超臨界流體萃取技術(shù)在中藥開發(fā)中的應(yīng)用

超臨界流體萃取技術(shù)在中藥開發(fā)中的應(yīng)用

萃取超級液體是一種新型有效分離技術(shù)，利用超級液體的特殊性能來提取液體。與傳統(tǒng)的中藥有效成分的提取技術(shù)相比,超臨界流體萃取技術(shù)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),因而成為中藥現(xiàn)代化的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文簡要介紹了超臨界流體萃取的基本原理及其在中藥有效成分提取方面的優(yōu)點(diǎn),并從中藥有效成分提取和中草藥除雜兩方面介紹了超臨界流體萃取技術(shù)在中藥開發(fā)中的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上,提出了今后超臨界流體萃取技術(shù)的主要研究方向。1超臨界流體的萃取能力和萃取過程當(dāng)流體的溫度和壓力分別超過其臨界溫度和臨界壓力時(shí),則稱該狀態(tài)下的流體為超臨界流體。超臨界流體的密度接近于液體,而溶質(zhì)在溶劑中的溶解度一般與溶劑的密度成正比,因而超臨界流體具有與液體溶劑相當(dāng)?shù)妮腿∧芰?。超臨界流體的粘度和擴(kuò)散系數(shù)與氣體的相近,因而超臨界流體具有氣體的低粘度和高滲透能力,故在萃取過程中的傳質(zhì)能力遠(yuǎn)大于液體溶劑的傳質(zhì)能力。超臨界流體萃取在臨界點(diǎn)附近操作,此時(shí)溫度和壓力的微小變化將引起流體溶解能力的顯著變化。利用這一性質(zhì),可在較高壓力下,使溶質(zhì)溶解于超臨界流體中,然后通過降壓或升溫的辦法來降低流體的密度,從而使溶解的溶質(zhì)因溶解度下降而析出,這就是超臨界流體萃取的基本原理。2超臨界萃取分離和萃取劑分離與傳統(tǒng)提取方法相比,利用超臨界流體萃取技術(shù)提取中藥有效成分具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。超臨界流體萃取兼有精餾和液液萃取的某些特點(diǎn)。溶質(zhì)的蒸氣壓、極性及分子量的大小均能影響溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度,組分間的分離程度由組分間的揮發(fā)度和分子間的親和力共同決定。一般情況下,組分是按沸點(diǎn)高低的順序先后被萃取出來;非極性的超臨界CO2流體僅對非極性和弱極性物質(zhì)具有較高的萃取能力;超臨界流體萃取在臨界點(diǎn)附近操作,因而特別有利于傳熱和節(jié)能。這是因?yàn)楫?dāng)流體接近臨界點(diǎn)時(shí),氣化潛熱將急劇下降。在臨界點(diǎn)處,可實(shí)現(xiàn)氣液兩相的連續(xù)過渡。此時(shí),氣化潛熱將急劇下降。在臨界點(diǎn)處,可實(shí)現(xiàn)氣液兩相的連續(xù)過渡。此時(shí),氣液兩相界面消失,氣化潛熱為零;超臨界流體的萃取能力取決于流體的密度,因而可方便地通過調(diào)節(jié)溫度和壓力來加以控制,這對保證提取物的質(zhì)量穩(wěn)定是非常有利的;超臨界萃取所用的萃取劑可循環(huán)使用,其分離與回收方法遠(yuǎn)比精餾和液液萃取簡單,且耗能較低。實(shí)際操作中,常采用等溫減壓或等壓升溫的方法,將溶質(zhì)與萃取劑分離開來;當(dāng)用煎煮、濃縮、干燥等傳統(tǒng)方法提取中藥有效成分時(shí),一些活性組分可能會因高溫作用而破壞。而超臨界流體萃取過程可在較低的溫度下進(jìn)行,如以CO2為萃取劑(臨界溫度為31.1℃)的超臨界萃取過程可在接近于室溫的條件下進(jìn)行,因而特別適合于熱敏性組分的提取,且無溶劑殘留。3超聲振蕩提取技術(shù)在中藥有效成分提取中的應(yīng)用3.1提取收率較低萜類化合物是一類具有廣泛生物活性的天然藥物有效成分,而植物中的揮發(fā)油大多富含萜和倍半萜類化合物。揮發(fā)油的沸點(diǎn)較低,其傳統(tǒng)提取工藝是水蒸氣蒸餾法,但該法存在提取溫度高、提取時(shí)間長、易破壞有效成分的缺陷,導(dǎo)致提取收率較低。由于揮發(fā)油的分子量不大,且在超臨界CO2流體中具有良好的溶解性能,因而多數(shù)可用超臨界CO2流體直接萃取而得。李桂生等比較了超臨界CO2萃取法和水蒸氣蒸餾法提取當(dāng)歸揮發(fā)油的收率,結(jié)果表明前者的收率約為后者的2倍。翟萬云等比較了超臨界CO2萃取法和水蒸氣蒸餾法提取苕葉細(xì)辛揮發(fā)油的收率,結(jié)果表明前者的收率約為后者的7倍。曾虹燕等比較了超臨界CO2萃取法和水蒸氣蒸餾法提取荷葉揮發(fā)油的收率,結(jié)果表明前者的收率約為后者的2.6倍。錢國平等利用超臨界CO2流體從黃花蒿中萃取青蒿素,結(jié)果表明萃取率可達(dá)95%以上,優(yōu)于傳統(tǒng)的溶劑提取法。3.2超臨界流體萃取法黃酮類化合物具有降壓、降血脂和抑制血小板聚集等功能,在大部分中藥中均存在。黃酮類化合物的傳統(tǒng)提取方法主要有水煎煮法、浸泡法或堿提酸沉法,缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)、費(fèi)工,且收率較低。應(yīng)用超臨界流體萃取技術(shù)提取中藥中的黃酮類化合物,具有速度快、收率高等優(yōu)點(diǎn)。丹參是常用的活血化瘀藥,已知的活性成分是以丹參酮ⅡA為代表的丹參酮類脂溶性物質(zhì)以及丹參素、母酚酸、原兒茶酚為代表的水溶性物質(zhì),其常規(guī)提取方法主要有水提法和乙醇熱回流法,但提取效果均不理想。蕭效良等利用超臨界CO2萃取技術(shù)提取丹參中的活性成分,結(jié)果表明一次提取物中的丹參酮ⅡA的含量大于20%,水溶性有效成分的含量大于35%,收率是常規(guī)提取法的2倍以上。3.3超臨界流體萃取生物堿是生物體內(nèi)一類含氮有機(jī)物的總稱,多數(shù)生物堿具有較復(fù)雜的含氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)和特殊而顯著的生理作用,是中草藥中的重要成分之一。近年來,有關(guān)超臨界流體萃取技術(shù)提取中藥中的生物堿的報(bào)道很多。葛發(fā)歡等利用超臨界CO2萃取技術(shù)提取益母草中的總生物堿,提取率可達(dá)常規(guī)法的10倍。姜繼祖等以76%的乙醇為夾帶劑,利用超臨界CO2萃取技術(shù)從光茹子中提取抗腫瘤藥秋水仙堿,提取率為回流提取法的1.25倍。3.4超臨界co萃取法由于苷類和糖類化合物的分子量較大、羥基較多、極性較大,因而難溶于低極性溶劑,故用超臨界CO2萃取時(shí)常需提高操作壓力或加入夾帶劑以提高收率。王俊等以3%的乙醇為夾帶劑,在壓力為35MPa、溫度為40℃的條件下,用超臨界CO2萃取穿山龍中的薯蕷皂苷元,結(jié)果表明該法具有速度快、收率高、提取完全等優(yōu)點(diǎn)。王化田等將超臨界CO2萃取法與乙醇常溫浸提法相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了紅景天苷與苷元酪醇之間的有效分離。葛發(fā)歡等對超臨界CO2萃取薯蕷皂素的工藝條件進(jìn)行了研究,并進(jìn)行了中試放大,結(jié)果表明該工藝具有收率高、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。3.5超臨界流體萃取法醌類化合物是一類分子中具有不飽和環(huán)二酮結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物,具有抗菌、抗氧化、抗腫瘤等多種生物活性。研究表明,超臨界流體萃取技術(shù)可用于中藥中醌類化合物的提取。由于多數(shù)醌及其衍生物的極性較大,因而提取時(shí)常需加入適當(dāng)?shù)膴A帶劑。袁海龍等以甲醇為夾帶劑,利用超臨界CO2萃取技術(shù)提取何首烏中的醌類活性成分,結(jié)果表明超臨界CO2萃取法具有速度快、收率高、后處理簡單等優(yōu)點(diǎn)。3.6超臨界co流體分離苯丙素類化合物是一類含有一個(gè)或多個(gè)C6-C8單位的天然成分,包括香豆素、木脂素等。苯丙素類化合物廣泛存在于植物中,其中的許多化合物具有生物活性。苯丙素類化合物通常為親脂性成分,可直接用超臨界CO2流體進(jìn)行提取。但對于分子量較大或極性較強(qiáng)的組分,則需提高萃取壓力或加入適當(dāng)?shù)膴A帶劑以改善提取效果。黃芳等在壓力為38.5MPa、溫度為70℃的條件下,利用超臨界CO2流體從補(bǔ)骨脂中提取分離出補(bǔ)骨脂素和異補(bǔ)骨脂素,表明用超臨界CO2提取分離補(bǔ)骨脂素的工藝是可行的。楊蘇蓓利用超臨界CO2萃取技術(shù)提取五味子中的木脂素等成分,結(jié)果表明在最佳工藝條件下,萃取物的得率可達(dá)12.87%。4超臨界絡(luò)合萃取法超臨界流體萃取技術(shù)除用于提取中藥有效成分外,還可用于中藥中有毒、有害成分的去除。Quan等利用超臨界流體萃取技術(shù)去除高麗參中的有機(jī)氯殺蟲劑,結(jié)果表明超臨界流體萃取法比傳統(tǒng)的索氏提取法更快、更有效。Kim等利用超臨界流體萃取技術(shù)測定花粉中的有機(jī)磷農(nóng)藥殘留,結(jié)果表明超臨界流體萃取法可簡化樣品的預(yù)處理工藝,加快樣品的測定速度。新型的超臨界絡(luò)合萃取技術(shù),結(jié)合了溶劑萃取和超臨界流體萃取的優(yōu)點(diǎn),可用于去除中藥中的重金屬雜質(zhì)。崔洪友等利用超臨界絡(luò)合萃取法去除中藥中的Pb,Hg,As,Cu等重金屬雜質(zhì),取得了較好的結(jié)果。洋艾花中的有毒成分β-側(cè)柏酮與有效成分洋艾素和阿他布新共存于揮發(fā)油中,Ischi等利用超臨界CO2萃取技術(shù)將有毒成分與有效成分分離開來。5未來的主要研究方向目前,超臨界流體萃取技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)中藥現(xiàn)代化的關(guān)鍵技術(shù)之一。從中藥現(xiàn)代化的角度,今后的研究方向主要有以下幾個(gè)方面。5.1以復(fù)方為主的事實(shí)目前有關(guān)超臨界流體萃取技術(shù)在中藥提取中的應(yīng)用主要局限于單味中藥有效成分的提取,這顯然與傳統(tǒng)中藥以復(fù)方為主的事實(shí)極不相稱。因此,加強(qiáng)中藥復(fù)方超臨界提取工藝的研究將是今后有待解決的重要課題。此外,將超臨界流體技術(shù)與結(jié)晶、超細(xì)粉碎等過程結(jié)合起來用于中藥新劑型的開發(fā),以推動(dòng)中藥制劑的現(xiàn)代化,也是今后的一個(gè)重點(diǎn)研究方向。5.2高壓條件下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測定迄今為止,有關(guān)超臨界流體萃取過程的熱力學(xué)及傳質(zhì)理論的研究還很不充分,其主要原因是高壓條件下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測定比較困難。因此,應(yīng)對現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)進(jìn)行改進(jìn),以豐富和完善各種中藥體系在超臨界條件下的相平衡及傳熱、傳質(zhì)數(shù)據(jù),并建立描述超臨界流體萃取過程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,從而為超臨界流體萃取過程的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù)。5.3超臨界流體萃取過程就機(jī)理而言,超臨界流體萃取過程是一類傳質(zhì)分離過程。因此,一些傳統(tǒng)分離技術(shù)的某些強(qiáng)化措施有可能用于超臨界流體萃取過程。例如,一些研究者利用超聲波、微波和電場等來強(qiáng)化超臨界流體萃取過程的研究已取得一定的進(jìn)展。目前,有關(guān)超臨界流體萃取過程的強(qiáng)化研究少有報(bào)道,這方面尚有許多工作要做。5.4超臨界流體萃取技術(shù)由于中藥成分極其復(fù)雜,近似化合物往往很多,因此采用單一的超臨界流體萃取技術(shù)往往不能滿足產(chǎn)品的純度要求,此時(shí)可將超臨界流體萃取技術(shù)與其他分離技術(shù)(如精餾、膜分離等)耦合起來,以形成更為高效的復(fù)合分離技術(shù)。5.5超臨界流體萃取過程的放大