廖耀華，王 丹，王寶慶，劉振鋒，任保增,*，王宏力

（1.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南省化工研究所有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450052）

響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化香根草油的超臨界CO2萃取工藝及其萃取物分析

廖耀華1，王 丹1，王寶慶1，劉振鋒1，任保增1,*，王宏力2

（1.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南省化工研究所有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450052）

以新鮮香根草根須為原料，通過(guò)單因素試驗(yàn)研究粒徑、裝料系數(shù)、萃取壓力、萃取溫度、CO2流率及萃取時(shí)間對(duì)超臨界CO2萃提香根草油得率的影響。在此基礎(chǔ)上，選取萃取壓力、萃取溫度和CO2流率為影響因素，以香根草油得率為響應(yīng)值，采用Box-Behnken方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)，進(jìn)行響應(yīng)面分析。結(jié)果表 明：超臨界CO2萃取香根草油的適宜工藝參數(shù)為粒徑范圍60～80目、裝料系數(shù)0.8、萃取壓力22.61 MPa、萃取溫度35.41 ℃、CO2流率1.65 L/min、萃取時(shí)間1.5 h。在此條件下預(yù)測(cè)香根草油得率達(dá)到7.780%，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證值為7.762%，與預(yù)測(cè)一致。采用氣 相色譜-質(zhì)譜法對(duì)超臨界萃取的香根草油進(jìn)行了成分分析，鑒定出18 種化合物，占總萃取物的69.88%。其中主要成分為柏木烯醇、脫氫香橙烯、月桂烯酮以及香根草特有的香根醇、香根酮等化合物，并按照應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ溥M(jìn)行了分類總結(jié)。

超臨界CO2萃取；香根草油；響應(yīng)面法；氣相色譜-質(zhì)譜法

香根草（Vetiveria zizanioides），又名巖蘭草，是一種多年生禾本科巖蘭草屬植物，主要分布在一些亞熱帶國(guó)家和我國(guó)南方地區(qū)[1]，是自然界根系最長(zhǎng)的草本植物，被稱為“神奇之草”[2]。香根草是一種優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)作物，例如河南省南陽(yáng)市將香根草引進(jìn)長(zhǎng)江以北地區(qū)，用于水土保持、污水凈化、綜合開發(fā)等，以改造生態(tài)，并創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，顯現(xiàn)出了較好的效果。商品香根草種植采用間隔輪伐方式，既起到了保持水土的作用，每年又可以生產(chǎn)數(shù)萬(wàn)噸香根草原料資源。因此，香根草的綜合開發(fā)利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

香根草根部富含巖蘭草醇、萜烯類和一些倍半萜（烯）類的化合物，經(jīng)蒸餾或者萃取得到的香根草油具有一定的食用、殺蟲、滅菌、以及藥用保健功能等[3]，是食品添加劑、香精、化妝品工業(yè)的重要原料。目前，較為傳統(tǒng)的蒸餾和有機(jī)溶劑法是香根草油的主要提取方法。朱自仁等[4]采用常規(guī)有機(jī)溶劑浸提法制得了香根油浸膏，該工藝產(chǎn)品僅為浸膏，所含蠟質(zhì)等雜質(zhì)較多且并未取出，缺乏檢測(cè)手段。龔德慎等[5]對(duì)貴州地區(qū)原產(chǎn)的香根草用水蒸氣長(zhǎng)時(shí)間蒸餾12 h左右，后用石油醚回收產(chǎn)品，得油率僅為0.8%，未對(duì)水蒸氣蒸餾法進(jìn)行工藝優(yōu)化，得率低，原料消耗量大，未能工業(yè)推廣。文媛等[6]利用微波萃取原理來(lái)破壞植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)，達(dá)到縮短萃取時(shí)間的目的，并進(jìn)行了有機(jī)溶劑的篩選。使萃取率有了一定程度的提高，并對(duì)該方法的產(chǎn)品進(jìn)行了化學(xué)成分分析測(cè)定，但萃取率依然處于較低水平。Talansier等[7]進(jìn)行了乙醇作夾帶劑時(shí)壓力對(duì)超臨界CO2萃取香根草油收率的初步動(dòng)力學(xué)研究，進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模型的優(yōu)選。但僅計(jì)算了在單一萃取條件下（40 ℃、200 Bar）的一些動(dòng)力學(xué)參數(shù)，缺乏普適性。Filippi等[8]利用氣相色譜和氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）聯(lián)用分析儀等對(duì)市售不同產(chǎn)地香根草油的主要成分進(jìn)行了較為系統(tǒng)的鑒定，但僅列出了成分表，缺乏分析與總結(jié)。

本實(shí)驗(yàn)以人工種植的香根草為研究對(duì)象，在充分考察單因素影響的條件下，選用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行了超臨界CO2萃提研究并進(jìn)行相關(guān)分析，尋找并確定了萃取的最佳工藝參數(shù)，分析了萃取物的主要成分，以期為香根草相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)研究提供一些可靠的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮香根草根須產(chǎn)自河南南陽(yáng)；CO2（食品級(jí)，純度＞99.9%） 鄭州市科益工業(yè)氣體公司；無(wú)水乙醇（優(yōu)級(jí)純） 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Spe-ed SFE Helix超臨界萃取系統(tǒng) 美國(guó)Applied Separations公司；DHG-9070A型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；FZ102型微型植物粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司；JY302型電子天平 上海浦春計(jì)量?jī)x器有限公司；DSQⅡ氣質(zhì)聯(lián)用分析儀 美國(guó)Thermo Fisher Scientifi c公司。

1.3 方法

1.3.1 萃取工藝流程

萃取設(shè)備流程圖如圖1所示，萃取工藝流程：新鮮香根草根須→除雜→洗凈→烘干→粉碎→過(guò)篩→裝料→調(diào)整萃取過(guò)程變量→超臨界CO2萃取→減壓加熱分離→香根草油。

圖1 Spe-ed SFE Helix超臨界流體萃取系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flow chart showing model Spe-ed SFE Helix supercritical fl uid extraction equipment

1.3.2 萃取釜最大裝料量的測(cè)定及裝料系數(shù)的計(jì)算

萃取釜最大裝料量的測(cè)定：對(duì)于一定粒徑的原料，采用自然重力堆積方式，即將原料自然流入圓柱形萃取釜內(nèi)，不進(jìn)行砸壓操作[9]，萃取釜的滿裝料量即為該粒徑原料的最大裝料量。

裝料系數(shù)計(jì)算見公式（1）[10]：

式中：m0為萃取釜的最大裝料量/g；m1為待萃物實(shí)際裝料量/g。

1.3.3 得率計(jì)算

式中：md為香根草粉末的裝料量/g；mp為萃取得到香根草油的質(zhì)量/g。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

為全面考察萃取過(guò)程，需要合理進(jìn)行超臨界CO2萃取的主要控制變量選擇[11]。本實(shí)驗(yàn)選取香根草根須粉末粒徑、裝料系數(shù)、萃取溫度、萃取壓力、CO2流率以及萃取時(shí)間6 個(gè)變量。各個(gè)因素分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)，每組平行進(jìn)行3 次求平均值，以尋找每個(gè)因素的較優(yōu)值。

1.3.5 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平表Table1 Variables and levels used in Box-Benhnken design

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)論，利用數(shù)學(xué)分析軟件Design-Expert 8.05b的Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選取萃取壓力、萃取溫度和CO2流率，考察各因素間的交互作用對(duì)得率的影響，以香根草油得率為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)三因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，因素水平見表1（其余因素均選取單因素試驗(yàn)確定的優(yōu)值，即粒徑60～80 目、裝料系數(shù)0.8、萃取時(shí)間1.5 h）。

1.3.6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

對(duì)響應(yīng)面分析得到的預(yù)測(cè)最優(yōu)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)平行進(jìn)行3 次，計(jì)算該條件下香根草油的平均得率，并與預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較。

1.3.7 GC-MS聯(lián)用分析超臨界萃取香根草油

萃取所得香根草油用無(wú)水乙醇稀釋。

色譜條件：配備GsBP-5MS毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升溫程序：起始溫度50 ℃，以15 ℃/min升至180 ℃，后以1 ℃/min至200 ℃，再以15 ℃/min 至260℃，保持3 min；高純氦氣做載氣，柱流速1.0 mL/min；進(jìn)樣口溫度250 ℃，分流比20∶1，溶劑延遲時(shí)間3.2 min。

質(zhì)譜條件：電子電離源70 eV；接口溫度250 ℃；離子源溫度250 ℃；質(zhì)量掃描范圍m/z 40～650。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 粒徑對(duì)香根草油得率的影響

設(shè)定裝料系數(shù)0.8、萃取溫度45 ℃、萃取壓力10 MPa、CO2流率1 L/min、萃取時(shí)間2 h，粒徑采用20目以下、20～40、40～60、60～80目以及80目以上這5 個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖2。

圖2 粒徑對(duì)香根草油得率的影響Fig.2 Effect of raw material granularity on the yield of vetiver essential oil

如圖2所示，隨著物料粒徑的變化香根草油得率變化非常顯著：隨著粒徑目數(shù)范圍的增加，得率呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，當(dāng)粒徑在60～80 目范圍區(qū)間時(shí)，得率達(dá)到最大值。原料的顆粒粒徑的大小與超臨界CO2流體和待萃取物料的接觸面積大小直接相關(guān)，從而直接影響最終的得率。根據(jù)傳質(zhì)原理，原料粒徑越小，利于CO2向物料內(nèi)部遷移，從而增強(qiáng)了傳質(zhì)效果[12]；且物料粒徑越小，其細(xì)胞的破損程度越高[13]，這兩方面的因素都有利于萃取。但粒度過(guò)小會(huì)增加表面流動(dòng)阻力，甚至產(chǎn)生溝流現(xiàn)象，反而不利于萃取[14]。因此根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，最適宜的粒徑范圍為60～80 目。

2.1.2 裝料系數(shù)對(duì)香根草油得率的影響

在對(duì)天然物質(zhì)進(jìn)行超臨界CO2萃取的過(guò)程中，必須考慮到物料會(huì)發(fā)生不同程度的溶脹現(xiàn)象，膨脹的程度與萃取溫度、萃取壓力和物料本身的性質(zhì)等有關(guān)。為了防止由于溶脹導(dǎo)致的釜內(nèi)局部壓強(qiáng)過(guò)高或憋壓等安全隱患的出現(xiàn)，必須在萃取釜內(nèi)預(yù)留出一定的安全空間，確保操作安全。同時(shí)裝料量的多少也會(huì)影響物料的堆積密度和CO2的擴(kuò)散阻力等，對(duì)得率有直接影響[15]。因此需要考察物料裝料系數(shù)的影響。首先測(cè)定萃取釜中全體積填料時(shí)的最大裝料量，對(duì)于粒徑為60～80 目的物料，容積為50 mL的萃取釜最大裝料量為5.67 g。

選取粒徑范圍粒徑60～80 目、萃取溫度45 ℃、萃取壓力10 MPa、CO2流率1 L/min、萃取時(shí)間2 h，裝料系數(shù)0.5、0.6、0.7、0.8、0.9這5 個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖3。

圖3 裝料系數(shù)對(duì)香根草油得率的影響Fig.3 Effect of volume charge coeffi cient on the yield of vetiver essential oil

由圖3可以看出，裝料系數(shù)與得率之間存在一定的相關(guān)關(guān)系。裝料系數(shù)較小及較大的情況下得率均偏低，綜合考慮得率與設(shè)備生產(chǎn)安全、利用效率等因素，裝料系數(shù)選取0.8為宜。

2.1.3 萃取溫度對(duì)香根草油得率的影響

設(shè)定粒徑60～80 目、裝料系數(shù)0.8、萃取壓力10 MPa、CO2流率1 L/min、萃取時(shí)間2 h，萃取溫度選取35、40、45、50、55 ℃ 5 個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖4。

圖4 萃取溫度對(duì)香根草油得率的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on the yield of vetiver essential oil

超臨界CO2流體的溫度對(duì)萃取過(guò)程的影響是多方面的，這是因?yàn)槌R界流體以及待萃物的理化性質(zhì)如CO2流體黏度和溶質(zhì)溶解度等都和溫度直接有關(guān)[16]。由圖4可知，萃取溫度對(duì)香根草油的萃取得率影響顯著，在35～40 ℃范圍內(nèi)得率較高且變化幅度較小，溫度達(dá)40 ℃以上萃取率急劇下降。這說(shuō)明香根草油的超臨界萃取過(guò)程對(duì)溫度的變化敏感。因此萃取溫度取35 ℃左右為宜。

2.1.4 萃取壓力對(duì)香根草油得率的影響

設(shè)定粒徑60～80目、裝料系數(shù)0.8、萃取溫度35 ℃、CO2流率1 L/min、萃取時(shí)間2 h，萃取壓力選取10、15、20、25、30 MPa 5 個(gè)水平進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見圖5。

圖5 萃取壓力對(duì)香根草油得率的影響Fig.5 Effect of extraction pressure on the yield of vetiver essential oil

萃取壓力主要會(huì)影響超臨界流體的密度[17-18]，從而對(duì)得率產(chǎn)生影響。由圖5可知，在其他條件不變的情況下，隨著壓力的升高，超臨界流體密度增大，同時(shí)相對(duì)減少了傳質(zhì)距離和傳質(zhì)阻力，有利于萃取過(guò)程；當(dāng)壓力超過(guò)一定數(shù)值后，超臨界壓力越高，CO2流體密度和黏度過(guò)大，傳質(zhì)的效果反而變差，還會(huì)影響萃取的選擇性[19]，并且實(shí)際生產(chǎn)中高壓存在一定安全隱患。適宜的萃取壓力為20 MPa，這也與文獻(xiàn)[7,20]報(bào)道的結(jié)論一致。

2.1.5 CO2流率對(duì)香根草油得率的影響

本研究中超臨界萃取設(shè)備的流率監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于CO2排空口處，即為常溫常壓條件下的CO2體積流率。本實(shí)驗(yàn)選取CO2流率分別為1.0 、1.5、2.0、2.5、3.0 L/min（即60～180 L/h范圍），進(jìn)行單因素試驗(yàn)，設(shè)定粒徑60～80 目、裝料系數(shù)0.8、萃取溫度35 ℃、萃取壓力20 MPa、萃取時(shí)間2 h進(jìn)行萃取，結(jié)果見圖6。

圖6 CO 6 CO2流率對(duì)香根草油得率的影響Fig.6 Effect of CO2fl ow rate on the yield of vetiver essential oil

由圖6可知，當(dāng)CO2流率在1.0～1.5 L/min范圍內(nèi)時(shí)，香根草油得率隨著CO2流率的增加而增加，且流率為1.5 L/min時(shí)得率最大。CO2流率繼續(xù)增加，得率逐漸降低。CO2流率對(duì)萃取的影響是一個(gè)相對(duì)比較復(fù)雜的過(guò)程[21]?？傮w來(lái)說(shuō)增大流率有利于萃取，但流率過(guò)大時(shí)可能造成CO2氣化排空與產(chǎn)物分離的過(guò)程中分離不徹底，反而降低了得率。因此根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果綜合考慮，CO2流率在1.5 L/min（90 L/h）左右為宜。

2.1.6 萃取時(shí)間對(duì)香根草油得率的影響

在粒徑60～80 目、裝料系數(shù)0.8、萃取溫度35 ℃、萃取壓力20 MPa條件下，CO2流率在單因素最優(yōu)點(diǎn)附近選取1.0、1.5、2.0 L/min 3 種，考察萃取時(shí)間對(duì)得率的影響，結(jié)果見圖7。

圖7 萃取時(shí)間對(duì)香根草油得率的影響Fig.7 Effect of extraction time on the yield of vetiver essential oil

由圖7可知，在最佳CO2流率及其附近區(qū)間內(nèi)，得率均隨著萃取時(shí)間的延長(zhǎng)而單調(diào)遞增。當(dāng)萃取時(shí)間大于1.5 h時(shí)，得率的增加明顯減緩，并且隨著時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，在2 h以后得率幾乎不再增加。1.5～2 h時(shí)間段內(nèi)，得率增加量均小于0.3%，同時(shí)進(jìn)一步增加了時(shí)間成本以及能耗，實(shí)際生產(chǎn)中意義不大。因此，綜合考慮，萃取時(shí)間在1.5 h為宜。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 試驗(yàn)結(jié)果與方差分析

綜合單因素試驗(yàn)的結(jié)果，選取萃取壓力、萃取溫度、CO2流率這3 個(gè)對(duì)得率影響較大的因素，分析它們交互作用對(duì)得率的影響。采用三因素三水平的響應(yīng)面分析方法，選用Box-Behnken模型進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，響應(yīng)面試驗(yàn)方案與結(jié)果見表2。

表2中，第3、6、9、11、13號(hào)為中心（零點(diǎn)）試驗(yàn)，其余12組為析因試驗(yàn)。零點(diǎn)試驗(yàn)共計(jì)重復(fù)進(jìn)行5 次，用以計(jì)算試驗(yàn)隨機(jī)誤差。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，利用Design-Expert 8.0.5b軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。3 個(gè)因素經(jīng)過(guò)擬合得到Y(jié)（得率）的二次多元回歸方程為：Y=7.68＋0.16A＋0.059B＋0.16C＋0.11AB－0.005AC－0.23BC－0.100A2－0.31B2－0.20C2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table2 Box-Behnken design arrangement and corresponding experimental results for response surface analysis

表3 回歸方程方差分析表Table3 Analysis of variance of quadratic regression model

由表3可知，該二次多項(xiàng)式回歸模型的F值為10.95，P=0.002 3，達(dá)到了極顯著水平，證明該模型可以很好地描述各個(gè)變量與響應(yīng)值之間的變化關(guān)系。相關(guān)系數(shù)R2=0.933 7，說(shuō)明香根草油得率的試驗(yàn)值與利用該方程得到的預(yù)測(cè)值之間非常接近，擬合程度較高。同時(shí)方程的失擬項(xiàng)遠(yuǎn)未達(dá)到顯著水平，因此可用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)[22]。從分析中還可看出一次項(xiàng)A、C差異均達(dá)到極顯著水平。在所確定的試驗(yàn)水平范圍內(nèi)，各因素對(duì)響應(yīng)值的影響程度順序?yàn)椋篈＞C＞B，即萃取壓力＞CO2流率＞萃取溫度。3 個(gè)因素中，萃取溫度和CO2流率之間有極顯著的交互作用。

2.2.2 各因素交互作用響應(yīng)面分析

圖8 兩因素交互作用對(duì)香根草油收率的影響Fig.8 Response surface plot and contour plot showing the interactive effects of three factors on vetiver oil extraction yield

由圖8可知，萃取溫度與CO2流率的交互作用對(duì)香根草油得率的影響最為顯著，體現(xiàn)為三維響應(yīng)面圖中曲面的彎曲程度較大、曲線較陡[23]，三維圖底部的等高線呈橢圓形；萃取壓力和萃取溫度的交互作用次強(qiáng)；而萃取壓力與CO2流率的交互作用最弱，表現(xiàn)為三維響應(yīng)曲面較為平緩，底部等高線接近正圓形。利用擬合方程確定最佳工藝條件的方法如下：對(duì)回歸方程的各個(gè)因素均取一階偏導(dǎo)數(shù)為0，聯(lián)立即可求得香根草油得率達(dá)到最高時(shí)所需的參數(shù)條件，即A=0.870，B=0.136，C=0.305，換算成實(shí)際值即為萃取壓力22.61 MPa、萃取溫度35.41 ℃、CO2流率1.65 L/min，預(yù)測(cè)香根草油得率達(dá)到7.780%。

2.2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了驗(yàn)證本方法所確定的擬合方程的可靠性及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，采用上述最佳工藝條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，考慮到所用儀器設(shè)備所能達(dá)到的條件控制精度水平和操作方便，在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中將香根草油的超臨界CO2萃取的最佳條件修正為萃取壓力22.6 MPa、萃取溫度35.4 ℃、CO2流率1.6 L/min（其余條件均取單因素試驗(yàn)最優(yōu)值）進(jìn)行3 次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)際測(cè)得香根草油萃取的平均得率為7.762%，與理論預(yù)測(cè)值相比，絕對(duì)誤差小于0.019%。由此可見，采用響應(yīng)面法優(yōu)化得到的超臨界CO2萃取香根草油的參數(shù)準(zhǔn)可靠，具有一定應(yīng)用價(jià)值。

2.3 香根草油的GC-MS分析結(jié)果

在最優(yōu)工藝參數(shù)條件下，對(duì)超臨界萃取出的香根草油進(jìn)行了GC-MS分析。利用NIST數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)并配合人工譜圖解析，對(duì)各個(gè)色譜峰進(jìn)行了分析。香根草油成分復(fù)雜，分析難度較大，因其絕大部分成分為倍半萜類化合物及其氧化物[5]，故鑒定過(guò)程中著重分析該類化合物，且成分檢索過(guò)程中取值正向檢索匹配指數(shù)（search index，SI）及反向檢索匹配指數(shù)（reverse search index，RSI）均不小于700為可靠匹配結(jié)果，并利用面積歸一化法確定其百分含量，結(jié)果見表4（未列出SI值或RSI值小于700的色譜峰鑒定結(jié)果）。鑒定出的18 種成分總含量占總萃取物的69.88%，且多為各種食品添加劑、香料、中草藥的有效組分。

表4 超臨界CO 萃取香根草油的化學(xué)成分分析Table4 Chemical composition of vetiver essential oil

在鑒定出的各主要成分中，有一定藥用研究?jī)r(jià)值的化合物及其功效介紹如下：雅欖藍(lán)烯是獨(dú)活、山蒼子等傳統(tǒng)中藥材的主要成分，也常見于煙葉中，具有活血消腫、祛寒止痛的功能[24-25]；β-桉葉油醇是中藥蒼術(shù)的主要活性成分，具有燥濕健脾、祛風(fēng)散寒、止瀉及明目等功效[26]；螺[環(huán)丙烷-1,8-橋亞甲基-3ah-環(huán)辛烯]庚酮和7-羥基-1,1,4,7-四甲基八氫化苯基環(huán)庚烯在中藥五味子的揮發(fā)油中均有檢出，且7-羥基-1,1,4,7-四甲基八氫化苯基環(huán)庚烯在五味子揮發(fā)油中的含量達(dá)35.06%，是該揮發(fā)油的主要成分，其藥理功效還有待于進(jìn)一步研究[27-28]；α-愈創(chuàng)木烯在廣藿香、蒼術(shù)、人參、三七等藥材中均有檢出，有一定的抗菌抗腫瘤功效[29]。

可作為食品添加劑或香料、化妝品調(diào)香劑的化合物及其香氣特征介紹如下：異喇叭烯具有花香，存在于臘梅、茉莉等花朵精油中，是茉莉花的主要賦香成分，決定了其香氣濃度的基礎(chǔ)[30-31]；香根醇、香根酮是香根草特有的成分，由于突出的根香、壤香，故在配制東方型、海洋型、森林型、田園型香精中有特殊的作用[32]；柏木烯醇具木香和膏香，氣味溫和，留香持久，多用于化妝品、洗滌用品、膏霜類等日化香精，少量用于食用和煙用香精；脫氫香橙烯有木香、橘香等香氣[33]；月桂烯酮是一種香料中間體，可用來(lái)人工合成一些稀有名貴香料[34]。

3 結(jié) 論

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用Design-Expert軟件，選擇Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)超臨界CO2流體萃取香根草油工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)并優(yōu)化。結(jié)果表明，萃取壓力、CO2流率對(duì)香根草油得率的影響極顯著，其中萃取溫度和CO2流率之間存在極顯著的交互作用。利用響應(yīng)面分析方法所建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)超臨界CO2萃取香根草油的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，可獲得最優(yōu)的工藝參數(shù)，即為萃取壓力22.61 MPa、萃取溫度35.41 ℃、CO2流率1.65 L/min，預(yù)測(cè)香根草油得率達(dá)到7.780%。在此工藝條件下做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，香根草油得率為7.762%，高于文獻(xiàn)[35]報(bào)道的水蒸餾法、溶劑萃取法得率。

利用GC-MS對(duì)超臨界方法得到的香根草油進(jìn)行了成分分析，基本確定了其主要成分，主要包含柏木烯醇、脫氫香橙烯、月桂烯酮以及香根草特有的香根醇、香根酮等化合物，并按照應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ο愀萦偷闹鞒煞诌M(jìn)行了分類，為香根草油進(jìn)一步開發(fā)利用提供了相關(guān)依據(jù)。

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Supercritical CO2Extraction and Chemical Composition Analysis of Vetiver Essential Oil

LIAO Yaohua1, WANG Dan1, WANG Baoqing1, LIU Zhenfeng1, REN Baozeng1,*, WANG Hongli2
(1. School of Chemical Engineering and Energy, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China; 2. Henan Chemical Industry Research Institute Co. Ltd., Zhengzhou 450052, China)

This work was conceived to optimize the extraction of essential oil from fresh vetiver roots by supercritical carbon dioxide fl uid extraction (SCFE-CO2). Firstly, one-factor-at-a-time (OFAT) method was employed to examine the effects of particle size of powdered vetiver roots, volume charge coeffi cient, extraction pressure, extraction temperature, CO2fl ow rate and extraction time on the yield of vetiver oil. Subsequently, three key factors including extraction temperature, extraction pressure and CO2fl ow rate were optimized by response surface methodology (RSM) based on Box-Behnken design using oil yield as the response variable. The results indicated that the optimum conditions that provided the highest extraction yield were determined as follows: raw material granularity, 60-80 mesh; volume charge coeffi cient, 0.8; extraction pressure, 22.61 MPa; extraction temperature, 35.41 ℃; CO2fl ow rate, 1.65 L/min; and extraction time, 1.5 h. Under these conditions, the predicted maximum yield of vetiver oil was 7.780%, agreeing with the experimental value (7.762%). The chemical composition of the extracted essential oil was analyzed by GC-MS. A total of 18 compounds which accounted for 69.88% of the total extract were identifi ed including 8-cedren-13-ol, dehydro-aromadendrene, myrcenone, vetiverol and vetiverone as the main components. The applications of these components in various fi elds were summarized in this work.

supercritical CO2extraction; vetiver essential oil; response surface methodology;gas chromatography-mass spectroscopy (GC-MS)

TS201

A

1002-6630（2015）20-0079-07

10.7506/spkx1002-6630-201520014

2015-02-11

廖耀華（1990—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榫G色化工與技術(shù)。E-mail：155002573@qq.com

*通信作者：任保增（1962—），男，教授，博士，研究方向?yàn)榫G色化工與技術(shù)。E-mail：renbz@zzu.edu.cn