正交设计优选超临界二氧化碳萃取荆芥穗有效成分的研究
【摘要】 目的研究超临界二氧化碳萃取荆芥穗有效成分的最佳工艺条件。方法单因素实验的基础上，采用正交实验研究萃取温度、萃取压力、二氧化碳流量、提取时间对超临界流体萃取的有效成分得率影响。结果各因素对提取率的影响次序为：时间影响最大，萃取压力次之，萃取温度最小。优化后的工艺参数为：萃取压力20 MPa，萃取温度50℃，提取时间90 min，二氧化碳流量40 L/h。结论该法简便，选择性高，高效可行。
荆芥穗为唇形科植物荆芥Schizonepeta tenuifolia Briq的干燥地上部分。其干燥花穗即为药材荆芥穗。荆芥生用解表、散风、透疹，用于治疗感冒、头痛、麻疹不透、荨麻疹初期、疮疖；炒炭止血、治便血、崩漏。荆芥穗效同荆芥，其芳香气烈，祛风发汗作用较全草强烈［1］。现代药理研究表明荆芥穗显示出明显的抗补体作用，其主要成分胡薄荷酮具有抗炎作用，薄荷酮具有镇痛作用［2］。 超临界二氧化碳流体进行中草药有效成分的提取是近些年发展迅速的提取新技术［3，4］。该技术是通过改变二氧化碳的温度和压力使之处于超临界状态，利用二氧化碳在此状态下对有机物的溶解度差异来实现对有机物的提取分离过程。超临界二氧化碳对有效成分提取具有溶解度大，传质速率高，提取温度低，流程简单，溶剂可循环使用，对环境友好等优点，是一种理想的分离方法。据文献检索，到目前为止尚没有使用超临界二氧化碳流体提取荆芥穗中有效成分的技术研究。本实验对该过程的工艺条件优化进行了较细致的研究。
1 仪器与材料 荆芥穗（购于济南建联中药店）；二氧化碳（纯度99.9%，杭州飞翔气体有限公司）。 HA220—50—06型超临界萃取装置（江苏省南通市华安超临界萃取有限公司）；DFY—400型摇摆式高速中药粉碎机（温岭市大德中药机械有限公司）。
2 方法。
2.1 实验流程超临界萃取实验装置（见图1），主要包括冷冻系统、萃取系统和二级分离系统。 将粉碎后的荆芥穗（200～900目）装入1L萃取釜中，设定实验所需萃取温度、分离釜I温度为50℃、分离釜II温度为30℃。从钢瓶出来的二氧化碳经冷凝后通过柱塞泵升压，在预定的温度和压力下药材与超临界二氧化碳充分接触进行传质过程。分别调节阀门使萃取釜达到设定压力，再进一步逐一调节阀门使分离釜I压力达到10 MPa，分离釜II压力达到5 MPa。整个实验条件调节过程在10 min内设置好，并且实验运行过程中系统较为稳定。溶解了有效成分的超临界二氧化碳通过降压阀进行逐级降压，萃取物分别在分离釜Ⅰ和分离釜Ⅱ接收。二氧化碳通过柱塞泵又再次循环进入萃取釜反复使用。 通过预实验研究发现，分离釜I得到的都是脂肪酸等大分子化合物，分离釜II为实验研究需要的有效成分。以单位药材所得到的有效成分质量计算有效成分得率。
2.2 超临界二氧化碳萃取实验设计单因素研究萃取温度（35～60℃）、萃取压力（12～30 MPa）、二氧化碳流量（16～50 L/h）、提取时间（0～100 min）基础上，从实验过程的稳定性出发，选择主要因素萃取压力（A）、萃取温度（B）、提取时间（C）3个因素，设计3因素3水平正交实验，以有效成分得率为考察指标，优化过程工艺。
3 结果。
3.1 萃取压力的影响压力是超临界萃取中的重要工作参数。从图2可看到，压力为12～20 MPa之间时，荆芥穗有效成分的萃取率随压力的升高而增大，开始增加较为明显，这是因为在一定温度下随着萃取压力的升高，二氧化碳密度增大，从而使溶解能力也增加，萃取率也相应提高。但压力超过20MPa后，萃取率反而下降，可能是由于二氧化碳压力越高，传质速度越慢，扩散系数也随之减少，不利于进一步的提取。同时，从经济角度来看，高压会增加设备投资和操作费用，因而压力也并非越大越好。