超臨界流體萃取技術(shù)在中藥分離中的應(yīng)用

超臨界流體萃取技術(shù)在中藥分離中的應(yīng)用

提取和分離中藥有效成分是制劑過程中不可或缺的過程。這是改善藥物制備、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加藥物新品種和提高產(chǎn)品市場競爭力的重要因素。傳統(tǒng)的提取有效成分的方法,如水蒸氣蒸餾法、減壓蒸餾、溶劑萃取等,工藝復(fù)雜、產(chǎn)品純度不高,易殘留有害溶劑。超臨界流體萃取(SFE)技術(shù)提取率高、產(chǎn)品純度好、流程簡單、能耗低,適合不穩(wěn)定、易氧化的揮發(fā)性成分和脂溶性成分的提取分離,為中藥有效成分的提取提供了更好的方法。1fpse的超臨界流體溶解能力法物質(zhì)有3種狀態(tài),即氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài),當(dāng)物質(zhì)所處溫度、壓力發(fā)生改變時,3種狀態(tài)會互相轉(zhuǎn)化。三相成平衡態(tài)共存的點叫三相點,氣、液兩相成平衡狀態(tài)的點叫臨界點,臨界點的溫度和壓力叫做臨界溫度和臨界壓力,高于臨界溫度和臨界壓力而接近臨界點的狀態(tài)稱為超臨界狀態(tài)。SFE是通過超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系進行提取分離的,即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響。超臨界流體密度和液體相近,黏度只是氣體的幾倍,遠低于液體,擴散系數(shù)比液體大100倍左右,因此更有利于傳質(zhì),對物料有較好的滲透性和較強的溶解力。超臨界流體的溶解能力可以通過調(diào)節(jié)溫度和壓力來進行控制,使其有選擇性地溶解。然后通過減壓、升溫等方法可以使被萃取物質(zhì)分離出來,從而獲得目標(biāo)提取物。2超臨界流體超臨界流體(SCF)是處于臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上,以流體形式存在的物質(zhì)。穩(wěn)定的純物質(zhì)都可以有超臨界狀態(tài),都有固定的臨界點。通常用的流體各不相同,如CO2、N2、NO、CH4、CHF等。一些可供使用的超臨界流體的性質(zhì)見表1。SCF在臨界溫度下保持氣體狀態(tài),同時比氣體的密度要大,通過改變壓力等方法使密度達到臨界密度,即與液體溶劑密度相近,從而有較強的溶解能力。在臨界點附近,壓力和溫度的微小變化可對溶劑的密度、擴散系數(shù)、表面張力、黏度、溶解度、介電常數(shù)等帶來明顯變化。3主要影響因素3.1萃取數(shù)量的影響一定壓力下,升溫能增加被萃取物的揮發(fā)性,其在SCF的濃度提高,使萃取數(shù)量增大;但另一方面,升溫使SCF密度降低,溶解能力下降,造成萃取數(shù)量減少。因而溫度影響較復(fù)雜,需綜合考慮上述兩方面的影響。3.2壓力萃取溫度一定時,增大壓力,SCF密度、溶劑的強度及溶質(zhì)的溶解度增加。對不同物質(zhì),其萃取壓力不同。3.3接觸面積的影響萃取物顆粒要適宜,粒度越小,與SCF接觸面積越大,有利于提高萃取速度;但同時,粒度過小會堵塞篩孔,造成摩擦升熱,使體系溫度升高,活性物質(zhì)遭破壞。3.4萃取效率的提高SCF在萃取器中停留的時間延長,則與待萃取物質(zhì)接觸時間增加,利于提高萃取效率;另一方面,流體的流量減少,會使萃取過程中的傳質(zhì)推動力減小,傳質(zhì)速度下降,從而影響了SCF的萃取能力。應(yīng)該綜合考慮這兩方面來確定流體流量。3.5夾劑的加入方式夾帶劑,又稱改性劑,加入后與超臨界流體混合,改善了溶劑的極性及溶解性能。適宜的夾帶劑不但可提高被萃取組分的溶解度,同時也可提高萃取的選擇性,增大提取組分的純度。常用的夾帶劑大多為甲醇、乙醇、丙酮、氯仿等有機溶劑,此外水、有機酸、有機堿等也可用作夾帶劑。夾帶劑的加入方式有靜態(tài)加入和動態(tài)加入兩種。具體采用何種方式視情況而定:當(dāng)基本的束縛作用是第一位影響時,采用靜態(tài)加入方式,因為最初高濃度極性溶劑的浸潤有利于待萃取成分的釋放;而SCF中溶解度低為主要因素時,則采用動態(tài)加入方式。也有把兩種方式聯(lián)合起來使用,但大多采用動態(tài)加入方式。有文獻報道把表面活性劑應(yīng)用到SFE技術(shù)上,SFE則可以擴展到水溶液體系,并已成功地提取出如蛋白質(zhì)這樣的極性大分子,進一步提高了萃取效率。表面活性劑的使用對提高效率具有一定的意義,但同時表面活性劑的加入也帶來了與萃取物分離等問題。無論如何,表面活性劑的使用為SFE提供了一條有價值的新途徑,也是今后超臨界技術(shù)的研究方向之一。4fe提取中的應(yīng)用4.1揮發(fā)油的提取揮發(fā)油具有沸點低、相對分子質(zhì)量小、極性低的特點,應(yīng)用傳統(tǒng)的提取方法很難獲得滿意效果,出油率很低。SFE可使油性成分在流體中有良好的溶解性,非常適合分離揮發(fā)油類成分。李平華等運用SFE法提取乳香中有效成分,以乙酸辛酯作為工藝評價指標(biāo),通過正交試驗確定了最佳工藝。采用CO2超臨界流體萃取(CO2-SFE)法從杜衡中提取揮發(fā)油,并用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對其化學(xué)成分進行分析,共鑒定出22種成分。用超臨界CO2萃取技術(shù)提取白術(shù)脂溶性成分,并通過GC-MS研究揮發(fā)性物質(zhì)的化學(xué)成分,鑒定出36個化學(xué)成分。CO2-SFE、水蒸氣蒸餾、中性乙醇提取均能提取川芎揮發(fā)油中主要成分內(nèi)酯類化合物。由于CO2-SFE萃取能力強,在密閉條件下,操作溫度低,一些萜烯類物質(zhì)不易損失,而脂肪族也能被萃取,所以3個樣品中SFE樣品所含組分最多。曹蕾等用CO2-SFE萃取中藥青皮揮發(fā)油得率為1.3197%,比水蒸氣蒸餾法提高2.4倍,時間減少78.57%,因而認為超臨界CO2萃取青皮揮發(fā)油收率高、耗時短、品質(zhì)好。4.2多元醇體系的合成生物堿是非常重要的一類中藥有效成分,用超臨界CO2萃取該成分需要加壓或使用夾帶劑來增強流體的溶劑能力或提高其選擇性。王振中等比較了水提醇沉、醇提堿沉、酸提-離子交換樹脂和SFE等工藝路線提取夏天無中的延胡索乙素,結(jié)果SFE工藝所得的固體物少,有效成分量高,耗時僅1h,其中延胡索乙素的提取率達89.3%,而酸提-離子交換樹脂法的為80.2%,醇提法的為64.6%,水提法的為55.2%,時間要更長。原永芳等用SFE萃取蓽茇中胡椒堿,提取率比溶劑超聲波法提高了7.3%,提取液雜質(zhì)少,不經(jīng)濾過就可直接進行HPLC分析。葛發(fā)歡等發(fā)現(xiàn)加入非離子表面活性劑多元醇體系比只用乙醇為夾帶劑進行超臨界提取苦參中總堿的收率高1.8～2.2倍,萃取率可達到92%,同時指出萃取率與表面活性劑的濃度、多元醇、CO2的混合比例等因素有關(guān)。利用CO2-SFE技術(shù)提取益母草中的總生物堿,提取率可達常規(guī)法的10倍。Kevin等在萃取士的寧時,CO2-SFE系統(tǒng)中加入適量的有機溶劑作為夾帶劑以增加CO2的溶解力不失為一種好的方法。4.3帶劑的選擇黃酮類化合物傳統(tǒng)提取方法明顯存在排污量大、提取效率低、分離過程繁瑣、成本高等缺點。而超臨界萃取通過加入合適的夾帶劑,可以克服以上不足,萃取分離一步完成,提高萃取率,并保證產(chǎn)品質(zhì)量。佘佳紅等采用正交試驗考察SFE技術(shù)對銀杏葉中槲皮素及山柰素提取工藝,發(fā)現(xiàn)萃取溫度60℃,萃取壓力42MPa,靜態(tài)萃取時間4min,動態(tài)萃取體積4mL,夾帶劑為0.2mL乙醇時效果最佳。4.4在各種提取物中提取醌類化合物是一類含有不飽和環(huán)二酮結(jié)構(gòu)的天然色素,以游離態(tài)或苷的形式存在于大黃、何首烏等中藥材中,傳統(tǒng)的提取方法為溶劑提取。由于極性較大,故采用SFE法時需要較高的萃取壓力,還要加入合適的夾帶劑。丹參的活性成分是以丹參酮Ⅱ為代表的丹參酮類脂溶性物質(zhì)以及丹參素、丹酚酸、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的質(zhì)量分數(shù)大于20%,水溶性有效成分的質(zhì)量分數(shù)大于35%,收率是常規(guī)提取法的2倍以上。超臨界流體抗溶劑法(SAS)即利用超臨界反溶劑原理在丹參浸膏的醇溶液中精制出有效成分細粉,萃取壓力26MPa,萃取溫度38℃,升壓速率為0.5MPa/min,浸膏為70%的含醇溶液。SFE兼具提取與分離作用,可得到不同純度的提取物,對丹參中丹參酮ⅡA有較好的萃取作用,對虎杖中大黃素、大黃素甲醚有一定程度的萃取作用。袁海龍等以甲醇為夾帶劑,利用CO2-SFE技術(shù)提取何首烏中的醌類活性成分,結(jié)果表明該方法具有速度快、收率高、后處理簡單等優(yōu)點。4.5帶劑的提取方法CO2-SFE萃取對于香豆素和木脂素類成分是一種比較有效的方法。如果是游離態(tài)的、極性小的成分,只需用超臨界萃取即可;如果相對分子質(zhì)量較大或極性較強的成分,有時需要加入適當(dāng)?shù)膴A帶劑。香豆素的傳統(tǒng)提取方法為溶劑法、堿溶酸沉法,再結(jié)合層析、多次萃取法等。而CO2-SFE可通過多級分離,或與超臨界萃取結(jié)合而得到有效成分的量很高的提取物。對于相對分子質(zhì)量大或極性較強的成分,有時需加夾帶劑。劉紅梅等采用CO2-SFE技術(shù)提取白芷中香豆素類成分,并用GC-MS鑒定出15種成分。4.6紅景天苷與苷元選擇苷類和糖類相對分子質(zhì)量較大、羥基多、極性大,用純CO2-SFE產(chǎn)率低,必須加大壓力和加入適當(dāng)?shù)膴A帶劑。菝葜的超臨界CO2萃取物中薯蕷皂苷元的質(zhì)量分數(shù)最高可達1.96%,收率較《中國藥典》常規(guī)酸水解法(0.02%)和傳統(tǒng)氯仿萃取法(最高1.16%)顯著提高,且具有生產(chǎn)周期短、收率高、溶劑無毒、不污染環(huán)境、可循環(huán)使用、成本低、操作方便等優(yōu)點。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行了研究,并進行了中試放大,結(jié)果表明該工藝具有收率高、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點。5sfe提取分離技術(shù)的應(yīng)用超臨界萃