超临界流体萃取技术在天然药物提取分离中的应用研究进展

宜顺论文网[摘要]中药产品现代化的重点可简单地用8个字来描述，即有效、量小、安全、可控。实际上，它涉及范围十分广泛，要解决的问题比较复杂，但首先最关键的问题就是要提取分离工艺、制剂工艺现代化，质量控制标准化、规范化。超临界流体萃取技术（SFE）是目前国际上较新的提取分离技术、采用SFE对中药进行提取分离纯化，对实现中药现代化具有重要意义。宜顺论文网[正文]1前言我国幅员辽阔、资源丰富，有很多具有巨大经济价值和应用价值的植物及天然产物资源，如红豆杉、黄莲、冬虫夏草等，随着人类对其需求的不断增加以及经济利益的驱使，许多不可重复利用的宝贵资源遭到了破坏，植物资源不断减少。且很多天然产物中的有效成分都具有热敏性，用传统分离方法对其进行分离容易破坏其结构，大大降低了产物质量和提取效率。如何对这些宝贵的资源进行合理利用？在科学家们进行了大量实验研究后发现，超临界流体萃取技术在天然产物提取中，是一种十分理想的分离手段。与传统的提取分离方法相比，SFE可在近常温条件下提取分离不同极性、不同沸点的化合物，几乎保留产品中全部有效成分，而且更利于热敏性成分的提取。SFE还具有传质速度快、渗透能力强、溶解萃取效率高、提取温度低、无溶剂残留、无污染、操作方便、快速、低廉的优点，越来越受到普遍重视。但是SFE也存在一些缺点，如常用的超临界流体极性小，在提取时需加调节剂来改变极性，从而会影响后续的分离分析[1]。2超临界流体及其特性2.1超临界流体所谓超临界流体是指物质的温度和压力分别超过其临界温度（Tc）和临界压力（Pc）时的流体[2]。处于临界点状态的物质可实现液态到气态的连续过渡，两相界面消失，汽化热为零。超过临界点的物质，无论压力多大都不会使其液化，压力的变化只引起流体密度的变化。故超临界流体有别于液体和气体。通常超临界流体用SCF（SupercriticalFluid)表示。具有代表性的超临界流体有：Xe、C02、H20、CH4、C2H6、CH30H及CHF3等；最常用的是C02，因为它价廉、无毒、方便。宜顺论文网超临界流体的特性超临界流体具有接近液体的密度和类似液体的溶解性能；具有接近气体的粘度和扩散系数，因此将有很高的传质速率和很快达到萃取平衡的能力[3]。超临界流体最重要的性质是具有很大的压缩性，温度和压力较小的变化即可引起超临界流体体积发生很大的变化。进一步研究发现，超临界流体的溶解能力主要取决于密度，其溶解度的对数在一定范围内与流体密度的对数呈线性关系。3超临界萃取技术的原理及特点3.1超临界萃取的原理超临界流体萃取技术（supercriticalfluidextraction,SFE）是利用流体在临界点附近所具有的特殊溶解性能进行萃取的一种化工分离技术[5]。任何物质都有3种相态，它们随压力和温度的变化而变化。当气体超过一定的温度和压力时，便进人临界状态，此时的流体成为超临界流体。超临界流体具有与液体相近的密度，故对物质有较强的溶解能力；又具有气体的高扩散性和低粘度，因而在提取样品时很容易渗透到样品体内，缩短提取时间并提高提取效率，正是这种双重性使得超临界流体对物料有良好的渗透性和较强的溶解能力。超临界流体萃取的分离过程正是利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而实现的。在超临界状态下，超临界流体与待分离的物质接触，通过控制压力和温度使其有选择性地把不同极性、不同沸点和相对分子质量的成分萃取出来，然后借助减压等方法使超超临界流体变成普通气体，被萃取物质则自动析出，从而达到分离提纯的目的[6]。3.2超临界萃取的原理（1）萃取和分离合而为一。当饱含溶解物的超临界流体流经分离器时[7]，由于压力下降使其与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不存在物料的相变过程，不需回收溶剂，操作方便。不仅宜顺论文网萃取效率高，而且能耗较少，节约成成本。（2）萃取效率高，过程易于控制[7]。如临界点附近的CO2，温度压力的微小变化，都会引起其密度显著变化，从而引起待萃物的溶解度发生变化，可通过控制温度或压力的方法达到萃取的目的。压力固定，改变温度可将物质分离；反之温度固定，降低压力使萃取物分离。因此工艺流程短、耗时少。对环境无污染，萃取流体可循环使用，真正实现生产过程绿色化。（3）萃取温度低，可以有效地防止热敏性成分的氧化和逸散，能较完好保存中药有效成分不被破坏，不发生次生化，而且能把高沸点、低挥发性、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来。特别适宜于对热敏感、易氧化分解成分的提取。（4）萃取流体可循环使用，防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染。如临界CO2流体常态下是气体，无害，与萃取成分分离后，完全没有溶剂的残留，有效地避免了传统提取条件下溶剂毒性的残留。（5）SCF的极性可以改变，一定温度条件下，只要改变压力或加入适宜的夹带剂即可提取不同极性的物质，可选择范围广。在对极性物质的提取中，通过改变工艺条件，特别是各种夹带剂的添加使用，大大拓宽了超临界流体技术的应用，使得许多极性物质的提取成为可能。SFE技术的缺点是：样品量受限（10克），回收率受样品中基体的影响，要萃取极性物质需加入极性溶剂以及需在高压下操作，设备投资较高等。4超临界流体萃取的过程和流程在被分离物质中加入一种惰性气体(不与被分离体系发生反应)，使其处于临界温度和压力以上，这时的载气尽管处于很高的压力，也不凝缩成液体，始终保持气液不分的流体状态；在这样的条件下，尽管温度不高，却有相当可观的难挥发性物质转入流体相，其数量与该宜顺论文网倍～1010倍。倘若我们将这种富集了难挥发性物质的载气压力降低，难挥发性物质便可从气相凝析出来，从而实现分离[8]。超临界流体萃取过程可分为萃取阶段和分离阶段。超临界流体从原料中提取所需组分为萃取阶段。通过变化某个参数(如压力、温度)或其他方法，使萃取组分从超临界流体中分离，并使萃取剂循环使用为分离阶段。5SFE技术在天然产物提取中的应用天然产物(naturalproduct)主要指来源于微生物、植物和海洋生物体内的次生代谢产物[9]。因此对天然产物的研究一直是植物学、化学和药学的重要研究领域，同时极大地促进了分析化学、有机化学和现代药学的发展。天然产物中包含的成分复杂，有的达到几十种甚至上百种，但是每种成分含量极微。天然产物中的有效成分主要有黄酮类、糖苷类化合物、生物碱类、萜类、香豆素、强心苷类、挥发油等化学物质，对它们的研究是从提取分离与分析工作开始。然而对天然产物中化学成分的提取、分离一直是一项十分艰巨的工作，提取分离方法不同，其有效成分含量乃至功能也会相差很大，甚至影响其在医疗、保健作用中的功效。因此为了有效、合理地利用天然资源，对天然产物有效成分的提取分离就显得十分必要。SFE技术是近三十年发展起来的一项新型分离技术，它克服了传统分离技术的耗能大、萃取率低等弊端，引起了世界上许多领域的重视。本文主要讲述利用超临界流体萃取技术提取天然药物和天然香料中的有效成分。5.1SFE技术在天然药物提取中的应用在医药工业中，由于SFE技术具有传统分离技术无法比拟的特点，而倍受关注。从动植物产品中提取有效药物成分是目前SFE在医药工业中应用的一个方面[11]。例如从黄芩根、西番莲叶、月见草宜顺论文网种子等萃取贝加因、类黄酮和月见草油等，从鱼油中提取具有较高药用价值和营养价值的二十碳五烯酸（EPA）及二十二碳六烯酸（DHA）。目前，超临界流体萃取技术在天然药物提取分离上的应用主要表现为以下两个方面：单味天然药物有效成分的提取分离和复方天然药物制剂中有效成分的提取分离。在实际操作中，超临界流体萃取技术又可与其它提取分离方法相结合来获得所需活性成分。5.1.1几种主要的单味天然药物中有效成分的提取（1）挥发油的提取挥发油是芳香性药材药效的物质基础，传统提取挥发油的方法多用水蒸气蒸馏法，不仅加热时问长，耗能大，而且很多挥发油含有热敏性成分，易受热分解变质，而二氧化碳超临界萃取法可在较低的温度下进行，可保留植物原有的品质，因此该方法用于挥发油的提取，与水蒸气蒸馏法相比有着巨大的优势[10]。葛发欢等采用SFE—CO2法对黄花蒿挥发性成分进行超临界萃取，则克服了上述缺点，得到了一系列用水蒸汽蒸馏法所提取不到的挥发性成分。马熙中等采用分析型SFE技术提取中药乳香和没药的挥发性化学成分，指出分析型SFE技术是提取、研究中药化学成分的有效方法，尤其是在提取含氧等极性化合物方面弥补了目前常规方法的不足。现采用二氧化碳超临界萃取技术工业化取出的挥发油提取物有大蒜油、姜油、肉桂油、砂仁油、艾叶油、广藿香油、当归油等多种，均能达到提高收率和品质，缩短提取时间，降低能耗的目的。（2）黄酮类化合物的提取黄酮类化合物分布范围广，生物活性广泛，毒性小，是中草药成分研究的一个重要领域。传统的提取方法如热水提取、碱水或碱醇提取以及醇提取等，普遍存在污染大，有效成分损失严重，效率低等弊端。超临界CO2萃取技术对黄酮类化合物是一种非常有效的提取方法，得到了广泛应用[12]。银杏叶提取物因其对心血管疾病的治疗和保健宜顺论文网作用而成为国际研究热点。何扩等采用乙醇浸提与超临界C02萃取的方法从银杏叶中提取黄酮类化合物，结果表明，在较低的操作压力下，可有效地提取出银杏叶中的黄酮类化合物，银杏黄酮的提取率达到2．61％，纯度达到27.7％，其纯度是直接用乙醇提取的2.43倍。邓启焕等采用超临界CO2萃取技术在35—40℃进行萃取操作，实现了萃取分离一步完成，萃取效率比溶剂方法高出2倍多，既保持了银杏叶有效成分的天然品质，又不存在有机溶剂和重金属残留。吴向阳等探讨了超临界CO2萃取技术脱除银杏叶中有毒成分银杏酸的工艺条件，结果表明，超临界CO2取法可以有效地脱除银杏叶中的银杏酸，30MPa、60℃下萃取，总流量600L，银杏酸脱除率可达79．1％，萃取后银杏叶中银杏酸含量0．25％，为生产高品质银杏茶提供了新方法。陈从贵、潘见等从理论与实践两方面着手，研究探讨超临界C02提取分离银杏叶药用成分的适用性和可操作性，提出溶剂浸提与超临界流体萃取相结合的生产工艺，既可降低生产成本，保证产品质量，又可大幅度削减设备造价，从银杏叶中萃取出黄酮类化合物，为超临界流体萃取技术的实际应用创造条件。（3）生物碱的提取生物碱大多含有复杂的含氮杂环结构，具有止痛、镇静、平喘、抗癌、抗肿瘤等生理活性，是植物类药材中研究得最早最多的一类天然有机化合物[13]。目前已用于临床的有约数10种，如利血平是常用的降压药，长春新碱、紫杉醇等是很好的抗癌药物等。生物碱的提取传统上多以水和有机溶剂为溶媒，采用醇提水沉、水提醇沉等方法，但存在着工艺复杂、污染产品、有效成分损失较多且易受破坏等缺点。同时，由于生物碱在中草药中的含量较低，提取率低、提取时间长等许多弊端。上世纪60年代末Zosel等人首次利用了SFE—CO2技术提取咖啡豆中的咖啡因。近年来随着SFE技术的不断发展，在中药生物碱的提取中SFE技术也得到了广泛的研究，从茶叶中萃取咖啡因，从百宜顺论文网合中萃取秋水仙碱，提取长春花中的长春碱和长春新碱等。在用SFE技术萃取生物碱时，由于大多数生物碱都具有一定的极性，而所用的SCF的极性较小，因此往往要在SCF中加入夹带剂以改善溶剂的溶解能力和选择性。在SFE—CO2生物碱的工艺中，萃取压力、温度、时间、流体的流速、物料的状态、夹带剂等均是影响萃取效率的因素。SFE—CO2技术能够有效地从植物中提取或分离出生物碱，有着传统提取法不可比拟的优势。同时，它与多种分析测试仪器如高效液相色谱仪等综合联用，实现了自动化，且可用于质量控制，这也预示着它的广泛应用前景。（4）香豆素和木脂素类化合物的提取香豆素、木脂素的传统提取方法多采用系统溶剂法、碱溶酸沉法，再以层析法、多次萃取法等，而SFE-CO