全 文 ：收稿日期:2004-06-30;修回日期:2004-10-13
联系人简介:岳红(1961-),女,副教授 ,主要从事天然产物有效成分的分离提取。Email:yyhh61412@126.com。
文章编号:1004-1656(2005)03-0421-03
超临界二氧化碳萃取柿叶黄酮的工艺研究
岳　红 ,赵晓莉 ,张　颖
(西北工业大学应用化学系 ,陕西 西安　710072)
摘要　本文研究了超临界流体萃取柿叶总黄酮苷类化合物的影响因素 , 并对生产工艺进行了优化设计。试验
结果表明:萃取时压力 、温度 、时间 、CO2 流量对萃取率的影响程度依次递减。最佳工艺条件为:萃取压力
30MPa、萃取温度 50℃、萃取时间 3h 、CO2流量 30kg·h-1。用超临界流体萃取法得到的柿叶总黄酮苷类化合物
萃取物纯度高 ,无异味 , 色泽金黄。
关键词:超临界 CO2 萃取;柿叶;黄酮苷类化合物
中图分类号:O629.9　　文献标识码 A
　　柿树(Diospyros kaki L.f.)属柿树科落叶乔木 ,在我国分布于暖温带至亚热带 ,约有 40余种 。柿叶(D.kaki L.)作为药用始载于明《滇南本草》 ,曰:
“经霜叶敷臁疮”[ 1] 。清代叶桂 ,柿叶的主要化学成分为黄酮苷类化合物 ,如紫云英苷(Astragalin)、异槲皮素(Isoquercitrin)、芸香苷 、芦丁(Lrutin)、山奈酚-3-o-β-D-葡萄糖苷(Kaempfetol-3-o-β-D-glucopyranoside)等。且柿叶中黄酮苷的含量不低于银杏叶 ,一般为 121.34mg/100g 。由柿叶制成的中成药可用于治疗冠心病 、心绞痛 、高血
压 ,具有一定的抗癌作用[ 2] ,抗氧化作用[ 3 , 4] 等 。另外 , 每 100g 干柿叶含粗蛋白 12.67g , 粗脂肪
6.84g ,碳水化合物 54.83g ,多酚 1543mg , 矿物元素 ,氨基酸及维生素 B1 、维生素 B2 、维生素 C 、维生
素 E。其中维生素 C 含量居所有植物叶之魁 ,最
高时达2135mg/100g ,常用于制作保健茶等[ 5] 。近年来 ,随着国际上超临界流体提取技术的
迅速发展 ,用该项技术。提取植物活性成分也越来越广泛 。与有机溶剂法相比 ,具有提取得率高 ,无溶剂残留 ,活性成分和热不稳定成分不易被分解破坏等优点 。基于柿叶黄酮优良的药理 、药效
及营养作用 ,本文对影响超临界萃取柿叶总黄酮苷类化合物萃取率的主要因素:萃取压力 、温度 、时间 、CO2 流量进行了研究。
1　实验部分
1.1　试剂与仪器
柿叶:西安市长安区柿树 , 8 月新鲜柿叶 , 洗净 ,阴干 ,粉碎备用 。CO2:(纯度 99.5%以上 ,西安钢铁厂提供)。西安博海生物工程研究所超临界 CO2 流体萃取设备。见图 1。该设备包括供气系统 ,超临界
CO2 流体发生系统 ,萃取分离系统和CO2循环系统
四部分组成。
图 1　超临界 CO2 流体萃取设备流程图
Fig.1　Flow chart of equipments involved in supercritical CO2 fluid extraction
1.CO2钢瓶;2.净化器;3.液化槽;4.液压泵;5.预热器;6.净化器;
7.萃取缸;8、9.分离器;10.净化器
第 17 卷第 3 期
2005 年 6 月 　　　　　　　　　　　　 化 学 研 究 与 应 用Chemical Research and Application　　　　　　　　　　　　Vol.17 , No.3Jun., 2005
工艺流程:CO2经气体净化器进入液化槽液化(温度在 0℃～ 5℃),再由高压柱塞泵(4kw)打入预热器 ,经净化器进入萃取缸(2L)中 ,升压至预定压力 ,使之成为超临界流体萃取。当溶有萃取物的流体进入分离器(2L)减压后 ,因 CO2 溶解能力下降 ,萃取物与 CO2 分离 。萃取物从分离器的底部
放出 ,CO2 从分离器的上部经净化器进入液化槽而
循环使用 。
1.2　实验方法[ 6～ 9]称取 1.1 处理好的柿叶粉末 100g ,试验萃取压力 、萃取温度 、萃取时间 、CO2 流量对柿叶总黄酮苷类化合物萃取率的影响。柿叶黄酮的测定按照文献[ 10]进行 。
2　结果与讨论
2.1　萃取压力
在温度恒定 ,时间 、CO2流量保持不变时 ,增大
压力 ,超临界 CO2 密度增大 , 从而使溶解能力增
大 ,但二者并非线性关系。当压力增大到一定程度时 ,溶解能力增加缓慢 ,继续升压要增加设备投资和操作费用 ,因而压力应选择适当为好。表 1为不同压力条件下超临界 CO2 萃取柿叶黄酮苷类化合物的萃取率 。表 1　不同压力对萃取率的影响
Table 1　Effect of extraction pressure on the yield of
flavonoids from Persimmon Leaves
试验序号 1 2 3 4 5 6
压力(MPa) 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0
萃取率(%) 0.5 1.2 10.2 12.8 15.6 15.8
　　由表 1可见 ,当萃取压力小于 20.0MPa ,柿叶黄酮苷类化合物的萃取率很小 , 当萃取压力在
20.0MPa～ 30.0MPa 之间 ,萃取率大幅增加 ,达到
10%以上 ,萃取压力继续增大时 ,萃取率增幅只有
0.2%。所以萃取压力选择在 30.0MPa 左右。
2.2　萃取温度
萃取压力大时 ,超临界 CO2密度高 ,可压缩性
小 ,升温时超临界CO2密度降低较少 ,但大大提高了待分离组分的蒸气压和扩散系数 ,从而使溶解能力提高;相反 ,在临界点附近 ,压力较低时 ,超临界CO2的压缩性大 ,升温时超临界 CO2 密度急剧下降 ,此时 ,虽然可以提高分离组分的挥发度和扩散系数 ,但是 ,不足以补偿由于密度变化而引起的溶解能力的下降 。本试验采用 20.0MPa～ 30.0MPa的压力 ,研究了不同温度对柿叶黄酮苷类化合物萃取率的影响。见图 2。从图 2可见 ,在其它条件恒定的情形下 ,萃取
率先随温度的升高而增大 ,而后开始下降(因密度变化引起的溶解能力占主导所致)。萃取压力在
30.0MPa ,萃取温度为 50℃时萃取率最大 。
2.3　CO2流量
CO2流量主要影响萃取时间。流量愈大 ,萃取的速率愈快;流量愈小 ,萃取的速率愈慢。表 2为压力 30.0MPa ,温度 50℃,时间 3h ,不同 CO2 流量对柿叶黄酮苷类化合物萃取率的影响。
表 2　CO2 流量对萃取率的影响
Table 2　Effecft of the flux of CO2 on the yield of
flavonoids from persimmon leaves
序号 1 2 3 4 5 6
流量(kg·h-1) 20 25 30 35 40 45
萃取率(%) 14.6 15.4 19.2 19.8 20.6 21.4
　　从表 2可见 ,CO2流量从 20kg·h-1增加到 30kg
·h-1 ,萃取率增加较多 ,而 CO2 流量增加到 30kg·
h-1以后 ,增幅已趋缓 ,考虑到流量增大 ,不利于分离器中萃取物与CO2的分离 ,所以 ,采用 CO2 的流
量在 30kg·h-1为佳。
2.4　萃取时间
在萃取刚开始时 ,由于超临界 CO2 与溶质未
达到良好接触 ,使萃取量较少 ,随着萃取时间的延长 ,传质达到良好状态 ,单位时间萃取量增大 ,直至达到最大后 ,由于萃取对象中的待分离组分含量的减少而使萃取量降低 。图 3为 CO2 流量 30kg·h-1 ,萃取压力 20.0MPa ～ 30.0MPa 时 ,萃取时间与萃取率的关系 。从图 3可以看出 ,随着萃取时间的延长 ,柿叶总黄酮苷类化合物萃取率逐渐升
高 ,至 3h时 ,达到较大值 ,继续延长萃取时间 ,萃取率增幅不大 ,所以 ,生产中采用 3h为佳 。
图 2　不同压力 、不同温度对萃取率的影响
Fig.2　Effect of extraction pressure and extraction temperature
on the yield of flavonoids from Persimmon Leaves
图 3　不同萃取时间对萃取率的影响
Fig.3　Effect of extraction time on the yield of flavonoids
from persimmon Leaves
422 化 学研 究 与 应 用　　　　　　　 　　　　　　第17卷
3　正交实验
影响柿叶总黄酮苷类化合物萃取率的因素有
萃取压力 、萃取温度 、CO2流量 、萃取时间 ,为此设计了四因素三水平正交实验 ,以确定它们对超临
界流体萃取效果的影响主次关系。表 3　正交试验的因素-水平表
Table 3　Factors and levels of orthogonal test
水平 萃取压力
A , MPa
萃取温度
B, ℃
CO2 流量
C , kg·h-1
萃取时间
D , h
1 20 45 25 2.5
2 25 50 30 3.0
3 30 55 35 3.5
　　方差分析结果表明 ,萃取压力对柿叶总黄酮
苷类化合物萃取率的影响程度最大 ,萃取温度次
之 ,萃取时间 、CO2 流量的影响较小 。所以影响程
度依次为:萃取压力>萃取温度>萃取时间>CO2
流量 。因此 ,可以确定最佳萃取条件为 A3B2C2D2 ,
即萃取压力 30.0MPa , 萃取温度 50℃, CO2 流量
30kg·h-1 ,萃取时间 3h。可使柿叶总黄酮苷类化
合物萃取率达到 19.2%。
经超临界 CO2 萃取的柿叶总黄酮苷类化合物
萃取物纯净 ,色泽金黄 ,纯度高 ,无异味 ,无溶剂残
留。
表 4　超临界流体萃取正交试验结果
Table 4　Results of orthogonal test of supercritical fluid extraction
水平号 A B C D 萃取率/ %
1 1 1 1 1 11.6
2 1 2 2 2 14.0
3 1 3 3 3 14.2
4 2 1 2 3 16.6
5 2 2 3 1 16.8
6 2 3 1 2 17.2
7 3 1 3 2 18.8
8 3 2 1 3 19.5
9 3 3 2 1 19.0
K 1 39.8 47.0 48.3 47.4
K 2 50.6 50.3 50.1 50.0
K 3 57.3 50.4 49.8 50.3
k1 13.3 15.7 16.1 15.8
k2 16.9 16.8 16.7 16.8
k3 19.1 16.8 16.6 16.8
R 5.8 1.1 0.6 1.0
因素主※次 A B D C
优化水平 A3 B2 C2 D2
U 2481.93 2432.91 2440.98 2432.31
平方和 Q 51.44 2.42 0.62 1.82
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Extraction of flavone glycosides from the
leaves of persimmon by supercritical CO2 fluid
YUE Hong ,ZHAO Xiao-li ,ZHANG Yin(Applied Chemistry Department , Northwest Polytechnic University , Xi an　710072 , China)
Abstract:The extraction technology of flavonoids from persimmon leaves with CO2 supercritical fluid was studied and
the processing parameters were optimized.The results showed that the optimal processing parameters of extraction pres-
sure , extraction temperature , extraction time and the flux of CO2were at 30MPa ,50℃,3h , and 30kg·h-1 , respective-
ly.
Keywords:supercritical CO2 Fluid Extraction;persimmon leaves;flavone glycosides
(责任编辑　钟安永)
423第 3期　　　　　　岳红等:超临界二氧化碳萃取柿叶黄酮的工艺研究