全 文 ：广 东 化 工 2016年 第 12期
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超临界 CO2流体萃取盾叶木中顺-15-二十四碳烯酸
的工艺研究
杨孝辉，郭君
(湖南化工职业技术学院 制药与生物工程学院，湖南 株洲 412004)
[摘 要]对超临界 CO2流体萃取盾叶木中的顺-15-二十四碳烯酸工艺进行研究。在采用单因素考察萃取压力、萃取温度、萃取时间的基础上
应用正交实验筛选出最优萃取工艺为：萃取温度 50 ℃，萃取压力 35 MPa，萃取时间 2.5 h。
[关键词]超临界；盾叶木
[中图分类号]TQ644.14 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2016)12-0302-02
Study on Supercritical Carbon Dioxide Extraction of Cis-15-tetra-cosenic Acid in
Macaranga Adenantha
Yang Xiaohui ,Guo Jun
(Hunan Chemical Industry and Vocational Technology College, Zhuzhou 412004, China)
Abstract: To study the technology of supercritical fluid CO2 extraction (SFE CO2) on cis-15-tetra-cosenic acid from Macaranga adenantha. The effects of
pressure, temperature, timer on the cis-15-tetra-cosenic acid extracts were studied. The optium extraction conditions were as follows: pressure 35.0 MPa, temperature
50 ℃, time 2.5 h.
Keywords: SFE CO2；Macaranga adenantha
盾叶木 Macaranga adenantha 是大戟科铁苋菜亚科血桐属植
物，产于我国广东中西部、广西、贵州西南部、云南东南部[1-2]。
盾叶木中顺-15-二十四碳烯酸含量高，具有很强的开发利用价值
[3]。顺-15-二十四碳烯酸又名神经酸，是存在于天然植物中的一种
三萜类化合物，具有镇静、抗炎、抗菌、抗糖尿病、抗溃疡、降
低血糖等多种生物学效应，近年发现，顺-15-二十四碳烯酸还具
有抗致癌、抗促癌、诱导 F9畸胎瘤细胞分化和抗血管生成作用，
极有可能成为低毒高效的新型抗癌药物；顺-15-二十四碳烯酸具
有明显的抗氧功能，因而被广泛地用作医药和化妆品，其应用前
景广阔[4-6]。现在从盾叶木中提取顺-15-二十四碳烯酸，多用传统
方法在高温条件下进行，极易使顺-15-二十四碳烯酸氧化分解，
活性下降，而用超临界萃取时温度不高，CO2对产品有保护作用，
确保了产品的活性；同时所得产品纯度高、无毒、无污染，确保
了产品的安全性[3-5]。查阅有关文献，未见有超临界 CO2萃取盾叶
木中顺-15-二十四碳烯酸的报道，为此，对盾叶木中顺-15-二十四
碳烯酸的超临界 CO2萃取工艺及其品质变化规律进行了研究，目
的在于为生产应用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 仪器与药品
GC-2014气相色谱仪(日本岛津)；HA121-50-01超临界萃取装
置(江苏南通华安超临界萃取有限公司)；盾叶木(产自广西)；顺-15-
二十四碳烯酸标样(纯度＞98 %)；AUW220 型分析天平(日本岛
津)；甲醇(分析纯)；正已烷(色谱纯)；硫酸(优级纯)；
所用其它试剂均为分析纯；用水均为双蒸水。
1.2 GC法测定顺-15-二十四碳烯酸含量[7-9]
1.2.1 色谱条件
色谱柱：ZB-Wax毛细管柱(30.00 m×0.25 m×0.50 μm)，FID
温度 300 ℃，进样口温度 290 ℃。升温程序：色谱柱初始温度为
170 ℃，保持 2 min，以每分钟升高 3 ℃的速率升温至 240 ℃，保
持 30 min，分流比 150∶1，进样量 1 μL。
1.2.2 样品测定
精密称取顺-15-二十四碳烯酸对照品适量加三氯甲烷制成每
毫升含顺-15-二十四碳烯酸 4.0000 mg的溶液，即得对照品溶液。
精密称取盾叶木萃取油 0.1 g，置 25 mL容量瓶中加三氯甲烷溶解
并定溶至刻度，摇匀，加 0.3 g无水硫酸钠干燥除去水分，滤过，
取续滤液，即得供试品溶液。分别精密吸取神经酸对照品溶液和
供试品溶液各 1 μL注入气相色谱仪，测定顺-15-二十四碳烯酸含
量。
2 结果与分析
2.1 原料含水量对萃取率的影响
原料水分含量过高，萃取过程中，水同产物一起被萃取出来，
造成后续分离困难。同时，大量水分存在萃取管路中，当萃取压
力急剧降低，水形成冰块，体积膨胀堵塞管路，不利于产物放出。
萃取原料含水量控制在 3 %以内。
2.2 粒度对萃取率的影响
原料粒度大，萃取传质路程长，萃取时间延长，不经济；原
理粒度太小，大分子物质容易萃取出来，造成萃取物成分增多，
不易分离；同时小颗粒原理容易透过设备滤片进入分离缸，增加
分离难度。萃取原料粒度控制在 40目。
2.3 CO2流量对萃取率的影响[10]
二氧化碳流量对萃出率的影响是两方面的，二氧化碳流量过
低，不利于相间传质扩散，溶剂流量过高，从物料床层出来的二
氧化碳中溶质又远未饱和，造成溶剂和动力浪费。设定 CO2流速
为 20 L/h作为最佳萃取条件。
2.4 单因素实验
2.4.1 温度对萃取效果的影响
精密称取 200 g粉碎至 40目的盾叶木原料 5份，固定压力为
30 MPa，CO2流量 20 L/h，在温度 20 ℃、30 ℃、40 ℃、50.0 ℃、
60 ℃的条件下分别萃取 2 h，萃取物用 1.2方法测定顺-15-二十四
碳烯酸含量。结果如图 1。
图 1 温度对萃取率的影响
Fig.1 Effect of temperature on the extraction rate
[基金项目] 湖南省教育厅科研项目：以芥酸为原料合成顺-15-二十四碳烯酸的工艺研究(项目编号：12C1045)
[作者简介] 杨孝辉(1982-)，男，讲师，从事天然产物提取与分离鉴定。
[收稿日期] 2016-06-09
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从图 1中可以看出，在温度低于 40 ℃时，温度越高萃取效果
越好，当温度高于 40 ℃后，顺-15-二十四碳烯酸的提取率随温度
的增加变化不大。这可能是因为温度的增加一方面使物质的相对
挥发度增大，CO2 的扩散性增加，有利于传质的进行，在提取温
度不高的情况下随着温度升高，CO2扩散性增加为主要影响因素，
表现出萃取效率随温度升高而提高；温度达到 40 ℃时，提取物在
CO2 中的传质过程趋于平衡，总体表现为随温度升高提取率增加
幅度不大。
2.4.2 压力对萃取效果的影响
精密称取 200 g粉碎至 40目的盾叶木原料 5份，固定温度为
40 ℃，CO2流量为 20 L/h，在压力 10 MPa、20 MPa、30 MPa、
40 MPa、50 MPa的条件下分别萃取 2 h，萃取物用 1.2方法测定
顺-15-二十四碳烯酸含量。结果如图 2。
图 2 压力对萃取率的影响
Fig.2 Effect of pressure on the extraction rate
从图 2中可以看出，在 10~50 MPa压力范围内随着萃取压力
的升高，萃取物中顺-15-二十四碳烯酸含量呈上升趋势。在 10~30
MPa范围内随着压力的升高，萃取率增加较快，这可能是因为随
着压力升高，CO2 的密度增大，萃取物溶解度增加，提高了萃取
效率；在 30~50 MPa范围内萃取率随着压力的提高，顺-15-二十
四碳烯酸在 CO2气体中的萃取率增加幅度不大，这可能和目的物
质在此压力范围内溶解度变化不大有关。考虑到过高的压力虽然
可以少量提高萃取率，但对设备和操作也提出更高的要求，生产
成本也会相应增加，因此综合考虑压力控制在 35 MPa以内。
2.4.3 萃取时间对萃取效果的影响
精密称取 200 g粉碎至 40目的盾叶木原料 5份，固定温度为
40 ℃，CO2流量为 20 L/h，在压力 40 MPa的条件下分别萃取 0.5
h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h，萃取物用 1.2方法测定顺-15-二十四碳
烯酸含量。结果如图 3。
图 3 时间对萃取率的影响
Fig.3 Effect of time on the extraction rate
从图 3中可以看出，在萃取时间 0.5~3 h范围内随着萃取时间
的延长，萃取率呈上升趋势，其中在 0.5~2 h范围内呈快速上升趋
势，这可能是因为顺-15-二十四碳烯酸在开始萃取的时候传质推
动力大，产物快速从颗粒中转出；但在 2.5 h后传质趋于平衡，故
随着时间的增加产物萃取率提高不明显。
2.5 正交实验
2.5.1 因素水平设计
为进一步优化萃取条件，根据单因素实验结果，设计 3因素
3水平的正交试验见表 1。
表 1 因素水平表
Tab.1 Factor level
水平 因素
A温度/℃ B压力/MPa C时间/h
1 35 25 2
2 40 30 2.5
3 45 35 3
2.5.2 正交试验结果及分析
取 40目的盾叶木原料按照 L9(33)正交表进行正交试验，以萃
取产物中顺-15-二十四碳烯酸百分含量为指标，进行直观分析和
方差分析，结果见表 2。
表2 正交实验设计表及结果
Tab.2 Orthogonal experimental design and results
序号 A B C 顺-15-二十四碳烯酸百分含量/%
1 1 1 1 3.31
2 1 2 2 3.94
3 1 3 3 4.28
4 2 1 2 3.93
5 2 2 3 4.27
6 2 3 1 4.05
7 3 1 3 3.66
8 3 2 1 4.37
9 3 3 2 4.54
K1 11.53 10.9 11.73
K2 12.25 12.58 12.41
K3 12.57 12.9 12.21
k1(K1/3) 3.84 3.63 3.91
k2(K2/3) 4.08 4.19 4.14
k3(K3/3) 4.1 4.29 4.07
R 3.47 6.57 2.27
表 2 极差分析表明：以萃取物中顺-15-二十四碳烯酸百分含
量为评价指标，各因素对顺-15-二十四碳烯酸提取的影响程度由
高到低依次为 B＞A＞C，最佳配比为 B3A3C2(即压力 35 MPa，萃
取温度 50 ℃，萃取时间 2.5 h)。
2.5.3 最优工艺验证试验
精密称取 200 g粉碎至 40目的盾叶木原料 3份，固定压力为
35 MPa，萃取温度为 50 ℃，萃取 2.5 h，萃取物用 1.2法测定含
量。结果显示萃取物中顺-15-二十四碳烯酸平均百分含量为
4.41 %，RSD=9.61 %。利用最优工艺条件萃取得到的产物杂质含
量少，产品纯度高；工艺参数在现有工业条件下容易实现，且结
果重现性良好，具有可行性。
3 结论
通过单因素试验和正交试验得到一组 CO2超临界萃取盾叶木
中顺-15-二十四碳烯酸的最优工艺条件：萃取温度 50 ℃、压力 35
MPa、萃取时间 2.5 h。此工艺条件下萃取得到的产物杂质含量少，
产品纯度高，生产周期短，产物在接近常温下提取，较好的保护
了产物的生物活性；工艺参数在现有工业条件下容易实现，且结
果重现性良好，具有可行性，为开发利用盾叶木中顺-15-二十四
碳烯酸提供了新方法，且具有很强的应用价值。
参考文献
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如图2所示为传输卡整体框架图。由于采集卡输出数据的速率
与通过PCIe接口传输数据速率不一致，故需设计FIFO缓存模块(利
用IP核来实现)[4]。
系统刚上电工作和采集工作时，发送控制逻辑模块都对FIFO
进行复位控制。采集后由发送控制逻辑模块接收采集卡的数据并
控制FIFO的写信号将数据写入FIFO，并判断FIFO中数据是否已
满，若是将数据读走并按照事务层包的格式进行封装，发送到核
的发送事务接口经核发送给PC机。
图2 数据传输卡整体框图
Fig.2 Block diagram of data transmission card
系统进行存储工作时，接收控制逻辑模块对FIFO亦进行复位
控制。由核传过来的事务层数据包先存入FIFO中，接收控制逻辑
模块控制FIFO的读信号并将数据读走，同时判断FIFO中的数据状
态是否为空，当FIFO为空时则停止当前操作。对于接收到的事务
层数据包，接收控制逻辑模块按照事务层数据包的格式对数据进
行解析后进行存贮或I/O读、写操作。此时需对存贮器或I/O的状
态进行判断，若没准备好则进入等待状态直到目标设备就绪。
2.2 DMA控制器的设计
本设计中数据传输方式采用DMA方式。
DMA传输的启动由主CPU控制，启动后DMA控制器成为主
控者，CPU不参与数据传输而可去处理其他的任务，即DMA传送
时不经过CPU，直接实现存储器与I/O设备之间的数据传送。DMA
传输包括以下三个步骤：(1)对DMA控制器中的控制寄存器配置，
包括设置数据传输的源地址、目的地址以及数据块大小；(2)DMA
控制器申请并获得总线的控制权，然后从源地址读取数据并将其
暂存，然后在下一个时钟周期将数据写入目的地址；(3)对下一个
要传输的数据重复进行操作，直到数据块传输完毕[5]。
本文设计的DMA控制器对控制寄存器的设置如表1所示：
表1 DMA控制器写操作的寄存器配置说明
Tab.1 DMA controller the register configuration instructions of
write operation
寄存器 偏移地址 详细说明
复位寄存器 0X00 发起、取消复位DMA控制器
DMA写事务包地址寄存器 0X04 DMA写数据的起始地址
DMA写事务包大小寄存器 0X08 DMA写事务包的大小
DMA写事务包个数寄存器 0X0C DMA写事务包的个数
DMA写数据值寄存器 0X10 有效载荷内容
控制寄存器 0X14 启动DMA写操作
中断寄存器 0X18 打开或关闭中断
DMA写事务包完成寄存器 0X1C 写事务包完成标志
外部寄存器0 0X20 保留
DMA传输方式写操作的步骤如下：(1)写中断寄存器，打开中
断；(2)写事务包地址寄存器，设置数据传输的源地址；(3)写事务
包大小寄存器，设置事务包的大小；(4)写事务包个数寄存器，设
置事务包的个数；(5)写数据值寄存器，写入有效载荷；(6)写控制
寄存器，启动DMA写操作；(7)写DMA事务包完成寄存器，表示
数据传输完毕；(8)等待中断寄存器发中断，收到中断后将此中断
关闭。
2.3 数据传输卡的测试
采用一固定频率的正弦信号对该数据传输卡测试，将PC机上
接收到的数据用Matlab分析，通过对比得知与原正弦信号一致即
可检验数据传输的准确性。
3 结束语
本设计使用Xilinx公司的ISE10.1对IP核配置，建立了PCI
Express总线协议接口，设计了基于PCI Express总线接口的数据传
输卡，经测试数据传输准确。
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