全 文 ：超临界 CO2萃取法提取康藏荆芥中有效成分的研究
任彦蓉1 , 米 琴2 , 刘宝林1 , 曹长年1＊
　(1.青海大学化工学院 ,青海西宁 810016;2.青海师范大学生命科学与地理学院 ,青海西宁 810008)
摘要　[目的]利用超临界CO2萃取方法提取康藏荆芥中的有效成分 ,为找出康藏荆芥中有效成分的最佳提取方法并对提取物进行准确
分析奠定基础。[ 方法]应用超临界CO2萃取技术进行提取 ,用气-质联用(GC-MS)技术进行分析检测。[结果] 结果表明 , 康藏荆芥用乙醇作夹带剂的超临界CO2萃取方法提取的主要成分是以胡薄荷酮(pulegone)为主的萜酮类物质。[结论]超临界萃取方法是一种对康藏荆芥有效成分提取的可行方法。
关键词　超临界CO2萃取 ,气-质联用分析仪 ,康藏荆芥
中图分类号　S567.23+9　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2008)33-14578-02
Study on the Extraction of Effective Components from Nepeta pratti Lè vl by Supercritical CO2
REN Yan-rong et al　(College of Chemical Engineering, Qinghai University , Xining, Qinghai 810016)
Abstract　[Objective] The research aimed to study the extraction of effective components from Nepeta pratti Lèvl by supercritical CO2 , and provide the
basis for exploring a best extractiblemethod and analyzing the extracts accurately.[ Method] The plant was extracted with the supercritical CO2 and identi-
fied the extracts by GC-MS.[ Result] The results showed that the main components of Nepeta pratti Lè vl were terpenoids with many pulegone.[ Conclusion]
The supercritical CO2was a effective method for extracting the effective components from plant of Nepeta pratti Lèvl.
Key words　Supercritical CO2;GC-MS analysis;Nepeta pratti Lèvl
作者简介　任彦蓉(1963-),女 ,四川盐亭人 ,讲师 ,实验师 , 从事分析
化学方面的研究。 ＊通讯作者 ,硕士 ,教授。
收稿日期　2008-09-11
　　康藏荆芥(Nepeta pratti Lèvl)为唇形科列叶荆芥属植物 ,
主要分布于河北 、山西 、陕西 、甘肃 、青海 、四川[ 1] 。荆芥中挥
发性成分具有解热 、镇痛 、抗病毒 、抑菌等作用[ 2] 。荆芥挥发
油的主要有效成分是胡薄荷酮 、薄荷酮 ,其中薄荷酮具有很
强的镇痛作用[ 3] ,胡薄荷酮具有抗炎等功效[ 4] 。
研究康藏荆芥的超临界CO2 萃取对增加有效成分的提
取率 、提取速率 、萜烯类热敏成分的保护以及挥发油各种成
分的分离 、提高产品品质 、推动中药产业化 、提高经济效益等
无疑具有重要的意义;同时科学认识天然产物中的化学成
分 ,寻找活性成分 ,对指导天然香料开发以及中药开发都具
有一定的意义。为此 ,笔者探究了夹带剂 、萃取压力 、萃取温
度 、萃取时间 、CO2 流量等因素对原料提取率的影响 ,以提取
率为主要参考指标 ,通过正交试验找出提取的最佳提取工
艺 ,并用索氏提取法对原料进行提取以作对比。
1　材料与方法
1.1　材料　主要材料:康藏荆芥 ,购于青海湟中县;CO2 ,产
于西宁市城北区气体供应公司 ,纯度≥99.5%。
主要仪器:超临界萃取装置(HA221-50-06 ,江苏南通市华
安超临界萃取有限公司生产);旋转蒸发仪(RE-3000 ,上海亚
荣生化仪器厂生产);气相色谱质谱联用仪(GCMS-QP2010 ,日
本岛津生产)。
1.2　方法
1.2.1　有效成分的提取 。将原料进行粉碎 ,取 20 ～ 40目粉
末 ,混合均匀 ,备用。准确称取 100.00 g原料 ,用HA221-50-06
型超临界萃取装置进行萃取。影响原料提取率的因素有夹
带剂 、萃取压力 、萃取温度 、萃取时间 、CO2 流量 、分离压力 、分
离温度等 ,对其分别进行单因素分析。根据单因素分析及预试
验结果 ,以萃取压力 、萃取温度 、夹带剂用量 、分离压力 4因素
对康藏荆芥的提取进行正交试验 ,其夹带剂选用乙醇 、甲醇。
1.2.2　荆芥有效成分的 GC-MS分析条件 。DB-5MS 毛细管
柱 ,进样口温度 260 ℃,柱箱温度50 ℃　　5 ℃/min升温　　180
℃(保持 2min)　　10 ℃/min升温　　260 ℃(保持 45min),接口
温度 280 ℃。MS:离子源温度 200 ℃,EI(70 eV),载气He ,柱前压
51kPa ,柱流量 0.97ml/min ,分流比 1∶1.5 ,全扫描方式 ,扫描质量
范围 40～500 m/z 。
图1　夹带剂的用量与提取效果的关系
Fig.1　Correlation between entrainer dosage and extraction effect
2　结果与分析
2.1　单因素分析结果
2.1.1　夹带剂用量的选择 。取压力 24MPa 、萃取温度 43 ℃、
分离釜温度 40 ℃、分离釜压力 5.6 MPa ,用乙醇作夹带剂研
究了夹带剂用量对提取的影响 ,结果如图 1所示 。从图 1可
以看出 ,随着夹带剂的用量增加 ,提取率增加;当夹带剂大于
用量 2 ml/g(300 ml)时 ,提取率增加的较缓慢 ,综合考虑提取
率及夹带剂的费用 ,选取 2 ml/g(300 ml)的夹带剂用量提取
较好 。
2.1.2　萃取时间的选择。在萃取压力 24 MPa 、萃取温度 43
℃、分离釜温度 40 ℃、分离釜压力 5.6 MPa 、萃取时间 80
min、CO2 流量根据萃取压力及分离压力的调节稍有变化 ,平
均在 22 L/h ,乙醇夹带剂 300 ml下研究了时间对提取的影响
结果如图 2所示。从图 2可以看出 , 60 min后 ,已经无提取物
流出 ,提取达到最大值 。因此 , 60 min为最佳萃取时间 。
2.1.3　粉碎粒度的选择 。粒度越小 ,溶质从原料向超临界
CO2中传递的路径越短 ,阻力越小 ,与流体的表面积接触越
大 ,萃取率就越高 。但原料粒度过小 ,会造成传输系统的堵
安徽农业科学 , Journal of Anhui Agri.Sci.2008, 36(33):14578-14579, 14581　　　　　　　　　　　　　　　　责任编辑　姜丽　责任校对　卢瑶
DOI :10.13989/j.cnki.0517-6611.2008.33.150
塞 ,造成生产运转不良。该试验中原料粒度选用 20～ 40目。
图2　萃取时间与提取量的关系
Fig.2　Correlation between extraction time and extraction amount
2.1.4　萃取压力的选择。压力增大 ,CO2 密度增大 ,溶质的
溶解性能增加 ,有利于萃取;但随压力的增加 ,溶质扩散系数
有所下降 ,不利于萃取。通常情况下 ,在一定范围内前者起
主导作用。且压力升高也可能破坏萃取物化学结构 ,使萃取
物的得率明显降低。该试验装置的最高安全压力为 35MPa。
2.1.5　CO2流量的选择。CO2 流量的增加 ,物质的传质速度
提高 ,萃取体系的浓度差增加大 ,有利于萃取。但 CO2 流量
大 ,会增加 CO2及动力的消耗 ,增加设备的负担 ,成本增加 。
因此 ,要选择合适的 CO2 流量。该研究选择的流量为 20 ～
26 L/h。
2.1.6　萃取温度的选择。随着温度升高 ,CO2 分子间距增
加 ,分子间作用力减小 ,导致超临界CO2的溶解能力下降;另
一方面温度升高 ,分子热运动加剧 ,分子相互碰撞几率提高 ,
超临界CO2溶解能力上升 ,而且升温对增加被萃取物在 SCF
中的含量有利。另外 ,随着温度的升高有可能破坏萃取物的
结构 ,使萃取物的含量降低。由于原料荆中主要有效成分沸
点都较高 ,为提高萃取效率 ,可适当提高温度。该研究选择
的萃取温度为 35～ 55℃。
2.1.7　分离压的选择。其他条件相同时 ,当分离压力低时 ,
溶解于 SCF中的有效成分分离更完全。该研究选择的分离
压为 5.5 ～ 8.0 MPa。
2.2　正交试验结果　由表 1可知 ,在试验设计的范围内 ,最
好的方案为:A3B3C2D3 ,即萃取压力 30 MPa ,萃取温度 55 ℃,
分离压 6.9MPa ,夹带剂用量 2 ml/g(300 ml)。
表 1　荆芥提取正交试验
Table 1　The orthogonal test of extracting from Nepeta pratti
试验号
Test No. 萃取压力(A)∥MPaExtraction pressure 萃取温度(B)∥℃Extraction temperature 分离压(C)∥MPaSeparation pressure 夹带剂用量(D)∥mlEntrainer dosage 提取率∥%Extraction rate 浸膏得率∥%Extract yield
1 18 35 5.8 100 　　 5.90 4.10
2 18 45 6.9 200 5.25 3.61
3 18 55 8.0 300 10.92 3.94
4 24 35 6.9 300 10.40 5.27
5 24 45 8.0 100 5.19 4.71
6 24 55 5.8 200 8.13 6.19
7 30 35 8.0 200 5.74 4.69
8 30 45 5.8 300 7.41 7.17
9 30 55 6.9 100 7.71 7.46
R 1.126 4.303 1.973 3.024
最优水平 A3 B3 C2 D3
Opitimum level
　注:提取率由萃取罐萃取前后的质量差计算得出;浸膏得率由分离罐收集的物料浓缩为浸膏的质量得出。个别试验的浸膏得率与提取率不相适 ,主
要是由于试验过程中提取物的管道残存造成的。综合分析后 ,提取效果指标以提取率计算 ,浸膏得率仅作为参考。
　Note:Extraction rate was calculated according to the mass difference of ext raction pot before and after extraction;The extract yieldwas obtained from the concentrated
ext ract from the collected materials in separation pot;The extract yield of individual test was not accordant with the ext raction rate ,which was caused by the ex-
tract residue in the pipeline during the test process.After comprehensive analysis , the index of the extraction effect was calculated according to extraction rate ,
while the extract yieldwas only taken as reference.
表 3　荆芥提取物中主要化学成分
Table 3　Main chemical components in the extracts from N.pratti
出峰编号
Peak No. 化学成分名称Name of chemical components 含量∥%Content
20 胡薄荷酮(pulegone) 21.87
14 薄荷酮(menthone) 18.26
18
5-甲基-2-(1-甲基乙烯基)环己酮(5-methyl-2-(1-
methylethylidene)-cyclohexanone) 10.46
19 异胡薄荷酮(isopulegone) 8.97
32 亚麻酸;十八碳-9, 12 ,15-三烯酸(linolenic acid) 6.53
13
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)-Cyclo-
hexanone) 5.02
25 石竹烯(caryophyllene) 4.29
23 反-香芹醇(trans-carveol) 3.96
12 异薄荷酮(isomenthone) 3.28
24 辣薄荷烯酮(piperitenone) 2.67
40 β-谷甾醇(β-sitosterol) 2.31
30 棕榈酸;十六(烷)酸(hexadecanoic acid) 1.98
22 dactylol 1.86
21 7-十四(碳)烯(7-tetradecene) 1.26
26 大 牛儿烯D(germacrene D) 1.21
　　按照上述确定的最佳工艺条件进行 2次平行试验 ,结果
见表 2。由表 2可知 ,荆芥有效成分提取率分别为 10.85%、
13.70%,平均得率为 12.28%。可见 ,利用正交试验法所得
到的最佳工艺条件下平均提取率是比较高的。
表 2　荆芥提取平行试验结果
Table 2　The parallel test results of extracting from Nepeta pratti
试验号 Test No. 提取率∥%Extraction rate
1 10.85
2 13.70
2.3　GC-MS分析结果　根据总离子流图 ,经计算机数据检
索及人工解谱 ,采用峰面积归一化法测定化学成分的相对含
量 ,共检出 40种化合物 ,如图 3所示 ,含量在 1%以上的物质
列入表 3。
(下转第 14581页)
1457936卷 33期　　　　　　　　　　　　　　　任彦蓉等　超临界 CO2萃取法提取康藏荆芥中有效成分的研究
波强度 100%,微波时间 70 s ,料水比分别 1∶15 、1∶20 、1∶25和
1∶30 ,按“1.2.2”的方法测定吸光度 ,吸光度分别为 0.235、
0.252、0.214和 0.239。
1.2.4.2　正交设计试验。根据微波单因素试验结果 ,以料液
比(即白首乌地上部分质量与水的体积比)(A)、微波强度(B)
和微波时间(C)为影响因素 ,采用 L9(34)正交表设计试验 ,对
提取工艺进行优化 ,因素水平见表 1 。表 1　因素水平表
Table 1　The factors and levels
水平
Levels
料水比(A)
Material-water
ratio
微波强度∥%(B)
Microwave
intensity
微波时间∥s(C)
Microwave time
1 1∶15 　　　60 　　　　70
2 1∶20 80 80
3 1∶25 100 100
表 2　正交试验结果
Table 2　The orthogonal test results
序号
Serial number
因素 Factors
A B C
吸光度
Absorbency
1 1 1 1 0.185
2 1 2 2 0.218
3 1 3 3 0.200
4 2 1 2 0.221
5 2 2 3 0.247
6 2 3 1 0.169
7 3 1 3 0.188
8 3 2 1 0.224
9 3 3 2 0.240
K1 0.201 0.198 0.193
K2 0.212 0.230 0.226
K3 0.217 0.203 0.212
R 0.016 0.032 0.033
2　结果与分析
2.1　单因素试验　由单因素试验可知 ,微波时间为 80 s时 ,
提取率最高 ,随时间延长 ,提取率反而下降 ,所以提取时间控
制 80 s为宜;微波强度增加时 ,提取率增高 ,当微波强度增加
到 60%以后 ,再增加微波强度对结果影响不大;料水比为
1∶20时提取率较高 ,再增加料水比 ,提取率反而下降 。所以 ,
控制料水比为 1∶20 。
2.2　正交试验　正交试验结果如表 2所示。由表 2可知 ,微
波时间是影响白首乌地上部分多糖得率的最重要因素 ,其次
为微波强度和料液比。综合考虑各因素选择的优化工艺条
件为A3B2C2 ,即料水比(W/V)1∶25 ,微强度 80%,微波时间 80
s ,所得收率最好。
参考文献
[ 1] 苟占平 ,杨永建,边应孝,等.中药“白首乌”本草学考证[ J] .兰州医学
院学报 ,1999, 25(1):15-16.
[ 2] 王冬艳 ,张洪泉.江苏地产药白首乌的研究现状及进展[ J] .中国野生
植物资源, 2005,24(4):13-15.[ 3] 宋俊梅 ,曲静然 ,丁霄霖.白首乌一般成分的研究[ J] .食品研究与开
发 ,2002, 23(1):51-53.
[ 4] 刘卫卫 ,张朝晖,吴立云,等.鹅绒藤属植物化学成分与药理作用研究
进展[ J] .中成药 ,2003,26(3):216-21.
[ 5] 单磊,张卫东 ,张廷钊,等.耳叶牛皮消的化学和药理研究进展[ J] .药
学实践杂志 ,2005, 22(5):260-263.
[ 6] 高丽君 ,王汉忠, 崔建华, 等.苯酚-硫酸法测定白首乌中多糖含量
[ J] .山东农业大学报:自然科学版, 2004 ,35(2):295-297.
[ 7] 鲁敬荣 ,郑泽宝,楚洁.泰山白首乌多糖的微波提取技术研究[ J] .食品
科技, 2006(11):112-115.
[ 8] 杨喜花 ,陈敏 ,张华　,等.微波法提取沙棘叶总黄酮的工艺研究[ J] .
中草药 2006 ,37(4):535-537.[ 9] LI YW,WANG XM ,WEI Z H, et al.Determination on heavy metals content of
Achyranthes bidentata Blume.through inductively coupled plasma mass spec-
trometry(ICP-MS)[ J] .Agricultural Science &Technology , 2008 ,9(5):145-
149.
(上接第 14579页)
3　结论与讨论
(1)正交试验结果表明 ,荆芥提取的最佳工艺条件为:萃
取温度 55 ℃,萃取压力 30 MPa ,分离压力 6.9 MPa ,夹带剂
(乙醇)用量 2 ml/g(300 ml),分解温度 35 ℃,萃取时间 60
min。在该条件下提取率可达 12.28%。
(2)用GC-MS法对荆芥提取物进行鉴定分析 ,得到结果
如下:荆芥 SCFE提取方法得到的产物中主要成分为萜类化
合物 ,其中以胡薄荷酮(pulegone , 21.87%)、薄荷酮(menthone ,
18.26%)、异 胡薄 荷酮 (isomenthone , 8.97%)、石竹 烯
(caryophyllene ,4.29%)等为主 。
图3　荆芥 SCFE(乙醇为夹带剂)萃取物的总离子流图
Fig.3　Total ion current of SCFE extract from N.pratti(with ethanol as entrainer)
参考文献
[ 1] 中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志(第 65卷 ,第二分册)
[M] .北京:科学出版社, 1977:292-293.
[ 2] 李军晖,曾南 ,沈映君.荆芥的药理作用[ J] .四川生理科学杂志, 2004,
26(3):133-136.
[ 3] 江纪武 ,肖庆祥.植物药有效成分手册[ M] .北京:人民卫生出版社 ,
1986.
[ 4] 周家驹 ,谢桂荣,严建新.中药原植物化学成分手册[M] .北京:化学工
业出版社 ,2004.
[ 5] 王伟江.天然活性单萜———柠檬稀的研究进展[ J] .中国食品添加剂 ,
2005(1):33-37.
1458136卷 33期　　　　　　　　　　　　　　　　邹艳敏　白首乌地上部分多糖的微波提取技术研究