全 文 ：基于 CO2 超临界萃取技术的康藏荆芥精油的提取研究
顾锡峰　(青海大学化工学院 ,青海西宁 810016)
摘要　[目的]建立CO2 超临界萃取技术提取康藏荆芥(NepetapratiLèvl)精油的最佳工艺。 [方法]采用正交试验优化CO2超临界萃取
技术提取康藏荆芥精油的工艺。应用气相色谱 -质谱联用技术分析康藏荆芥精油的主要成分及其含量 , 并与水蒸气蒸馏法、溶剂法所
萃取的康藏荆芥精油的主要成分及其含量进行比较。 [结果 ]利用CO2 超临界萃取技术提取的荆芥精油的主要组分为:胡薄荷酮 、薄荷
酮、石竹烯 、D-柠檬烯、反式-香芹醇、辣薄荷烯酮、大牻牛儿烯D、2R-顺-5-甲基 -2-(1-甲基乙基)环己酮、异胡薄荷酮 、柠檬烯、1-辛烯-3-
醇 ,松茸醇 、2-环戊基环戊酮、石竹烯氧化物、dactylol、月桂烯 , 其含量分别为:45.21%、19.90%、1.89%、1.80%、1.49%、1.07%、0.81%、
0.78%、0.65%、0.51%、0.51%、0.50%、0.47%、0.40%、0.21%。其中 ,萃取物中的萜类物质含量最高 ,可达 76.20%。与传统提取法(水
蒸气蒸馏法和溶剂浸提法)相比 ,应用CO2超临界萃取技术提取的康藏荆芥精油中的主要物质胡薄荷酮等含量较高 ,且萃取出来的物质
种类相对较多。 [结论 ]超临界萃取法简便可行 ,具有传质速率快 、穿透能力强、选择性高、萃取效率高、操作温度低等特点。
关键词　康藏荆芥;CO2超临界萃取技术;水蒸气蒸馏法;溶剂法;气相色谱-质谱联用技术
中图分类号　R284.2　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2010)09-04529-03
ResearchontheExtractionofEssentialOilfromNepetapratiLèvlBasedonCO2 SupercriticalExtractionTechnologyGUXi-feng　(CollegeofChemicalEngineering, QinghaiUniversity, Xining, Qinghai810016)
Abstract　[ Objective] TheresearchaimedtoestablishthebestextractiontechnologyofessentialoilfromNepetapratiLèvlbasedonCO2 su-percriticalextracttechnology.[ Method] Theorthogonalexperimentwasusedtooptimizetheextracttechnology.Andthegaschromatography-
massspectrum(GC-MS)technologywasusedtoanalyzethemaincomponentsandtheircontentsofNepetaprattiLèvlvolatileoil, thencompare
themtothatofvolatileoilsextractedbythesteamdistilationmethodandthesolventextractionmethod.[ Result] Theresultsshowedthatthe
maincomponentsofvolatileoilextractedbyCO2 supercriticalextracttechnologywerepulegone, menthone, caryophylene, D-limonene, trans-carveol, germacreneD, (2R-cis)-5-methyl-2-(1-methylethyl)-Cyclohexanone, isopulegone, limonene, 1-octen-3-ol, 2-cyclopentylcyclopen-
tanone, caryophyleneoxide, dactylol, β -myrcene, andtheircontentwas45.21%, 19.90%, 1.89%, 1.80%, 1.49%, 1.07%, 0.81%,
0.78%, 0.65%, 0.51%, 0.51%, 0.50%, 0.47%, 0.40%, 0.21%.Thereinto, theterpenescontentwasthehighest, upto76.20%.
Comparingtothesteamdistillationmethodandthesolventextractionmethod, themaincomponentsfromNepetapratiLèvlextractedbyCO2supercriticalextracttechnologywerethehighest, andthekindsofextractedcomponentswererelativelymore.[ Conclusion] Supercriticalex-
tractionmethodissimpleandfeasible, ischaracteristicsofmasstransferspeedquick, penetrabilitystrong, selectivityandextractiveefficiency
high, operatingtemperaturelowandsoon.
Keywords　NepetapratiLèvl;CO2 supercriticalextractiontechnology;Theteamdistilationmethod;Thesolventextractionmethod;GC-MS
technology
作者简介　顾锡峰(1972-),男 ,青海西宁人 ,讲师 ,从事植物有机化学
的教学与科研工作。
收稿日期　 2009-12-04
　　康藏荆芥(NepetapratiLèvl),又名小茴香 、假苏 ,是一种
唇形科植物裂叶荆芥 ,以干燥地上部分或穗入药 ,主要分布
于河北 、山西 、陕西 、甘肃 、青海 、四川省。荆芥精油具有解表
散风 、透疹等作用 ,主要用于感冒头痛 、麻疹 、疮疖初起 、崩
漏 、便血等病的治疗 ,为常用中药材品种 ,具有悠久的入药历
史和显著药效 。药理研究表明 ,荆芥总挥发油具有缓解支气
管平滑肌痉挛 、抗过敏 、镇静 、祛痰 、抗炎等作用 [ 1] 。因此 ,关
于荆芥精油的提取方法备受人们的关注。
荆芥精油的提取有水蒸气蒸馏法 、溶剂法 、超临界流体
萃取法等。由于 CO2超临界萃取法(CO2-SFE)具有得率高 、
活性物质含量高 、环保等优点 ,目前正得到越来越广泛的应
用 。为此 ,笔者通过现有文献分析及单因素试验确定天然香
味植物康藏荆芥中的有效成分(挥发性强的物质)提取的主
要影响因素 ,在此基础上 ,采用正交试验确定 CO2-SFE技术
提取的最佳工艺条件;利用气质联用色谱分析(GC-MS)技术
对所提取精油的有效成分进行分析 ,确定出有效成分中的主
要化学物质(找到发香的主要物质),并定量确定各有效成
分;另外 ,用水蒸气蒸馏法和溶剂提取法提取康藏荆芥中的
有效成分 [ 2] ,并将其与 CO2 -SFE技术提取的结果进行对比分
析 ,以期为进一步开发康藏荆芥的经济价值和有效利用该资
源提供科学依据。
1　材料与方法
1.1　材料
1.1.1　研究对象。康藏荆芥 ,购于青海省西宁市东关清真
大寺后街 ,产于青海省湟中县多吧镇 ,经青海师范大学教授
鉴定为康藏荆芥(NepetapratiLèvl)。
1.1.2　主要试剂 。丙酮(分析纯 ,相对分子量为 58.08);
CO2(西宁市城北区气体供应公司 ,纯度≥99.5% ,纯度为食
品级)。
1.1.3　主要仪器。电子天平;WF-160型家用万能粉碎机
(姜堰市医用粉碎机厂);电阻烘箱(上海实验仪器总厂);真
空泵(郑州长城科工贸有限公司);RE-3000旋转蒸发器(上
海亚荣生化仪器厂);HA221-50-06超临界萃取(SFE)装置
(江苏南通市华安超临界萃取有限公司);GCMS-QP2010气
相色谱 -质谱联用仪(日本岛津)。
1.2　方法
1.2.1　CO2-SFE技术提取康藏荆芥精油的方法。将康藏荆
芥的茎 、叶 、穗用 WF-160型家用万能粉碎机进行粉碎 ,过 20
～ 40目筛末 ,混合均匀 ,根据 HA221-50-06型 SFE装置的操
作规程进行萃取。称取一定量康藏荆芥粉末 ,用适量夹带剂
浸泡后连同夹带剂一起装入料筒 ,并将料筒装入萃取罐 ,旋
紧密封垫。对萃取各条件参数进行设置 ,待系统升温至要求
的温度 ,启动加压泵 ,将达到超临界状态的 CO2送入萃取罐 ,
超临界状态的 CO2在与物料连续接触的过程中 ,有效成分被
萃取到 SCF中 ,通过等温降压或降温降压进入分离器。由于
安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2010, 38(9):4529-4531 责任编辑　姜丽　责任校对　卢瑶
DOI :10.13989/j.cnki.0517-6611.2010.09.134
此处的 CO2流体不再是超临界状态 ,且夹带物料能力下降 ,
萃取物在分离器中与 CO2分开 ,而 CO2再经缓冲器进入 CO2
储罐 ,可循环使用 。萃取物从分离器底部取出 ,萃取开始后
20min开始收集萃取物 ,当不再有萃取物流出时 ,表明萃取
已经完成。将每次的萃取物取样并避光储存 ,用于后期 GC-
MS分析 。取样后的各萃取物用旋转蒸发器减压蒸馏 ,夹带
剂大量被蒸出后 ,再分别加入丙酮 、丁醇将其溶解 ,再次减压
蒸馏 ,以除去其中的水分 ,重复 3次 ,水分基本全被除尽 ,得
浸膏 ,迅速称量其质量 ,计算提取率和浸膏得率。试验具体
工艺流程见图 1。
图 1　试验工艺流程示意图
Fig.1　Experimenttechnicalprocess
　　提取率 =萃取前物料重(g)-萃取后物料烘干重量(g)萃取前物料重(g)
×100%
浸膏得率 =提取的浸膏质量(g)萃取的物料重(g)×100%
1.2.2　提取工艺优化的正交试验。以提取率和浸膏得率为
考察指标 [ 3] ,固定 CO2流量为 18.6L/h左右 ,分离温度为 25
℃,萃取时间为 160 min,选取萃取压力 、萃取温度 、分离压
力 、夹带剂用量进行 4因素 3水平 L9(34)正交试验 [ 4] 。正交
试验因素与水平设计见表 1。
表 1　L9(34)正交试验因素与水平设计
Table1　Designoffactorsandlevelsoforthogonaltest
水平
Level
萃取压力 AMPa
Extractionpressure
萃取温度 B℃
Extractiontemperature
分离压力 CMPa
Separationpressure
夹带剂用量 Dml
Entrainerdosage
1 18 35 5.4 50
2 24 45 5.7 75
3 30 55 6.0 100　
1.2.3　GC-MS分析条件。
1.2.3.1　GC分析条件。DB-WAX毛细管柱 ,进样口温度
240 ℃,柱箱温度 40 ℃ 8℃/min升温 200 ℃(保持 5 min)
5℃/min升温
230 ℃(保持 3min),接口温度 230℃。
1.2.3.2　MS分析条件。离子源温度 200 ℃;EI70 eV;载气
He;柱前压 60 kPa;柱流量 1.15 ml/min;分流比 20∶1;全扫描
方式 [ 5] 。
2　结果与分析
2.1　正交试验结果　由表 2可知 ,最优组合为 A2B2 C3 D3 ,即
CO2超临界萃取荆芥精油有效成分的最佳工艺条件为:萃取
压力 24 MPa,萃取温度 45℃,分离压力 6.0 MPa,夹带剂(丙
酮)用量 100 ml,分离温度 25℃,萃取时间 160 min。在最佳
工艺条件下 ,康藏荆芥精油的提取率可达 8.50%。
　　RD>RA>RB >RC,即各因素对康藏荆芥精油提取的影
响的大小顺序为:夹带剂用量 >萃取压力 >萃取温度 >分离
压力。
表 2　L9(34)正交试验结果
Table2　Theorthogonaltestresults
试验号TestNo. AMPa B℃ CMPa DV/ml
提取率
%Extractionrate
浸膏得率
%Extractyield
1 18 35 5.4 50 7.21 6.69
2 18 45 5.7 75 8.05 7.67
3 18 55 6.0 100 9.78 8.82
4 24 35 5.7 100 9.96 8.94
5 24 45 6.0 50 7.62 7.26
6 24 55 5.4 75 8.27 7.88
7 30 35 6.0 75 8.18 8.01
8 30 45 5.4 100 9.92 9.43
9 30 55 5.7 50 7.53 7.25
k1 8.35 8.45 8.47 7.45
k2 8.62 8.53 8.51 8.17
k3 8.54 8.53 8.53 9.89
R(极差) 0.27 0.08 0.06 2.43
最优方案 A2 B2 C3 D3
2.2　康藏荆芥精油的 GC-MS分析结果　在最佳工艺条件
下提取荆芥精油 ,根据 CO2-SFE(丙酮为夹带剂)提取的荆芥
精油的气相色谱总离子流图(图 1),经计算机数据检索及人
工解谱 ,采用峰面积归一化法 [ 6]测定化学成分的相对含量 ,
结果见表 3。
　　由图 1、表 3可知 ,康藏荆芥精油中共有 15种成分 ,其
中 ,胡薄荷酮和薄荷酮的含量最高 ,共占 65.11%,石竹烯 、D-
柠檬烯 、反式 -香芹醇 、辣薄荷烯酮的含量依次降低 ,含量分
别在 1.00% ～ 2.00%,其他各成分的含量都在 1.00%以下。
表 3　采用 CO2-SFE技术提取的康藏荆芥精油中主要化学成分及相对
含量
Table3　MainchemicalcompositionandrelativecontentofNepeta
pratiLèvlessentialoilextractedbyCO2supercriticalextrac-
tiontechnology
含量排序Content
ranking
出峰编号Peak
No.
化学成分名称Chemicalcomposition
相对含量
%Relative
content
1 8 胡薄荷酮 (Pulegone) 45.21
2 4 薄荷酮(Menthone) 19.90
3 12 石竹烯(Caryophyllene) 1.89
4 3 D-柠檬烯(D-limonene) 1.80
5 14 反式 -香芹醇(Trans-carveol) 1.49
6 15 辣薄荷烯酮(Piperitenone) 1.07
7 16 大牻牛儿烯D(GermacreneD) 0.81
8 5 2R-顺-5-甲基-2-(1-甲基乙基)环己酮 ,薄
荷酮异构 体 [ (2R-cis)-5-methyl-2-(1-methylethyl)-Cyclohexanone]
0.78
9 13 异胡薄荷酮(Isopulegone) 0.65
10 6 柠檬烯(Limonene) 0.51
11 18 1-辛烯-3-醇 ,松茸醇(1-octen-3-ol) 0.51
12 2 双环薄荷酮 , 2-环戊基环戊酮(2-cyclopen-tylcyclopentanone) 0.50
13 20 石竹烯氧化物(Caryophyleneoxide) 0.47
14 10 dactylol 0.40
15 17 月桂烯(β-myrcene) 0.21
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图 1　采用CO2-SFE技术提取的康藏荆芥精油的气相色谱总离
子流图
Fig.1　GaschromatographyofNepetapratiLèvlessentialoilex-
tractedbyCO2 supercriticalextractiontechnology
2.3　不同提取方法提取的康藏荆芥精油的主要成分比
较　应用 CO2-SFE水蒸气蒸馏法和溶剂浸提法提取所得的
康藏精油中最主要的成分比较结果见表 4。由表 4可知 ,与
传统提取法(水蒸气蒸馏法和溶剂浸提法)相比 ,应用 CO2 -
SFE技术提取的康藏荆芥精油中的主要物质胡薄荷酮含量
较高 ,占总含量的 45.00%以上 ,而且萃取出来的物质种类相
对也较多;应用 CO2-SFE技术提取的康藏荆芥精油中含有的
辣薄荷烯酮 、异胡薄荷酮等物质 ,在传统提取方法提取出来
的精油中没有被检测出来。
3　结论与讨论
3.1　结论
(1)CO2-SFE技术萃取康藏荆芥精油有效成分的最佳工
艺条件为:萃取压力 24MPa,萃取温度 45℃,分离压力 6 MPa,
表 4　不同方法提取的康藏荆芥精油主要成分比较
Table4　ComparisonofmaincompositionofNepetapratiLèvlessentialoilextractedwithdifferentmethods
含量排序Contentranking
CO2-SFE
主要成分Maincomposition 相对含量∥%Relativecontent
水蒸气蒸馏法 Steamdistilation
主要成分Maincomposition 相对含量∥%Relativecontent
溶剂浸提法 Solventextractionmethod
主要成分Maincomposition 相对含量∥%Relativecontent
1 胡薄荷酮 45.21 胡薄荷酮 24.45 胡薄荷酮 16.72
2 薄荷酮 19.90 薄荷酮 41.66 薄荷酮 14.14
3 石竹烯 1.89 石竹烯 1.11 石竹烯 1.46
4 D-柠檬烯 1.80 D-柠檬烯 8.47 D-柠檬烯 1.58
5 反式香芹醇 1.49 反式香芹醇 1.02 反式香芹醇 0.88
6 辣薄荷烯酮 1.07 - -
7 异胡薄荷酮 0.65 - -
8 石竹烯氧化物 0.47 氧化石竹烯 5.85 -
夹带剂(丙酮)用量 100 ml,分离温度 25 ℃,萃取时间 160
min,此条件下提取率可达 8.50%。
(2)康藏荆芥中的主要成分为单萜类化合物 ,其中以胡
薄荷酮 、异薄荷酮 、石竹烯等为主。
(3)与传统提取方法(水蒸气蒸馏法和溶剂浸提法)相
比 ,应用 CO2-SFE技术提取的康藏荆芥精油中的主要物质胡
薄荷酮等含量高 ,且萃取出来的物质种类相对也较多 。
3.2　讨论
(1)CO2-SFE技术的萃取压力和萃取时间对康藏荆芥精
油的得率影响较大。在一定范围内萃取压力增大 , CO2密度
增加 ,精油的溶解度也增加 ,使得萃取率相应提高;但 CO2压
力过大 ,传质速度减慢 ,扩散系数也随之减少 ,反而不利于进
一步提取。萃取时间对萃取得率的影响是正相关的 ,但从经
济角度出发不宜过长。
(2)CO2-SFE技术是一门新兴的萃取技术 ,因为该技术
萃取在低温下进行 ,所以产品底香较好 ,香气持久 ,能有效防
止热敏性及化学不稳定性组分被破坏 ,更适于香料的萃取 ,
特别适合香料界对产品的自然 、纯净和无污染的要求 。
(3)由于提取过程中 ,原料量较少 ,且设备的管道 、容器
多 ,提取物在管道内的残存较多 ,分离罐出来的有效成分不
能较好地说明原料中有效成分的含量 ,故试验中提取效果指
标结合提取率及浸膏得率两者分析;而由于残存原因不能接
收完全 ,提取效果指标又以提取率为主要参考 [ 3] 。
(4)该研究应用 CO2-SFE技术提取的康藏荆芥挥发油
中 ,几种主要组分胡薄荷酮(45.21%)、薄荷酮(19.90%)、石
竹烯(1.89%)、柠檬烯(0.51%)、异胡薄荷酮(0.65%)、2R-
顺-5-甲基-2-(1-甲基乙基)环己酮(0.78%)、大牻牛儿烯 D
(0.81%)的含量与任彦蓉等 [ 7]研究的结果相差无几 。
(5)CO2-SFE技术具有萃取过程短 、操作温度低 、有效成
分不易被分解破坏 、提取收率高 、无溶剂残留等优点 。
参考文献
[ 1] 《中华本草》编委会.中华本草 [ M].上海:上海科学技术出版社, 1999:
194-199.
[ 2] 陈峰,郭立玮,潘林梅,等.超临界CO2流体萃取荆芥有效成分的最佳工艺条件研究[ J].时珍国医国药, 2005, 16(1):26-27.
[ 3] 于萍,邱琴 ,崔兆杰 ,等.GC-MS法分析山东荆芥穗挥发油化学成分
[ J].中成药, 2002, 24(12):960-961.
[ 4] 樊娟,毛学文.野生芳香植物裂叶荆芥挥发油的研究 [ J] .天水师范学
院学报 , 2002, 22(2):26.
[ 5] 丛浦珠.质谱学在天然有机化学中的应用 [ M] .北京:科学出版社,
1987:595.
[ 6] 向智敏 ,李会林 ,张骊.五味子超临界 CO2提取物的气相色谱质谱分析[ J].色谱 , 2003, 21(6):568.
[ 7] 任彦蓉 ,米琴,刘宝林,等.超临界CO2萃取法提取康藏荆芥中有效成分的研究[ J].安徽农业科学, 2008, 36(33):14578-14579, 14581.
453138卷 9期　　　　　　　　　　　　顾锡峰　基于CO2超临界萃取技术的康藏荆芥精油的提取研究