全 文 ：超临界 CO2 流体萃取白花丹
参中脂溶性成分的工艺研究＊
高艳霞 ,王广旭 ,李玉琴 , 张显忠 ,张　庆 , 冯　蕾
(泰山医学院 山东泰安　 271000)
摘要:目的　探讨超临界 CO2流体萃取白花丹参中脂溶性成分的最佳工艺。方法　采用正交试验 ,以萃取温
度 、萃取时间 、萃取压力及夹带剂浓度为考察因素 ,以萃取率为指标 , 确定超临界 CO2流体萃取白花丹参中脂溶性
成分的最佳条件。结果　超临界 CO2流体萃取白花丹参中脂溶性成分的最佳条件为萃取温度 45 ℃,萃取时间 1.5
h,萃取压力 25MPa, 乙醇浓度 900 ml/L。结论 白花丹参在此试验条件下 ,可得到较高的脂溶性成分 , 为深入研究
白花丹参的药用价值创造条件。
关键词:白花丹参;超临界 CO
2
流体萃取;正交试验
中图分类号:R284.2　文献标识码:A　文章编号:1004-7115(2008)09-0654-03
SupercriticalCO2 extractionforextracting
liposolubleconstituentsfromSalviaMiltiorrhizaBungef.alba
GAOYan-xia, WANGGuang-xu, LIYu-qin, ZHANGXan-zhong, ZHANGQing, FENGLei
(TaishanMedicalColege, Taian271000, China)
Abstract:Objective:TodiscussthebestexperimentalmethodsofsupercriticalCO2 fluidforextractingliposolublecon-
stituentsinSalviamiltiorrhizaBungef.alba.Methods:Thefactoroftemperature, time, pressureandconcentrationofthe
firstentrainerandtheindexoftheextractionyieldwereevaluatedtodeterminethebestexperimentalmethodsofsupercriti-
calCO2 fluidforextractingliposolubleconstituents.Results:Thebestconditionsweretemperature:45 ℃, time:1.5
hour, pressure:25 MPa, andconcentrationofthefirstentrainer:900 ml/L.Conclusion:Thisresarchestablishesagood
methodforfurtherstudyofextractingliposolubleconstituentsanddevelopmentofSalviaMiltiorrhizaBge.f.alba.
Keywords:SalviaMiltiorrhizaBge.f.alba;supercriticalCO2 extraction;orthogonaltestfactors
　　白花丹参(Salviamiltiorhizabge.f.alba)为唇
形科植物丹参(Salviamiltiorhizabge)的白花变型 ,
主要分布于山东境内 ,属珍稀濒危药用植物 。通常
以根部入药 ,味苦 ,性微寒 ,具有活血化瘀 、通经止
痛 、清热安神的功效。其药理研究表明 ,丹参对心脑
血管系统 、消化系统 、呼吸系统 、中枢神经系统 、免疫
系统等均有保护作用 。白花丹参中化学成分比较复
杂 ,其脂溶性有效成分大多为共轭醌 、酮类化合物 ,
主要为丹参酮ⅡA、隐丹参酮 、丹参酮 Ⅰ 。它们均具
有天然抗氧化 、抗动脉粥样硬化 、降低心肌耗氧量及
抗菌消炎等作用 ,但目前其分离量小 ,市场难以得
到 ,给进一步研究其生物活性及其药理作用等带来
困难。本试验通过超临界 CO2流体萃取技术 ,萃取
白花丹参中的挥发油组分 ,为进一步开发利用白花
丹参提供一个可行性参考。
本试验采用超临界 CO2流体技术提取白花丹
参中脂溶性成分 ,利用正交试验法研究了萃取工艺
参数:萃取温度 、时间 、压力和夹带剂浓度对萃取率
的影响 ,为深层次开发白花丹参 、探讨超临界 CO2
萃取技术提取油脂的工艺提供依据。
1　材料与方法
1.1　材料
所用白花丹参为泰安道地药材 ,经苏延友教授
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泰　山　医　学　院　学　报
JOURNALOFTAISHANMEDICALCOLLEGE　Vol.29　No.9　2008
＊作者简介:高艳霞(1978—),女 ,山东泰安人 ,助教 ,本科 ,主要从事生物工程的教学和研究工作。
鉴定为白花丹参(Salviamiltiorhizabge.f.alba);
CO2泰安市威达气体厂。
1.2　设备
华安 HA221-50-06型超临界流体萃取装置江苏
南通华安超临界流体萃取有限公司。
1.3　原料处理
将白花丹参干燥粉碎 ,过 60目筛 ,备用。
1.4　超临界 CO2萃取白花丹参挥发油工艺
1.4.1　工艺流程
图 1　超临界 CO2萃取工艺流程
1.4.2　操作过程
开启电源 ,打开制冷 、冷循环 ,将萃取釜 、分离釜
I、分离釜 II控温装置分别调整到所需设定的温度 。
将粉碎过筛的白花丹参干燥粉装入料筒后 ,放入萃
取釜中 ,装好密封圈 ,旋紧堵头 。待萃取釜 、分离釜
I、分离釜 II的温度达到设定后 ,开启 CO2钢瓶 ,打
开高压泵 ,进行加压。当萃取釜压力接近所需压力
后 ,打开萃取釜 、分离釜 I、分离釜 II之间的阀门 ,进
行逐级加压 ,待压力平衡到所需压力后 ,打开回路阀
门 ,使系统形成回流。达到萃取时间后 ,分别从分离
釜 I、分离釜 II出料口收取萃取物 ,测定样品中挥发
油的含量。
1.5　试验方法
1.5.1　超临界 CO2萃取
采用正交试验设计 ,选择最优化工艺条件 。以
白花丹参脂溶性成分的萃取率为考核标准 ,以影响
其萃取率的四个因素变量 (温度 、压力 、时间 、乙醇
浓度), 设计了三水平四因素的正交试验表 L9
(34),详见表 1。
表 1　三水平四因素 L9(34)表
因素 A温度(℃)
B压力
(MPa)
C萃取时间
(h)
D乙醇浓度
(%)
1 40 20 1 80
2 45 25 1.5 90
3 50 30 2 100
1.5.2　萃取率的计算
萃取率 =G1 /G2 ×100%
式中:G1———(样品质量 -残料质量), g;G2———
样品质量 , g。
2　结果与分析
2.1　超临界 CO2萃取正交试验结果详见表 2。
表 2　正交试验结果
编号 A温度(℃)
B压力
(MPa)
C萃取时间
(h)
D乙醇浓度
(%)
萃取率
(%)
1 40 20 1 80 4.31
2 40 25 1.5 90 5.75
3 40 30 2 100 5.03
4 45 20 1.5 100 8.14
5 45 25 2 80 8.63
6 45 30 1 90 7.61
7 50 20 2 90 6.67
8 50 25 1 100 5.68
9 50 30 1.5 80 6.15
均值 1 5.030 6.373 5.867 6.363 ———
均值 2 8.127 6.687 6.680 6.677 ———
均值 3 6.167 6.263 6.777 6.283 ———
极差 3.097 0.424 0.910 0.394 ———
2.2　影响因素分析
2.2.1　萃取温度对萃取率的影响
温度是影响萃取率的一个重要参数 。从表 2中
温度均值可以看出 ,白花丹参脂溶性成分的萃取率
在 45 ℃达到最高 ,以后随着温度的继续升高 ,萃取
率反而降低 。这是因为萃取温度对 CO2流体中溶
质溶解度的影响比较复杂 ,有两个方面:一是温度对
CO2流体密度的影响 ,随温度的升高 , CO2流体密
度降低 ,夹带剂乙醇与脂溶性成分的溶解度下降 ,萃
取效率降低;二是温度对物质蒸气压的影响 ,随温度
升高 ,乙醇的蒸气压增大 ,使乙醇在 CO2流体中的
溶解度增大 ,萃取效率也相应提高 [ 6] 。这两种相反
的影响相互制约 ,使得白花丹参脂溶性成分的萃取
率出现最大值 。
2.2.2　萃取压力对萃取率的影响
压力是影响萃取率的另一个重要参数。由表 2
可知 ,随着 CO2压力的增加 ,萃取率不断增加 ,在 25
MPa萃取率达到最大。这是因为随着萃取压力的增
大 ,溶剂 CO2的密度不断增大 ,萃取物的溶解能力
也不断增加。而压力增加到一定程度时 ,虽然 CO2
密度增加 ,但是对白花丹参脂溶性成分的选择性降
低 ,因而萃取率反而下降。另外 ,压力太高 ,对设备
的加工和操作运行也提出了更为苛刻的要求 ,反而
会使生产成本上升 。
2.2.3　萃取时间对萃取率的影响
从表 2中时间均值可以看出 ,随着萃取时间的
延长 ,白花丹参脂溶性成分的萃取率逐渐增加 ,但其
增幅逐渐减小即萃取时间对萃取率提高的影响逐渐
减小 ,这是萃取对象中的待分离成分含量随着时间
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的推移逐渐减少的缘故。而且长时间的萃取 ,在增
加生产成本的同时 ,可能会使其它本来溶解度较小
的杂质也随之被萃取出来[ 7] 。实验表明 ,增加萃取
压力 ,用尽量短的时间 ,更有利于整个萃取效率的提
高 。
2.2.4　夹带剂浓度对萃取率的影响
恰当地选用夹带剂 ,可以增加压力和温度对溶
质在超临界流体中的溶解度变化的灵敏度 ,以达到
比无夹带剂更为精密的分离要求。夹带剂的另一优
点是可以降低超临界流体的操作压力 ,或减少在操
作中超临界流体的用量[ 8] 。增加夹带剂(乙醇)的
浓度 ,可增加萃取率。但夹带剂浓度达到一定程度
后 ,萃取率有下降的趋势 。考虑到优化生产工艺和
降低生产成本与回收成本 ,乙醇浓度不宜过大 。
2.3　超临界 CO2萃取最佳工艺条件分析
对正交试验结果采取方差分析(见表 3),以偏差平
方和最小的因素浓度作误差分析其他因子的显著
性 。结果表明 ,在所选定的试验范围内 ,四因素主次
关系为:萃取温度对白花丹参脂溶性成分的萃取率
影响显著 ,萃取时间次之 ,萃取压力和乙醇浓度的影
响较小 。选取最优水平组合的原则是:显著因素选
取最好的水平 ,其余因素可综合工艺成本等具体条
件来选取。根据以上试验分析结果及考虑各种工艺
因素 ,将四种因素的最优组合起来得到白花丹参脂
溶性成分超临界 CO2萃取的最佳工艺条件为:萃取
温度 45 ℃,萃取时间 1.5 h,萃取压力 25 MPa,乙醇
浓度 900 ml/L。由于该组合工艺条件在试验中并
未出现 ,本文采用该组合条件进行了萃取试验 ,在此
条件下白花丹参脂溶性成分的萃取率可达 9.07%。
表 3　方差分析
方差来源 偏差平方和 自由度 F值 显著性检验
温度 14.723 2 56.846 ＊
压力 0.289 2 1.116 ———
时间 1.499 2 5.788 ———
浓度 0.259 2 1.000 ———
误差 0.26 2 ——— ———
　　注:F0.05(2, 2)=19.0, F0.1(2, 2)=9.0;＊为显著性检验结果为
显著。
3　讨　论
超临界流体萃取技术(supercriticalfluidextrac-
tion, SFE)是近年来发展起来的一项新型超微分离
精制技术 ,工艺简单 ,操作方便 ,对热敏性 、易挥发性
物质 ,具有良好的保护作用 。目前常用的超临界流
体有 CO2、乙烯 、丙烷 、丙烯 、水等。与其他萃取剂相
比 , CO2具有临界温度低(31.6 ℃)、可以在接近室
温的条件下进行萃取等优点 ,特别适合于对天然活
性物质的萃取分离 。超临界 CO2流体萃取是一个
集萃取与分离于一体的高新技术 ,主要优点是:提取
速度快 ,萃取条件温和 ,通常为室温或略高于室温 ,
不会破坏挥发油等生物活性成分 ,保留比较完整 ,提
取率高 ,不含(或少含)溶剂残留 ,且可在特定的条
件下提取出较单一的成分 ,是一种有着巨大前景的
生物萃取技术 。
利用正交试验法在选定的萃取条件范围内进行
萃取试验 ,结果证明 ,超临界 CO2萃取白花丹参脂
溶性成分是可行的 。在 40 ～ 50 ℃、20 ～ 30 MPa的
范围内 ,萃取温度对白花丹参脂溶性成分萃取率的
影响最大 ,萃取时间次之 ,萃取压力和乙醇浓度的影
响最小。可行的工艺条件为:萃取温度 45 ℃,萃取
时间 1.5 h,萃取压力 25 MPa,乙醇浓度 900 ml/L,
在此条件下白花丹参脂溶性成分的萃取率可达 9.
07%。
超临界 CO2流体萃取所得的白花丹参脂溶性
成分与传统提取方法相比 ,超临界 CO2萃取法的优
点是可以在近常温的条件下提取分离 ,且操作简单 ,
几乎保留产品中全部有效成分 ,萃取速度快 ,无有机
溶剂残留 ,产品纯度高 ,可节省大量的有机溶剂 ,同
时可避免传统溶剂提取法的易燃易爆危险 ,降低环
境污染。在不同条件下萃取 ,可有选择地得到不同
的脂溶性成分 ,为白花丹参不同有效成分的提取及
其资源的综合开发利用提供参考 。
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(收稿日期　 2008-07-05)
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