超临界CO2流体萃取法和水蒸气蒸馏法对辛夷挥发油萃取率和萃取质量的比较

曹明卓 王亚君 王宪龄

1. 河南中医药大学科研实验中心，河南郑州 450046；2.郑州澍青高等医药专科学校，河南郑州 450064

辛夷是木兰科（Magnoliaceae）落叶乔木植物，俗称玉兰，望春玉兰等，其主要入药部位为其干燥花蕾。辛夷是一种传统名贵中药，辛夷挥发油含量较高，有文献报道可达3%～6%，其主要活性成分为新木脂素和木质素[1-2]，具有抗菌[3]、抗过敏[4-6]、改善记忆功能[7]及抗氧化[8]等作用，在临床主要用于治疗鼻炎、鼻塞、头痛等病症，挥发油呈透明的淡黄色，具有清香气味，除药用外还可作为的香精香料在食品、化妆品及香烟中广泛使用[9]，还可以作为促渗剂促进药物的透皮吸收[10]。目前中药挥发油的提取方法仍是以水蒸气蒸馏为主，但是水蒸气蒸馏法具有设备简单和操作方便的优点，但是其操作温度高，萃取时间长，易破环药材中的有效成分[11]，且其萃取的效率低。超临界CO2流体萃取技术是利用超临界流体具有液体的萃取能力（密度与液体接近），而具有气体的粘度（粘度与气体接近），在CO2临界点附近对压力和温度极其敏感的物理特性，通过改变温度或压力而改变溶质在溶剂中的溶解度实现其分离，具有操作温度低、时间短、绿色环保无污染、萃取效率高等优点[12]，但是其也存在着操作压力高且设备价格较昂贵的问题。本文采用两种方法来从辛夷中提取挥发油所，并对其萃取的辛夷挥发油从萃取效率和萃取质量进行比较分析，为辛夷挥发油的提取生产工艺提供一定的科学依据。

表1 水蒸汽蒸馏法中料液比、浸泡时间、提取时间对辛夷挥发油萃取率的影响

1 材料与方法

1.1 实验材料

干燥花蕾1kg（购自河北楚风中药饮片有限公司），经河南中医药大学陈随清教授鉴定为木兰科植物望春玉兰。

1.2 设备与试剂

仪器：Speed 2 型CO2超临界萃取仪（美国ASI公司），LT1002E型普通电子天平（赛多利斯），FA2204B万分之一分析天平（赛多利斯），ZNHW智能恒温电热套（郑州爱博特科技公司），挥发油提取器，SB-25-12DT超声清洗仪（江苏赛飞），DZF-6210真空干燥箱（苏州江东精密仪器）等。

试剂：蒸馏水（自制），甲醇、乙醇、无水硫酸钠、石油醚等（均购自天津市富鑫商贸有限公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 原材料处理 取一定量辛夷置于真空干燥器中干燥10h，30℃，干燥后进行粉碎，过20 ～ 40目筛，将过筛后药材放置4℃冰箱中备用。

1.3.2 水蒸气蒸馏法提取辛夷 每次称取过筛后的辛夷约为30.0g，置于1000mL圆底烧瓶中，加入几粒沸石，振荡混匀后，连接挥发油提取装置，加热回流。按照三因素三个水平设计正交实验（见表1），并按照设计的方案萃取一定时间后，冷却提取液，每次用5mL石油醚萃取提取液，共萃取三次，收集萃取液置于50mL的圆底烧瓶中，再用无水硫酸钠冷藏过夜。减压过滤，将滤液减压蒸发，得浅黄色辛夷挥发油，称重计算收率，并对挥发油的色泽和香味进行分级。

1.3.3 超临界CO2流体萃取技术 用甲醇将超临界萃取仪的萃取釜和管道清洗干净，干燥。每次称取约12g过筛后的辛夷，置于50mL的萃取釜中，主要考察萃取温度、萃取压力和萃取时间三个因素（见表2～4），进行静态萃取，CO2流量为25kg/h。萃取后收集挥发油，称重并计算收率，并对挥发油的色泽和香味进行分级。

1.3.4 辛夷挥发油萃取率的计算 挥发油萃取率%= 挥发油重量/辛夷原料总重量×100%。

1.3.5 辛夷挥发油的色泽和香味分级 将各个水平上得到的挥发油进行色泽和香味的分级，将色泽分为二级，颜色浅为Ⅰ级，颜色深为Ⅱ级，香味分为三级，最香为Ⅰ级，其次为Ⅱ级，最差为Ⅲ级。

2 结果与分析

2.1 水蒸气蒸馏法的萃取率

料液比、浸泡时间、萃取时间：适宜的料液比可有效增加物料与溶剂的接触面积，浸泡时间和萃取时间决定有效成分是否萃取完全。以料液比、浸泡时间、萃取时间设计三因素三水平正交试验，实验分为九组，以挥发油的萃取率和萃取质量为考察指标。实验方案及结果如表1所示。

由表1可知，R1极值料液比＞提取时间＞浸泡时间（0.166＞0.087＞0.032），即浸泡时间对实验的影响最小，料液比对实验的影响最大。水蒸汽蒸馏法确定的辛夷挥发油的最佳提取条件为：料液比1：15，浸泡时间1h，提取时间2h。平均萃取率为1.376%。采用水蒸气蒸馏萃取的辛夷挥发油在色泽和香味上均比超临界萃取的稍差，尤其是香味，超临界萃取的香味会更加持久和浓郁。

表2 萃取温度的影响

表4 正交试验考察萃取压力、温度和时间对辛夷挥发油提取率的影响

2.2 超临界CO2流体萃取法

2.2.1 温度 在一定的超临界压力下，升高温度可以增加被萃取物的挥发性，提高萃取率。当温度升高到某一值以上，由于超临界流体的密度降低，溶解能力也随之下降，导致萃取量减少。由表2及图1可知在压力为14mPa、提取时间为9h时，当温度为35℃为辛夷的最适提取温度。

图1 萃取温度对萃取率的影响

2.2.2 萃取压力 在一定的温度下，随着压力的增大，超临界流体的密度增加，溶质在溶剂中的溶解度也随之增加，在一定程度上可提高萃取率。但是，压力的增大对设备和操作技术的要求也提高了，增加了投资成本。由表3及图2可知当提取时间为9h、温度为35℃时，随着萃取压力的升高，萃取率先升高再下降，辛夷挥发油的最佳萃取压力为14mPa。

表3 萃取压力的影响

图2 萃取压力对萃取率的影响

2.2.3 正交试验优化萃取条件 在2.2.1和2.2.2节操作的基础上，又对辛夷挥发油提取的条件进行了优化。设计三因素三水平正交试验，考察温度、压力和萃取时间对辛夷挥发油提取的影响，实验分为九组。其中萃取温度为30、35、40℃，提取压力为12、14、16mPa，萃取时间为 1、1.5、2h。实验结果见表4。

由表4可以看出，R2值 萃取温度＞萃取压力＞萃取时间（0.108＞0.065＞0.056），即萃取温度对萃取率影响最大，萃取时间对萃取率影响最小。超临界CO2流体萃取辛夷挥发油的最佳提取条件为：温度35℃，压力14mPa，萃取时间1h，三次平行实验平均提取率为5.148%。

3 讨论

在本实验中，采用正交实验法研究了水蒸气蒸馏法和超临界CO2流体萃取技术对辛夷挥发油的提取，快速准确的确定了两种方法对挥发油萃取的最佳提取条件。水蒸气蒸馏最佳萃取条件为：料液比1：10，浸泡时间1h，提取时间2h，超临界CO2流体萃取法的最佳萃取条件为：温度35℃，压力14mPa，萃取时间1h。水蒸气蒸馏法所萃取的挥发油为淡黄色油状液体，平均萃取率为1.376%，而超临界CO2流体萃取法所萃取的挥发油为棕黄色，不仅颜色较前者深，而且在最佳实验条件下的挥发油萃取率是水蒸气蒸馏法的3倍，在最佳操作条件下平均萃取率为5.148%，而且采用超临界萃取得到的产物香味更加浓郁和持久，在超临界萃取中，整个实验室都充满的辛夷的香味。

水蒸气蒸馏法和CO2流体萃取法所提取的挥发油中，主要成分均为烯萜类化合物[13-14]及其含氧衍生物，有实验结果表明二者所萃取的挥发油成分具有明显差异[15]，采用超临界萃取法提取的挥发油在抗菌性能和抗氧化性能上均有更佳的作用效果[7]。水蒸气蒸馏法是在130℃的条件下萃取挥发油，温度高于超临界CO2流体萃取的条件，且提取时间较长，易导致部分挥发油的逸出和不稳定性成分分解，萃取出来的挥发油成分量少而且质量比较差。而超临界CO2流体在低温密闭条件下操作，挥发油成分萃取较完全，降低了易氧化物质分解的几率，萃取出来的挥发油质量较佳。因此超临界CO2流体有利于对低沸点、脂溶性、热敏性物质的提取，所萃取的辛夷挥发油色泽更亮，出油率也显著性的提高，在挥发油萃取中更优于水蒸气蒸馏法。本实验对两种方法所提取的挥发油在过敏性鼻炎和过敏性哮喘需要进一步的比较分析。