超临界二氧化碳萃取技术在中药提取中的应用

1超临界二氧化碳萃取技术在中药提取中的应用引言：近年一些中药提取新技木以及一些新技术在中药制剂提取的应用大大促进了中药现代化的进程。其中，超临界流体萃取技术就是一个相当先进且极有应用前景的新技术。超临界流体萃取技木利用超临界流体扩散系数高．流动及传递性能好、溶解能力强的特点，已广泛应用于中药挥发油、生物碱、黄酮类等多种有效成分的提取分离。摘要：简要介绍了超临界流体萃取的基本原理及其在中药有效成分提取方面的优点,并从中药有效成分提取和中草药除杂两方面介绍了超临界流体萃取技术在中药开发中的应用。指出超临界流体萃取技术是一种新型高效分离技术,也是中药现代化的关键技术之一。在此基础上,提出了今后超临界流体萃取技术的主要研究方向。关键词:超临界流体萃取;中药;应用;研究方向Abstract:Supercriticalfluidextraction(SFE)isanewandhighefficiencyseparationtechnology,whichisoneofthekeytechnologiesinChinesemedicinemodernization.TheprinciandadvantagesofSFEintheextractionoftheeffectivecomponentsfromChineseherbalmedicineweresimplyintroduced,andtheapplicationintheextractingoftheeffectivecomponentsandremovingtheimpurityfromherbalmedicinewerealsointroduced.Basedonthat,themainadvancedresearchtrendsofSFEwerepointedout.Keywords:Supercriticalfluidextraction;Chineseherbalmedicine;2Application;Advancedresearchtrends超临界流体萃取技术是二十年时间以来得到广泛的研究和应用，是当今世界上先进的提取和分离技术之一。引起全世界科研人员极大的关注和重视。超临界流体萃取相对于传统的水蒸汽蒸馏和液液萃取法具有其独特的优势：一方面超临界流体具有较高的溶解能力的同时，还具有较高的传质速率，较好的流动性能和很快达到平衡的能力；另一方面温度和压力在临界点附近的微小变化都能引起溶解能力的显著变化，这使超临界流体具有良好的可调节性和选择性。要能够用来做超临界流体的介质需要满足一些特殊的性质要求，最常用的是2CO，现就超临界2CO萃取技术在中药中提取的应用做一个综述。1，超临界萃取的技术原理利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。2，超临界流体萃取技术提取中药有效成分的优点①萃取能力强，提取率高。用超临界CO2提取中药有效成分，在最佳工艺条件下，能将所需提取的成分几乎完全提取，从而大大提3高产品收率及资源的利用率。同时，随着超临界CO2萃取技术的不断进步，把超临界CO2萃取扩展到水溶液体系，使得难以提取的强极性化合物如蛋白质等的超临界CO2提取已成为可能；②萃取能力的大小取决于流体的密度，最终取决于操作过程的温度和压力。改变其中之一或同时改变，都可改变溶解度，可以有选择地进行中药中多种物质的分离，从而可减小杂质，使中药有效成分高度富集，便于减小剂量和控制质量，使产品外观大为改善；③超临界CO2萃取的操作温度低，能较完好地保存中药有效成分不被破坏，不发生次生化，因此，特别适合于那些对热敏感性强、容易氧化分解破坏的成分的提取；④提取时间快，生产周期短。超临界CO2提取循环一开始，分离便开始进行。一般提取10分钟就有成分分离析出，2~4小时左右便可完全提取，同时，它不需浓缩等步骤，即使加入夹带剂，也可通过分离功能除去或只需简单浓缩；⑤超临界CO2提取，操作参数容易控制，因此能保证有效成分及产品质量的稳定性；⑥超临界CO2还可直接从单方或复方中药中提取不同部位或直接提取浸膏进行药理筛选，开发新药，大大提高新药的筛选速度。同时可以提取许多传统方法提不出来的物质，且较易从中药中发现新成分，从而发现新的药理药性，开发新药；⑦超临界CO2还具有抗氧化、灭菌作用，有利于保证和提高产品的质量；4⑧超临界CO2萃取应用于分析或与GC、IR、MS、LC等联用成为一种高效的分析手段，将其用于中药质量分析，能客观地反映中药中有效成分的真实含量；⑨经药理、临床证明，超临界CO2提取中药，不仅工艺上优越，质量稳定，且标准容易控制，其药理、临床效果能够保证或更好；⑩超临界CO2萃取工艺流程简单，操作方便，节省劳动力和大量有机溶剂，减少三废污染，这无疑为中药现代化提供了一种高效的提取、分离、制备及浓缩的新方法。3.1挥发油提取挥发油由于其沸点较低,相对分子质量和极性较小,因而在SFE2CO2中有良好的溶解性,它们大多数不需要加夹带剂而直接可通过萃取得到.又由于萃取过程的操作温度低,避免了挥发油中有效成分的氧化分解,因此挥发油是一类最适于用SFE2CO2提取的成分.SFE2CO2提取挥发油类成分的情况见表1表1超临界CO2提取挥发油类成分的实例中草药SFE2CO2条件其他提取方法参考文献当归30Mpa，44℃,3h，水蒸气蒸馏法收率收率1.5%0.32%[1]蛇床子26KPa,45℃,3h，收率10%水蒸气蒸馏法收率低[2]小茴香20MPa,35℃,3h，，水蒸气蒸馏法,6h，收率6.8%收率1.5%[3]柴胡20MPa,30℃,4h,水蒸气蒸馏法收率,12h收率1.86%0.24%[4]5由表1可见,SFE2CO2有着传统水蒸气蒸馏法和溶剂法不可替代的优越性,采用该法提取挥发油,其收率明显提高,且提取时间大大缩短了.3.2生物碱类提取生物碱是生物体内一类含氮有机物的总称,其大多具有天然的生理活性,是多种中药及药用植物的有效成分.生物碱易于和植物体内的各种酸结合成盐,并多以盐的形式存在于植物体内,因而它在超临界CO2流体中的溶解度低,用SFE2CO2萃取时,原料一般需要用碱性试剂(如氨水、三乙胺、Ca(OH)2、Na2CO3溶液等)进行预处理,以便使结合的生物碱游离出来,这可增加生物碱在超临界CO2流体中的溶解度和提高萃取效果;另外,加入适宜的夹带剂还可以提高被萃取组分的溶解度,同时,也可提高萃取的选择性和增大提取组分的纯度.常用的夹带剂大多为甲醇、乙醇、丙酮、氯仿等.近年来,应用超临界流体技术分离中药中的生物碱取得了较大进展,一大批有价值的生物碱被开发出来,如在益母草总生物碱的提取中,经过碱化后的益母草加入夹带剂后,进行超临界CO2萃取,可以极大地提高生物碱的萃取率,这比常规法的萃取率高10倍5;对亚东乌头总生物碱进行SFE和含量测定的研究6也表明,未经碱化处理时,乌头总生物碱的收率和含量较低,而碱化后,效果显著提高.超临界CO2萃取中药中生物碱的情况见表2.6表2超临界CO2萃取中药中生物碱的实例中草药主要目标成分SFE2CO2条件其他提取方法参考文献洋金花东莨菪碱34.9MPa,40℃,碱性氯仿提取,0.1mL氨水,0.2mL溶剂残留[7]甲醇作夹带剂,5min,杂质少荜苃胡椒碱38.5MPa,70℃,传统溶剂法,5min收率2.92%后处理费时[8]光菇子秋水仙碱10MPa,45℃,传统溶剂法收率低φ=76%的乙醇作夹带剂,收率为溶剂法的1.25倍[9]由表2可见,与传统方法相比,SFE2CO2法提取生物碱的收率提高了,且大大减少了酸性或碱性试剂的用量,因而它是一种值得开发研究的新工艺.3.2黄酮类化合物的提取黄酮类化合物具有降压、降血脂和抑制血小板聚集等功能,在大部分中药中均存在。黄酮类化合物的传统提取方法主要有水煎煮法、浸泡法或碱提酸沉法,缺点是费时、费工,且收率较低。应用超临界流体萃取技术提取中药中的黄酮类化合物,具有速度快、收率高等优点。丹参是常用的活血化瘀药,已知的活性成分是以丹参酮ⅡA为代表的丹参酮类脂性物质以及丹参素、母酚酸、原儿茶酚为代表的水溶性物质,其常规提取方法主要有水提法和乙醇热回流法,但提取效果均不理想。萧效良等10利用超7临界CO2萃取技术提取丹参中的活性成分,结果表明一次提取物中的丹参酮ⅡA的含量大于20%,水溶性有效成分的含量大于35%,收是常规提取法的2倍以上。3.4苷类和糖类化合物的提取由于苷类和糖类化合物的分子量较大、羟基较多、极性较大,因而难溶于低极性溶剂,故用超临界CO2萃取时常需提高操作压力或加入夹带剂以提高收率。王俊等11以3%的乙醇为夹带剂,在压力为35MPa、温度为40℃的条件下,用超临界CO2萃取穿山龙中的薯蓣皂苷元,结果表明该法具有速度快、收率高、提取完全等优点。王化田等12将超临界CO2萃取法与乙醇常温浸提法相结合,实现了红景天苷与苷元酪醇之间的有效分离。葛发欢等13对超临界CO2萃取薯蓣皂素的工艺条件进行了研究,并进行了中试放大,结果表明该工艺具有收率高、生产周期短等优点。3.5苯丙素类化合物的提取苯丙素类化合物是一类含有一个或多个C62C8单位的天然成分,包括香豆素、木脂素及苯丙素类化合物广泛存在于植物中,其中的许多化合物具有生物活性苯丙素类化合物通常为亲脂性成分,可直接用超临界CO2流体进行提取。但对于分子量较大或极性较强的组分,则需提高萃取压力或加入适当的夹带剂以改善提取效果。黄芳等14在压力为38.5MPa、温度为70℃的条件下,利用超临界CO2流体从补骨脂中提取分离出补骨脂素和异补骨脂素,表明用超临界CO2提取分离补骨脂素的工艺是可行8的。杨苏蓓15利用超临界CO2萃取技术提取五味子中的木脂素等成分,结果表明在最佳工艺条件下,萃取物的得率可达12.87%。3.6醌类化合物的提取醌类化合物是一类分子中具有不饱和环二酮结构的有机化合物,具有抗菌、抗氧化、抗肿瘤等多种生物活性。研究表明,超临界流体萃取技术可用于中药中醌类化合物的提取。由于多数醌及其衍生物的极性较大,因而提取时常需加入适当的夹带剂。袁海龙等16以甲醇为夹带剂,利用超临界CO2萃取技术提取何首乌中的醌类活性成分,结果表明超临界CO2萃取法具有速度快、收率高、后处理简单等优点。4.超临界流体萃取技术在未来的展望目前,SFE2CO2技术在中药学领域的应用正日益受到前所未有的重视,它在理论上和应用上都已经被证明了具有广阔的前景.但是,作为一种新技术,SFE也有其局限性，其主要表现在：①SFE装置需要高压设备，从安装到投入使用，再到使用过程中的维护，整个过程对工程技术的要求较高，且价格较昂贵。②由于CO的非极性和低分子量的特点，使得该技术对许多强极性和分子量较大的成分，很难进行有效的提取所以较适合于亲脂性的和相对分子质量较小的物质的萃取;但是它对极性偏大或相对分子质量偏大的有效成分的提取效率却较差,还需要加入合适的夹带剂，有时夹带剂的加入又会影响到提取物的生物活性，这就为工业操作带来了阻碍。国外在超临界萃取中已经采用了全氟聚醚碳酸胺(PEPE)179,这使得SFE技术的应用已扩展到水溶性成分,鉴于中草药的服用多采用水煎服的方式,所以开发研究水溶性超临界提取具有极其重要的实际意义.③超临界流体萃取过程的工程化研究虽然有关超临界流体萃取技术用于中药有效成分提取的报道很多,但其中能够实现工业规模生产的仅是少数。超临界流体萃取装置属高压设备,其工程化面临着基础研究薄弱,以及设备压力高、投资大等问题。因此,加强超临界流体萃取过程的