超临界二氧化碳萃取

2024-11-05

超临界二氧化碳萃取（共7篇）

超临界二氧化碳萃取篇1

杨梅(Myrica rubra)为杨梅目(Myricales)杨梅科(Myricaceae)杨梅属(Myrica)常绿落叶乔木植物,是原产中国的亚热带果树之一[1]。杨梅核是杨梅榨汁或酿酒后的副产物,占杨梅重量的7%~10%,杨梅核仁油具有较高的营养价值,是一种品质优良的食用油。其不饱和脂肪酸总量达85%以上,其中亚油酸含量达40%以上[2]。亚麻酸是人体重要的必需脂肪酸,亚麻酸及其代谢物具有降血脂、降血压、抑制血小板凝聚、抗血栓形成、延缓衰老等作用[3]。可见,杨梅核仁油具有较高的营养价值和医疗保健功效,具有较大开发利用的价值。

目前,从植物种子中提取油脂的主要方法有压榨法、溶剂浸提法、超临界CO2萃取法,前两种提取方法存在工艺繁琐、出油率低或油脂中有溶剂残留等缺点,超临界CO2萃取技术是目前国内外竞相研究开发的新一代高效分离及分析技术,因其具有良好的溶剂性质,被广泛地应用于植物油脂的提取[4]。目前该技术已被广泛应用于医药、食品等方面[5,6],但超临界CO2流体萃取技术用于杨梅核仁油的提取报道较少。本实验主要研究萃取压力、萃取温度、分离温度、萃取时间对超临界CO2流体萃取杨梅核仁油的影响,探讨最佳的萃取工艺条件,旨在为杨梅核的开发利用提供理论依据。

1 材料与仪器

杨梅核系杭州天目生物科技有限公司提供,临用前粉碎,过2号筛,备用;CO2,纯度为99.99%,食用级;高速药材粉碎机,金华市华盛实业有限公司;SI 2002N电子天平,上海民桥精密科学仪器有限公司;SFE-2型超临界二氧化碳萃取装置,美国Applied Separations。

2 方法与结果

2.1 方法

将杨梅核粉碎筛分,精确称取30 g装填萃取釜中,当系统各部分达到设定温度后,设置压力等参数后采用先静态后动态的萃取方式,静态萃取时间20 min,控制CO2平均流量为15~20 L/h,动态萃取设置的时间,同时收集脂肪油(黄色透明油状物),计算萃取率。

2.2 单因素考察

2.2.1 萃取压力对杨梅核仁油萃取率的影响

在萃取温度40℃,分离温度50℃,时间3 h,粒度过2号筛,CO2流量为15~20 L/h时。分别选择250、300、350、400 Bar(1 Bar=100 kPa)进行试验。见图1。由图可知,随着压力的增加,杨梅核仁油萃取率逐渐增加,但当压力>450 Bar后,对设备的要求增加,又考虑实用性。压力范围选择在350~450 Bar范围内。

2.2.2 萃取温度对杨梅核仁油萃取率的影响

在分离温度50℃,压力350 Bar,时间3 h,粒度过2号筛,CO2流量为15~20 L/h时,萃取温度分别选择40、45、50、55℃进行试验。在萃取压力不变的情况下,温度的变化主要对萃取效果产生正负两方面的影响。一方面,随着温度升高,加大了萃取物在超临界CO2流体中的饱和蒸气压,提高了溶解度,萃取率相应提高;同时温度上升促进物料分子的扩散,也能使萃取率增加。另一方面,温度升高引起CO2流体密度下降,导致CO2流体的溶剂化效应下降,使物质在其中的溶解度降低,从而使萃取率减小[7]。见图2。由图2可知,当温度升到45℃时,萃取率不升反降。因此选择温度范围在40~50℃范围内。

2.2.3 分离温度对杨梅核仁油萃取率的影响

在萃取温度40℃,压力350 Bar,粒度过2号筛,CO2流量为15~20 L/h时,萃取温度分别选择45、50、55、60℃进行试验。见图3。由图3可知,分离温度从50℃升到60℃时,萃取率升幅明显,但温度继续升高时,杨梅核仁油萃取率增加减小,又考虑经济因素,因此选择萃取温度在50℃~60℃范围内。

2.2.4 萃取时间对杨梅核仁油萃取率的影响

在萃取温度40℃,分离温度50℃,压力350 Bar,粒度过2号筛,CO2流量为15~20 L/h时,分别选择2.5、3、3.5、4 h进行试验。见图4。由图4可知,随着时间的增加杨梅核仁油萃取率也相应增加,选择适当的时间对节约能源及提高效率是非常重要的,因此时间选择在3~4 h范围内。

2.2.5 核粒度对杨梅核仁油萃取率的影响

在萃取温度40℃,分离温度50℃,压力350 Bar,CO2流量为15~20 L/h时,粒度分别选择过1、2、3号筛进行试验。粒度越小萃取的效率越高。由于杨梅核颗粒越小,它和CO2的接触面越大,有利于溶质的溶解,同时超临界流体向内扩散阻力较小,有利于脂肪油的提取,见图5。由图5可知,粒度细到一定程度时,萃取率增加不明显,又考虑到物料粉碎过细增加了粉碎的难度,而且在粉碎过程中产生的高温容易使杨梅核仁油成分损失。适宜的粒度应为过2号筛。

2.3 正交试验

为了优化组合,在确定的萃取温度、分离温度、萃取压力和萃取时间的范围内选取最优异的水平组合,作L9(34)正交试验。正交试验因素水平表设计见表1。

2.4 结果

见表2、3。由表2、3分析可知,在选定的压力范围内,杨梅核仁油的萃取收率变化不大;各因素的影响顺序:D>B>A>C,且前面3个因素都存在显著性差异,考虑到萃取压力没有显著性差异,从设备保养和节约能源考虑,超临界CO2流体萃取杨梅核仁油的最佳工艺条件A2B2C1D2,即萃取温度为45℃,分离温度为55℃,萃取压力为350 Bar,萃取时间为3.5 h,CO2设定为15~20 L/h。

2.5 工艺验证

由最佳工艺条件,萃取温度为45℃,分离温度为55℃,萃取压力为350 Bar,萃取时间为3.5 h,CO2流量为15~20 L/h下作验证试验,杨梅核仁油的得率为17.60%,大于正交试验中的最大值17.27%。

3 结论

超临界流体萃取法制备的杨梅核仁油颜色和含量均优于溶剂提取法。可见,SFE技术适合杨梅核仁油的提取,该法具有提取率高、产品纯度好、流程简工艺稳定、耗能低、无有机溶剂残留的特点,能保持产品的纯天然性优势,使其在油脂提取的应用得到飞速发展。

超临界CO2流体萃取杨梅核仁油的最佳工艺条件采用先静态后动态的萃取方式,静态萃取时间20 min,动态萃取条件是萃取温度为45℃,分离温度为55℃,萃取压力为350 Bar,萃取时间为3.5 h,CO2流量15~20 L/h。

参考文献

[1]何新华,潘鸿,佘金彩,等.杨梅研究进展[J].福建果树,2006,(4):16-23.

[2]陈健初,徐斐燕,夏其乐.杨梅核仁油的理化指标和脂肪酸成分分析[J].林产化工通讯,2005,39(1):21.

[3]杨倩,王四旺,王剑波,等.冷冻丙酮法提纯α-亚麻酸[J].中国中药杂志,2007,32(18):1934-1935.

[4]Ariasm,Penichet I,Ysambertt F,et al.Fast supercritical fluid extraction oflow and high-density polyethylene additives:comparison with conventionalreflux an automatic soxhlet extraction[J].J Supercrit Fluids,2009,50(1):22-28.

[5]邓红梅,周如金,童汉清.超临界二氧化碳萃取沉香精油工艺条件研究[J].时珍国医国药,2009,20(3):577-579.

[6]庄世宏,郝彩琴,冯俊涛,等.小花假泽兰精油超临界CO2提取工艺及其成分和抑菌活性研究[J].西北植物学报,2010,30(1):163-169.

[7]银建中,孙献文,李志义.超临界CO2流体萃取植物油的实验研究[J].现代化工,2001,2(10):26.

超临界二氧化碳萃取篇2

较之常规萃取方法,超临界二氧化碳流体萃取具有显著的优点;(1)可以在接近室温(35～40 ℃)及二氧化碳气体笼罩下进行提取,有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散;能完整的保留生物活性,而且能把高沸点,低挥发度,易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。(2)使用超临界二氧化碳萃取是最干净的提取方法。由于全过程不用有机溶剂,因此萃取物绝无残留溶媒,同时也防止了提取过程中对人体的毒害和对环境的污染。(3)萃取和分离合二为一。当饱含溶解物的超临界二氧化碳流经分离器时,由于压力下降使二氧化碳和萃取物迅速分成两相,而立即分开,不仅萃取效率高而且能耗少,节约成本。(4)压力和温度都可以作为调节萃取过程的参数。临界点附近,温度和压力的微小变化都会引起二氧化碳密度的显著变化,使得其对待萃取物的溶解度发生变化,通过控制温度和压力可以达到萃取的目的。压力固定,改变温度可以将物质分离;反之温度固定,降低压力可使萃取物分离,因此工艺流程短耗时少。(5)对环境无污染。萃取流体可循环使用,真正实现生产过程绿色化[5]。

1 实验部分

1.1 实验原理

二氧化碳在常温下是气态,对物质几乎没有溶解能力,在超临界温度31 ℃以下随着压力的升高密度逐渐增加,变成液体后就具备了对某些易挥发物质的溶解能力,用此种状态的二氧化碳作溶剂进行萃取就叫液体二氧化碳萃取;当二氧化碳处在临界温度31 ℃和临界压力7.1 MPa以上的状态时,称为超临界二氧化碳,超临界二氧化碳具有与液体相当的密度和介电常数,而且有与气体相近的粘度和扩散系数,对某些物质具有较强的溶解能力,并且在临界区附近,条件的微小改变都会较大的改变它的溶解能力,利用二氧化碳在临界区的这种性质,通过对温度和压力的控制改变二氧化碳的状态,从而改变它的溶解能力,进行物料中有效成分的萃取和分离。二氧化碳对物质的溶解能力主要取决于它的压力和温度,一般温度选定后,压力越高,密度越大,它的溶解能力越强,而压力选定后,则有一个最佳的温度与之相对应,二者相辅相成共同影响着它对物质的溶解能力。其次它的溶解能力取决于被萃取物的化学性质,二氧化碳是一种非极性物质,根据相似相容原理,对脂溶性和弱极性物质具有较强的溶解能力,而对强极性物质溶解能力较小[7]。根据文献值,超临界二氧化碳萃取大豆中的脂类萃取压力的范围一般为20～50 MPa,温度范围一般为32～40 ℃[8]。

1.2 实验设备

Hl-1L/50MPa_IIB型超临界(CO2)萃取装置,杭州华黎泵业有限公司;BS224S型电子天平,北京赛多利斯系统有限公司;电热恒温鼓风干燥箱,上海博泰实验仪器有限公司。

2.3 实验材料

豆渣,世纪豪佳腐竹厂;二氧化碳(纯度≥99.0%),许昌市制氧厂。

2.4 样品制备方法

实验前豆渣先用烘箱在80 ℃下烘烤3 h左右使其充分干燥制成粒度均匀的颗粒[9]。

2.5 萃取率的定义

本实验用萃取率来作为考察萃取效果的参数。

3 实验内容

3.1 实验方法

先用单因素实验观察温度和压力对萃取结果的影响,再用正交试验确定最佳的实验条件。

3.2 实验仪器调试

(1)开机前检查电路是否正常连接;

(2)检查冷冻机及储罐的冷却水是否畅通,冷箱内加30%乙二醇+70%水溶液;

(3)CO2气瓶压力要大于4 MPa的气压,且CO2食品级净重≥22 kg;

(4)检查阀门,管路接头及各连接部位是否牢靠;

(5)将各热箱内加入冷水,不宜太满,离箱盖两公分左右;

(6)装入料筒,原料不应装入太满,离过滤网两公分左右;

(7)将料筒装入萃取缸,盖好压环及上堵头不宜太紧或太松,以拧不动后再回拧一圈为宜;

(8)本实验未使用夹带剂,如果萃取液体物料或加入夹带剂时,将液料放入携带剂罐,可用泵压入萃取缸内[11]。

实验所用超临界实验萃取实验装置工作流程示意图见图1。

1.CO2钢瓶;2.汇流排;3.过滤器;4.冷凝器-储罐;5.高压计量泵;6.混和器;7.预热1;8.萃取釜;9.预热2;10.分离釜Ⅰ

3.3 实验步骤

首先打开装置的放空阀排掉以前的残留废气,然后打开萃取釜取出装料筒,取下滤网用酒精清洗干净重新装好。将100 g干燥的粒度均匀的豆渣装入料筒,盖上滤网拧紧螺圈后放入萃取釜拧紧釜盖,关闭所有放空阀,打开装置总电源,然后依次打开数字显示器,循环泵,制冷机,在数字显示器上设定所需的萃取温度和压力以及冷凝器的最低温度,等到冷凝温度达到设定值后打开二氧化碳气罐和进气阀门,然后打开主泵,几分钟后打开主泵放空阀排掉装置内的空气当看到阀口有白色气体喷出时应迅速关闭放空阀。然后关闭分离釜的进气阀,当混合器与萃取釜的压力稳步上升达到设定值并趋于平衡时,才缓缓打开分离器的进气阀使其压力缓缓上升,稳定在6～8 MPa后开始实验,计时。时间到后,依次关闭主泵,制冷机,循环泵,二氧化碳气罐,主泵进气阀,分离器进气阀,萃取釜进气阀然后分由离器(I)(II)出料,称量并记录数据,出料后关闭分离器出料阀,打开分离器进气阀,将萃取釜里的大部分压力放至分离器中达到平衡后关闭分离器进气阀,打开萃取釜放空阀排掉萃取釜内剩余压力,然后打开釜盖取出装料筒,打开料筒取出豆渣,清洁装料筒,然后再装料进行下一次实验。

4 实验结果

4.1 萃取温度的单因素实验

先设定压力为定值20 MPa,然后依次设定温度为32 ℃,35 ℃,40 ℃,45 ℃,50 ℃进行萃取。实验结果见表1。

由表1结果可以看出压力设定为20 MPa时萃取的温度在40 ℃时有较高的萃取率,萃取率为3.99%。

4.2 萃取压力的单因素实验

将温度设定为40 ℃,压力依次为20、25、30、35、40 MPa每次100 g豆渣进行萃取,实验结果见表2。

可以看出在40 ℃萃取压力为35 MPa时有较高的萃取率,萃取率为3.91%。

4.3 正交试验

以温度和压力为因素,萃取率为指标设计3水平两因素的正交试验表,见表3。

根据以上实验结果,可以得到最佳工艺条件为:萃取温度为40 ℃萃取压力为35 MPa萃取时间为1.5 h。此时萃取率为:(4.96÷100)×100%=4.96%。且从R为极差,极差越大说明该因素对实验结果的影响越大,可以看出,压力对实验结果的影响要比温度更明显[12]。为了验证本文得出的工艺条件的可靠性,再次设定萃取压力35 MPa萃取温度为40 ℃萃取时间为1.5 h,进行实验获得萃取物4.99 g,萃取率为(4.99÷100)×100%=4.99%。

5 结论

用超临界二氧化碳萃取法提取豆渣中的脂类物质时,萃取温度的影响不是很显著,其影响小于压力的影响,温度对溶解度的影响较为复杂,在一定的压力条件下,提高温度,降低了超临界流体的粘度,提高了其扩散力,且温度升高,其分子热运动速度加快,增加了分子的缔合几率,使被提取物在二氧化碳中的溶解度增加。但温度升高又会使二氧化碳的密度下降分子间的距离变大,其溶解能力也相应下降。这时应看哪种效应占主导作用。同时更重要的是应考虑温度升高是否会使被提取物质分解。

萃取率受压力的影响最大,在一定温度下超临界二氧化碳对某些物质的溶解度与压力呈正相关,故压力提高,其溶解度也相应增加,萃取率及萃取速率也相应提高,但达到一定程度后,增加的趋势较为平缓,且压力太高,生产成本增加,并增加了不安全因素[13]。用超临界二氧化碳萃取法可以从豆渣中提取脂类物质,通过正交试验得出其最佳工艺条件为:萃取压力35 MPa萃取温度为40 ℃萃取时间为1.5 h萃取产物可达到4.96 g/100g豆渣。

本工艺路线为超临界二氧化碳从豆渣中提取脂类物质提供了工艺参考参数。

超临界二氧化碳萃取篇3

文冠果具有较高的工业价值和营养价值, 油脂成分在种子和种仁中含量极高。研究结果证明:种仁中含油量达66.39%, 优良品种的种仁中含油量达72%, 超过一般的油料植物, 其油脂的基本组成如下:硬脂酸、油酸38.9% (一般食用油的主要成分之一) ;亚油酸40.2% (和豆油、核桃油相近, 也是营养价值最高的部分) ;山嵛酸7.2%;亚麻酸及甘碳烯酸各为0.3%。其油黄色而透明, 油中所含亚油酸是中药益寿宁的主要成分, 具有极好的降血压作用, 食用味美, 食用文冠果油可有效预防高血压、高血脂、血管硬化等病症。此外, 文冠果种仁除可加工食用油外, 还可制作高级润滑油、高级油漆、增塑剂、化妆品等工业原料。

由文冠果籽油制备的生物柴油相关烃脂类成分含量高, 内含18C的烃类占93.4%, 而且无S、无N等污染环境因子, 符合理想的生物柴油指标。目前, 文冠果提取柴油已获成功, 陕西、河南、甘肃、北京等国内地区已在积极筹建文冠果油大中型加工厂。

文冠果种壳是制造活性炭的理想材料之一, 又是生产治疗前列腺炎药物的主要原料。种仁经榨取油脂后的渣粕含有25.75%的蛋白质, 具有极高的药物利用价值。

本文通过分析采用超临界CO2萃取技术从文冠果仁中萃取文冠果油的工艺过程, 摸索出各项适宜的工艺参数, 为更好地开发文冠果资源提供参考。

1 实验

1.1 材料与试剂

文冠果仁:由温州成东药机有限公司的一家客户提供, 经过粗榨油, 含油率约30%~40%;

检验方式:试验完毕将萃取完成后的的残渣做上标记, 送到公司客户检验。

1.2 实验装置与仪器

实验装置采用温州市成东药机有限公司生产的TH22-24×2型超临界CO2萃取装置, 萃取釜容积为24 L, 实验装置的流程如图1所示:

1.3 实验步骤

将文冠果仁用粉碎机粉碎, 并过30目筛。将粉碎后的文冠果仁 (颜色微黄) 称重, 按5 kg一份分成若干等分。取其中一份 (5 kg) 装入专用料筒 (料筒上、下均采用100目不锈钢滤网) , 将料筒放进萃取釜, 装好密封圈, 拧紧萃取釜盖。

按试验工艺方案设置好萃取釜、分离一、分离二的加热温度, 当各工位设置的温度达到设定值时, 开启CO2高压泵对装有物料的萃取釜进行加压。当萃取釜压力达到工艺设定置时, 开启该萃取釜后的截止阀, 让CO2进入分离釜一, 通过调节截止阀的开启度控制CO2流量来保证萃取压力稳定在设定值;当分离釜一内的压力达到工艺设定值时, 开启分离一后的截止阀, 让CO2进入分离釜二, 当分离釜二内的压力达到工艺设定值时, 关闭CO2钢瓶至系统的进气阀门, 打开系统循环阀门, 进入循环萃取状态, 设定好循环时间并开始计时。在循环过程中, 可以通过调节各截止阀, 保证各釜的压力稳定在设定值。

1—CO22—过滤器3—制冷机组4—CO2流量计5—中间贮罐6—CO2高压泵7—混合器8—加热器9—萃取签10—分离一11—分离二12—携带剂罐13—携带剂流量计14—携带剂辰

在萃取循环过程中, 每隔20 min分别从分离釜一、分离釜二的出料口放出萃取产物, 用专用收集瓶进行收集。当循环时间达到设定值后, 装置会自动报警, 停止高压泵, 待分离一、分离二内的萃取产物收集完毕后, 将萃取釜、分离釜内CO2平衡至中间贮罐, 各釜压力平衡后关闭所有阀门, 将萃取完成的萃取釜内的CO2平衡至另外一个萃取釜 (装有下一批试验物料) , 待压力平衡后, 将余下的CO2放空、取出物料筒, 倒出残渣。萃取充分的残渣为白色。将萃取产物、残渣贴上标签, 并对残渣中含油率进行分析。

2 实验结果与讨论

在萃取温度为45℃、萃取压力28 MPa、CO2流量为160 L/h, 提取时间为120 min条件下, 对不同粒度的物料进行萃取实验。由图2可知, 物料粒度为30~50目时, 提取完成后残渣含油率最低, 在其他参数不变的情况下, 粒度越细, 提取完成后残渣含油率越低。这是因为物料粒度越细, 与超临界流体接触面积越大, 从而提取越充分。20~30目和30~50目时的残渣含油率相差并不大, 分别为3.7%和3.5%, 说明当物料达到一定粒度后, 物料就能与超临界CO2流体充分接触, 粒度对提取效率的影响越来越小。

在萃取压力为28 MPa、CO2流量为160 L/h、提取时间为120 min的条件下, 改变温度对30~50目的物料进行超临界流体萃取。结果如图3所示, 提取完毕后残渣含油率随温度的提高先是降低后又逐渐升高, 在萃取温度为45℃时残渣含油率最低 (2.9%) 。温度对物料在超临界CO2流体中溶解的影响较为复杂, 一方面温度升高使流体的密度降低, 影响了溶质的溶解;另一方面, 温度升高使溶质的挥发性增大, 有利于溶质的溶解。在本实验中, 萃取温度在35℃时后一方面的影响大一些, 所以温度升高时残渣含油率也减小;当温度>45℃后, 前一方面因素的影响大一些, 导致残渣含油率随着温度的升高而提高。

在萃取温度45℃、CO2循环流量160 L/h、提取时间为120 min条件下, 采用不同的压力对30~50目的物料进行超临界CO2萃取, 结果如图4所示, 15 MPa提取完成后残渣含油率最高, 随着压力的升高, 提取率不断增大, 在萃取压力达到28 MPa时, 萃取完成后残渣含油率最低 (2.9%) , 这主要是因为压力的升高导致超临界CO2密度的增大, 从而对溶质的溶解能力增大, 但超过28 MPa后, 萃取能力变化不大。

3 结语

超临界萃取米糠甾醇油篇4

米糠是稻谷加工的副产物, 约占谷粒总质量的6%, 年产约1 400万t。近年来, 米糠高附加值利用研究较为广泛。米糠富含多种营养成分, 其中油脂含量约为20%, 是一种良好的油料作物。

米糠油属半干性油脂, 脂肪酸配比较为合理, 不饱和脂肪酸含量较高, 其中以油酸和亚油酸为主, 约占80%。米糠中植物甾醇占油脂不皂化物81%左右, 米糠油是植物甾醇含量最为丰富的油脂之一, 含有丰富的维生素E、谷维素和角鲨烯等生物活性物质, 对人体具有多种生理保健功能。因此, 米糠油被誉为“保健油脂”。

2 植物甾醇

植物甾醇是以环戊烷全氢菲为骨架的一类活性物质, 具有多种生理功能的甾体, 主要存在于植物的根、茎、叶和种子中。一般认为, 植物油及脱臭馏出物中植物甾醇含量最多。植物甾醇具有促进胆固醇的代谢, 降低胆固醇含量、降低冠心病发病率、抑制肿瘤、调节免疫等多种生理功能, 人体自身不能合成, 必须从外界食物中摄取, 因此, 受到人们的广泛关注。

3 超临界制取米糠油

超临界流体 (简称SCF) 是一种特殊状态的流体, 具有气液两重性质。超临界CO2流体萃取技术是利用CO2作为萃取剂, 由物料中萃取出所需成分的一种分离方法。超临界萃取技术属于低温制取技术, 具有良好的溶剂特性, 被广泛地用于油脂的提取领域, 是国内外竞相研究的一种新型、高效、绿色的分离技术。

我国工业化生产米糠油主要应用机械压榨法和溶剂浸出法。压榨米糠油, 品质好、色泽浅, 但油脂得率低;溶剂浸出法, 虽油脂得率明显提高, 但溶剂回收困难、油脂中存在溶剂残留、米糠粕中营养成分被破坏。超临界制取米糠油是通过调整流体的溶解性来提取油料中的油脂。与传统工艺相比, 油脂得率高、品质好、无溶剂残留, 米糠粕中营养成分被破坏, 工艺操作简单, 安全性高, 流体选择性好, 溶解能力强, 无废物排放, 被称为“高效绿色”工艺技术[1]。

目前, 国内外对超临界CO2萃取法制取米糠油的工艺已进行了较多研究。王文侠[2]利用超临界萃取米糠油, 得出最佳工艺为:CO2流量60 kg/h, 萃取温度42 ℃, 萃取压力30 MPa, 时间60 min, 米糠油的提取率为94%, 不饱和脂肪酸含量为71%以上。宋玉卿等[3]釆用超临界萃取米糠油, 米糠油提取率达到97.1%, 确定最佳条件为:萃取温度45 ℃, 萃取压力30 MPa, 时间80 min, 物料含水量约5%~6%。刘婷婷[4]以新鲜米糠为原料, 采用超临界萃取技术制取米糠油, 通过响应面回归分析得出:对米糠油得率影响次序为:萃取压力>萃取时间>萃取温度, 米糠油提取率为95.12%。L.Danielski等[5]采用超临界萃取法分离米糠毛油中的游离脂肪酸, 制取的米糠油游离脂肪酸含量小于1%。

4 超临界萃取米糠甾醇油

植物甾醇国外工业化生产已经有四十多年的历史, 日本、欧美等一些发达国家, 利用植物油脂的脱臭馏出物提取植物甾醇, 开发出各种保健产品。近几年, 国内也陆续出现了关于植物甾醇的研究报道。牟德华和李艳等[6]以大豆油脱臭馏出物为原料, 利用超临界流体萃取技术萃取植物甾醇, 在萃取温度45 ℃, 萃取压力25 MPa, 萃取时间240 min条件下, 植物甾醇收率约为65%, 纯度为80%以上。刘婷婷[4]采用超临界精馏柱精制米糠油, 以精馏柱Ⅰ中的物质为原料, 采用分子蒸馏技术提取纯化米糠甾醇, 甾醇含量为63.85%。

采用传统方法制取米糠油, 均不能对米糠中植物甾醇进行选择性提取。且在油脂碱法精炼及脱臭过程中, 大量植物甾醇又流入下脚料和脱臭馏出物中, 致使成品油脂中植物甾醇含量很低。采用超临界CO2萃取法制取米糠油, 不仅可以提高油脂得率、改善油脂品质, 而且可以选择性的提取植物甾醇, 结合超临界精馏技术, 采用两萃四精馏式超临界萃取装置精制米糠油, 不但可以直接得到食用级米糠油, 减少精炼过程, 同时降低了米康油中甾醇的损失。

Kuk和Dowd[7]研究了超临界CO2萃取法制取米糠油中萃取温度和萃取压力对米糠油萃取率的影响, 发现随着压力和温度的升高, 米糠油萃取率大大提高, 米糠油中甾醇含量也随之增加。通过试验可知, 采用HA121-50-02超临界CO2萃取装置制取米糠甾醇油, 米糠油提取率为18.4 g/100 g, 甾醇含量为2.2%, 显著高于溶剂提取米糠油中甾醇含量1.5%。通过超临界CO2萃取-精馏精炼后, 米糠甾醇油的酸值为2.2 KOH mg/g, 水分及挥发物含量为0.08%, 胶质和蜡质总含量为0.37%, 油中甾醇含量达1.69%, 较市售油脂中甾醇含量0.5%显著增加。

摘要：米糠营养价值丰富, 来源充足, 近年来备受人们关注。对超临界萃取米糠甾醇油进行概述, 介绍超临界萃取米糠甾醇油的相关研究, 为今后该领域的研究奠定了基础。

关键词：米糠,米糠油,甾醇油,超临界萃取

参考文献

[1]刘军海, 雷凤芹.米糠油浸出新技术[J].粮油加工, 2001 (1) :6-7.

[2]王文侠.超临界二氧化碳萃取米糠油的生产工艺的研究[J].工艺技术, 2005, 26 (8) :107-112.

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[6]牟德华, 李艳, 赵玉华, 等.超临界CO2萃取技术提取植物甾醇的研究[J].食品与发酵业, 2007, 33 (1) :118-121.

超临界流体萃取技术与装置研究篇5

关键词：超临界流体,超临界流体萃取技术,超临界流体萃取装置

超临界流体萃取技术(Supercritical Fluid Extraction,SFE)是近些年发展起来的一种新的分离技术,该技术不仅在化学、化工领域得到了广泛的发展,而且在中药现代化、生物制药、食品添加、分析等领域取得了新的进展。

近20多年来国内的各高科技企业研究了小规模、中试等具有一定自动化程度的超临界流体萃取装置。但是,目前我国的超临界萃取装置的发展状况还远远赶不上国际领先水平,特别是大规模、工业化生产所需的超临界流体萃取装置的研制。国内的大部分研究集中在超临界试验装置和中试装置上,针对如何解决超临界流体相平衡的理论与萃取装置相关的压力平衡、流体运动的控制、物料装填连续萃取等相关的问题而研发出适合工业化规模生产的超临界萃取装置显得尤为重要。

1 超临界流体萃取技术

1.1 超临界流体萃取的原理

超临界流体萃取(SFE)的原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系,即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下,将超临界流体与待分离的物质接触,使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。

当然,对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的,但可以控制条件得到最佳比例的混合成分,然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体,被萃取物质则完全或基本析出,从而达到分离提纯的目的,所以超临界流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。

1.2 超临界流体及其特殊物理化学性质

超临界流体在临界点附近,温度和压力的微小变化可对流体的密度、扩散系数、黏度等产生明显的影响,正是超临界流体的这些特殊性质使其成为良好萃取分离介质,但实际上由于某些原因,需要考虑溶解度、选择性、临界点数据及化学反应的可能性等一系列因素,因此可用作超临界萃取溶剂的物质并不多,表1是一些常用作超临界萃取溶剂的流体的临界性质[1]。

从表1中可以看出,多数烃类物质的临界压力在4 MPa左右,同系物的临界温度随摩尔质量的增大而升高。

表1所列的物质中,相对于其他几种溶剂,CO2超临界流体的密度大,溶解能力强,传递速率高,临界压力适中,临界温度为31.06℃,分离过程可在室温条件下进行。同时CO2具有廉价易得、安全性好、易从萃取产物中分离出来等优点,其作为超临界萃取技术中最常用的溶剂,主要是因为CO2具有如下一些优点:

(1)二氧化碳的临界温度为31.06℃,是超临界溶剂中临界温度较接近室温的,可在室温附近实现超临界流体萃取操作,能耗较低;临界压力为7.39 MPa,比较适中,对设备的要求相对较低,而其临界密度为0.448 g/cm3,是常用超临界溶剂中最高的,根据超临界流体的溶解能力一般随流体密度的增加而增高的规律,可知CO2流体是最适合作为超临界溶剂的。

(2)由于CO2的临界温度较低,同时CO2是惰性气体,对一些热敏性物质无降解变质作用;萃取过程中不易发生化学反应,被萃取物质不会因氧化而变质;CO2具有灭菌和保鲜的作用,有利于保证和提高产品的质量。

(3)萃取能力的大小取决于超临界流体的密度,CO2的密度在超临界点附近随温度和压力的微小变化而具有较大的变化,改变其中之一或同时改变,都可改变溶解度,可有选择地进行多种物质的分离,从而减少杂质,使有效成分高度富集,便于控制产品质量。

(4)CO2气体在临界点以下与大部分物质均不相溶,很容易与被萃取物质分离,因此萃取物几乎无溶剂残留,避免了溶剂对人体的毒害和对环境的污染;同时,由于CO2易于从被萃取物中分离出来,不需要复杂的脱除过程,在分离过程中不需消耗能量,是一种可以达到节能目的的萃取分离介质。

(5)水在CO2相中的溶解度很小,这有利于用近临界或超临界CO2来萃取分离有机水溶液。

(6)CO2无味、无毒,价格便宜,纯度高,容易取得,而且可以循环使用,与有机溶剂相比,可降低萃取操作的成本。

(7)CO2不可燃,与易燃易爆的有机溶剂相比,采用CO2作为超临界萃取溶剂相对较安全。

此外,超临界CO2作为萃取溶剂也具有不足之处,二氧化碳的分子结构决定了它是一种典型的非极性物质,适宜萃取脂溶性、非极性物质,不适于萃取水溶性、极性较强的物质。针对这个问题,需加大萃取压力或使用夹带剂来实现萃取。在超临界CO2流体中加入少量的夹带剂,可以改变超临界CO2流体的极性,从而改善对强极性有机化合物的萃取能力。常用的夹带剂有水、乙醇等。

1.3 超临界流体萃取的特点

超临界流体萃取技术作为一种新型的物质分离技术,与传统的液—液萃取相比,具有以下一些特点:

(1)超临界流体萃取可在常温或接近常温的条件下溶解挥发性小的物质而形成一个负载的超临界流体相,在萃取后,溶质和超临界溶剂间的分离可用等温减压或等压升温的方法,故特别适合于热敏性物质的提取,如从各种植物中提取生理活性物质[2,3,4,5]。分离温度一般不超过60℃,并且整个萃取过程处于密闭状态,排除了药物氧化和见光分解的可能性;而传统上常用的液—液萃取需将溶剂加到要分离的混合物中,形成液体混合物,对萃取后的液体混合物通常用蒸馏方法把溶剂和溶质分开,这往往对热敏性物质的处理不利。

(2)超临界流体的萃取能力主要与其密度有关,而超临界流体的密度可在相当宽的范围内随其压力和温度的改变而改变,选用适当的压力和温度可对其萃取和分离过程进行方便的控制。而溶剂萃取能力往往取决于温度和混合溶剂的组成,与压力的关系不大。

(3)超临界流体萃取溶质后,只需降压或升温即可将溶剂完全回收并循环使用,一方面因为可以不必像液—液萃取那样蒸馏处理回收溶剂,从而节约大量能源。另一方面,由于溶剂完全从溶质中脱出,溶质中没有溶剂残留,使被萃取物质不会被有毒的有机溶剂所污染。因此,超临界流体萃取特别适用于食品[6]、天然香料[7]、医药[8]及生物工程中各种物质的萃取和精制,是一种绿色、可持续发展的萃取技术。

(4)由于超临界流体物性的优越性,提高了溶质的传质速率和传质能力,大大缩短了萃取的操作时间,同时得到较高的萃取率。

(5)超临界流体萃取的原料不需要繁复的预处理,可同时进行萃取和分离操作。与传统的液—液萃取相比,超临界流体萃取流程简单,步骤少。

(6)在大多数情况下,溶质在超临界流体相中的浓度很小,超临界相组成接近于纯的超临界相;而液—液萃取的萃出相为液相,溶质的浓度可以相当大。

(7)超临界流体萃取一般在高压条件下进行,根据萃取物的不同,其最佳萃取压力从9 MPa到40 MPa以上,设备的一次性投资较大,同时萃取釜一般无法连续操作;而液—液萃取往往在常压下操作。

2 超临界CO2流体萃取工艺流程及装置

2.1 超临界流体萃取主要工艺流程

超临界二氧化碳流体萃取基本流程包括萃取和分离两个阶段。萃取阶段系指溶质由药材转移至二氧化碳流体中的过程。当温度、压力调节到超过二氧化碳临界状态以上时,其对药材中的某些特定溶质具有足够高的溶解度而进行溶解;分离阶段系指溶质与二氧化碳分离及不同溶质间的分离。溶解有溶质的二氧化碳流体进行节流减压,其后在热交换器中通过调节温度变为气体,对溶质的溶解度降低,使溶质析出,当析出的溶质和气体一同进入分离釜后,溶质与气体分离而沉降于分离釜底部,气体进入冷凝器冷凝液化,然后经高压泵升压(使其压力超过临界压力),在流经换热器时被加热(使其温度超过临界温度),重新达到超临界状态,进入萃取釜中再次进行提取。萃取工艺流程示意如图1。

根据文献归纳超临界流体萃取工艺主要可以分为3种基本工艺方法——等温法、等压法与吸附法,如图2所示。

等温法萃取过程的特点是萃取釜和分离釜等温,萃取釜压力高于分离釜压力。利用高压下的CO2对溶质的溶解度大大高于低压的溶解度这一特性,将萃取釜中CO2选择性溶解的目标组分在分离釜中析出成为产品。降压过程采用减压阀,降压后的CO2流体通过制冷为液态,压缩机或高压泵将其打回到萃取釜中循环使用。

等压法萃取过程的特点是萃取釜和分离釜处于相同的压力,利用二者温度不同时CO2流体对物质溶解度的差别来达到分离的目的。

吸附法一般在超临界萃取中很少应用,它是在萃取釜压力与分离釜压力相同、萃取釜和分离釜等温的状态下,利用分离釜中填充特定吸附剂将CO2流体中分离目标组分选择性吸附除去,然后定期再生吸附剂即可达到分离目的。

在超临界萃取中一般采用等温法,因为温度变化对CO2流体的溶解度影响远小于压力变化的影响,而通过改变温度的等压法工艺过程,虽然可节省压缩能耗,但是实际分离性能受到很多限制,使用价值较低。因此通常超临界CO2萃取过程大多采用改变压力的等温法。

超临界CO2流体萃取工艺参数主要包括:萃取压力、萃取温度、二氧化碳流量、萃取时间、药材粉碎度、夹带剂种类及用量等。萃取工艺是以充分利用CO2流体溶解度的差别为主要控制指标。萃取釜压力提高,有利于溶解度的增加,但压力过高将增加设备的投入和增加能耗,从经济的指标考虑,通常工业化应用的萃取过程都选低于32 MPa的压力。分离釜是产品分离和CO2流体循环的组成部分。分离压力越低,萃取和分离解析的溶解度差值越大,越有利于分离过程效率的提高。这对一般中、小型装置较为适用,对于工业化装置来讲,由于工业化装置的CO2流体需冷却液化后循环使用,不能选用过低的压力,在大型装置中的分离压力一般都在5.5~6 MPa,个别装置分离压力在10 MPa左右。

2.2 超临界CO2流体萃取装置研究现状

目前国外对超临界流体萃取装置的研究仍处领先地位,近几十年来,国内的超临界萃取技术、工艺和装置的研究飞速发展,取得了巨大进步。我国多家公司相继研发生产出各种具有自主知识产权的小试、中试和工业化生产装置。南通华安超临界萃取有限公司生产的超临界萃取装置萃取釜分别为0.5 L、1 L、2 L、5 L/50 MPa;10 L、24 L/40 MPa;50~200 L/32 MPa;北京新特科技发展公司研发出超临界萃取设备,萃取釜1~1 000 L(25~35 MPa),同时采用快开式的萃取结构,提高了生产效率及产品质量,解决了该技术设备在工业放大中的关键问题。沈阳天诚生产的超临界萃取设备具有大型化、工业化特点,容积从0.5~2 000 L,基本能满足各行业对大型超临界萃取设备的需求。大连卓尔高科技有限公司具有超过24年的超临界流体萃取科研、设备制造经验,研发生产的超临界萃取设备具有全新的快开结构,自控水平高,安全性好,并且可按照GMP标准进行设计,小试装置1~5 L的有效容积、中试设备10~50 L,工业化装置可实现100~2 000 L的有效容积。随着超临界萃取装置的不断更新进步,超临界萃取技术在我国的发展也必将达到新的高度。

2.3 超临界CO2萃取装置结构组成

超临界流体萃取过程的主要设备是由萃取器、分离器、精镏柱、CO2高压泵、副泵、制冷系统、CO2贮罐、换热系统、净化系统、流量计、温度、压力控制(保护)系统以及连接这些设备的管道、阀门和接头等构成。此外,因控制和测量的需要,还有数据采集、处理系统和控制系统。

在超临界流体萃取技术中萃取装置是关键,超临界CO2萃取装置集合了多项技术,它包括机械结构、压力容器、管道阀门、仪器仪表、电气控制、化工工艺等专业技术。在中小型萃取设备中装置的结构简单、体积小,便于操作与使用。对于一般科研机构,只要求萃取器开启方便,装料、卸料省力,有简单控制即可。所以实验室设备的设计、制作较为容易。而大型工业化装置的设计就复杂得多,工业化装置要求能连续装填物料,具有连续萃取的功能,在溶剂的使用方面还要求能回收CO2气体进行循环使用,这在中小型装置萃取中是不可能实现的,因此在设计大型工业化萃取装置中也无法借鉴小型装置的结构。正是如此,大型工业化萃取装置的研发和应用显得更为重要和困难。目前对于解决大型工业化装置要求的连续装填物料,连续萃取以及高压容器快开机构等方面的研究取得了一定的成绩。特别是近年来,国内已解决了许多有关超临界方面的技术难题如超临界流体萃取装置的工艺流程问题、超临界流体萃取釜、分离釜结构及寿命问题、快开机构与密封件的材料耐用度的问题等,超临界技术的应用在我国得到了迅速发展。

2.3.1 快开装置、密封结构的研究

根据国内外有关资料和产品介绍了解到,目前国内外使用的快开装置主要有卡箍式、楔块式、单螺旋柱式三种。超临界萃取多为间歇操作,即萃取釜必须经常打开和关闭。为便于操作,缩短间歇操作时间,提高设备的利用率,萃取釜应采用快开盖结构。工业化装置萃取釜快开结构一般采用的有卡箍式快开机构和滑块伸缩式快开密封机构。卡箍式快开机构具有强度高、密封性好、运行可靠、操作维护方便等特点,但缺点是开盖机构复杂,占地面积较大。陈平等[9]研究了一种超临界萃取装置新型高压快开自紧密封结构,这种密封结构采用D形螺栓连接和C形环等密封元件的密封结构可应用于超临界萃取装置,具有结构轻巧、装拆方便,能适用于各种尺寸及压力场合等特点,图3为D形螺栓结构及连接原理局部示意图。

赵利剑等[10]以超临界萃取装置高压快开结构为主,高压密封装置为辅,重点研究了高压快开装置的发展过程和发展状况,并按照不同类型进行了分类比较,指出了各种装置的优缺点及其适用条件,为企业在超临界萃取装置的设备选型和同类研究提供了参考。孙太林等[11]发明了一种超临界萃取高压容器快开结构,该机构由置于高压容器桶体上端的密封压盖、两个对称的卡箍式容器盖、旋转轴、螺旋升降器及底座组成,两对称的卡箍式容器盖带有旋转支耳,其支耳上所设置的圆孔套装于旋转轴上,使卡箍式容器盖可绕放置轴旋转,螺纹升降器中的丝杆穿过卡箍式容器盖与密封压盖固定连接。旋转卡箍式容器盖至一定角度后,就可由螺旋升降器的提升丝杆将密封压盖提起,达到快速开启的目的。该设计适合用作医药、化工、食品方面的200 L以下工业化超临界流体萃取装置的容器快速开启机构。

2.3.2 进卸料装置连续萃取器

目前,液体原料可以通过进卸料计量泵直接泵入萃取罐中,但是没有一种固相物料进卸料装置能较好地实现超临界萃取固相物料的连续化生产,因此,解决高压条件下超临界流体萃取固体物料进卸料系统的设计问题是有必要的。连续化操作既可以避免生产中大量的能量散失,提高萃取率,从而降低生产成本,也可以尽可能消除由于快开结构失灵等而带来的不安全因素。崔玉良等[12]概括了超临界流体萃取技术和包括连续式操作在内的超临界流体萃取装置的研究现状,提出了一种通过球形进、卸料器完成固相物料超临界流体萃取连续化进卸料的装置,介绍了该装置的结构和工作原理,结构如图4所示,该装置由进料筒体、萃取筒体、卸料筒体和换热器构成,进料筒体与萃取筒体、卸料筒体用焊接或机械方式固定连接为一体。研究结果表明该结构简单可靠,便于实现工业化,制造成本比较低廉,进、卸料器采用具有自紧性的密封结构,密封可靠,摩擦力小,可机械传动,降低了劳动强度,消除了频繁开关萃取器快开结构而存在的自锁失灵等不安全因素和引起的能量损失,节约了能源,减少了环境污染。孙云鹏等[13]研究发明了一种大容量连续超临界萃取设备中的卸料器,在后序工艺上装有卸料器,卸料器的上部装有进料阀、压力表和卸压阀,下部装有出料阀,从而将间歇式萃取器转变为大容量的连续萃取器。此萃取器可与微机连接线自动化操作,同时也可大大降低萃取剂和改性剂的用量,设备操作稳定,安全可靠。

2.3.3 超声强化超临界萃取装置

由于超临界流体萃取存在着萃取压力高,萃取时间长,对各种固体物料的萃取效率低,萃取时往往需要较多的循环次数等问题,从而限制了其大规模工业化应用。针对这些问题胡爱军等[14]根据超临界系统设备的特点,设计了可用于强化超临界流体萃取过程的超声波强化装置,将超声技术与SFE技术结合。该装置具有单板输出功率大,过载自动保护,功率可调且自动跟踪,采用变压器进行输出隔离,安全可靠,方便易控等优点。超声强化超临界流体萃取过程降低了萃取系统的压力、萃取温度,减少了夹带剂用量、超临界流体流量和萃取时间,萃取效率明显提高,提取实验研究表明超声强化处理不改变提取物质的成分与结构。丘泰球等[15]针对超临界流体萃取系统设备的特点,设计了可用于强化SFE过程的双频超声波交替强化装置。该装置进行了低频超声和高频超声协同强化超临界流体萃取的影响因素及超声强化的效果的研究,并且以香椿叶中黄酮类化合物为提取对象,对超声强化SFE过程的影响因素及强化效果进行了实验研究,结果表明低频超声利于提取,频率为20 k Hz的超声强化的萃取率最大,38 k Hz的超声最小,两者交替的居于中间。由此得出该装置具有单板输出功率大,过载自动保护,功率可调、频率自动跟踪,采用变压器进行输出功率隔离,安全可靠等优点。

3 超临界萃取技术在医药领域的应用及发展

近年来中药现代化的快速发展,促进了超临界流体萃取技术及装备的进步,超临界流体萃取装置的研究也逐渐由小型手动实验型装置到中试装置发展到大型工业化生产装置。超临界流体萃取技术的发展与应用也日趋广泛。在医药领域,由于超临界流体萃取技术具有优于传统分离技术的诸多优点而备受关注,特别是在中草药有效成分提取分离中具有非常广泛的应用,此外,超临界萃取技术与其他分析技术相结合在药物分析领域的应用也逐渐成为超临界流体萃取技术的研究热点和难点。

3.1 在中草药有效成分提取分离中的应用

从动植物中提取有效药物成分仍是目前超临界流体萃取在医药工业中应用较多的一个方面,其中从中草药中提取挥发油与精油的研究最为广泛[16,17],挥发油是芳香性药材药效的物质基础,传统提取挥发油的方法多用水蒸气蒸馏法,不仅加热时间长、耗能大,而且很多挥发油含有热敏性成分,易受热分解变质,而二氧化碳超临界萃取法可在较低的温度下进行,可保留植物原有的品质,因此该方法用于挥发油的提取有着独特的优势。此外还有对生物碱的提取应用,生物碱的提取传统上多以水和有机溶剂为溶媒,常采用醇提水沉、水提醇沉等方法,但各种方法普遍存在着工艺复杂、污染产品、有效成分损失较多且易受破坏等缺点。同时生物碱在中草药中的含量较低,一般提取率低、提取时间长,而采用超临界萃取技术大大改善了上述缺点。此外超临界萃取技术还应用于香豆素与木脂素、脂肪酸、黄酮类化合物、醌及其衍生物、糖及其苷类等近百个品种的研究。超临界流体萃取技术在中药有效成分提取和研究方面的巨大优越性,将会使该技术在中药有效成分的提取及质量研究方面得到更广泛的应用。

3.2 在药物分析中的应用

超临界流体萃取在药物分析中的应用是近期形成的一门新技术,随着超临界流体萃取分离技术的发展,超临界萃取技术与其他分析技术的联用也日益广泛,并形成同时具有GC和HPLC优点的新一代色谱法——超临界流体色谱法(SFC)。它克服了GC有时要作衍生物的缺点,同时SFC除了可采用HPLC常用的UV检测器外,还可以使用GC中的FID·MS·IR等通用检测器,大大提高分析的灵敏度和应用范围,特别是毛细管SFC/MS联用,为分析热不稳定和高分子量的化合物提供了重要的分析手段。

随着分析技术的提高,近些年,SFE-HPLC联用,SFE-TLC联用,SFE-GC联用,SFE与超临界流体色谱(SFC)的联用等技术在药物分析领域的应用得到了迅速发展。

超临界二氧化碳萃取篇6

关键词：莪术/分析,超临界萃取物

莪术是姜科植物蓬莪术Curcuma phaeocaulis Valeton、广西莪术C.kwangsinensis S. G.Leeet C.F.Liang和温郁金C.wenyujinY.H.Chenet C.Ling的干燥根茎[1]。中医理论认为莪术辛、苦、温, 归肝、脾经, 具行气破血、消积止痛的功效。莪术油及其提取物β-榄香烯对L615白血病细胞有直接细胞毒作用, 均可致肿瘤细胞变性坏死, 且有一定的灭能活性[2]。莪术油能抑制肿瘤细胞异常增殖[3]。目前挥发油的提取方式基本上采用传统的水蒸气蒸馏法 (SD) , 超临界流体萃取 (SFE) 挥发油有很多报道[4,5], 但萃取物的组成随萃取时间的动态变化研究未见报道。本文对莪术SFE萃取物组成成分和含量随萃取时间的动态变化进行了研究。

1仪器与试药

1.1 仪器 HA

231-50-06型超临界萃取装置:南通华安超临界萃取有限公司。Agilent 6890/5973 NGC-MSD联用仪:美国Agilent公司。

1.2 试药

莪术药材购自浙江中医药大学中药饮片厂, 经陈孔荣副主任中药师鉴定为广西莪术Curcuma kwangsiensis S.G.lee et C.F.Liang的干燥根茎。硅胶G:青岛海洋化工厂。石油醚:分析纯, 30～60℃, 上海凌峰化学试剂有限公司。乙酸乙酯:分析纯, 浙江杭州双林化工试剂厂。无水乙醇:分析纯, 天津市大茂化学试剂厂。甲醇:色谱纯, Burdick & Jackson, B & J Brand R。

2方法与结果

2.1 提取物的制备

2.1.1 SFE总提物样品

将干燥的莪术粉碎, 过20目筛, 称取300g装入超临界萃取罐中, 在萃取温度为45℃, 萃取压力为18mPa, 分离温度为40℃, 分离压力为6mPa下循环萃取2.5小时。得萃取物12.29g, 得率为4.10%。用无水硫酸钠除去水份, 置冰箱中备用。精密称取0.5g于25ml量瓶中, 加无水乙醇溶解, 定容至刻度, 摇匀, 得浓度为0.02g/ml的SFE总提物供试液, 编号为SSFE。

2.1.2 SFE各时间段样品

在2.1.1条件下循环萃取, 分别于20、40、60、80、100、160分钟从分离罐出料口出料, 用无水硫酸钠除去水份, 置冰箱中备用。分别称取各时间点提取物0.5g置25ml量瓶中, 加无水乙醇溶解, 定容至刻度, 摇匀, 编号为S20、S40、S60、S80、S100、S160, 供薄层色谱用。将各时间点提取物的另一半分为3组:20+40分钟组、60+80分钟组、100+160分钟组, 分别精密称取0.5g置1ml量瓶中, 加乙酸乙酯溶解, 定容至刻度, 摇匀, 0.22μm微孔滤膜过滤, 取续滤液作供试品溶液, 编号为A、B、C, 供GC/MS分析。

2.1.3 SD样品

将干燥的莪术粉碎, 过20目筛, 称取100g, 加8倍量蒸馏水, 用挥发油提取器提取6小时, 得提取物0.88g, 得油率为0.88%, 用无水硫酸钠除去水份, 置冰箱中备用。精密称取0.5g于25ml量瓶中, 加无水乙醇溶解, 定容至刻度, 摇匀, 得浓度为0.02g/ml的SD样品供试液, 编号为SSD。

2.2 SFE各时间段样品的气相色谱-质谱 (GC-MS) 联用分析

2.2.1 GC-MS条件

HP-INNOWAX (30m×0.25mm, 0.25μm) 弹性石英毛细管柱;柱温:50℃ (1min) ～110℃ (10℃·min-1, 3min) , 110～180℃ (2℃·min-1, 1min) , 180～250℃ (5℃·min-1, 8min) ;气化室温度:250℃;载气:高纯He 99.999%;柱前压:6.44kPa;载气流量:1.0ml·min-1;进样量:0.6μl (乙酸乙酯溶液) ;分流比:20∶1。离子源:EI源;离子源温度:230℃;四极杆温度:150℃;电子能量:70eV;发射电流:34.6LA;倍增器电压:1438V;接口温度:280℃;扫描质量范围:29～550amu。

2.2.2 SFE各时间段样品化学成分分析

对总离子流图中各峰经质谱扫描后得到质谱图, 通过联机检索WILEY275和NIST02质谱图库, 并查对有关质谱资料[4]分别对色谱峰加以确认, 综合分析鉴定化学成分, 按面积归一化法确定各组分相对含量, 结果见表1。

2.3 SFE各时间段样品的薄层色谱分析

照薄层色谱法 (《中国药典》2005年版一部附录ⅥB) 试验, 吸取上述SSFE和SSD溶液各2μl, 分别点于同一硅胶G薄层板上;吸取上述S20、S40、S60、S80、S100和S160溶液各2μl, 分别点于另一硅胶G薄层板上, 以石油醚∶乙酸乙酯 (8∶2) 为展开剂, 展开, 取出, 晾干, 再以石油醚∶乙酸乙酯 (9∶1) 为展开剂, 展开, 取出, 晾干, 用2%香草醛-浓硫酸显色, 在105℃加热至斑点显色清晰。见图1～2。

1 2

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从图1可见, SFE极性大的成分的斑点明显多于水蒸气蒸馏法 (SD) , 说明与SD法相比, SFE萃取能力更强, 效率更高。从图2不能明显看出SFE各时间点样品组成成分的变化情况。

3讨论

从0～40分钟, 40～80分钟和80～160分钟3个时间段超临界萃取物中分别检出111, 121和106个峰, 各鉴定出41, 45和40个峰, 从3个时间段的萃取物中鉴定出33个相同成分, 40分钟内的萃取物相对百分含量在1%以上的成分有7个, 分别是α-松油烯 (1.04%) , 樟脑 (1.16%) , β-榄香烯 (5.25%) , DL-异冰片 (1.58%) , α-芹子烯 (1.84%) , α-桉醇 (1.26%) , 苯乙酮 (4.82%) 。40～80分钟内的萃取物相对百分含量在1%以上的成分有7个, 分别是樟脑 (1.36%) , β-榄香烯 (4.89%) , DL-异冰片 (1.62%) , α-芹子烯 (1.56%) , α-桉醇 (1.12%) , 苯乙酮 (1.21%) , 棕榈酸 (1.14%) 。80～160分钟内的萃取物相对百分含量在1%以上的成分有7个, 分别是樟脑 (1.35%) , β-榄香烯 (4.81%) , DL-异冰片 (1.57%) , α-芹子烯 (1.42%) , α-桉醇 (1.02%) , 苯乙酮 (4.22%) , 棕榈酸 (1.27%) 。表明各时间段萃取物中挥发性成分有一定差别。开始阶段的萃取物中低沸点的成分较多, 随着萃取进行, 高沸点的成分逐渐被萃取出来。20～40分钟时间段萃取效率最高, 该段所得萃取物占总萃取物的30%左右。

SFE各时间段样品的薄层色谱分析中, 展开剂极性大 (石油醚∶乙酸乙酯=8∶2) 时极性小的斑点分离不理想, 展开剂极性小 (石油醚∶乙酸乙酯=9∶1) 时极性小的斑点分离不理想。故采用二次展开, 先在极性大的展开剂中展开, 然后在极性小的展开剂中展开, 使不同极性的成分都得到较好的分离效果。

参考文献

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[2]Shi G X, Yu L H, LiuJ Y, et al.Studies on effection of antitumor of el-ement.J Dalian MedColl, 1994, 16 (2) :137.

[3]Wu WY, Luo YJ, Cheng J H, et al.Image analysis of action in liver cancer cell DNAof mice by essential oil fromCurcuma phaeocaulis.Chin J Integrated Tradit West Med Liver Dis, 1999, 9 (1) :18.

[4]吴琳华, 杜霞, 刘红梅.超临界流体萃取广西莪术挥发油中β-榄香烯.中草药, 2006, 37 (3) :368.