响应面试验优化香根草油的超临界CO2萃取工艺及其萃取物分析

廖耀华，王 丹，王宝庆，刘振锋，任保增,*，王宏力

（1.郑州大学化工与能源学院，河南 郑州 450001；2.河南省化工研究所有限责任公司，河南 郑州 450052）

响应面试验优化香根草油的超临界CO2萃取工艺及其萃取物分析

廖耀华1，王 丹1，王宝庆1，刘振锋1，任保增1,*，王宏力2

（1.郑州大学化工与能源学院，河南 郑州 450001；2.河南省化工研究所有限责任公司，河南 郑州 450052）

以新鲜香根草根须为原料，通过单因素试验研究粒径、装料系数、萃取压力、萃取温度、CO2流率及萃取时间对超临界CO2萃提香根草油得率的影响。在此基础上，选取萃取压力、萃取温度和CO2流率为影响因素，以香根草油得率为响应值，采用Box-Behnken方法设计试验，进行响应面分析。结果表 明：超临界CO2萃取香根草油的适宜工艺参数为粒径范围60～80目、装料系数0.8、萃取压力22.61 MPa、萃取温度35.41 ℃、CO2流率1.65 L/min、萃取时间1.5 h。在此条件下预测香根草油得率达到7.780%，实验验证值为7.762%，与预测一致。采用气 相色谱-质谱法对超临界萃取的香根草油进行了成分分析，鉴定出18 种化合物，占总萃取物的69.88%。其中主要成分为柏木烯醇、脱氢香橙烯、月桂烯酮以及香根草特有的香根醇、香根酮等化合物，并按照应用领域对其进行了分类总结。

超临界CO2萃取；香根草油；响应面法；气相色谱-质谱法

香根草（Vetiveria zizanioides），又名岩兰草，是一种多年生禾本科岩兰草属植物，主要分布在一些亚热带国家和我国南方地区[1]，是自然界根系最长的草本植物，被称为“神奇之草”[2]。香根草是一种优良的经济作物，例如河南省南阳市将香根草引进长江以北地区，用于水土保持、污水净化、综合开发等，以改造生态，并创造经济效益，显现出了较好的效果。商品香根草种植采用间隔轮伐方式，既起到了保持水土的作用，每年又可以生产数万吨香根草原料资源。因此，香根草的综合开发利用具有重要的现实意义。

香根草根部富含岩兰草醇、萜烯类和一些倍半萜（烯）类的化合物，经蒸馏或者萃取得到的香根草油具有一定的食用、杀虫、灭菌、以及药用保健功能等[3]，是食品添加剂、香精、化妆品工业的重要原料。目前，较为传统的蒸馏和有机溶剂法是香根草油的主要提取方法。朱自仁等[4]采用常规有机溶剂浸提法制得了香根油浸膏，该工艺产品仅为浸膏，所含蜡质等杂质较多且并未取出，缺乏检测手段。龚德慎等[5]对贵州地区原产的香根草用水蒸气长时间蒸馏12 h左右，后用石油醚回收产品，得油率仅为0.8%，未对水蒸气蒸馏法进行工艺优化，得率低，原料消耗量大，未能工业推广。文媛等[6]利用微波萃取原理来破坏植物细胞结构，达到缩短萃取时间的目的，并进行了有机溶剂的筛选。使萃取率有了一定程度的提高，并对该方法的产品进行了化学成分分析测定，但萃取率依然处于较低水平。Talansier等[7]进行了乙醇作夹带剂时压力对超临界CO2萃取香根草油收率的初步动力学研究，进行了动力学模型的优选。但仅计算了在单一萃取条件下（40 ℃、200 Bar）的一些动力学参数，缺乏普适性。Filippi等[8]利用气相色谱和气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）联用分析仪等对市售不同产地香根草油的主要成分进行了较为系统的鉴定，但仅列出了成分表，缺乏分析与总结。

本实验以人工种植的香根草为研究对象，在充分考察单因素影响的条件下，选用Box-Behnken试验设计对其进行了超临界CO2萃提研究并进行相关分析，寻找并确定了萃取的最佳工艺参数，分析了萃取物的主要成分，以期为香根草相关产品的开发研究提供一些可靠的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜香根草根须产自河南南阳；CO2（食品级，纯度＞99.9%） 郑州市科益工业气体公司；无水乙醇（优级纯） 天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

Spe-ed SFE Helix超临界萃取系统 美国Applied Separations公司；DHG-9070A型电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；FZ102型微型植物粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；JY302型电子天平 上海浦春计量仪器有限公司；DSQⅡ气质联用分析仪 美国Thermo Fisher Scientifi c公司。

1.3 方法

1.3.1 萃取工艺流程

萃取设备流程图如图1所示，萃取工艺流程：新鲜香根草根须→除杂→洗净→烘干→粉碎→过筛→装料→调整萃取过程变量→超临界CO2萃取→减压加热分离→香根草油。

图1 Spe-ed SFE Helix超临界流体萃取系统流程图Fig.1 Flow chart showing model Spe-ed SFE Helix supercritical fl uid extraction equipment

1.3.2 萃取釜最大装料量的测定及装料系数的计算

萃取釜最大装料量的测定：对于一定粒径的原料，采用自然重力堆积方式，即将原料自然流入圆柱形萃取釜内，不进行砸压操作[9]，萃取釜的满装料量即为该粒径原料的最大装料量。

装料系数计算见公式（1）[10]：

式中：m0为萃取釜的最大装料量/g；m1为待萃物实际装料量/g。

1.3.3 得率计算

式中：md为香根草粉末的装料量/g；mp为萃取得到香根草油的质量/g。

1.3.4 单因素试验

为全面考察萃取过程，需要合理进行超临界CO2萃取的主要控制变量选择[11]。本实验选取香根草根须粉末粒径、装料系数、萃取温度、萃取压力、CO2流率以及萃取时间6 个变量。各个因素分别进行单因素试验，每组平行进行3 次求平均值，以寻找每个因素的较优值。

1.3.5 响应面优化试验

表1 响应面试验因素与水平表Table1 Variables and levels used in Box-Benhnken design

根据单因素试验的结论，利用数学分析软件Design-Expert 8.05b的Box-Behnken试验设计，选取萃取压力、萃取温度和CO2流率，考察各因素间的交互作用对得率的影响，以香根草油得率为响应值，设计三因素三水平的响应面试验，因素水平见表1（其余因素均选取单因素试验确定的优值，即粒径60～80 目、装料系数0.8、萃取时间1.5 h）。

1.3.6 验证实验

对响应面分析得到的预测最优条件进行实验验证，实验平行进行3 次，计算该条件下香根草油的平均得率，并与预测值进行比较。

1.3.7 GC-MS联用分析超临界萃取香根草油

萃取所得香根草油用无水乙醇稀释。

色谱条件：配备GsBP-5MS毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序：起始温度50 ℃，以15 ℃/min升至180 ℃，后以1 ℃/min至200 ℃，再以15 ℃/min 至260℃，保持3 min；高纯氦气做载气，柱流速1.0 mL/min；进样口温度250 ℃，分流比20∶1，溶剂延迟时间3.2 min。

质谱条件：电子电离源70 eV；接口温度250 ℃；离子源温度250 ℃；质量扫描范围m/z 40～650。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 粒径对香根草油得率的影响

设定装料系数0.8、萃取温度45 ℃、萃取压力10 MPa、CO2流率1 L/min、萃取时间2 h，粒径采用20目以下、20～40、40～60、60～80目以及80目以上这5 个水平进行试验，结果见图2。

图2 粒径对香根草油得率的影响Fig.2 Effect of raw material granularity on the yield of vetiver essential oil

如图2所示，随着物料粒径的变化香根草油得率变化非常显著：随着粒径目数范围的增加，得率呈现先升后降的趋势，当粒径在60～80 目范围区间时，得率达到最大值。原料的颗粒粒径的大小与超临界CO2流体和待萃取物料的接触面积大小直接相关，从而直接影响最终的得率。根据传质原理，原料粒径越小，利于CO2向物料内部迁移，从而增强了传质效果[12]；且物料粒径越小，其细胞的破损程度越高[13]，这两方面的因素都有利于萃取。但粒度过小会增加表面流动阻力，甚至产生沟流现象，反而不利于萃取[14]。因此根据试验结果，最适宜的粒径范围为60～80 目。

2.1.2 装料系数对香根草油得率的影响

在对天然物质进行超临界CO2萃取的过程中，必须考虑到物料会发生不同程度的溶胀现象，膨胀的程度与萃取温度、萃取压力和物料本身的性质等有关。为了防止由于溶胀导致的釜内局部压强过高或憋压等安全隐患的出现，必须在萃取釜内预留出一定的安全空间，确保操作安全。同时装料量的多少也会影响物料的堆积密度和CO2的扩散阻力等，对得率有直接影响[15]。因此需要考察物料装料系数的影响。首先测定萃取釜中全体积填料时的最大装料量，对于粒径为60～80 目的物料，容积为50 mL的萃取釜最大装料量为5.67 g。

选取粒径范围粒径60～80 目、萃取温度45 ℃、萃取压力10 MPa、CO2流率1 L/min、萃取时间2 h，装料系数0.5、0.6、0.7、0.8、0.9这5 个水平进行试验，结果见图3。

图3 装料系数对香根草油得率的影响Fig.3 Effect of volume charge coeffi cient on the yield of vetiver essential oil

由图3可以看出，装料系数与得率之间存在一定的相关关系。装料系数较小及较大的情况下得率均偏低，综合考虑得率与设备生产安全、利用效率等因素，装料系数选取0.8为宜。

2.1.3 萃取温度对香根草油得率的影响

设定粒径60～80 目、装料系数0.8、萃取压力10 MPa、CO2流率1 L/min、萃取时间2 h，萃取温度选取35、40、45、50、55 ℃ 5 个水平进行试验，结果见图4。

图4 萃取温度对香根草油得率的影响Fig.4 Effect of extraction temperature on the yield of vetiver essential oil

超临界CO2流体的温度对萃取过程的影响是多方面的，这是因为超临界流体以及待萃物的理化性质如CO2流体黏度和溶质溶解度等都和温度直接有关[16]。由图4可知，萃取温度对香根草油的萃取得率影响显著，在35～40 ℃范围内得率较高且变化幅度较小，温度达40 ℃以上萃取率急剧下降。这说明香根草油的超临界萃取过程对温度的变化敏感。因此萃取温度取35 ℃左右为宜。

2.1.4 萃取压力对香根草油得率的影响

设定粒径60～80目、装料系数0.8、萃取温度35 ℃、CO2流率1 L/min、萃取时间2 h，萃取压力选取10、15、20、25、30 MPa 5 个水平进行试验，结果见图5。

图5 萃取压力对香根草油得率的影响Fig.5 Effect of extraction pressure on the yield of vetiver essential oil

萃取压力主要会影响超临界流体的密度[17-18]，从而对得率产生影响。由图5可知，在其他条件不变的情况下，随着压力的升高，超临界流体密度增大，同时相对减少了传质距离和传质阻力，有利于萃取过程；当压力超过一定数值后，超临界压力越高，CO2流体密度和黏度过大，传质的效果反而变差，还会影响萃取的选择性[19]，并且实际生产中高压存在一定安全隐患。适宜的萃取压力为20 MPa，这也与文献[7,20]报道的结论一致。

2.1.5 CO2流率对香根草油得率的影响

本研究中超临界萃取设备的流率监测点位于CO2排空口处，即为常温常压条件下的CO2体积流率。本实验选取CO2流率分别为1.0 、1.5、2.0、2.5、3.0 L/min（即60～180 L/h范围），进行单因素试验，设定粒径60～80 目、装料系数0.8、萃取温度35 ℃、萃取压力20 MPa、萃取时间2 h进行萃取，结果见图6。

图6 CO 6 CO2流率对香根草油得率的影响Fig.6 Effect of CO2fl ow rate on the yield of vetiver essential oil

由图6可知，当CO2流率在1.0～1.5 L/min范围内时，香根草油得率随着CO2流率的增加而增加，且流率为1.5 L/min时得率最大。CO2流率继续增加，得率逐渐降低。CO2流率对萃取的影响是一个相对比较复杂的过程[21]。总体来说增大流率有利于萃取，但流率过大时可能造成CO2气化排空与产物分离的过程中分离不彻底，反而降低了得率。因此根据试验结果综合考虑，CO2流率在1.5 L/min（90 L/h）左右为宜。

2.1.6 萃取时间对香根草油得率的影响

在粒径60～80 目、装料系数0.8、萃取温度35 ℃、萃取压力20 MPa条件下，CO2流率在单因素最优点附近选取1.0、1.5、2.0 L/min 3 种，考察萃取时间对得率的影响，结果见图7。

图7 萃取时间对香根草油得率的影响Fig.7 Effect of extraction time on the yield of vetiver essential oil

由图7可知，在最佳CO2流率及其附近区间内，得率均随着萃取时间的延长而单调递增。当萃取时间大于1.5 h时，得率的增加明显减缓，并且随着时间的进一步延长，在2 h以后得率几乎不再增加。1.5～2 h时间段内，得率增加量均小于0.3%，同时进一步增加了时间成本以及能耗，实际生产中意义不大。因此，综合考虑，萃取时间在1.5 h为宜。

2.2 响应面试验结果

2.2.1 试验结果与方差分析

综合单因素试验的结果，选取萃取压力、萃取温度、CO2流率这3 个对得率影响较大的因素，分析它们交互作用对得率的影响。采用三因素三水平的响应面分析方法，选用Box-Behnken模型进行试验设计，响应面试验方案与结果见表2。

表2中，第3、6、9、11、13号为中心（零点）试验，其余12组为析因试验。零点试验共计重复进行5 次，用以计算试验随机误差。根据试验结果，利用Design-Expert 8.0.5b软件对所得数据进行方差分析，结果见表3。3 个因素经过拟合得到Y（得率）的二次多元回归方程为：Y=7.68＋0.16A＋0.059B＋0.16C＋0.11AB－0.005AC－0.23BC－0.100A2－0.31B2－0.20C2。

表2 响应面试验设计及结果Table2 Box-Behnken design arrangement and corresponding experimental results for response surface analysis

表3 回归方程方差分析表Table3 Analysis of variance of quadratic regression model

由表3可知，该二次多项式回归模型的F值为10.95，P=0.002 3，达到了极显著水平，证明该模型可以很好地描述各个变量与响应值之间的变化关系。相关系数R2=0.933 7，说明香根草油得率的试验值与利用该方程得到的预测值之间非常接近，拟合程度较高。同时方程的失拟项远未达到显著水平，因此可用该回归方程代替试验真实点对结果进行分析和预测[22]。从分析中还可看出一次项A、C差异均达到极显著水平。在所确定的试验水平范围内，各因素对响应值的影响程度顺序为：A＞C＞B，即萃取压力＞CO2流率＞萃取温度。3 个因素中，萃取温度和CO2流率之间有极显著的交互作用。

2.2.2 各因素交互作用响应面分析

图8 两因素交互作用对香根草油收率的影响Fig.8 Response surface plot and contour plot showing the interactive effects of three factors on vetiver oil extraction yield

由图8可知，萃取温度与CO2流率的交互作用对香根草油得率的影响最为显著，体现为三维响应面图中曲面的弯曲程度较大、曲线较陡[23]，三维图底部的等高线呈椭圆形；萃取压力和萃取温度的交互作用次强；而萃取压力与CO2流率的交互作用最弱，表现为三维响应曲面较为平缓，底部等高线接近正圆形。利用拟合方程确定最佳工艺条件的方法如下：对回归方程的各个因素均取一阶偏导数为0，联立即可求得香根草油得率达到最高时所需的参数条件，即A=0.870，B=0.136，C=0.305，换算成实际值即为萃取压力22.61 MPa、萃取温度35.41 ℃、CO2流率1.65 L/min，预测香根草油得率达到7.780%。

2.2.3 验证实验结果

为了验证本方法所确定的拟合方程的可靠性及实际应用价值，采用上述最佳工艺条件进行实验验证，考虑到所用仪器设备所能达到的条件控制精度水平和操作方便，在验证实验中将香根草油的超临界CO2萃取的最佳条件修正为萃取压力22.6 MPa、萃取温度35.4 ℃、CO2流率1.6 L/min（其余条件均取单因素试验最优值）进行3 次验证实验，实际测得香根草油萃取的平均得率为7.762%，与理论预测值相比，绝对误差小于0.019%。由此可见，采用响应面法优化得到的超临界CO2萃取香根草油的参数准可靠，具有一定应用价值。

2.3 香根草油的GC-MS分析结果

在最优工艺参数条件下，对超临界萃取出的香根草油进行了GC-MS分析。利用NIST数据库进行比对并配合人工谱图解析，对各个色谱峰进行了分析。香根草油成分复杂，分析难度较大，因其绝大部分成分为倍半萜类化合物及其氧化物[5]，故鉴定过程中着重分析该类化合物，且成分检索过程中取值正向检索匹配指数（search index，SI）及反向检索匹配指数（reverse search index，RSI）均不小于700为可靠匹配结果，并利用面积归一化法确定其百分含量，结果见表4（未列出SI值或RSI值小于700的色谱峰鉴定结果）。鉴定出的18 种成分总含量占总萃取物的69.88%，且多为各种食品添加剂、香料、中草药的有效组分。

表4 超临界CO 萃取香根草油的化学成分分析Table4 Chemical composition of vetiver essential oil

在鉴定出的各主要成分中，有一定药用研究价值的化合物及其功效介绍如下：雅榄蓝烯是独活、山苍子等传统中药材的主要成分，也常见于烟叶中，具有活血消肿、祛寒止痛的功能[24-25]；β-桉叶油醇是中药苍术的主要活性成分，具有燥湿健脾、祛风散寒、止泻及明目等功效[26]；螺[环丙烷-1,8-桥亚甲基-3ah-环辛烯]庚酮和7-羟基-1,1,4,7-四甲基八氢化苯基环庚烯在中药五味子的挥发油中均有检出，且7-羟基-1,1,4,7-四甲基八氢化苯基环庚烯在五味子挥发油中的含量达35.06%，是该挥发油的主要成分，其药理功效还有待于进一步研究[27-28]；α-愈创木烯在广藿香、苍术、人参、三七等药材中均有检出，有一定的抗菌抗肿瘤功效[29]。

可作为食品添加剂或香料、化妆品调香剂的化合物及其香气特征介绍如下：异喇叭烯具有花香，存在于腊梅、茉莉等花朵精油中，是茉莉花的主要赋香成分，决定了其香气浓度的基础[30-31]；香根醇、香根酮是香根草特有的成分，由于突出的根香、壤香，故在配制东方型、海洋型、森林型、田园型香精中有特殊的作用[32]；柏木烯醇具木香和膏香，气味温和，留香持久，多用于化妆品、洗涤用品、膏霜类等日化香精，少量用于食用和烟用香精；脱氢香橙烯有木香、橘香等香气[33]；月桂烯酮是一种香料中间体，可用来人工合成一些稀有名贵香料[34]。

3 结 论

在单因素试验的基础上，利用Design-Expert软件，选择Box-Behnken试验设计法对超临界CO2流体萃取香根草油工艺进行设计并优化。结果表明，萃取压力、CO2流率对香根草油得率的影响极显著，其中萃取温度和CO2流率之间存在极显著的交互作用。利用响应面分析方法所建立的数学模型对超临界CO2萃取香根草油的工艺条件进行优化，可获得最优的工艺参数，即为萃取压力22.61 MPa、萃取温度35.41 ℃、CO2流率1.65 L/min，预测香根草油得率达到7.780%。在此工艺条件下做验证实验，香根草油得率为7.762%，高于文献[35]报道的水蒸馏法、溶剂萃取法得率。

利用GC-MS对超临界方法得到的香根草油进行了成分分析，基本确定了其主要成分，主要包含柏木烯醇、脱氢香橙烯、月桂烯酮以及香根草特有的香根醇、香根酮等化合物，并按照应用领域对香根草油的主成分进行了分类，为香根草油进一步开发利用提供了相关依据。

[1] 刘金祥, 陈燕. 我国大陆惟一的大面积成群落分布的优良水土保持植物: 香根草的用途与保护问题[J]. 草业科学, 2002, 19(7): 13-16.

[2] 徐礼煜. 香根草系统在我国的应用与发展20 年历程回顾[J]. 生态学杂志, 2009, 28(7): 1406-1414.

[3] 毛萍, 杨宏, 马欣荣. 香根草的研究及利用进展[J]. 中国农业科技导报, 2011, 13(1): 88-93.

[4] 朱自仁, 何有昌, 张淑. 香根油的提取和浸膏的试制试验报告[J]. 四川日华, 1990, 4(1): 13-15.

[5] 龚德慎, 魏德生, 钟雁, 等. 黔产香根油的研究[J]. 贵州科学, 1997, 15(2): 126-130.

[6] 文媛, 王飞生, 赵鹏飞, 等. 微波辅助法提取香根净油的研究[J]. 广州化学, 2009, 34(3): 8-11.

[7] TALANSIER E, BRAGA M. Supercritical fl uid extraction of vetiver roots: a study of SFE kinetics[J]. The Journal of Supercritical Fluids, 2008, 47(2): 200-208.

[8] FILIPPI J, BELHASSEN E. Qualitative and quantitative analysis of vetiver essential oils by comprehensive two-dimensional gas chromatography and comprehensive two-dimensional gaschromatography/mass spectrometry[J]. Journal of Chromatography A, 2013, 1288(5): 127-148.

[9] 王贤, 薛文通. 超临界CO2萃取小麦胚芽油的试验研究[J]. 中国农业大学学报, 2003, 8(2): 58-60.

[10] 王玉琪, 陈开勋, 姚瑞清, 等. 超临界萃取法制备辣椒红色素[J]. 化学工程, 2008, 36(8): 9-12.

[11] MELO M, SILVESTRE A. Supercritical fl uid extraction of vegetable matrices: applications, trends and future perspectives of a convincing green technology[J]. The Journal of Supercritical Fluids, 2014, 92(8): 115-176.

[12] 陈芹芹, 李景明, 胡雪芳, 等. 响应面法优化超临界CO2流体萃取苹果籽油的工艺研究[J]. 食品科学, 2009, 30(14): 47-51.

[13] KHAJEH M, YAMINI Y, SEFIDKON F, et al. Comparison of essential oil composition of Carum copticum obtained by supercritical carbon dioxide extraction and hydrodistillation methods[J]. Food Chemistry, 2004, 86(4): 587-591.

[14] 杨继红, 李元瑞, 蒋晶. 苹果籽油的超临界CO2萃取及其脂肪酸含量分析[J]. 西北农林科技大学学报: 自然科学版, 2007, 35(3): 195-199.

[15] 杨继红. 苹果籽油CO2超临界萃取及微胶囊化研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2006.

[16] 刘振春, 范国婷, 苏彤, 等. 响应面法优化超临界CO2萃取亚麻籽木脂素[J]. 食品科学, 2013, 34(10): 82-85. doi: 10.7506/spkx1002-6630-201310018.

[17] AGUIAR A, SANTOS P, COUTINHO J, et al. Supercritical fl uid extraction and low pressure extraction of Biquinho pepper Capsicum chinense[J]. LWTFood Science and Technology, 2014, 59(2): 1239-1246.

[18] CHEUNG C. Temperature and pressure effects on supercritical carbon dioxide extraction of n-3 fatty acids from red seaweed[J]. Food Chemistry, 1999, 65(3): 399-403.

[19] 李杰. 超临界CO2萃取鸡矢藤中有效成分的工艺研究[D]. 郑州: 郑州大学, 2012.

[20] MARTINEZ J, ROSA P, MENUT C. Valorization of Brazilian vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) Nash ex Small) oil[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2004, 52(21): 6578-6584.

[21] 孙振江. 超临界CO2萃取柠檬精油的工艺研究[D]. 西安: 西北大学, 2012.

[22] 沈懋文, 邵亮亮, 侯付景, 等. 响应面法优化杭白菊花精油的提取工艺及其化学成分研究[J]. 食品科学, 2010, 31(10): 101-105.

[23] 杨虎, 高国强. 超临界CO2萃取及气质联用分析沙枣花精油成分[J].食品科学, 2013, 34(14): 152-156. doi: 10.7506/spkx1002-6630-201314031.

[24] 朱艳. 不同产地独活有效成分的比较[D]. 沈阳: 辽宁中医药大学, 2007.

[25] 斯林林. 山苍子油化学成分及其GC-MS指纹图谱研究[D]. 合肥: 安徽农业大学, 2013.

[26] 甄毕贤, 才谦. 苍术中β-桉叶油醇和茅术醇的分离制备研究[J]. 亚太传统医药, 2011, 7(12): 17-18.

[27] 李昕, 聂晶, 高正德, 等. 超声微波协同水蒸气蒸馏-GC-MS分析南、北五味子挥发油化学成分[J]. 食品科学, 2014, 35(8): 269-274. doi: 10.7506/spkx1002-6630-201408054.

[28] 赵秀英. 五味子挥发油成分气相色谱-质谱分析[J]. 天津化工, 2014, 28(6): 53-54.

[29] 黄烈军. 中药广藿香化学及生物活性成分研究[D]. 贵阳: 贵州大学, 2008.

[30] 沈强. 腊梅花精油提取工艺及成分比较[D]. 重庆: 西南大学, 2009.

[31] 郭素枝, 张明辉, 邱栋梁, 等. 3 个茉莉品种花蕾香精油化学成分的GC-MS分析[J]. 西北植物学报, 2011, 31(8): 1695-1699.

[32] 文瑞明. 香料香精手册[M]. 长沙: 湖南科学技术出版社, 2000: 117-118.

[33] 刘胜辉, 魏长宾, 孙光明, 等. 三个菠萝品种成熟果实的香气成分分析[J]. 食品科学, 2008, 29(12): 614-617.

[34] 王金娥, 朱岳麟, 熊常健. 月桂烯的来源及其在香料化学中的应用[J].山东化工, 2011, 40(3): 47-50.

[35] 文媛, 王飞生, 赵鹏飞, 等. 香根油提取工艺研究进展[J]. 清远职业技术学院学报, 2010, 3(3): 18-19.

Supercritical CO2Extraction and Chemical Composition Analysis of Vetiver Essential Oil

LIAO Yaohua1, WANG Dan1, WANG Baoqing1, LIU Zhenfeng1, REN Baozeng1,*, WANG Hongli2
(1. School of Chemical Engineering and Energy, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China; 2. Henan Chemical Industry Research Institute Co. Ltd., Zhengzhou 450052, China)

This work was conceived to optimize the extraction of essential oil from fresh vetiver roots by supercritical carbon dioxide fl uid extraction (SCFE-CO2). Firstly, one-factor-at-a-time (OFAT) method was employed to examine the effects of particle size of powdered vetiver roots, volume charge coeffi cient, extraction pressure, extraction temperature, CO2fl ow rate and extraction time on the yield of vetiver oil. Subsequently, three key factors including extraction temperature, extraction pressure and CO2fl ow rate were optimized by response surface methodology (RSM) based on Box-Behnken design using oil yield as the response variable. The results indicated that the optimum conditions that provided the highest extraction yield were determined as follows: raw material granularity, 60-80 mesh; volume charge coeffi cient, 0.8; extraction pressure, 22.61 MPa; extraction temperature, 35.41 ℃; CO2fl ow rate, 1.65 L/min; and extraction time, 1.5 h. Under these conditions, the predicted maximum yield of vetiver oil was 7.780%, agreeing with the experimental value (7.762%). The chemical composition of the extracted essential oil was analyzed by GC-MS. A total of 18 compounds which accounted for 69.88% of the total extract were identifi ed including 8-cedren-13-ol, dehydro-aromadendrene, myrcenone, vetiverol and vetiverone as the main components. The applications of these components in various fi elds were summarized in this work.

supercritical CO2extraction; vetiver essential oil; response surface methodology;gas chromatography-mass spectroscopy (GC-MS)

TS201

A

1002-6630（2015）20-0079-07

10.7506/spkx1002-6630-201520014

2015-02-11

廖耀华（1990—），男，硕士研究生，研究方向为绿色化工与技术。E-mail：155002573@qq.com

*通信作者：任保增（1962—），男，教授，博士，研究方向为绿色化工与技术。E-mail：renbz@zzu.edu.cn