正交設(shè)計優(yōu)選超臨界二氧化碳萃取荊芥穗有效成份的研究

1、正交設(shè)計優(yōu)選超臨界二氧化碳萃取荊芥穗有效成份的研究【摘要】目的研究超臨界二氧化碳萃取荊芥穗有效成份的最正確工藝條件。方式單因素實驗的基礎(chǔ)上，采納正交實驗研究萃取溫度、萃取壓力、二氧化碳流量、提取時刻對超臨界流體萃取的有效成份得率阻礙。結(jié)果各因素對提取率的阻礙順序為：時刻阻礙最大，萃取壓力次之，萃取溫度最小。優(yōu)化后的工藝參數(shù)為：萃取壓力20MPa,萃取溫度50,提取時刻90min,二氧化碳流量40L/ho結(jié)論該法簡便，選擇性高，高效可行。【關(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SchizonepetatenuifoliaBriq的干燥地上部份。其干燥花穗即為藥材荊芥穗。荊芥生用解

2、表、散風(fēng)、透疹，用于醫(yī)治傷風(fēng)、頭痛、麻疹不透、尊麻疹初期、瘡疳；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)汗作用較全草強烈1?，F(xiàn)代藥理研究說明荊芥穗顯示出明顯的抗補體作用，其要緊成份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行中草藥有效成份的提取是近些年進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的地方于超臨界狀態(tài)，利用二氧化碳在此狀態(tài)下對有機物的溶解度不同來實現(xiàn)對有機物的提取分離進程。超臨界二氧化碳對有效成份提取具有溶解度大，傳質(zhì)速度高，提取溫度低，流程簡單，溶劑可循環(huán)利用，對環(huán)境友好等優(yōu)勢，是一種理想的分離方式。據(jù)文獻檢索，到目前

3、為止尚沒有利用超臨界二氧化碳流體提取荊芥穗中有效成份的技術(shù)研究。本實驗對該進程的工藝條件優(yōu)化進行了較細(xì)致的研究。1儀器與材料荊芥穗（購于濟南建聯(lián)中藥店）；二氧化碳（純度杭州飛翔氣體）。HA220-50-06型超臨界萃取裝置（江蘇省南通市華安超臨界萃?。籇FY-400型搖擺式高速中藥粉碎機（溫嶺市盛德中藥機械）。2方式實驗流程超臨界萃取實驗裝置（見圖1）,要緊包括冷凍系統(tǒng)、萃取系統(tǒng)和二級分離系統(tǒng)。將粉碎后的荊芥穗（200-900目）裝入1L萃取釜中，設(shè)定實驗所需萃取溫度、分離釜I溫度為50C、分離釜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

4、化碳充分接觸進行傳質(zhì)進程。別離調(diào)劑閥門使萃取釜達(dá)到設(shè)定壓力，再進一步一一調(diào)劑閥門使分離釜I壓力達(dá)到10MPa,分離釜口壓力達(dá)到5MPa。整個實驗條件調(diào)劑進程在10min內(nèi)設(shè)置好，而且實驗運行進程中系統(tǒng)較為穩(wěn)固。溶解了有效成份的超臨界二氧化碳通過降壓閥進行逐級降壓，萃取物別離在分離釜I和分離釜II接收。二氧化碳通過柱塞泵又再次循環(huán)進入萃取釜反復(fù)利用。通過預(yù)實驗研究發(fā)覺，分離釜I取得的都是脂肪酸等大分子化合物，分離釜H為實驗研究需要的有效成份。以單位藥材所取得的有效成份質(zhì)量計算有效成份得率。超臨界二氧化碳萃取實驗設(shè)計單因素研究萃取溫度（3560）、萃取壓力（1230MPa）、二氧化碳流量（1650

5、L/h）、提取時刻（0-100min）基礎(chǔ)上，從實驗進程的穩(wěn)固性動身，選擇要緊因素萃取壓力（A）、萃取溫度（B）、提取時刻（C）3個因素，設(shè)計3因素3水平正交實驗，以有效成份得率為考察指標(biāo)，優(yōu)化進程工藝。3結(jié)果萃取壓力的阻礙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1220MPa之間時，荊芥穗有效成份的萃取率隨壓力的升高而增大，開始增加較為明顯，這是因為在必然溫度下隨著萃取壓力的升高，二氧化碳密度增大，從而使溶解能力也增加，萃取率也相應(yīng)提高。但壓力超過20MPa后，萃取率反而下降，可能是由于二氧化碳壓力越高，傳質(zhì)速度越慢，擴散系數(shù)也隨之減少，無益于進一步的提取。同時，從經(jīng)濟角度來看

6、，高壓會增加設(shè)備投資和操作費用，因此壓力也并非越大越好。萃取溫度的選擇當(dāng)增加溫度時，一方面流體的傳質(zhì)速度增加，降低了溶質(zhì)內(nèi)聚能，有利于有效成份從藥材中脫附，可是溫度升高致使流體密度會相應(yīng)下降，溶解力下降，無益于萃取。圖3那么反映了溫度轉(zhuǎn)變兩種阻礙因素競爭對有效成份得率的阻礙情形。有效成份得率在實驗范圍內(nèi)一樣隨萃取溫度增加先增大后減少。二氧化碳流量的阻礙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。C02流量對萃取率的阻礙要緊有兩個方面：一是C02流量增加，相當(dāng)于萃取劑與被萃取物有較大比值，傳質(zhì)速度加速，有

7、利于被萃取物從物料中向超臨界流體中擴散，從而提高萃取率；二是C02流量增加，超臨界C02的停留時刻減少，C02未達(dá)到萃取平穩(wěn)、，與物料接觸不充分和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40在萃取溫度45,萃取壓力16MPa,萃取時刻100min情形下，隨著C02流量的增加荊芥穗油萃取率開始增大，當(dāng)其流量為40L/h時達(dá)到最大值，以后隨著C02流量增加，荊芥穗油萃取率降低。由于實驗進程中調(diào)劑二氧化碳流量對系統(tǒng)穩(wěn)固性有阻礙，因此以后的正交實驗均在最正確流量40L/h條件下進行。提取時刻的阻礙每次實驗別離在10,20,40,60,80,90,100min取樣1次，

8、一樣前45次取樣已經(jīng)取得較多的萃取物，以后萃取物量較少。隨著時刻增加萃取量增加，而且在實驗初始10min增加較快，緣故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)成效好。以后兩相之間濃度梯度慢慢降低，提取速度下降。80-100min增加趨緩。超臨界二氧化碳提取有效成份的工藝優(yōu)化在單因素實驗基礎(chǔ)上，進行L9(34)正交實驗。實驗結(jié)果與分析見表12。由表2能夠看出提取時刻是該工藝進程中極為顯著性因素。綜合因素水平的極差分析，阻礙超臨界二氧化碳萃取荊芥穗有效成份收率大小前后順序為:提取時刻>萃取壓力>萃取溫度。為了取得較高的有效成份得率,本研究

9、進程中最正確的工藝參數(shù)組合為：萃取壓力20MPa,萃取溫度50,提取時刻90min,二氧化碳流量40L/h,分離釜I壓力10MPa,分離釜I溫度50,分離釜II壓力5MPa,分離釜II溫度30°Co在該實驗條件下重復(fù)實驗兩次，平均有效成份得率為。表1超臨界二氧化碳萃取有效成份的正交實驗結(jié)果與計算，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份進程中，萃取溫度和萃取壓力增加，有效成份得率先增加后減少，適合的二氧化碳流量有利于傳質(zhì)，得率隨提取時刻的延長慢慢升高。正交實驗結(jié)果說明，各因素對有效成份得率的阻礙順序為：提取時刻>萃取壓力>萃取溫度。通過正交實驗取得優(yōu)化后的工藝參數(shù)組合為：萃取壓力20MPa,萃取溫度50,提取時刻90min,二氧化碳流量40L/h,分離釜I壓力10MPa,分離釜I溫度50,分離釜II壓力5MPa,分離釜II溫度30o【參考文獻】1中華人民共和國衛(wèi)生部藥政治理局，中國藥品生物制品檢定所.中藥材手冊M.北京：人民衛(wèi)生出版社，1989:450.2HiroshiH.,鄧穎.荊芥和連翹的化學(xué)及藥理研究J.國外醫(yī)學(xué)中醫(yī)中藥分冊,1991,13(4):28.3AghelN,Yamini,Hadji