徐鵬翔 王乃馨* 鄭海濱

（江蘇省食品資源開發(fā)與質量安全重點建設試驗室，徐州工程學院食品工程學院，江蘇 徐州 221018）

蒼耳（Xanthium sibiricum Patr）為1年生菊科蒼耳屬草本植物，別名蒼刺頭、刺兒果、母豬蒿等，其葉片為蒼耳葉。蒼耳在全球主要大洲均有分布[1]，我國有3種及1變種，各省份廣泛生長，多見于干旱山坡、旱田邊鹽堿地和干涸河床、路邊。蒼耳是傳統(tǒng)中藥材植物之一，在我國歷史不同時期的藥典中均有記錄?！短票咀ⅰ酚涊d“蒼耳，三月己后，七月前刈，日干為散?！鞔箫L癲癇，頭風濕痹，毒在骨髓”[2]?！妒朝煴静荨分杏小吧n耳，溫，主中風、傷寒頭痛”[3]?！侗静菥V目拾遺》中已有收錄“蒼耳子油”，有“治瘋”之效[4]。隨著現(xiàn)代提取技術手段的提升，有效成分的組成和功能重新受到重視。目前提取蒼耳葉揮發(fā)油類物質主要為有機溶劑法，但產品存在熱敏物質活性降低、丟失嚴重、溶劑殘留等問題。超臨界CO2流體萃取法（supercritical carbon diox-ide fluid extraction，SEF-CO2）作為一種新型、高效、清潔的分離手段[5]，具有萃取能力強、產率高、無殘留、無污染等優(yōu)點，單一萃取劑即可應對不同原料和物質提取，適用于高附加值和醫(yī)藥原料產品的獲取。蒼耳現(xiàn)有研究主要集中在果實（蒼耳子）上，而對蒼耳葉或其他藥用部位重視較少。本課題首次采用超臨界法提取蒼耳葉精油，并對提取工藝進行優(yōu)化，為我國傳統(tǒng)中藥資源目前應用以干燥、炮制、打粉、切片等處理為主、以藥材或藥材原料為主這一現(xiàn)狀的擴大開發(fā)和利用奠定理論研究基礎。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑：蒼耳葉購自山東聊城，CO2購自徐州華中特種氣體有限公司。

1.2 儀器與設備。電熱鼓風干燥箱：上海博訊實業(yè)有限公司；電子天平：上海越平科學儀器有限公司，高速萬能粉碎機：溫嶺市林大機械有限公司； HA121-50-01超臨界萃取裝置：江蘇南通華安超臨界萃取裝置，SB-5200DTN超聲波清洗器：寧波新芝生物科技有限公司。

2 試驗方法

2.1 提取工藝：蒼耳葉清除泥沙、根莖等雜物，烘箱中35 ℃下烘至恒重后粉碎，過篩。取100 g裝入萃取釜，開啟超臨界萃取設備，調整溫度到設定值后放入萃取釜，調節(jié)壓力、溫度、時間等參數。提取結束后放料、收集產物并稱重計算。

試驗流程如下：蒼耳葉除雜、烘干→粉碎過篩→超臨界CO2提取→放料→稱重計算。

2.2 提取率的計算：本試驗采用蒼耳葉揮發(fā)油的提取質量做為參考指標，其計算方法如下所示：×100%提取率 。其中C1為蒼耳葉揮發(fā)油的質量（g）， 為蒼耳葉的質量（g）。

2.3 單因素試驗設計：以精油提取率為指標，考察時間（30 min、60 min、90 min、120 min、150 min）、溫度（35 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃）、壓力（20 MPa、24 MPa、28 MPa、32 MPa、34 MPa）、過篩目數（20、40、60、80、100）這些單因素的影響，按照2.1工藝對蒼耳葉揮發(fā)油進行提取試驗。

2.4 正交試驗設計。根據2.3試驗結果，選取各個單因素試驗結果的最優(yōu)3個水平，設計L9（34）正交試驗?？疾煲蛩?、水平包括時間（60 min、90 min、120 min）、溫度（35 ℃、40 ℃、45 ℃）、壓力（24 MPa、28 MPa、32 MPa），按照2.1工藝對蒼耳葉揮發(fā)油進行提取試驗。

3 結果與分析

3.1 揮發(fā)油提取單因素試驗結果

圖1 萃取時間對蒼耳葉揮發(fā)油萃取率影響

圖2 萃取溫度對蒼耳葉揮發(fā)油萃取率影響

圖3 萃取壓力對蒼耳葉揮發(fā)油萃取率影響

圖4 萃取目數對蒼耳葉揮發(fā)油萃取率的影響

表1 正交試驗優(yōu)化設計結果分析表

3.1.1 萃取時間對提取率的影響：隨著萃取時間的延長，萃取率在90 min時達到最大值1.44%，之后繼續(xù)延長時間萃取率基本保持不變。這可能是在萃取剛開始時，CO2與原料接觸需要一定時間，并且在逐漸升至超臨界狀態(tài)后不斷將目標物溶解、擴散出來，這段時間在大約90 min時CO2與揮發(fā)油成分提取達到最大值，此時蒼耳葉揮發(fā)油成分大部分已溶于CO2，繼續(xù)增加萃取時間對蒼耳葉揮發(fā)油的提取量影響不大，考慮到時間的延長造成人工、成本的增加及設備損耗，確定最適宜的萃取時間為90 min。見圖1。

3.1.2 萃取溫度對提取率的影響：隨著溫度提高，蒼耳葉揮發(fā)油萃取率呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，在萃取溫度升到50 ℃時，揮發(fā)油的萃取率逐步降至谷底0.4%。由提取率波動結果可見，溫度是超臨界萃取的一個重要影響因素。溫度對萃取率的影響一方面隨著溫度升高，CO2流體的密度降低進而導致目標物在CO2中的溶解效果下降，另一方面當壓力保持一定時，當萃取溫度不斷提高，物質的揮發(fā)性會增加，使得物質在流體中的溶解度增加。這兩種作用的混合使特定溫度下CO2會表現(xiàn)出對目標物的最大溶解效果。但高溫還會將一些大分子復雜化合物提取出來，這些物質往往熔點較高，不屬于精油類物質。故最終確定最適萃取溫度為35 ℃。見圖2。

3.1.3 萃取壓力對提取率的影響：隨著萃取壓力的不斷增大，萃取率經歷了先增大后降低的過程，于28 MPa時達到最大值2.33%。CO2流體的密度在一定范圍隨著壓力的不斷增大而增大，同時帶來溶解能力的提升。超過一定壓力后再繼續(xù)升高并不能顯著增加提取率。在本研究中，壓力超過28 MPa還出現(xiàn)明顯下降，這可能與提取物成分發(fā)生改變有關。某些大分子物質隨著碳原子數目增加導致提取率發(fā)生明顯降低。因此，確定最適宜的萃取壓力為28 MPa。見圖3。

3.1.4 萃取時物料目數對提取率的影響：根據結果，萃取物料的目數在本次試驗條件下對蒼耳葉揮發(fā)油萃取率的影響有限。不同物料顆粒目數對萃取率提取在一個水平線上波動。本試驗最大目數20已經可以使物料顆粒維持在1 mm以下。因此，考慮到人力、物力和時間的消耗，最終選20目篩。見圖4。

3.2 揮發(fā)油提取正交試驗結果：根據單因素結果，最終選取萃取時間、萃取溫度、萃取壓力3個因素進行3水平設計正交試驗，舍棄目數，所得到的結果見表1。

通過直觀分析，根據R值，可以認為影響最大的因素是萃取溫度（B），其次是萃取壓力（C）和萃取時間（A）。經方差分析，溫度對揮發(fā)油提取率存在顯著影響（0.05＞P＞0.01），其他兩個因素影響無統(tǒng)計學意義。同時通過比較表中各因素的K值大小，從而得出超臨界CO2法萃取蒼耳葉揮發(fā)油的最佳工藝條件為A2B1C2，與正交方案中4號結果一致。對應最佳工藝條件為：萃取時間90 min，萃取溫度35 ℃，萃取壓力28 MPa。該條件下蒼耳葉揮發(fā)油最佳萃取率為4.38%，且經過重復在該條件下驗證揮發(fā)油的萃取率最低為3.96%，最高為4.56%，平均萃取率可達4.30%。

4 結 論

本試驗采用超臨界CO2法萃取蒼耳葉揮發(fā)油，通過單因素試驗確定影響超臨界CO2法的萃取溫度，萃取壓力和萃取時間范圍，在此基礎上設計正交試驗。最終獲得超臨界法萃取蒼耳葉揮發(fā)油的最佳工藝條件為：萃取溫度35 ℃，萃取壓力28 MPa，萃取時間90 min，此時的揮發(fā)油平均萃取率可達4.30%。與肖家軍[6]采用微波輔助乙醇法提取率3.78%相比，超臨界提取方法更加高效，產物避免了有機溶劑殘留和高溫的不良影響，品質更佳，可為相關下游技術的使用提供優(yōu)質材料。