全 文 ：　　　　 天然产物研究与开发　 　　　　　
2003　Vo1.15　No.1 NATU RAL PRODUCT RESEARCH AND DEVELOPMENT　 　　　　　　　　　　
　
　
　
　
收稿日期:2002-09-30　　修回日期:2002-10-19
曾虹燕 ,女 ,博士 ,长期从事植物资源和植物有效成分的分离提取工
作。
＊通讯联系人(Corresponding author)
超临界 CO2萃取石香薷挥发油工艺的研究
曾虹燕1 　蒋丽娟2 　唐艳林1 　邓　琼1
(1.湘潭大学生物技术研究所　湘潭　411105;2.湖南林业科学院　长沙　410004)
摘　要　石香薷(Molsa chinensis)为多年生草本植物 , 具有重要的药用价值。本文首次探讨了超临界
CO2 萃取的压力 、温度 、流量 、时间等条件对石香薷挥发油收率的影响 ,确定其最佳萃取条件:萃取压力
15 MPa, 温度 45 ℃, CO2 流量 25 kg/ h和 90 min , 得率为 3.56%。水蒸气蒸馏提取得率为 1.62%, 石油
醚提取得率为 1.87%。结果表明超临界 CO 2萃取挥发油比后二者质优 ,收率大大提高 ,萃取时间短 , 无
溶剂残留。
关键词　石香薷;挥发油;超临界流体萃取
　　石香薷 (Mosla chinensis Maxim)系唇形科
(Labiata)荠宁属一年生草本植物。在我国长江以
南地区广泛分布 ,为重要的药用植物[ 1 ,2] 。具有发
表祛暑功能。常用于治疗暑湿感冒 、恶寒发热无汗 、
腹痛 、吐泻等症[ 2 ,3 ,4] 。石香薷挥发油对流感病毒有
较强的灭活能力 ,对一些杆菌 、球菌有很强的抗杀和
抑制能力 ,因此 ,开发与利用石香薷有着可观的实用
价值和应用前景。超临界 CO2 萃取技术是近二十
年来迅速发展起来的一种新型分离技术 ,由于超临
界CO2萃取无毒 、无溶剂残留 、无污染 ,适合于生物
资源有效成分的分离 ,十分符合绿色产品发展的要
求 ,被称作“绿色分离技术”[ 5 ,6] 。采用超临界 CO2
萃取技术萃取石香薷挥发油提取工艺的研究尚未见
报道[ 7] 。本文首次在我国采用超临界 CO2 萃取技
术提取石香薷挥发油 ,研究了萃取压力 、温度 、CO2
流量和时间对萃取结果的影响 ,确定其最佳工艺条
件。为更好地开发利用我国现有资源及超临界 CO2
萃取石香薷挥发油技术在工业上的应用提供了实验
基础 。
1　实验
1.1　实验仪器与材料
1.1.1　材料
石香薷干品 ,购自于湖南邵东廉桥。用刀切成
段后 ,用小型粉碎机粉碎成粉状(40 目)样品 。CO2
为食品级 。
1.1.2　主要仪器与试剂
江苏南通华安超临界萃取有限公司 HA221-50-
06超临界萃取装置;瑞士 BUCH 公司 HB-250型
旋转薄膜蒸发仪;所用试剂均为分析纯。
1.2　实验方法
1.2.1　水蒸气蒸馏法
将石香薷 500 g 装入挥发油提取器中 ,加水蒸
馏 6h ,得挥发油 8.1g ,收率为 1.62%,挥发油淡黄
色 ,具有特殊香味 。
1.2.2　有机溶剂提取法
石香薷共 384.3 g 用石油醚索氏提取 12 h ,减
压脱除石油醚得膏状物质。加入无水乙醇 , 在
-15 ℃下冷藏分层 ,抽滤 ,减压除乙醇得挥发油 7.
2 g ,为黄褐色 ,萃取率为 1.87%。
1.2.3　超临界 CO2萃取法
设定分离 I 的压力 7 ～ 8 Mpa ,温度 60 ℃。分
离 I I的压力 4 ～ 6 MPa ,35 ℃。称取石香薷 250 g ,
装入 1L 萃取罐内 , 超临界 CO2 萃取 。3 h 内每
30 min收集提取物 ,分别计算萃取率。
1.2.4　实验设计
以萃取压力 、温度 、CO2 流量三因素为变量 ,设
计进行三因素四水平的正交实验 。
表 1　正交试验设计表
Table 1　Orthogonal experimental design
水平 level
因素 Factor 压力
Pressure
A(MPa)
温度
Temperatu re
B(℃)
CO 2 流量
CO2 Flux
C(kg/h)
1 10 35 30
2 15 45 40
3 20 50 50
4 25 55 60
51
DOI :10.16333/j.1001-6880.2003.01.017
　　以萃取压力 、温度 、CO2 流量三因素为变量 ,实
验得到最佳条件后 ,再以此条件进行石香薷挥发油
提取实验 ,得出其最佳条件下的萃取率 ,为 3.56%。
2　结果与分析
2.1　工艺参数的优化
用正交实验对超临界 CO2 萃取石香薷挥发油
工艺参数的优化见表 2。从正交实验(表 2)分析结
果可知 ,萃取压力 、温度 、CO2 流量三因素的离差值
分别为 1.23 ,0.53和 0.28 ,表明萃取压力对挥发油
萃取率影响大大超过了萃取温度和 CO2 流量的影
响 ,结果顺序为:压力>温度>CO2流量。萃取压力
对挥发油萃取率影响最大 。
表 2　正交试验结果＊
Table 2　Results of o rthogonal experimental design
序号
No.
压力(MPa)
Pressu re
温度(℃)
Temperature
流量(kg/ h)
Flux
萃取率(%)
Rate of ext raction
1 10 35 30 2.00
2 10 45 40 2.04
3 10 50 50 1.40
4 10 55 60 1.08
5 15 35 40 2.16
6 15 45 50 3.56
7 15 50 60 3.00
8 15 55 30 2.56
9 20 35 50 2.20
10 20 45 60 2.96
11 20 50 30 3.00
12 20 55 40 2.88
13 25 35 60 2.08
14 25 45 30 2.40
15 25 50 40 2.36
16 25 55 50 2.68
Ⅰ 6.52 8.84 9.96
Ⅱ 11.28 10.96 9.26
Ⅲ 11.44 9.76 10.56
Ⅳ 9.53 9.2 9.12
K1 1.63 2.21 2.49
K2 2.82 2.74 2.32
K3 2.86 2.44 2.56
K4 2.38 2.3 2.28
R 1.23 0.53 0.28
＊为 80 min时的萃取结果。 The results of ext raction at 80 nim.
2.2　压力对萃取率的影响
萃取压力是影响萃取率的最主要的因素之一 。
从图 1中可看出 ,压力为 10 ～ 15 M pa 之间时 ,超临
界CO2 对石香薷挥发油的萃取率与压力呈正相关 ,
这是因为压力提高 ,CO2 密度增加 ,挥发油的溶解度
也增加 , 萃取率也相应提高。但压力超过 20 MPa
后 ,萃取率反而下降 ,可能是由于 CO2 压力越高 ,传
质速度越慢 ,即越不利于进一步的提取 。综合以上
结果 , 在石香薷挥发油萃取实验中 , 萃取压力为
15 MPa时萃取率最佳。
图 1　萃取压力与萃取率的关系
Fig.1　The effect on the pressure to the ex traction rate
2.3　温度对萃取率的影响
萃取温度是超临界萃取的另一重要因素。其影
响也比较复杂。随温度的升高 ,产品收率逐渐增加 ,
当超过 45 ℃时 ,又逐渐下降(图 2)。原因是温度升
高 ,CO2粘度下降 ,扩散能力增强 ,使得溶质在超临
界 CO2 的溶解度增加;另一方面 ,温度升高 ,流体密
度降低 ,其溶解度下降 ,产品收率降低 。温度对萃取
效果的影响是这两个因素要综合作用的结果。实验
结果表明 ,最佳萃取温度为 45 ℃。
图 2　温度与萃取率的关系
Fig.2　The effect on the temperature to the ex traction rate
2.4　流量对萃取率的影响
动态萃取 CO2 流量大时 ,萃取剂与被萃取物比
值大 ,有利于被萃取物从物料中向超临界流体中扩
散 。但流量过大时 , CO2 流速过快与物料接触不充
分 ,提取效果降低 ,且解析分离也不完全。另一方
面 ,流量太低时 ,要达到较高的萃取效率 ,必须延长
时间 ,使耗能增加 。从表 1和图 3可知 ,在萃取石香
薷挥发油时 ,CO2流量对萃取率的影响不大 ,综合考
52　　　　　　　　　 天然产物研究与开发 2003　Vo1.15　No.1
虑 ,CO2 流量以 25 kg/h较为适宜 。
图 3　CO 2流量与萃取率的关系
Fig.3　The effect on the CO2 flow ing rate to the ex traction
rate
2.5　最佳工艺条件分析
选取最优水平组合原则:高度显著因素选取最
好水平 ,其余因素可综合工艺成本等具体选取 。根
据以上实验结果以及考虑各工艺因素 ,得出超临界
CO2 萃取石香薷挥发油的最佳工艺条件(原料粒度
40目 ,萃取 90 min):萃取压力 15 MPa ,温度 45 ℃,
CO2 流量25 kg/h。得到最佳条件后 ,再以最佳条件
进行石香薷挥发油提取实验 ,其萃取率为 3.56%。
2.6　时间对萃取率的影响
随着时间增加萃取量逐渐增大 。本进行正交实
验的过程中 ,每隔 30 min取样一次 ,到达 90 min 时
大部分萃取物被提出 ,第 120 min时取样就较少 ,以
后几无产物萃出 。在最佳条件下进行石香薷挥发油
提取 ,每隔 30 min取一次 ,取样六次 ,分别计算萃取
率作图。从图 4中可知 ,在 90 min时大部分产物被
萃取 ,为了提高效率节省能源 ,较适宜的萃取时间为
90 min。
图 4　时间与萃取率的关系
Fig.4　The effect on the time to the ex traction rate
2.7　不同提取方法对萃取率的影响
表 3　不同提取方法对萃取率的影响
Table 3　The effect on extraction rate with different methods` ＊
实验方法
M othods of experiment
挥发油外观性状
Appearance of
volatile oi l
时间
(h)
Time
萃取率(%)
Rate of
ext ract ion
超临界 CO 2萃取
Supercri tical CO 2 ext raction
黄色
Yellow
1.5 3.56
石油醚提取
Pet roleum ether ext ract ion
黄褐色
Snuff color
12 1.87
水蒸气蒸馏
S team disti llation
淡黄色
S traw yellow
6 1.62
＊三种方法所得的挥发油成分的检测文章另发表。
由表 3知:超临界 CO2 萃取石香薷挥发油无论
在颜色 ,气味 ,萃取率和时间上都优于其它两种传统
方法 ,采用超临界 CO2 萃取不仅萃取时间短 ,萃取
收率大大提高 ,为 3.56%。而且不存在有机溶剂残
留所带来的一系列问题 。
3　讨 论
3.1　超临界 CO2 萃取石香薷挥发油受很多因素的
影响 ,主要有压力 、CO2 流量 、温度 、时间等 ,在本实
验中 ,压力的影响是至关重要的 。
3.2　石香薷挥发油组分比较复杂 ,对于不同组分 ,
其最佳条件也不同 。超临界 CO2 萃取石香薷挥发
油的最佳条件为原料粒度 40目 ,萃取压力 20 MPa ,
温度 45 ℃, CO2 流量 25 kg/h;解析釜 I 压力 7 ～ 8
M pa ,温度 60 ℃;解析釜 II 压力 4 ～ 6 MPa ,35 ℃,
萃取时间为 90 min。
3.3　用超临界 CO2萃取法提取石香薷挥发油与传
统的水蒸气蒸馏及有机溶剂提取法相比 ,能大大提
高收率 ,缩短提取时间 , 其提取率是水蒸气蒸馏的
2.2倍 。
3.4　用超临界 CO2萃取石香薷挥发油的提取工艺
研究尚未见报道。本实验结果表明 ,用超临界 CO2
萃取石香薷挥发油是可行的 。
参考文献
1　中国科学院中国植物志编辑委员会编著.中国植物志(六
十六卷), 北京:科学出版社 , 1977.289～ 290
2　江苏新医学院.中药大辞典(下册).上海:上海科学技术
出版社 , 2002.1680～ 1681
3　龚慕辛.香薷的药理研究概况.北京中医 , 1997 , 6:46 ～
48
4　路纯明.香薷挥发油化学成分的分析.中国粮油学报 ,
532003　Vo1.15　No.1 曾虹燕等:超临界 CO2 萃取石香薷挥发油工艺的研究 　　　　　　　　　
1998 , 4(13):40
5　马海乐.超临界萃取技术及其在生物资源开发利用中应
用的最新进展.包装与食品机械 , 2001 , 19(2):1 ～ 5
6　马海乐.超临界萃取技术及其在生物资源开发利用中应
用的最新进展.包装与食品机械 , 2001 , 19(3):7～ 10
7　郑尚珍 ,郑敏燕 , 戴荣等.超临界 CO2 萃取法研究石香薷
精油化学成分.西北师范大学学报(自然科学版), 2001 ,
37(2):49～ 52
STUDIESON THE VOLATILE OIL OF MOLSA CHINENSIS
BY SUPERCRITICAL CO2 EXTRACTION
ZENG Hong-yan1 , JIANG Li-juan2 , TANG Yan-lin1 , DENG Qiong1
(1.The Biotechnology Research Institute , Xiangtan University , Xiang tan　411105 , China;
2.Hunan Academy of Forestry , Chang sha　410004 , China)
Abstract　Molsa chinensis , an annual herb plant , is an important medical plant in China.In the paper , we
firstly studied the ef fect on the pressure , the temperature , the CO2 f low ing , ext racting time to the ext ract ion
rate of the volatile oil by supercritical CO2 ext raction , and determined its optimal ext racting condit ions:the pres-
sure 15 M pa , the temperature 45 ℃, CO2 flowing rate 25 kg/h and the time 90 min.The volatile oils w ere ob-
tained by supercritical CO2 , steam distillation and petroleum ether ex traction , ext raction rate3.56%, 1.62%
and 1.87% respect ively .The results show that the qualities of the volatile oil by supercritical CO2 ext raction is
bet ter than tw o the latter , ex traction rate higher , and the time ext racting shorter , w ithout solvent remainder.
Key words　Molsa chinensis;volatile oil;Supercri tical CO2 ext ract ion
(上接第 45页)
EFFECTS OF ISOFLAVONES ON BONE MINERAL DENSITY AND
BONE METABOLISM INOVARIECTOMIZED RATS
WANG Jian-hua , LI En ,KONG De-juan ,TONG Xiao-xu ,LIU Kun ,TIAN Ying-tao
(The Institute of Combined Traditional Chinese and Western Medicine , Hebei Medical University , Shijiazhuang　050017 , China)
Abstract　Objective:to study the preventive effects of isoflavones on bone loss in rats.Methods:Ovariectomized
rats were given isof lavones to protect them from bone loss.Bone mineral densi ty(BMD)and bone metabolism-as-
sociated biochemical markers w ere measured.Results:isoflavones increased BMD and the level of serum estradiol
(E2)in the ovariectomized rats , the concentration of urine Ca/Cr , P/Cr and HOP/C r w as decreased in the
isoflavones-fed ovariectomized rats.The activities of serum alkaline phosphatase(ALP), bone alkaline phosphatase
(BALP), and tart rate-resistant acid phosphatase(TRACP)were low er in the isoflavones-fed rats complared w ith
those w ithout isoflavones treatment , the concentration of serum BGP was low er in the isof lavones-fed rats com-
pared w ith OVX group.Uterus relat ive weight in the isoflavones-fed rats w as higher than that w ithout
isoflavones t reatment.Conclusion:isoflavones might exert estrogen-like effect in ovariectomized rats , isoflavones
15 mg.kg -1 was effective in preventing bone loss induced by ovariectomy.Our findings suggest that the effects
of isoflavones may be part ly by slow ing down the ovariectomy-induced higher rates of bone turnover.
Key words　isof lavones;ovariectomized rats;bone loss
54　　　　　　　　　 天然产物研究与开发 2003　Vo1.15　No.1