全 文 ：　　　　 　　天然产物研究与开发　 　　　　　
　　　　　　　　　　 NATURAL PRODUCT RESEARCH AND DEVELOPMENT 2005　Vol.17　No.2
　
　
　
　
　　收稿日期:2004-07-07　　　接受日期:2004-11-19
　　基金项目:国家“ 863”科技攻关项目(2001AA246016);国家“十
五”科技攻关项目(2002BA516A04)
　＊通讯作者 Tel:86-29-87091884;E-mail:chenanl@sohu.com
砂地柏种子油超临界 CO2萃取技术研究
李广泽 ,陈安良＊ ,冯俊涛 ,马志卿 ,何　军 ,张　兴
(西北农林科技大学无公害农药研究服务中心 , 杨凌 712100)
摘　要:砂地柏(Sabina vulgaris Ant.)种子油是该植物主要的杀虫 、杀菌活性组分。通过对砂地柏种子油的超临
界 CO2 萃取工艺进行研究 ,得出较适宜的工艺条件为:采用先静态后动态的萃取方式 , 静态萃取时间 10 min;动
态萃取条件为 ,萃取压力7000 psi ,萃取温度 65 ℃, CO2 流量为40 mL/g;限流管温度80 ℃, 用石油醚(沸程 60～ 90
℃)接受。初步认为 SC-CO2 萃取砂地柏种子油优于常规提取方法。同时对该技术工业化应用前景和可行性进
行了分析探讨。
关键词:砂地柏;种子油;砂地柏精油;超临界 CO2萃取
中图分类号:R284.2;TQ028.3+2　　　
Studies on the Supercritical CO2 Extraction Techniques of
Seed Oil from Sabina vulgaris
LI Guang-ze ,CHEN An-liang＊ ,FENG Jun-tao ,MA Zhi-qing ,HE Jun ,ZHANG Xing
(Research &Development Center of Biorational Pesticides , Northwest Sci-tech University of Agriculture and Forestry ,
Yangling 712100 , China)
Abstract:Sabina vulgaris is one of novel insecticidal and fungicidal plant found in China.Seed oil is its main active substance.
Studied with the supercritical CO2 extraction techniques on seed oil from the plant , the suit technology conditions was obtained
as:firstly static extracting 10 min then turn to dynamic doing , the best dynamic extraction conditions is 7000 psi pressure , 65 ℃
temperature and 40 mL/g CO2 , 80 ℃ temperature of Coaxial Heater Capillary Restrictor , received and solved by petroleum
ether.Applying SC-CO2 extracting oil from the seeds has many evident advantages contrasting with conventional methods.These
features make it possible to industrially develop in future.
Key words:Sabina vulgaris Ant.;seed oil;essential oil;supercritical CO2 extraction
　　砂地柏(Sabina vulgaris Ant.)为柏科(Cupres-
saceae)圆柏属(Sabina)常绿匍匐灌木 ,亦称沙地柏 、
叉子圆柏 、臭柏 、新疆圆柏及爬地柏等。张兴 ,冯俊
涛[ 1 ,2]等首先发现并报道了砂地柏优异的杀虫 、杀
菌作用 ,研究证实砂地柏种子中的精油类物质是砂
地柏的主要活性组份[ 3] 。
超临界流体萃取技术因具有快速简便 、无污染 、
萃取精确易控及不改变萃取物性质等优点[ 4 ,5] ,在
发达国家的香料 、食品 、石油等产业领域得到广泛应
用 ,近年来我国也开展了此领域的研究和产业开发 ,
取得了较大的进展[ 6] 。
砂地柏种子油多含一些热敏性 、低沸点化合
物[ 3] ,常规提取法易造成成分分解 、挥发散失 ,同时
也具有提取时间长 、溶剂消耗量大及能耗大等缺点。
鉴于此 ,笔者对砂地柏种子油的超临界 CO2(SC-
CO2)提取工艺进行了研究 ,并将其与传统提取法进
行比较 、分析 ,探讨其优缺点及产业化可行性。
1　材料与方法
1.1　供试植物材料
　　砂地柏种子 , 2002年 11月采自甘肃张掖 , 60 ℃
烘干 ,粉碎后过 30目筛。
1.2　试虫
　　家蝇(Musca domestica L.)从中国军事医学科学
院引种的无菌蝇 ,在西北农林科技大学无公害农药
206
DOI :10.16333/j.1001-6880.2005.02.023
研究服务中心养虫室(培养温度:25±1 ℃,相对湿
度:70 ～ 80%;光照:12h L/12h D)饲养 。试验时取羽
化3 ～ 6 d的生长发育状态一致健康成虫供试;
1.3　仪器
　　超临界流体萃取系统:ISCOTM 2-10 型超临界萃
取主机;260D型注塞泵及泵控仪;ISCO 2 mL/min 同
轴加温限流管及其控制仪 。
Satorius万分之一电子天平 。
1.4　超临界 CO2萃取工艺设计
　　超临界 CO2萃取采用先静态萃取(萃取条件同
动态萃取时的萃取条件)10 min ,后动态萃取的工作
方式。动态萃取条件(温度 、压力和 CO2流量)对萃
取效果的影响采用三因素四水平正交试验设计(表
1),并对正交试验结果进行直观分析和方差分析 。
上样量为 2.5 g ,流速控制在 1 mL/min ,限流管温度
比萃取仓温度高 15 ℃,萃取物用石油醚(分析纯 ,沸
程60 ～ 90 ℃)接收定容至 10 mL。
以水蒸汽蒸馏和石油醚(分析纯 ,沸程 60 ～ 90
℃)渗漉提取法为常规法对照 。水蒸气蒸馏法:取供
试样品各 500 g ,加入 5倍体积蒸馏水 ,振荡摇匀 ,采
用普通水蒸气蒸馏法 ,直到蒸出液中无油状物时为
止。用石油醚萃取水相中的油状物 ,浓缩蒸除溶剂
即得砂地柏油。石油醚渗漉提取法:加入适量石油
醚至 500 g供试样品中 ,浸泡12 h后渗漉提取 ,收集
渗出液 ,直到渗出液无色为止 。减压浓缩蒸除溶剂
即得砂地柏油。
参照唐韶坤[ 7]等人方法 ,以油萃取率作为萃取
效果的评价指标 ,计算公式为:
萃取率(%)=萃取前物粒重(g)-萃取后物料重(g)萃取前物料重(g) ×100%
表 1　正交试验设计
Table 1　Design of orthogonal experiment
水平
Level
温度(℃)
Temperature
压力(PSI)
Pressure
CO2 流量(mL)
Volume of CO2
1 25 2500 10
2 45 4000 20
3 65 5500 30
4 85 7000 40
1.5　萃取物杀虫活性测定方法
　　采用三角瓶密闭熏蒸法[ 8]测定对家蝇成虫的熏
蒸毒杀活性。具体为:在三角瓶(V=330mL)内接入
家蝇成虫 ,在橡皮塞上固定一条滤纸条(1×7 cm),
向滤纸条上定量滴加供试种子油样品后 ,迅速盖好
橡皮塞 。试验设 20μL、40 μL 2个处理剂量 ,每处理
重复 3次 ,每重复试虫 30 ～ 40头 ,以滴加等剂量石
油醚为对照。处理试虫放于养虫室 ,检查 24 h死亡
率 ,轻振三角瓶 ,翻倒在瓶底试虫及其附肢均不动者
计为死亡 ,采用Abbort公式计算校正死亡率。
2　结果与分析
2.1　超临界 CO2萃取工艺研究结果
　　超临界CO2萃取砂地柏种子油正交试验及直观
分析结果列于表 2 ,表 3 列出了正交试验方差分析
结果。从表 2可以看出 ,不同萃取条件组合对萃取
效果影响显著 ,温度 85 ℃、压力 4000 psi及 CO2 流
量30 mL 时萃取率最高达 18.705%;而当温度 25
℃、压力 2500 psi及CO2 流量10 mL时萃取率最低为
6.5920%。从表 3可以看出 ,压力因素对萃取效果
影响极显著 ,温度因素对萃取效果影响显著 ,CO2 流
量对萃取效果影响不大 ,影响程度依次为:压力>温
度>CO2 流量。以萃取率为指标 ,综合考虑资源利
用率 、产投比及其它工艺因素等 ,得出超临界CO2萃
取砂地柏种子油较适宜的工艺条件为:采用先静态
后动态的萃取方式 ,静态萃取时间 10 min ,萃取压力
7000 psi ,萃取温度65 ℃,CO2 流量为40mL/g 。并根
据工 程计算公式[ 6] 求出的 理论最佳得率为
17.975%。
2.2　超临界 CO2萃取物对家蝇成虫的熏蒸毒杀活
性
　　表 4列出了不同 SC-CO2 萃取条件下萃取物对
家蝇成虫熏蒸毒杀活性测定结果。从表中可以看
出 ,萃取条件对家蝇成虫熏蒸毒杀活性影响并不显
著 ,在 0.061和 0.121 mL/L 两个处理剂量下 ,24 h
校正死亡率最高分别达 46.3%和 63.315%,最低为
分别为 30.0%和 42.2%。
2.3　超临界 CO2萃取与常规法提取比较结果
　　在本研究所得到的较优化工艺条件下对砂地柏
种子油进行超临界 CO2 萃取 ,并将此结果与常规水
蒸汽蒸馏和石油醚渗漉提取法进行比较 ,结果列于
表 5。从表 5可以看出 ,超临界 CO2 萃取率和萃取
物对家蝇成虫熏蒸毒杀活性均高于 2种常规方法 ,
说明超临界CO2萃取可以得到砂地柏种子油中更多
的杀虫活性成分;水蒸汽蒸馏法获得主要是精油类
成分 ,尽管其萃取率仅有 2.2%,但其杀虫活性与其
它 2种方法相差不大 ,说明精油类组份是砂地柏种
2072005　Vol.17　No.2 李广泽等:砂地柏种子油超临界 CO2 萃取技术研究 　
子油中主要杀虫活性成分 。
表 2　不同萃取条件对萃取效果影响正交试验结果
Table 2　Orthogonal experiment result of influences of extraction
conditions
试验号
No.
温度
Temperature
压力
Pressure
CO2 流量
Volume of
CO2
萃取率(%)
Rate of
extraction
1 1 1 1 6.5920
2 1 2 2 10.846
3 1 3 3 12.908
4 1 4 4 13.854
5 2 1 2 8.1114
6 2 2 1 10.184
7 2 3 4 15.928
8 2 4 3 15.753
9 3 1 3 9.6817
10 3 2 4 18.607
11 3 3 1 13.561
12 3 4 2 16.260
13 4 1 4 11.413
14 4 2 3 18.705
15 4 3 2 17.274
16 4 4 1 16.372
Ⅰ 44.200 35.798 46.709
Ⅱ 49.976 58.342 52.491
Ⅲ 58.110 59.671 57.048
Ⅳ 63.764 62.235 59.793 T=216.05
Ⅰ/4 11.050aA 8.9495aA 11.677aA μ=13.503
Ⅱ/4 12.494aA 14.586aA 13.123aA
Ⅲ/4 14.527bB 14.818aA 14.262bB
Ⅳ/4 15.941bB 15.560bB 14.948cC
极值 R 19.564 26.437 13.084
　　注:①Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ分别为 1 、2 、3 、4水平对应的试验结果之和;
②极值 R为Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ中最大值与最小值之差;③数字后标不同
小写字母者 ,表示在方差分析(SSR法)中于 5%水平上有显著差异。
标不同大写字母者 ,表示在 1%水平上有显著差异。
　　Note:①Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ are the sun of relevant results of 1 , 2 , 3, 4
levers.②R is the margin between maximal and minimal value.③The differ-
ent smal l let ters after numerical value indicate signifi cant difference(P =
0.05), capital let ters indicate extreme difference(P=0.01).
表 3　正交试验结果的方差分析
Table 3　Analysis of variance of orthogonal experiment
方差来源
Source of variance
平方和
SS
自由度
DF
均方
MS
F 值
F
显著性
Difference
温度 Temperature 56.115 　 3 18.705 7.1942 ＊
压力 Pressure 112.43 3 37.476 14.414 ＊＊
CO 2流量
Volume of CO2
24.33 3 8.1090 3.1188
误差 Error 15.60 6 2.6
总和 Sum 208.47 15
　　注:F0.05(3 , 6)=4.76 , ＊代表α=0.05时显著 F0.01(3 , 6)=
9.78 , ＊＊代表α=0.01时显著。
　　Note:F0.05(3, 6)=4.76.＊indicate difference onα=0.05.
F0.01(3, 6)=9.78.＊＊indicate difference onα=0.01.
表 4　不同 SC-CO2 萃取条件下萃取物对家蝇成虫熏蒸毒杀
活性测定结果
Table 4 　Fumigant activity of extracts on different conditions for
adult of Musca domestica L.
试验号
No.
温度
Temperature
压力
Pressure
CO 2流量
Volume of CO2
24 h校正死亡率(%)
24 h corrected mortality
0.061 mL/ L 0.121 mL/ L
1 1 1 1 43.0 58.8
2 1 2 2 42.7 55.7
3 1 3 3 45.9 58.3
4 1 4 4 40.3 51.6
5 2 1 2 35.7 54.9
6 2 2 1 36.8 49.1
7 2 3 4 38.5 50.2
8 2 4 3 30.0 42.2
9 3 1 3 45.1 58.5
10 3 2 4 40.7 52.8
11 3 3 1 32.6 50.9
12 3 4 2 43.4 58.9
13 4 1 4 38.2 54.5
14 4 2 3 42.1 55.4
15 4 3 2 46.3 63.3
16 4 4 1 33.1 45.1
　表 5　砂地柏种子油超临界 CO2萃取与常规法提取比较
Table 5　Compare supercritical CO2 extraction with general methods
to seed oil of Sabina vulgaris
提(萃)取方法
Extraction method
萃取率(%)
Rate of
extract ion
对家蝇成虫熏蒸毒杀活性(%)
Fumigant activity for adult
of Musca domestica L.
超临界CO2 萃取
Supercriti cal CO2 Extraction
18.05 65.5
水蒸汽蒸馏法
Water vapour distillation
2.20 45.8
石油醚渗漉提取法
Seep extract ion with
petroleum aether
12.34 47.2
　　注:①超临界CO2 萃取是在本研究所得之较优工艺条件下进行的 ,即采用先静态后动态的萃取方式 ,静态萃取时间 10 min ,萃取压
力 7000 psi ,萃取温度 65 ℃, CO2 流量为 40 mL/ g;②对家蝇成虫的熏蒸毒杀活性处理剂量为 0.121 mL/ L。
　　Note:①Supercriti cal CO2 Ext ractionwas carried out under the optimum
condi tions:fi rstly static extracting 10 min then turn to dynamic doing , the best
dynamic extraction conditions is 7000 psi pressure , 65 ℃ temperature and 40
mL / g CO2②The dose of Fumigant activity for adult of Musca domestica L.
was 0.121 mL/L.
3　讨论
3.1　萃取物生物活性测定结果分析
　　从萃取物对家蝇成虫的熏蒸毒杀活性来看 ,萃
取工艺条件的改变尽管对萃取率影响显著(表 2 ,表
3),但并不显著影响其生物活性(表 4)。这可以从
以下两方面来分析:(1)本研究所设定的任何萃取条
件下 ,对砂地柏种子油中杀虫活性成分提取均较完
208 天然产物研究与开发　　　　　　　　　　　　　 　　　2005　Vol.17　No.2
全 ,随着萃取条件的改变 ,萃取物杀虫活性差异不明
显;(2)测定对家蝇成虫熏蒸毒杀活性不足以反应对
主要活性成分萃取率的差异。对这两个方面进一步
分析后认为 ,可能第二方面是主要的。因为砂地柏
种子油中有许多化合物即是在常温 、常压下也极有
可能分解 、散失[ 3] 。如已被证明的砂地柏油中主要
杀虫活性成分—松油烯-4-醇的沸点仅为 80 ℃[ 3] ,
在设定工艺条件下 ,接收时至少有一定量挥发散失 。
笔者也曾进行了砂地柏种子中松油烯-4-醇的超临
界流体萃取研究 ,证明萃取工艺条件对该化合物萃
取率影响显著(另文发表)。因此 ,在进行少量样品
(如本研究中样品量为 2.5 g)萃取工艺研究时 ,有必
要采用主要活性成分化学检测或更为灵敏的生物检
测方法来评价萃取工艺。
3.3　SC-CO2萃取砂地柏种子油优于常规法
　　本研究将超临界 CO2 萃取与水蒸汽蒸馏和石油
醚渗漉提取 2种常规方法进行比较后发现 ,不仅常
规法萃取率和萃取物杀虫活性明显低于超临界 CO2
萃取法 ,而且常规法需用到原材料 3 ～ 10倍体积的
石油醚 ,提取时间至少需要 30 ～ 40 h ,浓缩过程会造
成约20%石油醚损失 ,需耗费大量能量 ,散失的溶
剂也会污染环境 ,对操作人员身体健康造成一定危
害。而超临界 CO2 萃取整个提取流程可在 1 ～ 2 h
内完成 ,工业流程中 CO2 自然挥发即可得到提取物
质 ,耗能较少 ,无污染 。采用超临界流体萃取法 ,整
个萃取过程精密易控 ,也易与其它分离流程进行组
合 ,使萃取物进一步深加工方便易行。因此 ,采用超
临界 CO2 萃取萃取砂地柏种子油 ,优于常规提取方
法。
3.4　SC-CO2萃取砂地柏种子油产业可行性及前景
分析
　　尽管对超临界流体技术的研究已进行了 20余
年 ,但目前超临界流体工业化应用仍旧局限于极少
的领域 。究其原因 ,主要是过高的投资和并不显著
的经济可行性使该技术的风险较大 。超临界流体萃
取在高附加值 、热敏性 、难分离物质的回收和微量杂
质的脱除方面具有较大的工业前景[ 9] 。采用超临界
流体萃取技术萃取砂地柏种子油直接用于生产农
药 ,至少在目前来说 ,在经济上尚不可行 。但采用该
技术用于实验室提取及分离制备活性成分 ,却明显
优于常规方法 。从大的发展趋势来看 ,由于超临界
流体萃取具有较强的环境友好性 、特别适用于制备
纯天然物质等特点在某些化工领域具有无可替代的
优越性 ,以及其本身的经济成本逐步降低的现状 ,笔
者认为经济因素并不能限制这项技术在将来会成为
天然产物萃取分离领域的主导技术。
致谢:西北农林科技大学无公害农药研究服务
中心王箐霞老师协助进行仪器操作 ,该“中心”研究
生张保华及植保学院 2003届本科生殷超 、2004届本
科生陈凯参与部分研究工作 ,在此一并致谢。
参考文献
1　 Zhang X(张兴),Wang XL(王兴林),Wang SB(王胜宝), et
al.Preliminary investigation on the resources of botanical insec-
ticides in North-western China.Journal of Gansu Agricultural
University(甘肃农业大学学报), 1993 , 28(1):93-98
2　 Feng JT(冯俊涛), Shi YQ(石勇强), Zhang X(张兴), et al.
Screening studies on fungistasis of 56 plant extracts.J of
Northwest Sci-Tech Univ of Agri and For , Nat Sci ed)(西北农
林科技大学学报 ,自然科学版).2001 , 29(2):44-48
3　 Wei HM(魏红梅).Study on fumigant insecticidal action and
activity component of essential oil from several plants.Yang
ling:Master thesis of Plant Protection Department of Northwest
Sci-Tech Univ of Agri and For , 2000
4　 Larry TT.Supercritical fluid extraction.New York:Wiley-Inter-
science Publication , 1996
5　 Cao WJ(曹文军), Wu DX(吴定新).Supercritical fluid ex-
traction of vegetable essential oil.Journal of Beijing Forestry U-
niversity(北京林业大学学报), 1998 , 20(1):67-74
6　 Li GZ(李广泽).Studies on the supercritical CO2 extraction
techniques of rotenone from Tephrosia vogelii.Yangling ,
Shaanxi:Master thesis of Plant Protection Department of North-
west Sci-Tech Univ.of Agri.and For., 2001
7　 Tang SK(唐韶坤), Li SF(李淑芬), Ye CH(叶春皓), et al.
Extraction of grape seed oil from grape seed with supercritical
CO2.Journal of Chemical Engineering of Chinese University(高
校化学工程学报), 2004 , 18(1):23-27
8　 Wu WJ(吴文君).Guide to experiment of plant chemical pro-
tection(植物化学保护实验技术导论).Xi an:Shaanxi Sci-
ence and Technology Press , 1998
9　 Zhu ZQ(朱自强).Supercritical fluid extraction technology-
theory and application(超临界流体技术—原理和应用).
Beijing:Chemical Industry Press , 2000
2092005　Vol.17　No.2 李广泽等:砂地柏种子油超临界 CO2 萃取技术研究