超临界CO2和微波辅助萃取佩兰挥发油工艺的研究

　　摘要：本文通过超临界CO2萃取均匀设计实验和微波诱导萃取佩兰挥发油的正交实验比较，考察影响提取的主要因素，寻求最佳萃取工艺。超临界C02萃取最佳工艺条件为：萃取压力l5MPa，萃取温度32℃，C02流量20kg／h和时间80min，得率2.71％：微波萃取最佳工艺条件为：辐射功率720W，辐射时间160s，溶剂量30Oml，洗涤剂量30ml，得率3.76％。水蒸馏法提取率为O.76％。结果表明超临界C02和水蒸馏法萃取佩兰挥发油品质最好； 微波萃取收率最高，但品质较差。
关键词：佩兰；挥发油；超临界CO2萃取；微波萃取
佩兰为菊科植物佩兰(Eupatorium fortunei Turcz．)的干燥地上部分。为中医临床常用药之一， 在我国分布极广，全国各地均产。佩兰挥发油具有祛痰和消炎作用，对流感病毒有直接抑制作用， 临床报道使用佩兰水蒸馏液治夏季感冒疗效较好，单方佩兰治疗慢性气管炎有一定疗效。鉴于佩兰挥发油是其主要有效成分，利用超临界CO2和微波诱导萃取挥发油的研究也未见报道，本文通过利用超临界CO2萃取佩兰挥发油的均匀设计实验和利用微波诱导萃取的正交实验的比较，考察了影响提取的主要因素， 寻求最佳萃取工艺。为更好地开发利用我国现有资源及超临界CO2和微波诱导萃取佩兰挥发油技术在工业上的应用提供实验基础。
1 材料与方法
l.1 实验仪器与材料
l.1．1 材料
佩兰干品购自于湖南邵东廉桥。用刀切碎，粉碎成粉末状(50目)样品。CO2为食品级。石油醚(60～90℃)。
l.1．2 主要仪器与试剂
HA221-50-06超临界萃取装置 江苏南通华安超临界萃取有限公司：瑞士BUCH公司HE-250型旋转蒸发器；微波萃取器 自制。所用试剂均为分析纯。
1．2 实验方法
1．2．1 水蒸气蒸馏法
将佩兰300g装入挥发油提取器中，加水蒸馏6h，收集挥发油， 称重。
1．2．2 微波萃取法
将佩兰样品准确称量40g，装入烧瓶中，加入100ml石油醚，放入微波炉辐射40s后，取出冷却到室温，倒出溶液(注意不要将物料倒出)。再加新鲜的石油醚，重新放入微波炉中辐射40s。重复以上步骤直至辐射时间累积到所定时间。用石油醚洗涤烧瓶的残渣，将所提溶液过滤于一烧瓶中，减压蒸馏后，用无水Na2SO4 干燥24h，称重。
l.2．3 实验设计
以萃取辐射时间，微波功率，溶剂的用量和洗涤溶剂用量四因素为变量。进行四因素三水正交试验。
以萃取辐射时间，微波功率，溶剂的用量和洗涤溶剂用量四因素为变量，对实验数据进行处理得到最佳工艺条件后，再在此条件进行佩兰微波萃取实验，得出最佳条件下的萃取率，以验证数据处理所得结果。
1．2．4 超临界CO：萃取法
设定分离I的压力7~8MPa，温度60℃。分离II的压力4～6MPa，35℃ 。准确称取佩兰230g，装入1L的萃取罐内，超临界CO2萃取。在2h内，每20min收集提取物，称其重量， 计算萃取率。
1．2．5 实验设计
以萃取温度，萃取压力，CO2流量三个因素为变量进行三因素七水平的均匀设计实验。
以萃取压力，温度和CO2流量三因素为变量，对实验数据进行处理得到最佳工艺条件后，再以此条件进行佩兰超临界流体萃取实验，得出最佳条件下的萃取率， 以验证数据处理所得结果。
2 结果与讨论
2．1 水蒸气蒸馏法
将佩兰300g装入提取器中，加水蒸馏6h，收集挥发油并称重为2.3g，收率为0.76％。挥发油淡黄色，具有特殊香味。
2．2 微波萃取结果与数据处理
用正交实验对微波萃取佩兰挥发油工艺参数的优化。从正交实验分析结果可知，微波功率，溶剂量，洗涤剂量和辐射时间四因素提取率的离差值分别为0.67、0.31、0.27和0.18，表明前三者影响较大，结果顺序为： 微波功率>溶剂量>洗涤剂量>辐射时间。微波功率对挥发油萃取率影响最大。用微波提取佩兰挥发油的最佳提取工艺为：辐射时间160s，微波功率720W，溶剂用量300ml，洗涤溶剂用量30ml。我们在最佳条件下做了3次追加验证实验，相应得提取率分别为3.79％、3.83％、3.65％ ，其均值为3.76％。
2.3 超临界萃取结果与数据处理
我们用SAS软件对其均匀设计实验数据进行了回归分析。通过SAS软件回归的数学模型为Y=3.5827—0.0523X2一0.0024X1×X1+0.0023X1× X2，由表的方差分析看出R的平方=93.69％，三项的T统计量分别为一4.0089、一5.7558、4.6029，相应的P值分别为0.0278、0.0104、0.0193，均非常显著。通过残差分析，未发现异常，模型被接受。在模型中，因素X3，没有出现，可能是实验次数太少的原因，或者实验时对X3所取的水平不适当，导致这个变量在该试验区域内对收率的影响不显著(X1：萃取压力，X2：萃取温度，X3：CO2流量)。对此模型进行分析，通过配方法确定其最佳工艺条件为：X1=15MPa、X2=32℃ 、Y=2.74％，从分析可以得X3=20kg／h，为了进一步验证此结果的准确性，我们在最佳条件下做了3次追加验证实验，相应得提取率分别为2.7l％、2.72％ 和2.70％，其均值为2.71％，与预报值2.74％ 相距不远，表明模型比较符合实际情形。从而进一步证实此结果的正确性。所以，超临界萃取细辛挥发油的最佳工艺条件为：萃取压力15MPa萃取温度32℃流量20kg／h。
2．4 超临界萃取时间对萃取率的影响
随着时间增加逐渐增大。可知，本实验在进行均匀实验的过程中，每一实验均隔20min取样一次，前三次60min取样会得到较多的萃取物，第四次80min取样就较少， 以后几乎无产物萃出。在最佳备件下进行佩兰挥发油提取，每隔20min取一次，取样六次，在80min时产物几乎萃取完全， 时间再增加出料也甚少，为了提高效率，节省能源，所以萃取时间以80min为宜。
2．5 CO2流量对萃取率的影响
CO2流量是实际生产中必须十分重视的一个参数。动态萃取CO2流量大时，相当于萃取剂与被萃取物有较大比值，有利于被萃取物从物料中向超临界流体中扩散。可知，在8Omin的萃取时间内，CO2流量增大，萃取率增高，但在CO2流量20kg／h时，萃取率急剧下降，到C02流量40kg／h时又急剧上升，可能与CO2流速过快与物料接触不充分所至，以及在此流量下，被萃取物未来得及在解析釜中析出就被冲回萃取釜而使收率下降。综合考虑，本实验选用每230g原料，CO：流量为20kg／h。
所以， 超临界萃取佩兰挥发油的最佳工艺条件为：萃取压力15MP，萃取温度32℃，流量20kg／h，萃取时间80min。
2．6 不同提取方法对萃取率的影响
超临界CO2萃取和水蒸汽蒸馏提取佩兰挥发油在外观性状上都优于微波萃取的，微波萃取收率高，时间短。超临界率较之传统水蒸气蒸馏萃取方法已经有很大的提高，品质较好，适合萃取品质要求高的挥发油。而且不存在有机溶剂残留所带来的一系列问题。
3 讨论
3．1 挥发油组分比较复杂，对于不同组分，其最佳条件也不同。超临界CO2萃取佩兰挥发油的最佳条件为萃取压力15MPa，萃取温度32℃，流量20kg／h：解析釜I压力7～8MPa，温度60℃； 解析釜II压力4～6MPa，35℃萃取时间以为80min， 其提取率为2.71％ 。
3．2 微波提取佩兰挥发油的最佳提取工艺为：辐射时间160s，微波功率720W ，溶剂量300ml，洗涤剂量3Oml，其提取率为3.76％。
3.3 微波萃取收率很高，约为水蒸汽蒸馏的5倍，且萃取时间短，工艺简单，但外观品质略差，可能含有杂质。超临界萃取佩兰挥发油收率较微波萃取稍低，约为水蒸汽蒸馏的3.6倍，外观品质与水蒸汽蒸馏的相仿， 品质较优r其三种工艺提取的挥发油成分分析另发表)。
3．4 超临界萃取技术和微波辅助萃取技术提取佩兰挥发油尚未见报道，本实验结果表明采用上述两种方法提取佩兰挥发油是可行的，微波辅助萃取佩兰挥发油仅为初探， 应进一步研究， 提高品质。