超临界流体萃取技术在中药提取中应用

1、超临界流体萃取技术在中药提取中应用超临界萃取技术在中草药研究中的应用1董新艳, 张兴儒( 青海大学化工学院, 青海西宁 810016)摘要: 综述了超临界流体萃取技术在提取中草药的有效成分、重金属离子、去毒灭菌和去除中草药中的农药等方面的应用以及压力、温度、提携剂、原料颗粒等因素对超临界萃取过程的影响。关键词: 超临界萃取; 中草药; 有效成分中图分类号:TQ461 文献标识码: A 文章编号: 1006- 8996( 2005) 03- 0015- 04超临界萃取技术在中草药研究中的应用1welcome to use these PowerPoint templates, New Conte

2、nt design, 10 years experience 1.超临界流体萃取的性质和原理 超临界流体( Supercritical Fluid) 是超过临界温度和临界压力的高密度流体, 它的性质介于气体和液体之间, 兼有两者的优点: 其对液体、固体物质的溶解能力与液体溶剂相当; 有与气体相当的高渗透能力以及运动速度和流动性能, 这些特性使超临界流体的传质速率比液体溶剂提高很多。 超临界流体最重要的性质是具有很大的压缩性, 在临界点附近, 温度和压力的微小变化会引起超临界流体密度的较大变化。因此, 在萃取过程中, 通过调节超临界流体的压力和温度来改变密度, 使溶质的溶解能力发生大幅度变化,

3、可以有选择地溶解目的成分, 来实现萃取和分离过程4 。与传统方法相比, 超临界萃取具有萃取时间短、得率高、有效成分含量高、质量稳定等优点。超临界萃取技术在中草药研究中的应用1welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience 2.超临界萃取技术在中草药研究中的应用 2. 1 利用超临界萃取技术提取中草药的有效成分 2. 2 提取中草药中的重金属离子 2. 3 合理改变中药形状 2. 4 去毒灭菌作用 2. 5 分析检测及去除中草药中的农药超临界萃取技术在中草药研究中的应用1welc

4、ome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience 2.超临界萃取技术在中草药研究中的应用 2. 1 利用超临界萃取技术提取中草药的有效成分 目前, 国内外研究者多采用二氧化碳超临界萃取技术提取中草药中不同种类的药用成份, 如挥发油、生物碱、萜类、丙素酚类、醌类及葸衍生物及其他成分等。 挥发油的提取: 据报道, 于恩平等 5 用CO2 SFE 从月见草种子中萃取月见草油, 结果月见草精油的色泽和透明度, 有显著生理活性的C) 亚麻酸的含量均优于溶剂法。李菁 6 等用超临界CO2 萃取当归挥

5、发油, 采用压力30 MPa, 温度44 e , 时间3 h, 收率为115%, 对所得精油进行GC-MS 分析后, 首次分离鉴定得到常规法得不到的一系列烷烃、有机酸及酯类等28 个成分。除此, 王海波7 报道, 用超临界CO2 技术萃取蛇床子挥发油的成分, 李娟等 8 用超临界CO2 技术萃取沙棘籽油的化学成分等。超临界萃取技术在中草药研究中的应用1welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience 2.超临界萃取技术在中草药研究中的应用 2. 1 利用超临界萃取技术提取中草药的

6、有效成分 目前, 国内外研究者多采用二氧化碳超临界萃取技术提取中草药中不同种类的药用成份, 如挥发油、生物碱、萜类、丙素酚类、醌类及葸衍生物及其他成分等。 挥发油的提取: 据报道, 于恩平等 5 用CO2 SFE 从月见草种子中萃取月见草油, 结果月见草精油的色泽和透明度, 有显著生理活性的C) 亚麻酸的含量均优于溶剂法。李菁 6 等用超临界CO2 萃取当归挥发油, 采用压力30 MPa, 温度44 e , 时间3 h, 收率为115%, 对所得精油进行GC-MS 分析后, 首次分离鉴定得到常规法得不到的一系列烷烃、有机酸及酯类等28 个成分。除此, 王海波7 报道, 用超临界CO2 技术萃取

7、蛇床子挥发油的成分, 李娟等 8 用超临界CO2 技术萃取沙棘籽油的化学成分等。超临界萃取技术在中草药研究中的应用1welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience 2.超临界萃取技术在中草药研究中的应用 萜类的提取: 青蒿素是菊科植物黄花蒿的一种倍半萜内酯类成分, 是我国唯一得到国际承认的抗疟新药。葛发欢 1, 2 等采用超临界CO2 作溶剂, 从黄花蒿中循环提取分离青蒿素, 提取产率可达92% , 并提出了最佳的工艺条件。 生物碱的提取: 李玲 9 等采用双水平、双因子设计法

8、对中药材马蓝、菘蓝、蓼蓝的有效成分靛玉红的萃取条件进行了系统研究, 并用微孔高效液相色谱法进行含量监测, 证明超临界CO2 萃取省时、经济,选择性可调性很强, 可应用于中草药的质量控制。 丙素酚类的提取: 包括黄酮类、香豆素类、木质素类、木脂素类等。银杏叶的研究已成为热点之一。邓启焕 10 等建立了一套超临界流体萃取小试中试装置, 以一种特殊的醇类物质为夹带剂, 提取银杏叶有效成分银杏黄酮和内脂, 得率高出溶剂萃取法两倍, 且提取质量高于溶剂萃取法国际现行公认的质量标准, 无重金属残余。 超临界萃取技术在中草药研究中的应用1welcome to use these PowerPoint tem

9、plates, New Content design, 10 years experience 2.超临界萃取技术在中草药研究中的应用 醌类及葸衍生物的提取: 丹参酮A 是丹参脂溶性有效成分之一, 苏子仁 3 等采用超临界萃取加乙醇作为夹带剂, 萃取压力为20 MPa, 温度40 e , 得到结晶状物及深红色夹带剂液, 丹参酮A 的含量高,其采用的SFE- CO2 萃取方法优于乙醇提取工艺。李云华 11 等学者用超临界萃取从大黄中提取大黄素, 提取效率较高。 其它成分的提取: Catchpole 12 等用SC) CO2 和乙醇从金丝桃中萃取到脂肪酸和植物固醇, 收率达10% 12%, 从卡法

10、胡椒中萃取得到卡法内酯的收率可达3% 8% 。 超临界流体萃取技术及其在中药提取中的应用2welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience 1.温度：一定压力下, 升温能增加被萃取物的挥发性, 其在SCF 的浓度提高, 使萃取数量增大; 但另一方面,升温使SCF 密度降低, 溶解能力下降, 造成萃取数量减少。因而温度影响较复杂, 需综合考虑上述两方面的影响。2.压力：萃取温度一定时, 增大压力, SCF 密度、溶剂的强度及溶质的溶解度增加。对不同物质, 其萃取压力不同。3.萃取物

11、颗粒大小：萃取物颗粒要适宜, 粒度越小, 与SCF 接触面积越大, 有利于提高萃取速度; 但同时, 粒度过小会堵塞筛孔, 造成摩擦升热, 使体系温度升高, 活性物质遭破坏。4.流体流量：SCF 在萃取器中停留的时间延长, 则与待萃取物质接触时间增加, 利于提高萃取效率; 另一方面,流体的流量减少, 会使萃取过程中的传质推动力减小, 传质速度下降, 从而影响了SCF 的萃取能力。应该综合考虑这两方面来确定流体流量。主 要 影 响 因 素超临界流体萃取技术及其在中药提取中的应用2welcome to use these PowerPoint templates, New Content desig

12、n, 10 years experience 5.夹带剂和表面活性剂：夹带剂, 又称改性剂, 加入后与超临界流体混合, 改善了溶剂的极性及溶解性能。适宜的夹带剂不但可提高被萃取组分的溶解度, 同时也可提高萃取的选择性, 增大提取组分的纯度。常用的夹带剂大多为甲醇、乙醇、丙酮、氯仿等有机溶剂, 此外水、有机酸、有机碱等也可用作夹带剂。夹带剂的加入方式有静态加入和动态加入两种 4 。具体采用何种方式视情况而定: 当基本的束缚作用是第一位影响时, 采用静态加入方式, 因为最初高浓度极性溶剂的浸润有利于待萃取成分的释放; 而SCF 中溶解度低为主要因素时, 则采用动态加入方式。也有把两种方式联合起来使

13、用, 但大多采用动态加入方式。 有文献报道把表面活性剂应用到SFE 技术上,SFE 则可以扩展到水溶液体系, 并已成功地提取出如蛋白质这样的极性大分子, 进一步提高了萃取效率 5-6 。表面活性剂的使用对提高效率具有一定的意义, 但同时表面活性剂的加入也带来了与萃取物分离等问题。无论如何, 表面活性剂的使用为SFE提供了一条有价值的新途径, 也是今后超临界技术的研究方向之一。主 要 影 响 因 素黄连中生物碱的超临界CO2 萃取工艺研究3 佟若菲1, 张秋爽2, 朱雪瑜3 ( 1. 天津市儿童医院, 天津 300074; 2. 天津生物化学制药有限公司, 天津 300308; 3. 天津药物研

14、究院, 天津 300193)摘 要：目的: 研究黄连中生物碱的超临界CO2 萃取工艺。方法: 采用单因素和正交实验的方法，考查萃取压力、萃取温度、萃取时间和物料粒度等因素对黄连中生物碱超临界CO2 萃取物得率的影响。结果: 超临界CO2 萃取黄连中生物碱影响因素从高到低依次为萃取压力、萃取温度、萃取时间。最佳萃取工艺条件为: 萃取压力30M Pa, 物料粒度40 60目, 萃取温度60 , 萃取时间1. 5 h。此条件下黄连中生物碱萃取率为14. 24%。结论: 该方法提取效率高、稳定、准确、重现性好。关键词：黄连, 生物碱, 超临界二氧化碳萃取中图分类号: TQ46文献标识码: A文章编号:

15、 1006-5687( 2010) 05-0071-03黄连中生物碱的超临界CO2 萃取工艺研究3welcome to use these PowerPoint templates, New Content design, 10 years experience 黄连为毛茛科植物黄连(Cop tis chinensis Franch)三角叶黄连(C op tis deltoidea C Y Chenget Hsiao )或云连( Cop tis teeta W all) 的干燥根茎, 性味苦, 寒, 具有清热燥湿, 泻火解毒等功效。其化学成分有异喹啉类生物碱( Isoquino line al

16、ka loids)、阿魏酸和绿原酸, 生物碱类主要为小檗碱、黄连碱、巴马亭、药根碱、表小檗碱及木兰花碱等, 一般以小檗碱( berber ine) 为质控目标。 生物碱类成分多以亲脂性的游离形式存在于植物中。黄连中简单生物碱在总生物碱中所占比例非常大, 而简单生物碱为小分子物质, 故提取多采取醇提和酸提等方法 4 - 7 。但这些方法存在提取率低、有机溶剂残留等缺点。醇提过程中的浓缩会造成大量生物碱的损失, 酸提取法不仅时间长, 而且在提取过程中易造成易氧化成分的破坏与损失, 对部分成分有破坏作用。 超临界CO2 流体萃取技术是一项高新型物质分离精制技术, 具有在接近室温的环境下进行萃取,不会

17、破坏生物活性物质, 操作方便, 能耗低, 无污染, 分离能力高, 无溶剂残留等优点。中药中生物碱极性较大, 单纯提高萃取压力并不能明显的改善生物碱在流体中的溶解度 9 , 因此一般通过加入夹带剂来改善溶剂的极性和溶解性能, 来促进成分的溶出和提高萃取率, 而且生物碱容易以盐的形式存在于植物体中, 常加碱化试剂来提高其萃取率。本实验选用乙醇为夹带剂, 主要研究萃取压力、萃取温度、萃取时间和物料粒度对超临界CO2 流体萃取黄连中生物碱的影响, 探讨最佳的萃取工艺条件, 旨在为黄连药材在国内的开发利用提供理论依据。 黄 连黄连中生物碱的超临界CO2 萃取工艺研究31. 仪器与材料HA220- 50-

18、 06型超临界流体CO2 萃取装置(江苏南通华安超临界萃取有限公司)。黄连药材产地四川, 经本院中药鉴定教研室鉴定; CO2 ( 体积分数为99. 5% )。2. 方法与结果2.1 单因素实验2.2 正交实验黄连中生物碱的超临界CO2 萃取工艺研究32.1 单因素实验 2. 1. 1 萃取压力对萃取率的影响 黄连粉碎, 过40目筛, 在萃取温度为55 , 萃取时间为2 h, 萃取压力分别为15、20、25、30和35MPa时进行超临界CO2 萃取, 考查萃取压力对萃取率的影响。结果见表1。萃取率随着压力的增大而增大, 当压力超过30Mpa时萃取率反而下降, 故在后续的正交实验中采用25、30和

19、35MPa进行考查。 表1 萃取压力对黄连生物碱萃取率的影响编号 12345萃取压力（MPa）1520253035萃取率(% )7.859.6311.4714.0912.362. 1. 2 萃取温度对萃取率的影响 黄连粉碎, 过40目筛, 在萃取压力为30MPa, 萃取时间为2 h, 萃取温度分别为40、45、50、55、60、65和70时进行超临界CO2 萃取, 考查萃取温度对萃取率的影响。结果见表2。随着萃取温度的提高, 生物碱萃取率也随之增大,但萃取温度提高到60 以上时, 萃取率迅速降低。故在后续的正交实验中萃取温度选择55、60和65 进行考查。黄连中生物碱的超临界CO2 萃取工艺研

20、究3 表2 萃取温度对黄连生物碱萃取率的影响编号1234567萃取温度（）40455055606570萃取率（%）4.675.728.8411.3814.2910.9110.252.1.3 萃取时间对萃取率的影响 黄连粉碎, 过40目筛, 在萃取压力为30MPa, 萃取温度为60, 萃取时间分别为0. 5、1. 0、1. 5、2. 0和2. 5 h时进行超临界CO2 萃取, 考查萃取时间对萃取率的影响。结果见表3。萃取率随着萃取时间的增长也在增长, 但时间过长萃取率反而下降, 可能是由于随着时间的延长其他成分萃取率增加的缘故。故在后续的正交实验中提取时间选择1. 0、1. 5和2. 0 h。

21、表3 萃取时间对黄连生物碱萃取率的影响编号12345萃取时间( h )0.51.01.52025萃取率(% )6.5411.2314.0714.2713.76黄连中生物碱的超临界CO2 萃取工艺研究32.1.4 物料粒度对萃取率的影响 黄连粉碎, 分别过20、40、60和80目筛, 在萃取压力为30MPa, 萃取温度为60 条件下, 萃取时间定为1. 5 h, 考查物料粒度对萃取率的影响。结果见表4。粒度越小萃取率越高,但时间过长萃取率反而下降, 可能是由于物料过细容易造成通路堵塞和粉碎过程中产生的高温使挥发成分损失, 而且物料过细增加了粉碎的难度, 因此适宜的粒度应为40 60目。 表4 粉

22、碎粒度对黄连生物碱萃取率的影响编号1234粉碎粒度（目）20406080萃取率（%）10.2012.1714.3311.592.1.5 乙醇用量对总生物碱得率的影响 应用SCF- CO2 萃取时采用夹带剂对萃取过程进行强化, 既可以提高萃取效率, 同时还能降低萃取过程的操作压力。见表5。随着夹带剂用量的提高, 总生物碱得率经历了一个先增后减的变化过程, 尤其是开始时递增的趋势显著, 当夹带剂的用量达到200 m l时, 总生物碱得率最高, 故确定最佳夹带剂用量为200m l。黄连中生物碱的超临界CO2 萃取工艺研究3 表5 夹带剂的体积分数对总生物碱得率的影响编号12345夹带剂体积(ml)5

23、0100150200250萃取率(%)4.737.1411.8514.1712.222.2 正交实验 综合各因素对黄连生物碱萃取率影响的研究结果, 确定了萃取温度、萃取压力、萃取时间的参数范围。以萃取率为考核指标, 采用L9 ( 34 )正交实验优化萃取工艺条件。各因素及水平值见表6。2.2.1 正交实验结果 实验结果见表7。方差分析结果见表8。从表7中看出, 各因素对萃取率的影响顺序为: 萃取压力 萃取温度 萃取时间, 最佳萃取工艺为A2 B2C2, 即萃取压力30Mpa, 萃取温度60, 萃取时间1. 5 h。通过表8方差分析可知, 萃取压力对萃取率的影响最为显著, 其他因素没有太大的显著

24、性。黄连中生物碱的超临界CO2 萃取工艺研究3 表6 SFE萃取黄连生物碱因素水平表水平萃取压力（A,MPa)萃取温度(B,)萃取时间（C，h）D空白125551.0230601.5335652.0表7 L9 ( 34 )正交实验结果试验号ABCD（空白）萃取率（%）1111110.332122211.26313339.974212313.105223114.216231212.18731329.608321310.15933219.78均值110.52011.01010.88711.440均值213.61311.87311.38011.013均值29.84310.64311.26011.07

25、3极差3.3201.2300.4930.427黄连中生物碱的超临界CO2 萃取工艺研究3 表8 L9 ( 34 )方差分析结果方差来源偏差平方和自由度F值显著性A萃取压力18.467257.709*B萃取温度2.39327.478C萃取时间0.39721.241D误差0.322注: F0. 05 ( 2, 2 ) = 19. 00, P 萃取温度 萃取压力 萃取时间。以萃取时间作为误差, 方差分析, 夹带剂体积及萃取温度对紫杉醇的提取率有显著性差异( P 0.05) 。但是萃取温度对紫杉醇的提取为负影响, 萃取压力增加至25MPa以上后紫杉醇的提取率不再提高。故结合实际情况,拟定工艺为: 夹带

26、剂体积20ml, 萃取压力25MPa, 萃取时间120min, 萃取温度40 。3.2 最佳工艺验证: 取经处理后的南方红豆杉枝叶50g , 三份按最佳提取参数提取, 即: 夹带剂体积20ml,萃取压力30MPa, 萃取时间120min, 萃取温度40 。测定提取物含量, 如表4。 表4 最佳工艺验证结果( mg)序号第一份第二份第三份平均值紫杉醇含量7.817.787.917.83CO2 超临界萃取法提取南方红豆杉中紫杉醇的工艺研究44 结论 CO2 超临界萃取技术是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系, 即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的萃取技术, 具有防止热敏性物质的氧

27、化、安全、无毒、价廉等特点。萃取温度对提取率呈负影响, 可能由于紫杉醇为热敏性物质, 高温使紫杉醇结构破坏, 从而影响提取率。 本文以废弃的南方红豆杉枝叶为原料, 进行了CO2超临界萃取紫杉醇的工艺研究, 经三批药材的工艺验证,平均紫杉醇含量为7.83mg , 转移率85% , 达到了较好的提取效果, 为紫杉醇获得提供了一种新的途径。总 结 目前, 有关超临界萃取技术提取中药有效成分的研究较多, 可分为挥发油、生物碱、醌类、多糖、皂苷类、黄酮类、木脂素和香豆素等多种中药有效成分。挥发油的提取：运用超临界CO2 萃取技术成功提取挥发油成分的中药已达数十种。研究结果表明, 该项技术对挥发油的提取效果有着其他提取技术不可替代的优势。由于挥发油成分极性小, 分子量小且沸点低, 在CO2 流体中具有良好的溶解性能。特别是大多数挥发油成分不稳定, 在用传统提取工艺提取时极易分解和挥发, 收效低。应用超临界CO2 萃取技术可以有效解决提取时挥发油成分不稳定的难题, 如对郁金挥发油提取时, 运用超临界萃取要比水提法高4倍。生物碱的提取：生物碱在植物体内主要以盐的形式存在, 极少以游离的形式存在, 单独用超临界