亚临界丁烷萃取丁香挥发油的工艺优化

王 靖，张志旭

（1.湖南农业大学园艺园林学院，湖南 长沙 410128；2.国家中医药管理局亚健康干预技术实验室，湖南 长沙 410128；3.湖南省植物功能成分利用协同创新中心，湖南 长沙 410128）

亚临界丁烷萃取丁香挥发油的工艺优化

王 靖1,2,3，张志旭1,2,3

（1.湖南农业大学园艺园林学院，湖南 长沙 410128；2.国家中医药管理局亚健康干预技术实验室，湖南 长沙 410128；3.湖南省植物功能成分利用协同创新中心，湖南 长沙 410128）

以丁香为材料，对亚临界丁烷萃取丁香挥发油成分的工艺进行了优化，并采用GC-MS法对比分析了超临界CO2萃取法与亚临界丁烷萃取法获得的丁香挥发油成分。结果表明：亚临界丁烷萃取丁香挥发油的最佳工艺条件为萃取时间60 min，萃取温度40℃，萃取次数3次，在此条件下丁香挥发油的得率为18.65%，与超临界CO2萃取（SCF）得到的丁香挥发油相比得率相当，主要成分及含量差异小。这表明亚临界丁烷适用于丁香挥发油的高效萃取。

亚临界丁烷萃取；丁香；超临界CO2萃取；气相色谱-质谱分析法（GC-MS法）

丁香[Syzygium aromaticum(L.)Merr.Et Perry]为桃金娘科植物。其干燥花蕊是一种药食两用的中药，味辛、性温，具有温中降逆、温肾助阳等功效[1]。据报道，丁香挥发油含量较高，达15%～20%；其主要成分为丁香酚、石竹烯、丁香烯、乙酸丁香酚酯等。研究表明，这些成分具有抗菌、消炎、抗氧化等作用[2]。目前，丁香挥发油提取方法主要有水蒸气蒸馏法、溶剂萃取法等传统方法以及近年来发展起来的超临界提取法、微波提取法等[3]；其中，超临界CO2萃取法具提取率高、活性成分保留完好等特点，因而被广泛使用[4-7]。

亚临界丁烷萃取法是一种新型的萃取技术。随着该技术在食品加工领域的应用，亚临界丁烷也被列入食品加工助剂名单。该溶剂为非极性溶剂，适用于提取极性较低的物质，尤其适用于脂溶性成分萃取。与超临界萃取技术类似，亚临界萃取技术也具有萃取率高、活性物质损失少等特点，且成本较低，可工业化的程度较高，因此具有广阔的应用前景[8]。目前，在食品行业关于亚临界丁烷的报道多为萃取不同种子的油脂如石榴籽油、牡丹籽油、茶籽油等，而采用亚临界丁烷提取挥发油的报道较少。因此，研究以丁香为材料，对亚临界丁烷萃取丁香挥发油成分的工艺进行了优化，并采用GC-MS法对比分析了超临界CO2萃取法与亚临界丁烷萃取法获得的丁香挥发油成分，以期为亚临界丁烷萃取工艺的推广应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试丁香购买自青春康健药材公司，产地为广西。

试验主要试剂有正己烷（色谱纯）、甲醇（色谱纯）等（国药集团化学试剂有限公司）。

试验主要仪器与设备有6850型色谱仪（美国Agilent公司）、5975C型质谱仪（含Agilent化学工作站，美国Agilent公司）、PL403电子天平（Mettler Toledo公司）、HA231—50—06型超临界萃取设备（江苏南通华安超临界萃取有限公司）、CBE-50+1L型亚临界萃取设备（河南省亚临界生物技术有限公司）、ZN—400A型高速中药粉碎机（中南制药机械厂）和30目分样筛（长沙市思科仪器）。

1.2 试验方法

1.2.1 亚临界丁烷萃取丁香挥发油的工艺流程 丁香粉碎过30目筛→称重→萃取釜装料→密封→萃取釜抽真空→液态丁烷进入萃取釜与丁香混合→升温到预定萃取条件→亚临界状态下萃取→分离釜抽真空→萃取液进入分离釜→减压分离→丁香挥发油。

1.2.2 亚临界丁烷萃取法提取丁香挥发油的工艺优化（1）单因素试验设计：分别考察不同萃取时间（30、45、60、75、90 min）、不同温度（30、35、40、45、50℃）以及不同萃取次数（1、2、3、4次）对丁香挥发油得率的影响。固定提取条件为提取时间60 min，提取温度40℃，提取次数1次，每次萃取丁香100 g，料液比为1︰2。（2）正交试验设计：据参考文献[9]，影响丁烷萃取效率的主要因素有萃取时间、萃取温度和萃取次数3因素，在单因素试验的基础上，每个因素选取3个水平进行L9（33）正交试验，以挥发油的提取率为参考指标，因素水平见表1。

表1 亚临界丁烷萃取法提取丁香挥发油的L9（33）正交试验因素水平

1.2.3 超临界CO2萃取丁香挥发油的工艺参数 依据参照文献[8]，超临界CO2萃取时间2 h，萃取压力15 MPa，萃取温度45℃，分离压力4.5 MPa，分离温度55℃。

1.2.4 气相色谱质谱检测条件 将获得的丁香挥发油稀释1 000倍溶于正己烷，过0.45 μm膜；进样口温度280℃（99.999%He），流速1 mL /min，进样量1 μL；分流比10︰1。EI离子源，电子能量70 eV，离子源温度250℃；溶剂延迟3 min，质量扫描范围（35～455 m/z）。色谱柱为毛细管柱hp-5MS（30 m×250 μm×0.25 μm）；升温程序为初始温度50℃，以5℃/min 升温至160℃，保持10 min，再以20℃/ min升温至180℃，保持2 min。

2 结果与分析

2.1 亚临界丁烷萃取法提取丁香挥发油的单因素试验结果

2.1.1 萃取时间对丁香挥发油得率的影响 由图1可知，随着萃取时间的延长，丁香挥发油得率逐渐增加；当萃取时间超过60 min时，丁香挥发油得率基本不变，说明此时挥发油在溶剂中已经达到传质动态平衡，若继续延长萃取时间不仅无法促进挥发油进一步浸出，而且会降低生产效率，增加生产成本[10]。

图1 不同萃取时间处理丁香挥发油得率的比较

2.1.2 萃取温度对丁香挥发油得率的影响 由图2可知，随着萃取温度的增加，丁香挥发油得率逐渐增加，主要是因为亚临界状态下温度越高，体系内传质阻力越小，挥发油在溶剂中的扩散速度越快[9]；当萃取温度≥40℃时，丁香挥发油得率基本维持不变；继续提升温度，丁香挥发油得率不再升高，主要是因为温度过高，丁烷的密度减小，粘度下降，挥发油的萃取能力也随之下降[10]。

图2 不同萃取温度处理丁香挥发油得率的比较

2.1.3 萃取次数对丁香挥发油得率的影响 亚临界状态下萃取丁香挥发油是一个打破传质动态平衡的过程，丁香内外成分浓度差越大，挥发油向丁烷传质过程的推动力越大，浸出越完全，因此多次萃取有利于挥发油的溶出[9-10]。从图3中可以看出，在萃取时间为60 min、萃取温度为40℃的条件下，当萃取次数为3次时，萃取率最高，而4次萃取后出油率未见增加。这说明经过3次萃取，丁香中的挥发油已萃取完全。

图3 不同萃取次数处理丁香挥发油得率的比较

2.2 亚临界丁烷萃取法提取丁香挥发油的正交试验结果

由表2可知，萃取丁香挥发油的最佳组合为A2B2C3，即萃取时间为60 min，萃取温度为40℃，萃取次数为3次；从3个因素的极差可以看出丁烷萃取次数（7.53）对挥发油得率的影响最显著, 其次是萃取温度（2.12），而萃取时间（1.81）对挥发油得率的影响最小。

表2 亚临界提取丁香挥发油工艺L9（33）正交试验设计结果

2.3 亚临界丁烷萃取与超临界CO2萃取的差异

从丁香挥发油的得率来看，亚临界丁烷萃取法和超临界CO2萃取法的得率分别为18.65%和17.89%，差异较小。应用GC-MS 技术对采用亚临界丁烷萃取法和超临界CO2萃取法获得的丁香萃取物的化学成分进行了分析，共鉴定出6种主要成分，如图4和图5所示，这6种成分分别为丁香酚、α-荜澄茄油烯、1-石竹烯、丁香烯、乙酸丁香酚酯和氧化石竹烯。

图4 超临界二氧化碳萃取丁香挥发性成分总离子流图

图5 亚临界丁烷萃取丁香挥发性成分总离子流图

应用峰面积归一化法确定了各成分的相对含量，结果见表3。从表3中可以看出，两种萃取方法所得产物的化学组成一致，主要成分的相对含量相差不大，主要活性成分丁香酚、1-石竹烯和乙酸丁香酚酯的相对百分含量之和都超过了98%。研究表明，以上3种成分是丁香挥发油具有抗菌、消炎、镇痛及清除氧自由基作用的主要活性成分[11-13]。因此，亚临界丁烷萃取所得的丁香挥发油与超临界CO2萃取法获得的质量相当。

表3 不同方法萃取丁香挥发性成分的相对含量比较（%）

3 结果与讨论

采用正交法对亚临界丁烷萃取丁香挥发油的条件进行了优化，得出萃取次数对丁香挥发油得率取响最大，萃取的最佳工艺为萃取时间60 min、萃取温度40℃、萃取次数3次，在此条件下丁香挥发油的得率为18.65%。用GC-MS分析了亚临界丁烷萃取的挥发油主要成分，结果表明，与超临界CO2萃取法相比，两者挥发油的得率以及主要化学成分的含量基本相同。这主要是因为，两种方法使用的溶剂对分子量较小和非极性的有机化合物分子都有较强的亲和力，且萃取都是在低温无氧条件中进行，很好地保存了其活性成分。两种萃取法得到的丁香挥发油差异小，说明亚临界丁烷萃取丁香挥发油具有高产量、高效益和高品质的特点；而且与超临界CO2萃取法相比，还具有设备成本投入低，压力小等优势[14-15]。

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（责任编辑：成 平）

Sub-criticalFluidExtractionofVolatilefromSyzygium aromaticum(L.)Merr.EtPerry

WANG Jing1,2,3，ZHANG Zhi-xu1,2,3
（1. College of Horticulture and Gardening, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. State Key Laboratory of Subhealth Intervene Technology, Changsha 410128, PRC; 3. Hunan Collaborative Innovation for Utilization of Botanical Functional Ingredients, Changsha 410128, PRC）

The volatile components in Syzygium aromaticum(L.)Merr.Et Perry was efficient extraction using Sub-critical butane. The extraction temperature, extraction time and extraction times was optimized. Syzygium aromaticum(L.)Merr.Et Perry volatile component was analyzed by GC-MS. The results showed that the optimal conditions were extraction temperature 40℃, extraction time 60 min, 3 times. Under this condition, the rate of extraction of Syzygium aromaticum(L.)Merr. Et Perry volatile was 18.65%, compared with Extraction by supercritical CO2fluid, the Main components of the Syzygium aromaticum(L.)Merr.Et Perry volatile was similar and the extraction rate has minor differences. It was indicated that sub-critical butane could be used to extract Syzygium aromaticum(L.)Merr. Et Perry volatile.

sub-critical fluid extraction; Syzygium aromaticum(L.)Merr.Et Perry; supercritical CO2fluid extraction; gas chromatographymass spectrometry (GC-MS)

TS224.4

A

1006-060X（2017）05-0087-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.005.025

2017-03-24

国家科技支撑计划（2012BAD33B11）

王 靖（1987-），男，湖南长沙市人，硕士研究生，研究方向：植物资源与工程。

张志旭