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(shí),3種狀態(tài)會(huì)互相轉(zhuǎn)化。三相成平衡態(tài)共存的點(diǎn)叫三相點(diǎn),氣、液兩相成平衡狀態(tài)的點(diǎn)叫臨界點(diǎn),臨界點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)行提取分離的,即利用壓力和溫度對(duì)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(yuǎn)低于液體,擴(kuò)散系數(shù)比液體大100倍左右,因此更有利于傳質(zhì),對(duì)物料有較好的滲透性和較強(qiáng)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(jìn)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(diǎn)。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(shí)比氣體的密度要大,通過改變壓力等方法使密度達(dá)到臨界密度,即與液體溶劑密度相近,從而有較強(qiáng)的溶解能力。在臨界點(diǎn)附近,壓力和溫度的微小變化可對(duì)溶劑的密度、擴(kuò)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(shí),增大壓力,SCF密度、溶劑的強(qiáng)度及溶質(zhì)的溶解度增加。對(duì)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(shí),粒度過小會(huì)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(shí)間延長,則與待萃取物質(zhì)接觸時(shí)間增加,利于提高萃取效率;另一方面,流體的流量減少,會(huì)使萃取過程中的傳質(zhì)推動(dòng)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(shí)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(jī)溶劑,此外水、有機(jī)酸、有機(jī)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(dòng)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(shí),采用靜態(tài)加入方式,因?yàn)樽畛醺邼舛葮O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(shí),則采用動(dòng)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(dòng)態(tài)加入方式。有文獻(xiàn)報(bào)道把表面活性劑應(yīng)用到SFE技術(shù)上,SFE則可以擴(kuò)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(jìn)一步提高了萃取效率。表面活性劑的使用對(duì)提高效率具有一定的意義,但同時(shí)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(jià)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(diǎn)低、相對(duì)分子質(zhì)量小、極性低的特點(diǎn),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(yùn)用SFE法提取乳香中有效成分,以乙酸辛酯作為工藝評(píng)價(jià)指標(biāo),通過正交試驗(yàn)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(duì)其化學(xué)成分進(jìn)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(gè)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(qiáng),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(gè)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(shí)間減少78.57%,因而認(rèn)為超臨界CO2萃取青皮揮發(fā)油收率高、耗時(shí)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(qiáng)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(shí)僅1h,其中延胡索乙素的提取率達(dá)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(dá)到92%,同時(shí)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(dá)常規(guī)法的10倍。Kevin等在萃取士的寧時(shí),CO2-SFE系統(tǒng)中加入適量的有機(jī)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(diǎn)。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(yàn)考察SFE技術(shù)對(duì)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(shí)間4min,動(dòng)態(tài)萃取體積4mL,夾帶劑為0.2mL乙醇時(shí)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(shí)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?yàn)榇淼牡⑼愔苄晕镔|(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?jǐn)?shù)大于20%,水溶性有效成分的質(zhì)量分?jǐn)?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(xì)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(duì)丹參中丹參酮ⅡA有較好的萃取作用,對(duì)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(diǎn)。4.5帶劑的提取方法CO2-SFE萃取對(duì)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(duì)分子質(zhì)量較大或極性較強(qiáng)的成分,有時(shí)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(jí)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(duì)于相對(duì)分子質(zhì)量大或極性較強(qiáng)的成分,有時(shí)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(duì)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?jǐn)?shù)最高可達(dá)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(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(duì)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)。5sfe提取分離技術(shù)的應(yīng)用超臨界萃