正交設(shè)計(jì)優(yōu)選超臨界二氧化碳萃取荊芥穗有效成分的研究

1、正交設(shè)計(jì)優(yōu)選超臨界二氧化碳萃取荊芥穗有效成分的研究【摘要】目的研究超臨界二氧化碳萃取荊芥穗有效成分的最正確工藝條件。方法單因素實(shí)驗(yàn)的根底上，采用正交實(shí)驗(yàn)研究萃取溫度、萃取壓力、二氧化碳流量、提取時(shí)間對(duì)超臨界流體萃取的有效成分得率影響。結(jié)果各因素對(duì)提取率的影響次序?yàn)椋簳r(shí)間影響最大，萃取壓力次之，萃取溫度最校優(yōu)化后的工藝參數(shù)為：萃取壓力20Pa，萃取溫度50，提取時(shí)間90in，二氧化碳流量40L/h。結(jié)論該法簡(jiǎn)便，選擇性高，高效可行?！娟P(guān)鍵詞】超臨界二氧化碳萃取荊芥穗荊芥穗為唇形科植物荊芥ShiznepetatenuifliaBriq的枯燥地上局部。其枯燥花穗即為藥材荊芥穗。荊芥生用解表、散風(fēng)、透

2、疹，用于治療感冒、頭痛、麻疹不透、蕁麻疹初期、瘡癤；炒炭止血、治便血、崩漏。荊芥穗效同荊芥，其芳香氣烈，祛風(fēng)發(fā)汗作用較全草強(qiáng)烈1。現(xiàn)代藥理研究說明荊芥穗顯示出明顯的抗補(bǔ)體作用，其主要成分胡薄荷酮具有抗炎作用，薄荷酮具有鎮(zhèn)痛作用2。超臨界二氧化碳流體進(jìn)展中草藥有效成分的提取是近些年開展迅速的提取新技術(shù)3，4。該技術(shù)是通過改變二氧化碳的溫度和壓力使之處于超臨界狀態(tài)，利用二氧化碳在此狀態(tài)下對(duì)有機(jī)物的溶解度差異來實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的提取別離過程。超臨界二氧化碳對(duì)有效成分提取具有溶解度大，傳質(zhì)速率高，提取溫度低，流程簡(jiǎn)單，溶劑可循環(huán)使用，對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的別離方法。據(jù)文獻(xiàn)檢索，到目前為止尚沒有使用

3、超臨界二氧化碳流體提取荊芥穗中有效成分的技術(shù)研究。本實(shí)驗(yàn)對(duì)該過程的工藝條件優(yōu)化進(jìn)展了較細(xì)致的研究。1儀器與材料荊芥穗購(gòu)于濟(jì)南建聯(lián)中藥店；二氧化碳純度99.9%，杭州飛翔氣體。HA220-50-06型超臨界萃取裝置江蘇省南通市華安超臨界萃取；DFY-400型搖擺式高速中藥粉碎機(jī)溫嶺市大德中藥機(jī)械。2方法2.1實(shí)驗(yàn)流程超臨界萃取實(shí)驗(yàn)裝置見圖1，主要包括冷凍系統(tǒng)、萃取系統(tǒng)和二級(jí)別離系統(tǒng)。將粉碎后的荊芥穗200900目裝入1L萃取釜中，設(shè)定實(shí)驗(yàn)所需萃取溫度、別離釜I溫度為50、別離釜II溫度為30。從鋼瓶出來的二氧化碳經(jīng)冷凝后通過柱塞泵升壓，在預(yù)定的溫度和壓力下藥材與超臨界二氧化碳充分接觸進(jìn)展傳質(zhì)過程

4、。分別調(diào)節(jié)閥門使萃取釜到達(dá)設(shè)定壓力，再進(jìn)一步逐一調(diào)節(jié)閥門使別離釜I壓力到達(dá)10Pa，別離釜II壓力到達(dá)5Pa。整個(gè)實(shí)驗(yàn)條件調(diào)節(jié)過程在10in內(nèi)設(shè)置好，并且實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過程中系統(tǒng)較為穩(wěn)定。溶解了有效成分的超臨界二氧化碳通過降壓閥進(jìn)展逐級(jí)降壓，萃取物分別在別離釜和別離釜接收。二氧化碳通過柱塞泵又再次循環(huán)進(jìn)入萃取釜反復(fù)使用。通過預(yù)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，別離釜I得到的都是脂肪酸等大分子化合物，別離釜II為實(shí)驗(yàn)研究需要的有效成分。以單位藥材所得到的有效成分質(zhì)量計(jì)算有效成分得率。2.2超臨界二氧化碳萃取實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)單因素研究萃取溫度3560、萃取壓力1230Pa、二氧化碳流量1650L/h、提取時(shí)間0100in根底上，從

5、實(shí)驗(yàn)過程的穩(wěn)定性出發(fā)，選擇主要因素萃取壓力A、萃取溫度B、提取時(shí)間3個(gè)因素，設(shè)計(jì)3因素3程度正交實(shí)驗(yàn)，以有效成分得率為考察指標(biāo)，優(yōu)化過程工藝。3結(jié)果3.1萃取壓力的影響壓力是超臨界萃取中的重要工作參數(shù)。從圖2可看到，壓力為1220Pa之間時(shí)，荊芥穗有效成分的萃取率隨壓力的升高而增大，開場(chǎng)增加較為明顯，這是因?yàn)樵谝欢囟认码S著萃取壓力的升高，二氧化碳密度增大，從而使溶解才能也增加，萃取率也相應(yīng)進(jìn)步。但壓力超過20Pa后，萃取率反而下降，可能是由于二氧化碳?jí)毫υ礁?，傳質(zhì)速度越慢，擴(kuò)散系數(shù)也隨之減少，不利于進(jìn)一步的提齲同時(shí)，從經(jīng)濟(jì)角度來看，高壓會(huì)增加設(shè)備投資和操作費(fèi)用，因此壓力也并非越大越好。轉(zhuǎn)貼于

6、論文聯(lián)盟.ll.3.2萃取溫度的選擇當(dāng)增加溫度時(shí)，一方面流體的傳質(zhì)速率增加，降低了溶質(zhì)內(nèi)聚能，有利于有效成分從藥材中脫附，但是溫度升高導(dǎo)致流體密度會(huì)相應(yīng)下降，溶解力下降，不利于萃齲圖3那么反映了溫度變化兩種影響因素競(jìng)爭(zhēng)對(duì)有效成分得率的影響情況。有效成分得率在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)一般隨萃取溫度增加先增大后減少。3.3二氧化碳流量的影響二氧化碳流量是由泵的頻率決定的，它們之間的關(guān)系是增函數(shù)關(guān)系而非正比關(guān)系。二氧化碳流量越大，說明萃取釜中溶劑超臨界二氧化碳的更新速度越快。2流量對(duì)萃取率的影響主要有兩個(gè)方面：一是2流量增加，相當(dāng)于萃取劑與被萃取物有較大比值，傳質(zhì)速度加快，有利于被萃取物從物料中向超臨界流體中擴(kuò)散

7、，從而進(jìn)步萃取率；二是2流量增加，超臨界2的停留時(shí)間減少，2未到達(dá)萃取平衡，與物料接觸不充分以及在此流量下被萃取物來不及在解析中析出就被沖回萃取釜而使萃取率不大。結(jié)果見圖4。在萃取溫度45，萃取壓力16Pa，萃取時(shí)間100in情況下，隨著2流量的增加荊芥穗油萃取率開場(chǎng)增大，當(dāng)其流量為40L/h時(shí)到達(dá)最大值，之后隨著2流量增加，荊芥穗油萃取率降低。由于實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)節(jié)二氧化碳流量對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性有影響，因此之后的正交實(shí)驗(yàn)均在最正確流量40L/h條件下進(jìn)展。3.4提取時(shí)間的影響每次實(shí)驗(yàn)分別在10，20，40，60，80，90，100in取樣1次，一般前45次取樣已經(jīng)獲得較多的萃取物，之后萃取物量較少。隨

8、著時(shí)間增加萃取量增加，并且在實(shí)驗(yàn)初始10in增加較快，原因是初始藥材中荊芥穗油含量高，與溶劑超臨界二氧化碳中油濃度之間梯度大，傳質(zhì)效果好。之后兩相之間濃度梯度逐漸降低，提取速度下降。80100in增加趨緩。3.5超臨界二氧化碳提取有效成分的工藝優(yōu)化在單因素實(shí)驗(yàn)根底上，進(jìn)展L9(34)正交實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析見表12。由表2可以看出提取時(shí)間是該工藝過程中極為顯著性因素。綜合因素程度的極差分析，影響超臨界二氧化碳萃取荊芥穗有效成分收率大小先后次序?yàn)椋禾崛r(shí)間萃取壓力萃取溫度。為了獲得較高的有效成分得率，本研究過程中最正確的工藝參數(shù)組合為：萃取壓力20Pa，萃取溫度50，提取時(shí)間90in，二氧化碳流

9、量40L/h，別離釜I壓力10Pa，別離釜I溫度50，別離釜II壓力5Pa，別離釜II溫度30。在該實(shí)驗(yàn)條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次，平均有效成分得率為6.28%。表1超臨界二氧化碳萃取有效成分的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算，表2方差分析略。4結(jié)論超臨界二氧化碳萃取荊芥穗有效成分過程中，萃取溫度和萃取壓力增加，有效成分得率先增加后減少，適宜的二氧化碳流量有利于傳質(zhì)，得率隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸升高。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，各因素對(duì)有效成分得率的影響次序?yàn)椋禾崛r(shí)間萃取壓力萃取溫度。通過正交實(shí)驗(yàn)得到優(yōu)化后的工藝參數(shù)組合為：萃取壓力20Pa，萃取溫度50，提取時(shí)間90in，二氧化碳流量40L/h，別離釜I壓力10Pa，別離釜I溫度50，別離釜II壓力5Pa，別離釜II溫度30。【參考文獻(xiàn)】1中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部藥政管理局，中國(guó)藥品生物制品檢定所.中藥材手冊(cè).北京:人民衛(wèi)生出版社，1989:450.2HirshiH.,鄧穎.荊芥和連翹的化學(xué)及藥理研究J.國(guó)外醫(yī)學(xué)中醫(yī)中藥分冊(cè),1991,13(4):28.3AghelN,Yaini,Hadjiak