全 文 ：超临界 CO2萃取杜香挥发油工艺优化及成分分析
路博琼 罗书勤 张力平 *
（北京林业大学材料科学与技术学院，北京 100083）
摘要 采用正交试验法对超临界 CO2萃取杜香挥发油的条件进行了优化，得到了超临界 CO2萃取杜香挥发油的最佳试验条件，并用
GC-MS 对超临界 CO2萃取杜香挥发油分析成分。结果表明：超临界 CO2萃取杜香挥发油最佳条件：颗粒度为 80 目、萃取压力为 40 MPa、萃
取温度为 35 ℃。气相色谱-质谱联用分析表明：其中主要成分为羽扇豆醇 （12.43%）、羽扇烯酮（10.12%）、异龙脑 （4.44%）、桃金娘烯醛
（4.02%）、表蓝桉醇（2.85%），顺-β-松油醇（2.49%）、玫瑰醚（2.28%）。
关键词 杜香；挥发油；超临界 CO2萃取；GC-MS 分析
中图分类号 R284.2；TS224.2；Q945.95 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）06-0173-02
Component Analysis and Technique Optimization of Super Critical Carbon Dioxide Fluid Extraction of Oils in Ledum
palustre L. var. dilioatum Wahl
LU Bo-qiong LUO Shu-qin ZHANG Li-ping *
（College of Material and Technology，Beijing Forestry University，Beijing 100083）
Abstract Orthogonal design of three factors at three levels was applied to the optimization of super critical carbon dioxide extraction conditions
of volatile oils in Ledum palustre L. var. dilioatum wahl. The essence oil from the cinnamon was measured with GC-MS.The results showed that the
optimal extraction conditions were determined as granularity was 80 mesh，pressure was 40 MPa，temperature was 35 ℃. GC-MS analysis showed that
the main components were Lupeol （12.43%），Lup-20 （29）-en-3-one （10.12% ），Bicyclo [2.2.1]heptan-2-ol，1，5，5-trimethyl-（4.44% ），Myrtenal
（4.02%），epiglobulol（2.85%），cis-β-Terpineol（2.49%），Rose Oxide（2.28%）.
Key words Ledum palustre L. var. dilioatum wahl；volatile oils；super critical carbon dioxide fluid extraction（SFE-CO2）；GC-MS analysis
杜香（Ledum palustre L. var. dilioatum wahl）是杜鹃花科
杜香属常绿小灌木，单叶互生，全缘，两面及幼枝密生褐色
绒毛和腺体，植株富有香味 [1]。杜香植物体内含有多种有效
成分，具有药用、芳香等价值，是重要的资源植物 [2]。其植物
体内富含的多种代谢物，主要应用于制药和香料生产。对杜
香挥发油的化学成分，外国也有相关研究报道 [3-6]。其常用的
提取方法为水蒸汽蒸馏法，传统的提取往往造成挥发性成
分的损失，超临界 CO2萃取（SFE-CO2）技术作为一项较新的
提取分离技术，具有提取时间短、收率高、活性成分含量高
等优点，是提取杜香挥发油的理想方法 [7]，被广泛应用于化
工、医药、食品等工业[8-9]。该文采用正交试验设计超临界 CO2
萃取技术应用于杜香挥发油的提取，初步探讨了颗粒度、温
度、压力等因素对杜香挥发油提取率的影响。
该研究超临界流体萃取法（SFE）对杜香挥发油进行提
取，利用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）结合计算机数据
库检索分析鉴定了 45 种挥发油的化学成分，采用峰面积归
一化法测定了其中各个化学成分的相对含量。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验用杜香于 2013 年 8 月采自内蒙古大兴安岭地区，
自然阴干后选取杜香枝叶混合物备用，试验仪器为 SFE-2
型超临界 CO2 流体萃取仪（美国 Applied Separations Inc 公
司）；Thermo Fisher Scientific SQ 气质联用仪，装载 Xcalibur
工作站，可检索 NIST标准质谱图库。
1.2 超临界 CO2萃取杜香挥发油
该试验采用 SFE-CO2法[10-11]。选定颗粒度、萃取压力、萃
取温度 3 个因素，采用 3 因素 3 水平正交试验设计，具体设
计见表 1。以挥发油的提取率为考察指标。将材料干燥、粉碎
后装入萃取缸中，将 CO2冷却后由高压泵加压到预定压力，
选择所要求的试验条件（A—颗粒度、B—萃取压力、C—萃
取温度），萃取 40 min 后，称量获得的杜香挥发油，并按下式
计算其提取率：
提取率（%）= CO2萃取量（g）
样品重（g）
×100
1.3 GC-MS 分析
色谱柱型号为 AB-5MS，30 m×0.25 mm×0.25 μm，与质
谱仪相联。载气：99.999%高纯度氦气，进样量：0.2 μL，分流
比：1∶30。质谱条件：EI 离子源，电子能量为 70 eV，离子源温
度 250 ℃。柱箱升温条件：60 ℃保持 2 min，以 5 ℃/min 速度
升温至 300℃并保持 10 min[12]。
2 结果与分析
2.1 正交试验结果
不同工艺条件下挥发油的提取率见表 2。由表 2 中的
Rj 可知，3 个因素的影响力优先顺序为 A＞B＞C，即颗粒度＞
压力＞温度，初步得出最佳的试验方案为 A3B3C1，即颗粒度
为 80目、萃取压力为 40 MPa、萃取温度为 35℃。
2.1.1 原料粒度对萃取效率的影响。试验材料为天然植物，
如果颗粒度过大，不利于溶剂扩散，提取率低；如果颗粒度
过小，原料粉末容易压实。杜香挥发油的提取率随颗粒度的
增大逐渐升高，从平均提取率可以看出，从 40 目到 80 目提
取率上升缓慢，考虑综合效益，选取 40 目也可达到较高的
提取率。
基金项目 国家林业公益性行业科研专项经费项目（201204804）。
* 通讯作者
收稿日期 2014-03-03
水平
因素
颗粒度（A）∥目 萃取压力（B）∥MPa 萃取温度（C）∥℃
1 20 20 35
2 40 30 40
3 80 40 45
表 1 正交试验设计
林业科学现代农业科技 2014年第 6期
173
林业科学 现代农业科技 2014年第 6期
序号
因素 提取率
%A∥目 B∥MPa C∥℃
1 20 20 35 1.786 8
2 20 30 40 2.686 7
3 20 40 45 1.673 3
4 40 20 40 4.250 0
5 40 30 45 5.833 3
6 40 40 35 6.933 3
7 80 20 45 5.133 3
8 80 30 35 5.766 7
9 80 40 40 6.220 9
RⅠ 6.146 8 11.170 1 14.486 8
RⅡ 17.016 6 14.286 7 13.157 6
RⅢ 17.120 9 14.827 5 12.6399
Rj 3.658 1 1.219 1 0.615 6
表 2 正交试验结果
2.1.2 萃取压力的影响。从平均提取率趋势可以看出，随着
压力的提高，杜香挥发油提取率逐步提高。可知当温度一定
时，萃取压力越高，流体的密度越大，对溶质的溶解能力越
强，萃取所需时间越短，萃取越完全。但当压力超过 30 MPa
后，提取率上升幅度趋缓，过高的萃取压力对操作和设备的
使用寿命不利，综合考虑，压力在 30 MPa 也可达到较好的
提取。
2.1.3 萃取温度的影响。萃取温度对超临界 CO2溶解能力的
影响比较复杂。在一定的压力下，升高温度有利于溶质挥发
性的增加和扩散速度的提高，进而有利于溶质的萃出[13]。试验
中平均提取率逐渐降低，而 CO2临界温度接近室温（31.3℃），
所以最佳萃取温度应是 35 ℃，在此温度下，杜香挥发油的
扩散速度最高，提取率最高。
2.1.4 最佳萃取条件的验证。为了进一步考察上述最佳萃
取条件的萃取效果，将 30 g 杜香（80 目）用上述最佳条件萃
取 40 min，提取率为 7.01%，高于正交试验中的最高收率，证
明此次正交试验结果可靠。
2.2 杜香挥发油的成分
杜香挥发油化学成分 GC-MS 检测的总离子流图如图 1
所示。选择了 21 个含量较高的成分进行鉴定，直接由该机
的数据系统进行检索（谱库 Wileyl38），并与标准图谱比较，
确定其成分，用数据处理机峰面积归一法，测定总油中各成
分的相对含量 23种化合物的含量占总成分的 62.79%，结果
见表 3。SFE 法所提取的杜香挥发油中主要含有龙脑、1-异
丙基二环[3.1.0]-2-己烯-4 酮、反式-松香芹醇、香橙烯、对-
伞花烃、桃金娘烯醛等 [7]，其中药用成分羽扇豆醇（12.43%）、
羽扇烯酮（10.12%）、表蓝桉醇（2.85%）、玫瑰醚（2.28%）等文
献并未提及。
2.2.1 香料成分。超临界 CO2萃取杜香挥发油气质成分中的
异龙脑（4.44%）、桃金娘烯醛（4.02%）、顺-β-松油醇（2.49%）、
反式-松香芹醇（1.76%）、反式-桧烯水合物（1.61%）、香橙烯
（1.39%）等，其中玫瑰醚（2.28%）等未见文献报道。
2.2.2 药用成分。超临界 CO2 萃取杜香挥发油气质成分中
的羽扇豆醇（12.43%）、羽扇烯酮（10.12%）均未见文献报道
（图 2~3）。羽扇豆醇是一种在水果、蔬菜以及药用植物中存
在的食物三萜。据文献报道，羽扇豆醇在动物试验中有促进
皮肤愈合、抗炎、抗氧化等药理作用，它作为药物的活性成
分之一在北美、日本、中国很早就被当地的传统医学所应
用 [13]。在体内是人的 DNA 拓扑异构酶Ⅱ（tpoⅡ）选择性抑制
成分[14]。羽扇豆醇、羽扇烯酮具有良好的生物活性，均可用于
制药。
3 结论与讨论
超临界 CO2萃取杜香挥发油的正交试验中，最佳萃取条
件颗粒度为 80 目、萃取压力为 40 MPa、萃取温度为 35 ℃，
杜香挥发油萃取率最高。考虑到经济及能源效益，颗粒度在
40 目，压力为 30 MPa 也可达到较高的提取率。表明 SFE 法
（下转第 178页）
10
0
20
30
40
50
60
70
80
90
100
5 10 555045403530252015 60
时间∥min
4.21
10.51
7.94
11.40
13.87
17.45
18.44
21.38
24.93 28.52
28.69
30.21
32.25 36.82 37.32
38.15 44.48
47.36
53.00
54.57
56.85
55.27
50.01
图 1 杜香挥发油的总离子流色谱图
序号 化合物名称 保留时间∥min 含量∥%
1 反式-桧烯水合物 0.21 1.61
2 顺-β-松油醇 0.18 2.49
3 香桧酮 0.17 0.55
4 （-）-反式-松香芹醇 0.16 1.76
5 松油烯-4-醇 0.15 1.55
6 （1R）-（-）-桃金娘烯醛 0.16 4.02
7 异龙脑 0.16 4.44
8 玫瑰醚 0.13 2.28
9 柳氮磺胺吡啶 0.33 1.40
10 1-金刚烷甲酸 0.13 0.49
11 （+）-香橙烯 0.21 1.39
12 二表-α-雪松烯 0.11 0.86
13 顺-Z-α-环氧化红没药烯 0.18 1.17
14 1，2-Longidione 0.38 5.90
15 表蓝桉醇 0.11 2.85
16 邻苯二甲酸二丁酯 0.24 2.12
17 （Z）-3-Heptadecen-5-yne 0.11 0.80
18 （Z）-3-Tetradecen-5-yne 0.14 0.61
19 γ-谷甾醇 0.22 1.54
20 计曼尼醇 0.08 1.10
21 B-香树脂醇 0.14 1.33
22 羽扇烯酮 0.45 10.12
23 羽扇豆醇 0.30 12.43
表 3 杜香挥发油中的化学成分









图 2 羽扇豆醇结构式
174
林业科学 现代农业科技 2014年第 6期
（上接第 175页）
径比扦插苗生长量大。
4 建议
在立地条件相同的情况下，并能满足适地适树条件，应
选组培苗造林，以提高蓄积和出材量 [5-6]。
4 参考文献
[1] 李明付.桉树育苗技术[J].绿色科技，2010（8）：89-90.
[2] 杨小红，彭彦，高丽琼，等 .桉树轻型基质网袋组培苗育苗技术研究
[J].桉树科技，2010（1）：27-31.
[3] 林艳.桉树组培容器苗稳态营养调控技术及其机理[D].福州：福建农
林大学，2010.
[4] 罗平峰.浅谈桉树育苗技术[J].广东科技，2010（24）：43-44.
[5] 陈克翔 .桉树组培苗轻型基质穴盘育苗技术[J].中国林副特产，2006
（6）：43-44.
[6] 林东升 .桉树营林性组培苗木快速育苗技术[J].农家之友，2010（7）：
109-110，116.
尤其适用于热敏性天然物质的提取。
从 GC-MS 成分分析结果可知，超临界 CO2萃取的杜香
挥发油中主要含有羽扇豆醇 、羽扇烯酮 、异龙脑 、桃金娘
烯醛等成分，其中羽扇豆醇、羽扇烯酮尚未见文献提过，可
用于制药行业；异龙脑、桃金娘烯醛、顺-β-松油醇、反式-松
香芹醇、反式-桧烯水合物、香橙烯、玫瑰醚等均可用于香料
工业。
超临界 CO2萃取杜香挥发油的步骤简单，无溶剂残留，
产品安全可靠，杜香中的有效成分含量较高 ，完全符合当
前环保的发展趋势，具有重要工业意义及广阔的应用前景。
4 参考文献
[1] 周以良.黑龙江省树木志[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1984：
460-461.
[2] 马雪梅，毛子军，杨永富，等.资源植物杜香的开发利用综述 [J].东北
林业大学学报，2003，31（6）：52-54.
[3] 赵振东，王亚玲，杜晓光.杜香挥发油主要组成及利用的研究[J].林产
化工通讯，2001（5）：3-6.
[4] NARIMANOV A A.The antiradiation effectiveness of a mixture of A
rchangelica offcinalis and Ledum palustre extracts in the fractionated
gamma irradiation of mice[J].Radeobiolongiia，1993，33（2）：280.
[5] NARIMANOV A A.The reproductive capacity of male mice protected
against the superlethal action of gammaradiation by the administration of
a mixture of A rchangelica offcinalis and Ledum palustre extracts [J].
Radeobiologiia，1992，32（2）：271-275.
[6] BOLSHAKOVA I V，LOZOVSKAIA E L.Sapezhinski Ⅱ Antioxidant
properties of plant extracts[J].Biofizika，1998，43（2）：186-188.
[7] 陈其秀，王晓琴，陈其和.狭叶杜香挥发油提取方法的研究[J].内蒙古
医学，2006，28（5）：414-416.
[8] 姚新生.天然药物化学[M].北京：人民卫生出版社，2001：248-249.
[9] 葛发欢，辉国钧，李菁，等.中药现代化与超临界流体萃取的应用 [J].
天然产物研究与开发，1999，12（3）：88-93.
[10] 赵子峰，沙伟，金忠民，等.杜香挥发油的超临界 CO2萃取实验条件
优化[J].植物研究，2006，26（3）：377-379.
[11] 陈体强，吴锦忠.超微粉碎后超临界 CO2萃取灵芝孢子挥发油成分
的 GC-MS 分析[J].天然产物研究与开发，2006（18）：982-985.
[12] 瞿万云，余爱农，王世豪，等.超临界 CO2萃取苕叶细辛挥发油[J].精
细化工，2003（11）：689-690.
[13] LIU L F.DNA topoisomerase poisonos as anfitumor drugs[J].Annu Rev
Biochem，1989，58（1）：351-375.
[14] 马曦，詹丽英，李志晋，等.羽扇豆醇对人肝癌细胞株的作用研究[J].
南昌大学学报：医学版，2012，52（12）：32-33.



图 3 羽扇烯酮结构式
（上接第 174页）
[12] SHEARMAN R C，BEARD J B.Turfgrass wear tolerance mechanisms：II.
Effects of cell wall constituents on turfgrass wear tolerance[J].Agronomy
Journal，1975，67（2）：211-215.
[13] SHEARMAN R C，BEARD J B.Turfgrass wear tolerance mechanisms：
III. Physiological，morphological，and anatomical characteristics associ-
ated with turfgrass wear tolerance[J].Agronomy Journal，1975，67（2）：
215-218.
[14] 程转宏，赵树兰，多立安.3 种野生地被植物对践踏胁迫的生理生态
响应特征[J].植物研究，2008，28（5）：614-617.
[15] 林多，魏毓棠 .低温对番茄叶片 POD 活性及其同工酶的影响[J].沈
阳农业大学学报，2000，31（1）：47-49.
[16] 王晖，周守标.践踏对野生假俭草和结缕草叶几项生理指标的影响
[J].南京林业大学学报：自然科学版，2004，28（1）：89-91.
[17] 周兰胜，戴其根，张洪程，等.不同践踏强度对狗牙根和马尼拉形态
生理的影响[J].草业科学，2005，22（12）：77-81.
[18] 朱小春，孙吉雄，安渊.践踏胁迫对上海“JD-1 结缕草”生长及生理
的影响[J].草原与草坪，2006（6）：38-42.
[19] D R EMMONS.Turfgrass Science and Management[M].New York：Delmar
Publisher Inc，1984.
[20] TRENHOLM L E，CARROW R N，DUNCAN R R.Wear tolerance，
growth，and quality of seashore paspalum in response to nitrogen and
potassium[J].HortScience，2001，36（4）：780-783.
[21] 杨富裕 .过度践踏草坪的施肥管理 [J].花木盆景 ：花卉园艺 ，2000
（9）：15.
[22] HOFFMAN L，EBDON J S，DEST W M，et al.Effects of Nitrogen and
Potassium on Wear Mechanisms in Perennial Ryegrass：I. Wear
Tolerance and Recovery[J].Crop Science，2009，50（1）：357-366.
[23] HOFFMAN L，EBDON J S，DEST W M，et al.Effects of Nitrogen and
Potassium on Wear Mechanisms in Perennial Ryegrass：II. Anatomical，
Morphological，and Physiological Characteristics[J].Crop Science，2009，
50（1）：367-375.
[24] CARROLL M J，PETROVIC A M.Wear tolerance of Kentucky bluegrass
and creeping bentgrass following nitrogen and potassium application[J].
HortScience，1991，26（7）：851-853.
[25] 胡雪华 ，周丕生，何亚丽 .马尼拉成坪综合因素研究 II.马尼拉草
坪运动场的坪床表土研究 [J].上海农学院学报，1999，17（3）：167-
171.
[26] 吴新江.马尼拉草坪管理——施肥与修剪[J].湖北畜牧兽医，2000，15
（3）：25-26.
[27] TRENHOLM L E，DUNCAN R R，CARROW R N，et al.Influence of
silica on growth，quality，and wear tolerance of seashore paspalum [J].
Journal of Plant Nutrition，2001，24（2）：245-259.
[28] 游明鸿，毛凯，刘金平，等.钾肥对草坪草抗性的影响[J].草业科学，
2003（2）：62-65.
[29] TRENHOLM L E，DUNCAN R R，CARROW R N.Wear tolerance，shoot
performance，and spectral reflectance of seashore paspalum and
bermudagrass[J].Crop science，1999，39（4）：1147-1152.
[30] SHEARMAN R C，BEARD J B，HANSEN C M，et al.Turfgrass wear
simulator for small plot investigations[J].Agronomy journal，1974，66（2）：
332-334.
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
178