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正交试验优化苞叶雪莲超临界CO_2萃取工艺及萃取物GC-MS分析



全 文 :上海农业学报 20 1 6 , 32 ( 2 ) 40 -84
ActaAgriculturaeShanghaiDO I : 1 0 . 1 595 5 /j .is sn lOOO -3 924 . 20 1 6 . 02 . 1 6
文章编号 : l 〇〇〇 -3924 ( 20 1 6 ) 〇2^8CM)5
正交试验优化苞叶雪莲超临界 co2
萃取工艺及萃取物 GC -MS 分析
朱奎德 i ’ 2 ’ 3 , 白 雪 1 , 2 ’ 3 ,赵 英 1 ’ 2 ’ 3 , 卢 永昌n3 * , 李海丽U 2
C 青海 民族大学药学院 ,西宁 8 1 0007 ; 2 青海省青藏高原植物资源化学研究重点实验室 ,西宁 8 10007 ;
3青海省药物分析重点实验室 ,西宁 8 10007 )
摘 要 : 考察了萃取温度 、 时间 、压力 3 个 因 素对苞叶雪莲超临界 C0 2 萃取法提取率的影响 , 研究超临 界
0) 2 萃取苞叶雪莲最佳工艺 , 并对萃取物进行了GC-MS 检测 及分析 。 结果表明 : 最佳提取条件为萃取温度
45T 、萃取时间 2h 、萃取压力 26MPa ;通过 GC-M S 初步鉴定出 25 种成分 ,主要成分为二十四烷 、二十七烷 、香树
精 、7 -谷留醇 、棕榈酸及亚油酸 、亚麻酸等 。
关键词 : 苞叶雪莲 ;超临界 C 02 ;正交试验 ; GC -MS
中 图分类号 : R284文献标识码 : A
OptimizationofsupercriticalC02extractionprocessofSauseurea
obyallata( DC .)EdgewbyorthogonaltestandGC-MSanalysisofextracts
ZHUKu i- de l2 3 , BA IXueU' ZHAOYing 】 .2 . 3 ,LUYong -chang 1 ’2 , 3 * ,LIHai -l i 1 ’ 2


Collegeof Pharmacy , Q ingh aiNat ionali tiesUnivers i ty ^Xining8 10007 ,Ch ina ;
KeyLa bora tory of PlantResourcesof Qingha i -Tibe tPla tea uinChem icalResearch 9XiningS 1 0001 , China ;


KeyLabo ratoryofPharmaceut ica lA nalysis inQinghai  ,Xin ing8 10007 ,China )
Abstract  :Th eeffect sof3factorssucha sex tract ion tempera ture , t ime andpressureontheextractionra te o f
Sauseureaextractsb ysupercriticalC0 2ex tractionproc e sswereinves t iga tedtos tudyth eoptimum
proc essforex trac tingSauseureaobya llata ,andtheex tractswerede tectedandanalyzedb yGC -MS . Theresults
showed thatthebe s textrac tioncond itions were extrac t iontempe rature4 5Ti , extrac t iontime2h , extractionpres ?
sure 26MPa .Twenty -fivecomponentswereidentifiedbyGC -MS , th emaincompon entswe retetracosane , heptaco -
sane , aromade ndrin , "y - s itos te ro l , p alm iticac id , l inole icacidandlinolenicac idandsoon .
Keywords :Saussureaob vallata( DC . ) Edgew ; SCF -C02 ; Orthogonal tes t ; GC -MS
苞叶雪莲 Sawumx( DC _ ) Edgew 为风毛菊属雪莲亚属植物 ,别称 “ 苞叶风毛菊 ” ,多年生草
本 ,高 16—60cm ,花为蓝紫色 ,瘦果长圆形 ,长 5mm ,花果期 7—9 月 [ 1 ] ,生于高山草地 、流石滩 、溪边石隙
处 、山坡多石处 ,海拔 32004700m 。 苞叶雪莲是高原地区特有 的一种植物 ,具有独特的药理活性 ,其性
温 、微苦 ,一般全草入药 ,主治风湿性关节炎 、血虚不孕 、 月 经不调 等 [ 2 ] ,还具有抗炎镇痛 、止血消肿 [ 3 ] 、抗
辐射 、抗缺氧及抗氧化之功效 [ 4_5 ] ,使用安全 ,无明显 的不 良反应 。 药理研究显示 ,芦丁 、 木樨草素和绿原
酸为雪莲中 的主要抗肿瘤抗癌有效成分 。
现有的植物精油 提取方法一般有水蒸气蒸馏法 、有机溶剂 提取法 、超临界 C0 2 萃 取法等 。 超临界
C0 2 萃取技术是利用温度和压力对超临界 C0 2 的溶解能力的影响 ,把植物 中的成分按照沸点不同 、极性
大小以及分子量大小依次萃取出来 ,广泛用于植物有效成分的提取 。 此方法具有无污染 、无溶剂残 留 、提
收稿 日期 : 20 1 5 >0 6>05
基金 项目 : 青海省科技厅基础研究计划项 目 ( 20 1 3 -Z -757 )
作者简介 :朱奎德 ( 1 990— ) ,男 , 在读硕士 ,研究方 向为药物分析 。 E -ma i l : qhZhu lcd@S ina .C〇m ; Te l : 1 89972963 89
* 通信作者 : 卢永昌 ( 1 965— ) , 男 , 本科 ,教授 , 主要从事藏药的研究与开发 。 E-maUcom
上 海 农业 学 报8 1
取率高 、纯度高等特点 [ 6'9 ] 。
目前 ,关于苞叶雪莲挥发油提取方法未见报道 。 本试验以苞叶雪莲为材料 ,利用超临界 C0 2 萃取技
术提取其挥发油成分 , 同时通过正交试验确定最佳提取工艺 ,并通过 GC-MS 对萃取物进行分析 , 以期为苞
叶雪莲挥发性成分的进一步分析和利用奠定基础 。
1 材料与方法
1 . 1 材料
苞叶雪莲于 20 14 年 8 月 采 自 青海省拉脊山 ,经青海民族大学药学院毛继祖教授鉴定为藏药材苞叶雪
莲 。
1 . 2 仪器与试剂
7 890 /5975 C -GC /M SD 气相色谱-质谱联用仪 ( 美国 安捷伦公司 ) ; MSDChems tationD . 03 . 00 . 6 1 1 色谱
数据处理系统 ( 美国安捷伦公司 ) ; NISTMSsearch2 . 0 质谱检索数据库 ( 美国安捷伦公司 ) ;粉碎机 (永康
市红太 阳机电公司 ) ; Speed -SFE 超临界萃取仪 (美 国 AppliedSeparation>c 公司 ) ; KQ -300B 低温恒温槽
(南京新辰生物科技有限公司 ) ; C0 2 气瓶 (北京市华元气体化工有限公司 ) ; AI204 电子天平 ( 梅特勒 -托
利多仪器有限公司 ) 。
甲醇 ( 天津富宇精细化工有限公司 ) ; 乙酸乙酯 ( 天津富宇精细化工有限公司 ) ;丙酮 ( 洛阳昊华化学
试剂有限公司 ) ;正构烷烃混合对照 品 ( C7_C3。 ) ( 上海安谱科学仪器有限公 司 ) ,所用试剂均为分析纯 。
其他所用试剂与仪器均为实验室常用品 。
1 . 3 方法
1 . 3 . 1苞叶雪莲的 超临界 C0 2 苹取
超临界 co2 萃取法中萃取温度 、萃取时间 、萃取压力 、 co 2 流量 、 物料粉碎程度等都会影 响提取率 。
本试验选取萃取温度 、萃取时间 、萃取压力 3 个因子来测定其对苞叶雪莲成分提取率的影响 。
取适量阴干后的苞叶雪莲全株用粉碎机粉碎 ,过 40 目筛 ,称取 1 0g该样 品放入萃取釜中 ,加热萃取
釜至预定的温度 ,按一定流速送入 C0 2 气体 ,调节萃取釜的温度和压力 ,然后开始循环萃取 ,控制好萃取
的温度 、压力 、时间等相关参数 , 以萃取率作为指标来评价提取参数的优化结果 。
1 . 3 . 2 单因 素试验
利用控制变量法分别考察萃取温度 、萃取时间 、萃取压力对提取率的影 响 。 如考察温度的影响 ,则温
度设 5 个梯度 : 35 丈 、4〇t 、45、 50t 、55T,时间 1 . 5h ,压力 20MPa ;考察时间 的影响 ,则萃取时间
设 5 个梯度 : 1h 、 1 . 5h 、2h 、2 . 5h 、 3h , 温度 45压力 20MPa ; 考察压力 的影响 ,则 压力设 5 个梯度 :
20MPa 、 22MPa 、24MPa 、26MPa 、28MPa ,温度45X; ,时间1 . 5h 。
1 . 3 . 3正交试验
结合单因素试验结果 , 选取合理的水平 ,进行正交试验 。
1 . 3 . 4GC -MS分析
样 品准备 :取 0 . 02g 苞叶雪莲萃取物加入到装有 2mL 甲醇的样品瓶中并密封冷冻保存 。
GC 条件 :色谱柱 HP-5 弹性石英毛细管柱 ( 30 m x 250jj um , 0 . 2 5|xm ) ;载气为氦气 。 进样量 5(xL ,初
始温度 60 冗 ,保持 1m in ; 以 3t /m in 升至 150t ,保持 5min ; 以 5t /min 升至 260T ,保持 1 0m in ,柱
流量 0 . 8mL/min 。 进样 口温度为 250T 。
MS 条件 :标准质谱调谐 ; 电离方式 EI , 电子能量 70eV ; 四级杆温度 : 15 0离子源温度 : 230辅
助区温度 : 295溶剂延迟时间 : 3m in ;数据采集扫描模式 :全扫描 。 质谱扫描质量范 围 m /Z50—55 0 。
2 结果与分析
2 . 1 单因素试验
由 图 1 可以看出 , 当萃取温度在 3545 尤 时 ,随着温度的升高苞叶雪莲挥发油萃取率明显增加 ,且
上升趋势明显 ; 温度超过 45 弋 后其萃取率依然增加 ,但是曲 线上升趋势变缓 。 这是 因 为温度升高 ,扩散
系数增加 ,对挥发油 的溶解能力增加 , 同 时超临界 C02 的密度减小 ,会导致对挥发油的溶解能力下降 , 由
82朱奎德 ,等 : 正交试验优化苞叶雪莲超临界 C0 2 萃取工艺及萃取物 GC -MS 分析
于两个相互矛盾的 因素作用 , 曲 线呈上述变化 ,并且温度过高会对挥发油成分的结构造成破坏 , 所以确定
正交试验中萃取温度为 40t 、45 丈 、5 01 。
由 图 2 可以看出 , 随着萃取时间的延长 , 挥发油提取率逐渐增加 。 但是萃取时间过长 ,会导致成本增
力口  c ■ 本次试验中 ,随着时间 的增加 , 萃取率增大的 趋势并不 明显 , 所以 确定正交试验 中萃取时 间为 1h 、
1 . 5h 、 2h 0
0 . 50r0 .5 0-
0 .4 5  ̄
^0 .4 8--
^0 .40 -/f0 .46 -
^0 . 35-/ 螬 0 .4 4-
0 . 30

0 .4 2 ' ^
0 . 25111 '0 .4 011 ' '
3 5 40 4 5 50 55 1 .0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 .0
温 度 /T 时间/h
图 1 萃取温度对苞 叶雪莲提取率的影响图 2 萃取 时间对苞 叶雪莲提取率的影 响
F ig . 1Effec tof ext ract i on temp er a tureonthe ex trac ti onFig .2Effe ct of extract io ntimeont heex t ract ion
rate ofSauss ureaobva llata ra teofSauss urea ob val la ta
由 图 3 可以看出 ,当萃取压力在 20—24M Pa 时 , 随着压力的增加苞叶雪莲挥发油萃取率明显增加 ,且
上升趋势 明显 ;压力超过 24MPa 时 , 萃取率几乎不变 。 这是因 为压力 增大使超临界 C0 2 流体的 密度增
大 ,导致对挥发油 的溶解能力增大 , 同 时流体的扩散系数会减小 , 导致挥发油 的溶解能力 减小 , 由 于两个
相互矛盾的因素作用 , 曲线呈上述变化 。 试验过程 中 , 压力 过高 会导致成本增 加 , 对设备的要求也会增
力口 ,所以 确定正交试验中萃取压力为 22MPa 、24M Pa 、2 6MPa 。
0 . 65r
 
0 .6 0 - /
¥0 .5 5-/
/^/
mg0 .5 0-/
0 .4 5
,
0 .40 '、1 11
20 22 24 2 6 28
压力/M P a
图 3萃取压力对 苞叶雪莲提取率的影响
F i g .3Effe ct ofext racti onp ressu re onth e ex trac ti on rat e ofSau ssu reaob vallata
2 . 2 正交试验
由 2 . 1 可知 3 个因素对提取率的影响情况 ,每个因素选取 3 个水平 ,其中温度为 401 、451 、50
萃取时间为 1 11 、 1 . 511 、2 }1 ;萃取压力为 22 ]\?^ 、24 蘭1>3 、261\?^ 。 按照 1^9 ( 4 3 ) 进行正交试验 ,空出第三列
为 C 因素作空白误差分析 , 因素水平见表 1 ,正交试验安排及结果见表 2 。
表 1正 交试验 因素水平
Table1Thefa c to rsand leve l sof orth ogon a l te st
因素萃取温度 A /t萃取时间 B /h萃取压力 D/MPa
40 1 . 0 22
水平 45 1 . 5 24

5 0
^ 026
上 海 农业 学 报83
表 2 正交试验设计
Table 2Orthogonaltest desi gn
—试验号A 温度rcB 时间 /hD 压力/MPa提取率
1 40 1 22 0 . 38 8
2 40 1 . 5 24 0 . 4 1 2
3402260 . 5 17
4 45 1 26 0 . 628
5 45 1 . 5 22 0 . 6 1 2
6452240 . 65 6
7 50 1 24 0 . 62 5
8 50 1 . 5 26 0 . 63 1
9502220 . 6 1 6
kl 1 . 3 17 1 . 64 1 1 . 6 16
k2 1 . 896 1 . 65 5 1 . 693
k3 1 . 8 721 . 7891 . 776
Kl 0 . 439 0 . 547 0 . 539
K2 0 . 632 0 . 55 2 0 . 564
K30 . 6240 . 5960 . 592

R 0 . 193 0 . 049 0 . 053

由表 2 极差分析可知 , 温度对苞叶雪莲 的萃取率最大 ; 最佳提取方案为 A 2 B 3D 3 , 即 45t 、 2h 、
26MPa〇
方差分析表明 : 各因素中温度 的影响最大 , 与极差分析的结果基本一致 (表 3 ) 。 还 可以看 出 ,萃取温
度对提取率有显著影响 ,其余因素没有显著影响 。
表 3 各因素方差分析
Table3Varianceanalysisofeach factor
^来源离差平方和自 由度f值显著性
A 0 . 072 2 39 . 7 3 * *
B 0 . 004 2 2 . 47
C0 . 0022 1 . 00

D 0 . 004 2 ^3 7
注 表示极显著 ( /* < 〇 .01 ) 。
为了验证此结果的准确性 ,在最佳条件下做了3 次验证试验 ,提取率的平均值为 0 .659% ,说明所选
的工艺参数可行 。
2 . 3 萃取物的 GC-MS 分析
以峰面积归一化法计算萃取物各组分相对含量 ,对相对峰面积大于 〇 . 〇 1 % 的组分进行鉴定 。 对各组
分峰质谱图进行 NIST 检索 ,选取质谱匹配度最高物质 。 由表 4 可知 ,采用 GC -MS 联用技术对超临界 C0 2
萃取的苞叶雪莲萃取物进行分析 , 匹配度在 85 以上的有 25 种化合物 ,主要包含烷烃类 、烯类 、醇类 、醛类 、
脂肪酸类 、酯类等 。
表 4 苞叶雪莲萃取物成分分析结果
Table4Theanalysi sresul tsofSaussureaobvallata( DC.) Ed gew extracts
i留时间 /min化合物名称分子式相对含量 /%
I
保留时间/min化合物名称分子式 相对含量/%
5^ 982 C9H 1 802MO24 . 460 ( Z ) -9 , 1 7 -十八碳二烯醒C 1 8H3 20L H
 ̄
8 . 14 1香草醛C8H80 30 . 0524 . 6 34亚麻酸乙酯C 20HMO 20 . 8 6
9 . 4 1 2 1 -十五烯 C I5H300 . 0925 . 2 65硬脂酸乙酯 C 20H 4〇0 20 . 84
9 . 8 89 4-羟基-3 -甲 氧基苯甲 酸甲酯C9H 1 0O40 . 0927 . 67 7正十七烷 C 1 7H3 60 . 57
1 0 . 39 2月 桂酸C 1 2H24020 . 73 3 1 . 906二十五烷(^士 20 . 29
1 2 . 0 1 6丁香醛 C9H 1 0O40 . 16 32 . 8 93邻苯二甲酸单 ( 2-乙基己基 ) 酯C , 6H 2 2040 . 5 5
1 3 . 73 8肉豆蔻酸 C mH jjOj0 . 20 35 . 742二十七烷 C ;?H 5 65 . 3 3
1 8 . 6 83 ( Z) - 1 1 -十六烯酸C 1 6H 30〇2 1 . 69 38 . 586r谷甾醇C 29H5 0O1 1 . 9 5
1 9 . 2 57棕榈酸C l 6H 32027 . 0439 . 81 1ct -香树精 C 30H5 0O1 . 8 1
20 . 1 66棕榈酸乙酯 C l 8H360 20 . 4240 . 0 36二十四烷 CMH5 08 . 9 6
22 . 9 1 9正二十一烷 0 . 3442 . 428P -香树精C 30H5 0O 6 . 14
23 . 75 0亚油酸C 1 8H32〇22 . 05 55 . 81 9植物甾醇 C 29H5 0O3 . 40
23 . 892亚麻酸 C l gH30O24 . 49
84朱奎德 , 等 :正交试验优化孩叶雪莲超临界 C0 2 萃取工艺及萃取物 GC -MS 分析
3 结论与讨论
3 . 1 本试验研究 了超临界 C02 萃取苞叶雪莲挥发油的提取工艺 ,通过单因素结合正交试验的方法 ,得出
最佳提取工艺 :萃取温度 45T 、萃取时间 2h 、萃取压力 26MPa 。 经极差分析 ,各因素的影响力 由大到小
为萃取温度 、萃取压力 、萃取时间 。
3 ? 2 萃取物的 GC -MS 分析中 ,运用峰面积归一法 ,初步鉴定 出 25 种成分 ,主要包含烷烃类 、烯类 、醇类 、
醛类 、脂肪酸类 、酯类等 ,其中烧径类 、脂肪酸及谷留醇含量较高 。
3 . 3 苞叶雪莲是高原地区特有的一种药用植物 ,有其特有的疗效 , 但较为稀有 ,且采集 困难 。 日 后苞叶
雪莲人工栽培技术成熟 ,本研究可为其开发利用提供理论基础 。
参 考 文 献
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( 责任编辑 : 闫其涛 )