.3890%。

2.1.2 萃取温度对精油得率的影响 萃取温度对精油得率呈现2个方面的影响，一方面随着萃取温度的提高，CO2流体的流动性增强，有利于精油的溶出；另一方面，温度过高对有机物的溶解能力降低反而降低萃取率[14]。由图2可知，在40～75 ℃时，萃取得率随温度的升高逐渐增加，之后随着温度的升高，得率明显降低，在75 ℃时萃取得率达到最大值，为4.3881%。

2.1.3 萃取时间对精油得率的影响 由图3可知，萃取时间在1～3 h时，随着萃取时间的延长精油得率逐渐增加；在3 h时，萃取得率达4.755 3%；在3～4 h之间时，萃取得率基本保持稳定；但4 h后，萃取得率没有明显增加反而稍有降低的趋势。此结果与贾秀艳[20]的研究结果一致，当萃取时间达到一定值后，继续延长萃取时间精油得率反而呈现降低的趋势。这可能是一定量原料中的含油量是一定的，当达到一定时间后精油得率就不再增加，且随着萃取时间的延长反而造成精油的损失[14， 21]。因此最佳萃取时间为3～4 h。

2.2 正交试验结果

在单因素试验的基础上进行正交试验，选取萃取压力、萃取温度和萃取时间为考察因素，以精油得率作为评价指标。正交试验见下表2。从表2看出，各因素对精油得率的影响为A>B>C，即萃取压力>萃取温度>萃取时间。最佳提取工艺为A2B2C3，即萃取压力为35 MPa，萃取温度为75 ℃，萃取时间为4 h，精油得率为4.757 3%。

2.3 斜叶黄檀精油挥发性成分分析

利用GC-MS对精油中的挥发性成分进行分析，并与标准谱库进行对比，结合相关文献确定精油的各组成成分，采用峰面积归一化法确定各物质的相对百分含量，结果见图4。

2.3.1 最优提取条件下精油挥发性成分分析 斜叶黄檀精油在最优条件下的挥发性成分见表4。与赵维波等[5]通过水蒸汽蒸馏法提取得到的精油成分进行比较，经超临界提取得到的精油中并未检测出水杨醛、芳樟醇、桂皮醛、卡拉烯、β-倍半水芹烯、β-古巴烯、雙环吉马烯、α-蛇床烯等物质，但多了4-烯丙基-2，6-二甲氧基苯酚等物质，主要成分榄香素所占比例高达92.33%，而赵维波等[5]检测得到的精油中榄香素含量为89.74%。本试验提取得到的精油中威士忌内酯和甲基丁香酚所占百分含量均高于赵维波的结果。故而推测原料来源、提取方法的不同都会影响精油中挥发性成分的差异性，但两者主要成分均是榄香素和甲基丁香酚。

2.3.2 不同压力下精油中挥发性成分的差异性 由表5可知，在不同压力（25、30、35、40 MPa）下，从斜叶黄檀精油中共分离出13种化合物，其中相对含量最高的物质是榄香素，其次是甲基丁香酚、4-烯丙基-2，6-二甲氧基苯酚和威士忌内酯。随着压力的升高，主要成分榄香素的含量在减少，但检测到的挥发性组分种类逐渐增加。且不同压力下挥发性成分的种类存在差异性，说明不同压力使得萃取出的精油成分存在差异性。在较高萃取压力（40 MPa）下，有四十四烷、二十烷及对苯二甲酸二辛酯等物质的检出，但榄香素的含量减少。可能是压力的升高，萃取出的物质种类不同，也有可能随着压力的升高使得榄香素分解为四十四烷、二十烷及对苯二甲酸二辛酯等物质，具体原因还有待进一步验证。

2.3.3 不同溫度对精油挥发性成分的差异性 在35 MPa压力时，不同温度提取精油中挥发性成分的种类及含量存在差异性，但不十分明显（表6）。在不同温度下均有榄香素、甲基丁香酚、4-烯丙基-2，6-二甲氧基苯酚及威士忌内酯等物质的溶出，但未检测到四十四烷、二十烷等物质，在80 ℃下有0.13%的对苯二甲酸二辛酯的溶出，说明该组分对温度的要求较高。

3 讨论

本研究对超临界二氧化碳提取斜叶黄檀精油进行分析，并采用GC-MS分析精油的主要成分。通过单因素和正交试验得到斜叶黄檀精油的最佳提取工艺为萃取压力35 MPa，萃取温度75 ℃，萃取时间4 h，精油得率为4.757 3%。而赵维波等[5]采用水蒸气蒸馏法提取得到的挥发油含量为1.31%，可见超临界提取得到的精油含量较高。利用GC-MS对提取得到的斜叶黄檀精油进行成分分析，共鉴定出13种化合物，压力和温度的变化不仅影响精油得率，而且对挥发性成分的种类及含量也会有影响，检测到主要成分为榄香素，其次是甲基丁香酚和4-烯丙基-2，6-二甲氧基苯酚。榄香素有较强的催眠、驱蚊杀虫、抗真菌、抗肺炎等作用；甲基丁香酚具有降压、抗氧化、抑菌等作用[22]；4-烯丙基-2，6-二甲氧基苯酚具有抑制脂质过氧化作用，且具有清除自由基等抗氧化作用[23]；威士忌内酯具有较强的抑菌、抗炎及抗氧化等作用，可用于糖果、饼干等各类食品的食用香料[5]。由于斜叶黄檀精油中主要成分具有功能活性，故可作为一种安神、抗氧化、抑菌、抗炎等药物的原材料，也为后续精油的功能活性研究提供一定的理论基础。

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