有机溶剂法和超临界CO2萃取法提取蒙艾挥发油的对比研究*

姚雪峰，洪海龙, 石俊庭，梁秀雪

(1 内蒙古工业大学 化工学院，内蒙古 呼和浩特 010051； 2 内蒙古东绿生态科技研究院有限公司，内蒙古 通辽 028000)

艾叶为菊科草本植物艾的干燥叶，艾草分布很广，在我国的东北，内蒙古，陕西等地均有分布。大量的药理研究表明，艾叶具有消炎抗菌的作用，还可调理气血，温暖女性子宫[1-3]。挥发油是艾叶的主要药效成分之一，挥发油中主要含有烯烃类化合物，醇类化合物，此外还含有酚类及烷烃类等化合物。

有效的提取方法是挥发油产率和质量的保证，对推进艾叶等中草药资源的开发利用具有重要意义。目前中草药挥发油的提取方法分为传统提取方法和现代提取方法。传统提取方法包括溶剂萃取法、水蒸汽蒸馏法和压榨法；现代提取方法包括超声萃取法、酶提取法、微波提取法和超临界CO2萃取法[4-6]。在众多方法中，超临界CO2萃取技术是一种较先进且绿色的提取分离工艺[7-8]。CO2作为萃取剂有如下优点：① CO2便宜易得，溶剂成本低；② CO2无色无味，而有机溶剂易挥发并且常常伴有毒性，CO2在使用上非常安全；③ 超临界CO2萃取技术提取效果理想，无溶剂的残留，不需要进行后续溶剂和挥发油的分离，挥发油纯度较高。

不同萃取方法及不同萃取条件下萃取的艾叶挥发油的产率和成分相差较大[9-10]。研究不同萃取方法并优化萃取条件对挥发油萃取和应用具有重要意义。本研究以内蒙古东绿生态研究院有限公司仿野生种植的蒙艾为原料，以挥发油产率为指标，对比研究了溶剂萃取法和超临界CO2萃取法两种方法萃取蒙艾挥发油的效果，并分析了化学成分组成的差异，为后续产业化应用和相关研究提供了参考。

1 实 验

1.1 材料与仪器

实验材料为内蒙古东绿生态研究院有限公司在内蒙古鄂尔多斯地区进行仿野生繁育、种植和开发的艾草，其叶子经自然阴干后储藏干燥备用；正己烷，天津市风船化学试剂科技有限公司；二氧化碳，呼和浩特市紫瑞气体有限公司。

恒温自动搅拌器，河南省予华仪器有限公司；旋转蒸发仪，上海嘉鹏科技有限公司；气相色谱-质谱联用仪，美国安捷伦科技有限公司；循环水式真空泵，上海禾汽玻璃仪器有限公司；超临界CO2萃取装置，杭州华黎泵业有限公司。

1.2 方 法

1.2.1 艾叶挥发油的提取

正己烷溶剂萃取法：用粉碎机将自然干燥的艾叶粉碎，取3 g艾叶粉末，置于250 mL圆底烧瓶中，加入一定体积的正己烷，室温下冷浸2 h使溶剂与艾叶充分接触后，对正己烷进行加热，回流一段时间后，抽滤得到黄绿色液体，进行旋转蒸发去除溶剂，得到挥发油。挥发油收率=挥发油质量/艾叶质量。采用正交试验法考察了正己烷萃取法中，料液比，萃取温度，萃取时间，以及萃取次数对艾叶挥发油产率的影响。

超临界CO2萃取法:将自然干燥的艾叶进行粉碎机粉碎，取30 g艾叶粉末，装入萃取袋中，记录质量，进行超临界萃取。萃取后，取出萃取袋，称重。挥发油收率=(萃取前萃取袋重量-萃取后萃取袋重量)/艾叶质量。采用正交试验法考察了萃取压力，萃取温度，萃取时间对艾叶挥发油产率的影响。

1.2.2 挥发油成分分析

采用气相色谱-质谱联用仪对两种萃取方法在最优条件下得到的艾叶挥发油进行成分分析。将挥发油溶于正己烷中，用0.2 mm 微孔过滤膜过滤。气相色谱-质谱条件：进样量0.2 μL，载气为氮气，流速1 mL/min，进样口250 ℃，检测器温度250 ℃，色谱柱初温40 ℃，保留5 min, 40～220 ℃(10 ℃/min),220 ℃下保留5 min，质谱电离源为EI 电离源。

2 结果与讨论

2.1 挥发油收率的比较

从表1和表2的正交试验结果结果可以看出，采用正己烷溶剂萃取蒙艾挥发油时，影响蒙艾挥发油收率的影响因素主次为：提取温度>提取次数>料液比>提取时间。在最佳反应条件下，即：料液比 1:30，提取温度70 ℃，提取时间2 h，提取次数为3次，蒙艾挥发油收率为4.67%。

表1 正己烷萃取法正交实验参数表

表2 正己烷萃取法正交实验结果分析

从表3和表4的正交试验结果结果可以看出，影响超临界CO2萃取蒙艾挥发油收率的影响因素主次为，萃取时间>萃取温度>萃取压力。超临界CO2提取蒙艾挥发油的最佳萃取条件：萃取压力30 MPa，萃取温度40 ℃，萃取时间1 h。最佳条件下艾叶挥发油产率为6.99%。

表3 超临界CO2萃取法正交实验参数表

表4 超临界CO2萃取法正交实验结果分析

2.2 挥发油成分分析

利用GC-MS对正己烷萃取法和超临界CO2萃取法萃取的艾叶挥发油进行成分分析，得到的挥发油总离子流图如图1和图2所示。在标准谱图库进行检索和比对，初步确定挥发油中所含成分，再将成分的分子离子峰与标准质谱图对比，最终确定艾叶挥发油中所含成分，结果如表5所示。从正己烷萃取法和超临界萃取法得到的艾叶挥发油中共鉴定出15种化合物，其中两种方法得到了4种相同的产物，包括桉叶油素，α-萜品烯醇，萜品烯醇-4，古巴烯。正己烷萃取法的产物中还包括α-蒎烯，莰烯，β-蒎烯，1-甲基-4-(1-甲乙基)苯和崖柏酮。超临界萃取的挥发油则包含樟脑，龙脑，桉叶-4(14), 11-二烯，石竹烯氧化物，十六烷酸乙酯和十八烷酸乙酯。

图1 正己烷萃取法的艾叶挥发油气相色谱-质谱分析总离子流图

图2 超临界CO2萃取法的艾叶挥发油气相色谱-质谱分析总离子流图

表5 艾叶挥发油的化学成分

2.3 讨 论

(1)溶剂回流法通常应用一些低沸点的有机溶剂，如石油醚、正己烷等极性稍小的有机溶剂。根据“相似相溶”原则，溶剂萃取法萃取的艾叶挥发油也是一些极性较小的成分，产率也相对较低，并且有机溶剂具有一定的毒性，通过有机溶剂萃取的挥发油外观和香味都要较差。本研究选用正己烷为溶剂对蒙艾进行萃取，在最佳的萃取条件下：料液比1:30，萃取温度70 ℃，萃取时间2 h，萃取3次，挥发油产率为4.67%。

(2)超临界萃取法一般选用CO2作为萃取剂，因为CO2的临界温度和临界压力比较低，容易控制且安全性较高。处于超临界状态下的CO2既具有液体的密度和溶解性，又具有气体状态下的扩散性。化合物的极性强弱及分子质量影响其在超临界CO2流体的溶解度，一些文献表明酯类和部分醇类化合物易溶于超临界CO2流体中。本研究对超临界CO2萃取条件进行优化，包括萃取压力，萃取温度和萃取时间，通过正交试验确定了提萃取参数对挥发油收率的影响。综合考虑挥发油收率以及萃取过程中的能量消耗，确定最优的萃取条件为萃取压力20 MPa,萃取温度35 ℃，萃取时间1 h，得到的挥发油收率可以达到6.93%。超临界CO2萃取的挥发油中包含的桉叶油素、樟脑、龙脑、萜品烯醇都具有一定的平喘作用。

3 结 论

采用溶剂回流法和超临界萃取法提取蒙艾挥发油，所得挥发油的产率以及组成成分上都有差异。超临界CO2萃取法应用于艾叶萃取得到的挥发油产率高，香味纯正。工业提取精油中超临界CO2萃取法不失为一种效率高的提取手段，和其他方法相比，CO2成本低，易得，无毒，无臭味，所萃取出的精油不含杂质。在提倡环境友好的当代，超临界CO2流体无污染，高安全性在精油工业生产中具有强大的吸引力和广泛应用前景。