基于超临界CO2萃取技术萃取香茅精油的研究

魏岚，黄桂珍，郑婉榕

（闽西职业技术学院，福建 龙岩 364021）

0 引言

香茅又称为香茅草，属于禾本科，是常见的香草之一，因其具有柠檬香气，又被称为柠檬草。香茅精油是从香茅中提取的浓缩油，含有数百种物质，但是决定其香味特征的只有其中2～3种物质。香茅精油作为香料可以添加到香水中，作为天然防腐剂在食品中添加用于抑制黄曲霉菌类真菌[1]，在医药中作为中间体药物用于制备抗抑郁、抗肿瘤等[2]。香茅精油同时具有驱蚊虫作用，是驱虫剂的主要来源。研究表明，香茅精油单独使用或与其他商业驱蚊产品联合使用，驱蚊效果提高明显，可持续驱蚊2h以上。此外，香茅精油还有其他作用，如控制牛蜱、阻止红粉甲虫对麦片和小麦胚芽的侵害。香茅精油中最重要的活性成分是香茅醛、丁香酚、香叶醇和柠檬烯，这4种化学成分是决定香茅精油用途的关键成分[3-5]。

香茅精油的提取主要有水馏法和超临界CO2萃取法，Reis课题组[6]研究了不同温度（323.15 K、333.15 K、343.15 K）干燥对水馏法提取香茅精油组成的影响，结果表明，香茅精油组分含量略有变化，但主要成分没有影响。以提取的香茅精油质量与实验中使用的香茅初始质量之比为标准，提取率约为9.4%。近年来，超临界流体（SCFs）技术广泛应用于植物中化合物的提取，该技术相比传统提取技术具有很多优势，如可在较低温度下进行提取，避免了有效成分的分解；超临界流体可以多次循环使用，产品解析方便，可增加效能等。王勇课题组[7]利用超临界CO2流体提取技术从香茅精油中提取有效物质，表明该技术具有更高的提取率和提取效率。因此，本实验采用超临界CO2流体技术对香茅精油进行提取研究。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验采用香茅产自福建省厦门市翔安区内厝镇鸿山村黄山前7号。

1.2 试剂与仪器

（1）试剂。甲醇（批号：201014，天津市康科德科技有限公司）。

（2）仪器。安捷伦气-质联用仪（型号：5975C-7890A，购自：美国Aglient）；超临界CO2萃取仪（购自：温州利捷机械有限公司）；旋转蒸发仪（型号：zfy-1L，购自郑州长城科工贸有限公司）。

1.3 方法

将20.0 g香茅草粉末加入到42.0 cm3的不锈钢临界CO2萃取池中，实验装置流程图见图1。实验程序从调节加热浴的温度开始。实验过程采用半批式进行，二氧化碳以0.155 cm3/s的体积流量进料，萃取时间为3600 s。当泵达到所需的压力和系统稳定在稳态模式，提取开始与取样，使用微米阀。油收集在15.0 cm3的管中。

图1 实验装置流程图

在高压泵扬程上放置盐冰浴（温度为263.15 K），以确保溶剂处于液体状态。

萃取油在分析天平上称量，精密度为1×10-4g。

温度为313.15、313.15和353.15 K，压力为6.2、10.0、15.0和18.0 MPa。

1.4 色谱分析

采用气相色谱和质谱联用Wiley 275库对超临界流体萃取得到的提取物进行分析。采用DB-5毛细管柱DB-5，温度限制在213.15～598.15 K。载气流量为1.0 mL/min，温度设置为353.15～573.15 K，温度为279.15 K/min，检测器温度为583.15 K。

2 结果与分析

如表1所示，精油得率表示为萃取油的质量与输入萃取器的叶片质量的比值。在353.15K和18.0 MPa的压力下，产率最佳值为2.22%。在使用超临界二氧化碳的过程中，提取物没有残留溶剂，证明该技术提取的香茅精油质量高于传统提取方式。

表1 萃取质量（ME）和萃取量（Y）与温度（T）和压力（P）的关系

萃取过程中所消耗的溶剂量可以通过萃取油质量与二氧化碳消耗质量ME/MCO2的比值来计算和验证。这个变量为操作溶解度。表2说明提取精油的质量（ME）和消耗的二氧化碳量是正比关系，ME/MCO2比率也受到溶剂密度变化的影响。从表2可以看出，随着CO2浓度的增加，精油提取质量增加。在313.15 K和333.15 K的萃取曲线中可以观察到一种交叉效应，这是由于溶质蒸气压的增加与CO2密度的降低形成对比。

表2 ME/MCO2随溶剂密度的变化

在353.15 K时，没有观察到相同的现象，这表明随着温度的升高，精油的其他组分正在溶解。但其他化学成分的增溶作用可能会抑制挥发油的提取或改变挥发油的原始特性。见图2。

图2 油萃取量和压力的关系

当压力高于10.0 MPa，香茅中会有更多的组分被提取。压力越大提取组分的数量会增加，颜色也随之变深，当压力为18.0MPa时精油颜色为黄色，而在65MPa时，颜色为绿色。见图3。

图3 ME/MCO2与二氧化碳密度的关系

图4为香茅精油在313.15K和62.0MPa条件下的色谱分析结果，比较了提取过程的选择性。对照数据库分析，其主要成分为香茅醛、香茅醇、香叶醇、丁子香酚、α-氨基酚、右旋大根香叶烯、β-瑟林烯、α-芹子烯、芹子醛等。结果表明，在较高的温度和压力下提取的挥发油具有较高的选择性。

图4 313.15K,62.0MPa超临界二氧化碳萃取挥发油的色谱图

3 结语

本以超临界二氧化碳萃取技术研究了香茅精油的提取。考察了不同的操作条件对香茅精油提取率和提取质量的影响，最佳工艺条件为353.15K、18.0MPa。实验结果表明，在较高的压力条件下，萃取精油的效率较高。在恒压条件下，萃取油量随压力的增加而增加，在恒定的温度，随温度的升高而增加。