超临界二氧化碳在萃取中的应用(许嘉骏)

分类号：密级：毕业论文（设计）题目:超临界二氧化碳在萃取中的应用系别:化学化工系专业年级:化学工程与工艺2012届姓名:许嘉骏学号:20120707330指导教师:康艳珍教授2016年05月23日LULIANGUNIVERSITY背白原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属吕梁学院。本人完全了解吕梁学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权吕梁学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为吕梁学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为吕梁学院。论文作者签名：日期：指导老师签名：日期：吕梁学院本科毕业论文（设计）摘要二氧化碳在温度高于临界温度Tc=31.26℃，压力高于临界压力Pc=72.9atm的状态下，性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍，因而具有惊人的溶解能力.用它可溶解多种物质，然后提取其中的有效成分，具有广泛的应用前景.超临界二氧化碳是目前研究最广泛的流体之一，因为它具有以下几个特点：(1)CO2临界温度为31.26℃，临界压力为72.9atm，临界条件容易达到.(2)CO2化学性质不活泼，无色无味无毒，安全性好.(3)价格便宜，纯度高，容易获得.在超临界状态下，CO2对不同溶质的溶解能力差别很大，这与溶质的极性，沸点和分子量密切相关，一般来说有以下规律：亲脂性，低沸点成分可在104KPa(约1大气压)以下萃取，如挥发油，烃，酯，醚，环氧化合物，以及天然植物和果实中的香气成分，如桉树脑，麝香草酚，酒花中的低沸点酯类等；化合物的极性基团(如-OH，-COOH等)愈多，则愈难萃取.强极性物质如糖，氨基酸的萃取压力则要在4×104KPa以上.另外化合物的分子量愈大，愈难萃取；分子量在200～400范围内的成分容易萃取，有些低分子量，易挥发成分甚至可直接用CO2液体提取；高分子量物质(如蛋白质，树胶和蜡等)则很难以二氧化碳萃取.本文旨在研究中药材有效成分的萃取，侧重于药材中稀少皂苷的分离，分析超临界二氧化碳在萃取中药材中的优势及降低成本的方法。关键词：超临界二氧化碳；中药材；优势；降低成本；皂苷。吕梁学院本科毕业论文（设计）吕梁学院本科毕业论文（设计）目录第1章绪论....................................................-1-1.1适用超临界二氧化碳萃取的中药材有效成分....................-1-1.1.1挥发油................................................-1-1.1.2生物碱类...............................................-1-1.1.3黄酮类.................................................-1-1.1.4皂苷类.................................................错误!未定义书签。1.1.5醌类及其衍生物.........................................错误!未定义书签。1.2影响萃取的因素............................................-2-1.3传统的溶剂提取................................错误!未定义书签。第2章超临界二氧化碳萃取皂甙类.................................错误!未定义书签。2.1皂甙类的来源.............................................错误!未定义书签。2.2皂苷类的物化性质.........................................错误!未定义书签。2.2.1物理性质..............................................错误!未定义书签。2.2.2化学性质..............................................-5-2.3皂苷类常用分离方法.......................................错误!未定义书签。2.3.1分段沉淀法............................................错误!未定义书签。2.3.2铅盐沉淀法............................................错误!未定义书签。2.3.3传统皂苷分离方法的不足.................................-6-吕梁学院本科毕业论文（设计）2.4超临界二氧化碳萃取皂苷类................................错误!未定义书签。2.4.1以无水乙醇为夹带剂....................................错误!未定义书签。2.4.2以含水乙醇为夹带剂.....................................错误!未定义书签。2.4.3、夹带剂中加入表面活性剂...............................错误!未定义书签。2.4.4、其他夹带剂...............................错误!未定义书签。第3章结论...................................................-10-参考文献.........................................................-10-致谢..........................................................-12-吕梁学院本科毕业论文（设计）背白吕梁学院本科毕业论文（设计）-1-第1章绪论超临界流体萃取(supercriticalfluidextraction，缩写SFE)是20世纪70年代发展起来的一项提取分离技术。超临界流体应用较多的是CO2，因为其临界条件容易达到。在超临界状态下，CO2流体的密度对温度和压力的变化十分敏感，可以通过改变体系的温度和压力来使被提取物的溶解度发生变化，使其分离出来达到提取的目的。由于SFE—CO2是一种对环境友好的“绿色”化工技术，因此它已成为药用植物有效成分提取技术的发展趋势。系统的体系化分析和设计。1.1适用超临界二氧化碳萃取的中药材有效成分在超临界状态下，CO2对不同溶质的溶解能力差别很大，这与溶质的极性，沸点和分子量密切相关，一般来说有以下规律：亲脂性，低沸点成分可在104KPa(约1大气压)以下萃取，如挥发油，烃，酯，醚，环氧化合物，以及天然植物和果实中的香气成分，如桉树脑，麝香草酚，酒花中的低沸点酯类等；化合物的极性基团(如-OH，-COOH等)愈多，则愈难萃取.强极性物质如糖，氨基酸的萃取压力则要在4×104KPa以上.另外化合物的分子量愈大，愈难萃取；分子量在200～400范围内的成分容易萃取，有些低分子量，易挥发成分甚至可直接用CO2液体提取；高分子量物质(如蛋白质，树胶和蜡等)则很难以二氧化碳萃取。1.1.1挥发油挥发油由于其沸点较低，相对分子质量和极性较小，因而在SFE—CO2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SFE—CO2提取的成分。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。1.1.2黄酮类黄酮类化合物广泛存在于植物中，它是一类低相对分子质量的天然药物成分。传吕梁学院本科毕业论文（设计）-2-统的提取方法存在排污量大、提取效率低、成本高等缺点。研究显示，采用SFE-CO2萃取甘草中的黄酮，其提取率比常规溶剂法要高出2倍。采用SFE-CO2法萃取茶叶中的茶多酚，可得到质量分数为95.45％的茶多酚，如果加入乙醇作夹带剂，则其萃取率可提高10倍左右。SFE-CO2提取黄酮类化合物，其流程短，萃取分离一步完成，且萃取得率高，而操作时间比传统方法却大大缩短了。1.1.3皂苷类皂苷类的相对分子质量较大，羟基多，极性大，用纯CO2提取时其产率低，但加入夹带剂或加大压力则可提高产率。采用不同梯度的极性夹带剂进行SFE-CO2萃取，结果其收率比传统溶剂法的收率高18.9倍；从人参叶中超临界流体萃取人参皂苷，所得的萃取物中人参皂苷的含量可达30％。这些结果初步显示：采用夹带剂的SFE-CO2技术具有良好的应用前景。1.1.4醌类及其衍生物醌类化合物是分子中具有不饱和环二酮结构的一类天然色素，以游离态或苷的形式存在于大黄、何首乌等药材中，传统提取法为溶剂法。由于极性较大，故采用SFE-CO2法萃取时，除了需要较高的压力外，还要加入合适的夹带剂。采用SFE-CO2和胶束电动毛细管色谱法分离并定量测定大黄中蒽醌类成分的含量，此法快速、简便和准确，能为控制大黄质量提供新的更为理想的检测方法。1.2影响萃取的因素A.密度溶剂强度与超临界流体的密度有关.温度一定时，密度(压力)增加，可使溶剂强度增加，溶质的溶解度增加.B.夹带剂适用于萃取的超临界流体的大多数溶剂是极性小的溶剂，这有利于选择性的提取，但限制了其对极性较大溶质的应用.因此可在这些流体中加入少量夹带剂，以改变溶剂的极性.最常用来萃取的超临界流体为二氧化碳，通过加入夹带剂可适用于极性较大的化合物.有人在10MPa压力下(约等于100大气压)，用不同浓度的乙醇作夹带剂，研究了以藏药雪灵芝中萃取其中的3种成分.加一定夹带剂的超临界二氧化碳可以创造一吕梁学院本科毕业论文（设计）-3-般溶剂达不到的萃取条件，大幅度提高收率.这对于贵重药材成份的提取，工业化开发价值极高.常用的夹带剂有乙醇，尿素，丙酮，己烷以及水等等.由于CO2的非极性和低分子质量特点，使得超临界CO2萃取本身具有先天的局限性。夹带剂能大大拓宽CO2在超临界萃取上的极性范围，夹带剂的正确选择和应用对萃取效果影响甚大。皂苷类成分极性较大，其超临界萃取对夹带剂具有明显的依赖性。但目前夹带剂的使用尚缺乏足够的理论指导，对于夹带剂的加入量和加入方式等在实际使用中还主要靠试验摸索。此外，萃取中引入夹带剂可能会有一些不良后果，如整个生产工艺增加了夹带剂回收过程以及有可能会造成产品的污染。C.粒度粒子的大小可影响萃取的收率.一般来说，粒度小有利于超临界二氧化碳的萃取.D.流体体积提取物的分子结构与所需的超临界流体的体积有关.有科学家将加压加温到68.8atm，40℃后提取50克叶子中的叶黄素和胡萝卜素.要得到叶黄素50%的回收率，需要2.1L超临界二氧化碳；如要得到95%的回收率，由此推算，则需要33.6L的超临界二氧化碳.而胡萝卜素在二氧化碳中的溶解度大，仅需要1.4L，即可达到95%的回收率.1.3传统的溶剂提取1.压榨工艺这种方法不涉及添加化学物质，保留了油料内丰富营养，无化学溶剂污染，不含任何化学防腐抗氧化剂。缺点是出油率低，浪费原材