常温超高压提取

1、常温超高压提取技术导师：李洁 学生：马丽芳常温超高压提取技术常温超高压提取的原理常温超高压提取的工艺流程常温超高压提取的优缺点常温超高压提取的设备常温超高压提取的影响因素常温超高压提取的应用举例1.常温超高压提取的原理超高压提取( u ltrah igh - pressure ex traction, UHPE) , 也称超高冷等静压提取, 是指在常温下用100 1 000MPa的流体静压力作用于提取溶剂和中药的混合液上（密闭于容器内）, 并在预定压力下（120分钟）保持一段时间, 使植物细胞内外压力达到平衡后迅速卸压。由于细胞内外渗透压力忽然增大, 细胞膜的结构发生变化, 使得细胞内的有效成

2、分能够穿过细胞的各种膜而转移到细胞外的提取液中, 达到提取中药有效成分的目的。同时由于压力的快速变化, 流体体积的变化, 影响固体组织的细胞壁、细胞膜等结构, 使细胞内的有效成分向细胞外扩散的传质阻力减小、快速转移到细胞外的提取液中, 实现了有效成分高效提取的目的。目前超高压生物处理技术已广泛应用于医药、食品和材料加工等领域.2.常温超高压提取的工艺流程利用超高压提取时, 先将药物原料按照一定的料液比混合, 浸泡一定时间, 装在耐压、无毒、柔韧的软包装内密封, 然后放入高压容器内; 启动高压泵, 将容器的空气排出, 然后迅速升高到所需的压力, 并在此压力下保持一定的时间; 快速打开控制高压回路

3、的阀门, 卸除压力; 取出高压处理后的料液, 进行分离、纯化、测试。 1原料筛选, 从原药材中筛选所需的叶、根、茎等; 2 预处理, 药材的干燥、粉碎等前处理; 3与溶剂混合, 药材与提取溶剂按照一定的料液比混合后包装并密封; 4超高压处理, 按照设定的工艺参数值进行处理; 5 除去残渣, 采用离心或过滤的方法; 6挥干溶剂, 减压蒸馏等回收处理; 7纯化, 进行萃取、层析、重结晶等纯化处理; 8有效成分, 可进行相关的定性鉴别和定量测定。流程如图1所示。2.常温超高压提取的工艺流程配色概述：通过配色着色还可达到某种应用上的要求，如提高塑料耐光性和耐候性；赋予塑料某些特殊功能，如导电性、抗静电

4、性；不同彩色农地膜具有除草或避虫、育秧等作用。3.常温超高压提取的优点1 操作温度低; 2 适用范围广, 水或醇溶性、脂溶性等极性、弱极性或非极性有效成分都可以用该技术进行提取; 3提取时间短, 一般只需1 20m in; 4提取效率高, 能耗低(一次性加压、一次性添加溶剂即可); 5杂质含量少, 能够显著减少原料中微生物含量, 从而延长存放时间; 6提取工艺简单, 无环境污染, 且机械化程度高, 适宜于现代化大生产3.常温超高压提取存在的问题超高压提取技术虽然在提取方面有许多优点, 但该技术仍然存在以下几点不足:1超高压条件下虽然不会影响生物小分子的结构, 但能够影响蛋白质、淀粉等生物大分子

5、的立体结构。因此, 该技术在提取中不适于提取活性成分主要为蛋白质类的中药, 且当药材中含有大量淀粉时, 压力过高可引起淀粉的糊化, 从而阻碍有效成分溶入提取溶剂中; 2超高压提取法需要特定的提取设备; 3目前, 超高压提取法主要在单味药提取中应用, 在复方制剂的提取中的应用研究还未见报道; 4该提取技术应用研究还处于起步阶段, 提取工艺参数之间的协同效应等问题尚需做进一步的深入研究。4.常温超高压提取的设备从1899年美国化学家Bert H ite首次使用超高压技术处理牛奶至今, 国内外关于超高压技术的研究已经相当的深入成熟, 然而只有日本、美国等少数国家仅有小批量的超高压产品(如超高压果酱、

6、果汁)投放在市场, 主要问题是工业化生产设备开发未能及时跟上。超高压全称是超高冷等静压( cold u ltrahigh hydrostat ic pressure, C IP ) , 一般用超过100MPa的液体静压力。能承受超高压的容器称为超高压容器, 常把产生与维持超高压的一系列设备称为超高压设备, 其主要由超高压容器、高压泵、油槽、卸压阀以及超高压管道等5个部分组成。超高压设备主要有间歇式、半连续式、连续式和脉冲式4种类型。1间歇式超高压设备主要由低压泵、增压器、高压容器和控制系统组成。工作时, 先将液体物料或混有固体颗粒的悬浊液用耐压密封袋装好密封, 避免物料被传压介质污染, 然后打

7、开高压容器的顶盖将其放入, 密封, 启动低压泵, 开启增压器, 向高压容器内注入高压的传压介质(升压) , 在预定的压力保持预定的时间(保压), 然后卸压, 打开顶盖, 取出物料, 其装置图如图1所示。4.1.间歇式超高压设备配色概述：通过配色着色还可达到某种应用上的要求，如提高塑料耐光性和耐候性；赋予塑料某些特殊功能，如导电性、抗静电性；不同彩色农地膜具有除草或避虫、育秧等作用。4.2半连续式超高压设备2半连续式超高压设备是在前述间歇式设备的高压容器的底部有一个活塞, 该活塞将高压容器分隔成两部分。工作时, 首先用低压泵在活塞的上部注入欲处理的流体物料, 待活塞上部充满后, 启动增压器, 向

8、活塞下部注入高压传压介质, 推动活塞向上运动, 使活塞上部液体物料的压力升高(升压) , 在预定的压力保持预定的时间(保压) , 然后卸压, 打开顶盖, 取出物料, 其装置图如图2所示。1油槽 2超高压泵 3阀门4转换器 5 超高压容器6安全卸压阀 7超高压管道8原料槽4.3-4.4连续式和脉冲式超高压设备3连续式超高压设备是由多台间歇式或半连续式超高压设备组成, 通常是3台, 一台工作在升压阶段, 一台工作在保压阶段, 一台工作在卸压阶段。虽然每台设备都是间歇式的工作, 但整体是连续的。4脉冲式超高压设备是使用间歇式或半连续式超高压设备对同一批物料作多次升压、保压、卸压。每个循环的升压时间、

9、保压时间、卸压时间, 以及工作压力可以相同或不相同。5.常温超高压提取的影响因素1提取溶剂 超高压提取是在完全封闭的接近常温条件下进行, 对溶剂无特殊要求, 可以根据有效成分的性质, 自由选择提取溶剂, 通常选择水和乙醇为提取溶剂。2提取压力 压力是超高压提取的主要影响因素, 压力升高有利于加快溶剂浸润过程以及有效成分的传质速率, 同时超高压对流体密度、活度、药材基块的结构都会有不同程度的影响, 并有利于溶质的扩散。一定压力范围内, 压力越高提取效率越高。保压时间 保压时间是指恒定维持预定压力的时间, 保压时间越长, 溶剂对药材的浸润越彻底, 研究表明一般只需5 10 m in 即可达到完全浸

10、润。3 固液比 固液比是指原料与提取溶剂的比例, 溶剂比重越大时, 药材块粒组织内的浓溶液与外面的浓度差越大, 浸出速度越快, 提取越完全。但并非溶剂比重越大越好, 在实际生产中, 如果选择过大的固液比, 不仅会消耗大量的溶剂, 还会降低提取液中有效成分的浓度, 在后续的分离纯化时消耗更多的资源。4原料粉碎度 粒度越小扩散面积越大, 扩散越快, 随着粉碎度的增高, 提取得率增加, 研究表明粒度过高, 得率反而会有所下降。董海丽等利用超高压提取木瓜中齐墩果酸时发现, 随着粉碎度的增高, 齐墩果酸得率增加, 当粉碎度超过80目时, 得率反而略有下降, 因为在一定的超高压压力下, 细胞虽然已破裂,

11、但原料颗粒是由大量细胞组成的, 如果颗粒过大, 溶质从颗粒内部传递到颗粒表面仍然需要较大的传质阻力; 但粉碎度太大, 大量杂质也溶出, 影响齐墩果酸从细胞中溶出, 且粉碎度太高, 会增加后续过滤的困难。5提取温度 温度是超高压提取中重要的影响因素之一。一般情况下温度升高, 溶剂的溶解性能增加, 在一定范围内, 温度越高, 目标成分在溶剂中的溶解度越大。另一方面, 温度升高可以加快分子扩散的速率, 从而加快整个提取过程的传质速率。温度的改变还可以影响表面平衡, 提取过程所提供的热能可以提供解吸附过程所需要的活化能, 破坏目标成分与基质间的交互作用, 如范德华力、氢键、偶极矩等。同时, 溶剂的黏度

12、和表面张力会因温度的升高而降低, 溶剂黏度和表面张力越低, 其渗透性越好, 润湿基质的能力就越强。超高压条件下, 溶剂的沸点升高, 可以根据目标成分的性质选择更高的提取温度, 但对于加热易分解成分应注意温度不宜过高。6循环次数 一般条件下循环的作用是在提取过程中置换新鲜的溶剂, 维持提取的平衡, 这对于目标成分浓度很高以及溶剂较难渗透的样品尤其重要。陈瑞战研究指出超高压提取的循环次数较少, 一般2次即可提取完全。6.常温超高压的应用举例由于超高压提取具有提取时间短、提取率高、能耗低、无污染、低温操作、提取成分活性高, 杂质成分少等优点，因此此技术在黄酮类、皂苷类，多糖类以及生物碱类等中药成分的

13、提取方面取得较好效果。1刘春明等 通过试验确定超高压法提取淫羊藿中总黄酮的工艺参数如下: 溶剂为50% 乙醇, 压力为350MPa, 时间为5 m in。以淫羊藿总黄酮为指标, 此条件下的收率为9. 67%, 而回流法提取4 h 的收率为6. 14%。胡筱等用超声法提取20 m in 的收率为7. 64%。可见, 超高压比回流法和超声法的收率分别高3. 53%和2. 03% , 且耗时分别为热回流的1 /48、超声法的1 /4。所以超高压法为淫羊藿总黄酮的提取提供了一个快速、高效的新方法。2刘春娟等采用超高压技术对黄芪中多糖进行提取, 并与回流提取法、浸渍提取法和超声提取法进行了比较, 超高压

14、提取方法的提取率为24.28%, 比传统回流提取法增加2.0%, 比浸渍提取法增加20.6%, 比超声提取法增加7.6%, 而且高压提取方法操作简单, 消耗小, 提取时间短。朱俊杰等利用超高压技术进行了破壁提取灵芝孢子多糖的研究, 发现该方法在降低提取费用的同时提高了灵芝孢子的多糖提取得率。3陈瑞战等 在以下工艺条件使用超高压法提取人参皂苷, 溶剂为50% 乙醇, 料液比为1:75, 压力为500MPa, 时间为2m in。该法与水煮法、回流法和超声法进行比较, 以人参皂苷的提取率为指标, 超高压法提取2m in的人参皂苷收率为7. 33%, 水煮法提取4 h的收率为5. 75%, 超声法提取30 m in的收率为