《亚临界水萃取》PPT课件.ppt

1、亚临界水萃取及其应用,河南省亚临界萃取工程技术 研究中心 ,亚临界水又称超加热水、高压热水或热液态水，是指在一定的压力下，将水加热到100以上临界温度374以下的高温，水体仍然保持在液体状态。亚临界状态下流体微观结构的氢键、离子水合、离子缔合、簇状结构等发生了变化，因此亚临界水的物理、化学特性与常温常压下的水在性质上有较大差别。常温常压下水的极性较强，亚临界状态下，随着温度的升高，亚临界水的氢键被打开或减弱，从而使水高到低萃取出来。这样就可以通过控制亚临界水的温度和压力，使水的极性在较大范围内变化，从而实现天然产物中有效成分从水溶性成分到脂溶性成分的连续提取，并可实现选择性提取。此外，由于亚临

2、界水萃取是以价廉、无污染的水作为萃取剂，因此，亚临界水萃取技术被视为绿色环保、前景广阔的一项变革性技术。,亚临界水参数 水的临界压力及临界温度分别为221 MPa和374，在f374，p221 MPa条件下，水的介电常数为515。在比3742和221MPa稍微低一些的低温压下成液体状态的水称为“亚临界水”，英文为：subcritical water。,亚临界水萃取应用 亚临界水萃取技术是近10年来刚刚发展起来的新型技术，该技术最早应用于土壤、沉积物、淤泥等环境样品中有机污染物的萃取。1998年，英国的Basile等第一次用超加热水提取迷迭香叶子中的挥发油，随后，该技术逐步被应用于其他天然产物及

3、食品的萃取中。由于技术优势明显，该技术很快作为从天然产物中萃取有效成分的新方法而得以迅速发展。,丸散膏丹，傻大黑粗？,一、现代中药的传统提取技术,浸渍法 冷浸，杂质少，简便易行 费时、浸出率低 渗漉法：冷浸，杂质少 煎煮法：水提取，最传统的中药提取方法 回流提取法：最常用 动态连续提取法 实验室：索氏提取器，多用于分析 工业生产：多功能浓缩提取器,二、较新的提取技术,连续逆流萃提取 (continuous countercurrent extraction, CCE) 微波萃取 (microwave-assisted extraction, MAE) 超声提取 (ultrasound-assi

4、sted extraction, UAE) 液泛法提取 (flooding extraction, FE) 压榨提取 (press extraction, PE) 组织破碎提取法 (smashing tissue extraction, STE) 免加热提取 (heating-free extraction, HFE) 空气爆破提取 (air explosion extraction, AEE) 常温超高压提取 (ultra-high pressure extraction, UHPE) 酶法提取 (enzymatic treatment extraction, ETE) 半仿生提取 (sem

5、i-bionic extraction, SBE) 超临界流体萃取 (supercritical fluid extraction, SFE),1、连续逆流萃提取 (CCE),特点 使萃取剂与药材在设备内接触并呈逆向流动 任意一个截面上的传质推动力都是最大的 优点 提取速度快 收率高 无反混现象 连续运行 可结合离心、超声等技术 技术已经成熟 缺点 对药材物性形状粒度要求较高 清洗问题没有彻底解决,2、微波萃取技术 (MAE),原理 在微波场中,吸收微波能力的差异使物质的某些区域萃取体系中的某些组分被选择性加热 从而,使得被萃取物质从基体或体系中分离,进入到介电常数较小,吸收能力相对差的萃取剂

6、中 优点 选择性高 操作时间短 溶剂消耗量少 有效成分得率高 不产生噪音 适用于热不稳定物质 影响微波萃取效率的因素 萃取剂：之为非极性或弱极性的,如己醇、己烷等 药材含水量：吸收微波升温,3、超声提取技术 (UAE),原理 利用超声波的空化作用加速植物有效成分的溶出 超声波的次级效应，如机械振动、乳化、扩散、击碎、化学效应等也能加速要提取成分的扩散释放并与溶剂充分混合 优点 提取时间短 提出率相对较高、纯度较高 低温提取利于有效成分保护 缺点： 对容器厚薄及位置要求较高，否则影响药材浸出效果 现状：该法已用于小规模少量提取中,4、液泛法,原理 利用溶剂蒸汽，增加液相湍动，提高溶质扩散速率 因

7、为不断有冷凝液加入，保持了溶质与溶剂间的浓度梯度，明显提高了相间的传质推动力 与索氏提取器的区别 缺点 需要较高温度,1. 三口烧瓶 2. 止回阀 3. 缓冲瓶 4. 虹吸管 5. 支管 6. 反应管 7. 冷凝管 8. 筛板,5、压榨提取 (PE),靠机械外力的作用直接挤压植物组织,使细胞破裂,液体(油脂或汁液) 流出 适用于多汁液或多油脂的植物 柑桔籽油、柑桔皮、沙棘籽油、芹菜黄酮、山苍子油、温莪术挥发油等 与传统溶剂萃取等方法相比 不需溶剂,保持原汁原味,避免溶剂残留,产物更安全;压榨速度快,生产效率高 压榨工序少,操作简单,减少后处理工序 与超临界萃到相比 生产设备简易,造价低 可进行

8、连续生产,螺旋式压榨提高工作效率 加工能力强,生产成本低,6、组织破碎提取技术,原理：通过对植物材料在适当的溶剂中,充分破碎而达到提取的目的 优点 操作简单，避免高温加热 提取时间极短 缺点 提取物收率不是最高 研究数据积累不够 现状 已有中试型产品 要应用于大生产,还需进一步研究 可灵活应用：破碎渗滤,7、免加热提取 (HFE),原理： 对溶媒施加交变压强强制植物细胞形状改变细胞在挤压和扩张中溶剂反复渗入、渗出有效成分置换到细胞外 优点：常温或低温条件下进行 缺点：操作复杂化和设备安全问题,8、空气爆破法,药材组空气：压缩突然减压 “爆米花” 冲破植物细胞壁，撕裂植物组织，利于溶剂渗入药材内

9、部 来源：造纸工业的制浆工艺 适用：多纤维药材 不宜用于短纤维和高含淀粉的药材,9、常温超高压提取 (UHPE),原理 常温下用1001 000 MPa 的流体静压力作用于事先预处理(干燥、粉碎、脱脂、浸泡) 过的药材(即升压阶段,一般几分钟) 保压一段时间(即保压阶段,一般几分钟) ,使细胞内外压力达到平衡 然后迅速卸压(即卸压阶段,一般几秒钟) 使细胞内外渗透压力差突然增大,胞内有效成分穿过细胞的各种膜,转移到细胞外的提取液中,达到提的目的 优点：效率高、提取时间短、低温 缺点：高压设备昂贵,10、酶法,杂质：淀粉、果胶、蛋白质，酶水解除去 细胞壁是由纤维素(-D-葡萄糖苷键连接)，用纤维

10、素酶破坏糖苷键，破坏细胞壁 例：纤维素酶、果胶酶和蛋白酶按一定比例组成的复合酶提取姬松子实体多糖,11、半仿生提取法(SBE),模拟口服给药经胃肠道转运的原理 药料先用一定pH 的酸水提取，继以一定pH 的碱水提取 体现中医临床用药的综合作用特点，符合口服给药经胃肠道转运吸收的原理 仍用高温煎煮法，长时同高温煎煮会影响许多有效活性成分，降低药效 有人建议将提取温度改为近人体的温度，并且引进酶催化,12、超临界液体萃取技术(SFE),原理：在液气临界点附近，体系温度和压力微小的变化可导致溶解度发生几个数量级的突变 优点：同时完成萃取和蒸馏两步操作，分离效率高，操作周期短，渗透力强，蒸发潜热低，选

11、择性易于调节 超临界CO2(SFE-CO2)萃取技术优点： CO2临界度低(31.1，7.1 Mpa)可常温操作 化学隋性，可有效防止热敏、化学不稳定成分氧化分解 无毒，无溶剂残留 价廉易得，安全 适用：主要用于脂溶性物质的提取,关于超临界CO2的溶解能力,非极性溶剂 压力：压力密度渗透性、溶解力 弱极性化合物：710 MPa 含OH、COOH化合物：50 MPa 夹带剂：乙醇等极性强的溶剂,增加对极性物质的溶解能力 温度 压力较低时 (2845 Mpa)：T溶解力 压力较高时 2845 Mpa：T溶解力,提取罐，CO2密度大，溶解力强,分离罐，通过升温或降压使CO2密度减小，溶解力下降,SF

12、E设备,SFE在非极性成分提取中的应用,对中等极性物质，需要加入夹带剂,对较大极性物质 多糖、皂苷、黄酮苷等 SFE无能为力!,三、亚临界水提取,Subcritical Water Extraction，SBWE 升高水的温度和压力 水的极性降低 (介电常数10) 对脂溶性组分溶解能力增加 对中等极性乃至非极性的组分具有良好的提取能力 SBWE是SFE的最好补充,超临界流体/亚临界流体,临界温度 使物质由气相变为液相的最高温度叫临界温度 在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化 临界压力 在临界温度时使气体液化所需要的最小压力 超临界流体 温度及压力处于临界温度及临界压力以上的流体,

13、它的物理性质介于气体和液体之间 (基本属于气体) 亚临界流体 是指压力和 (或) 温度在其临界值之下的附近区域的液体,亚临界CO2萃取,超临界CO2萃取技术 萃取压力高 设备投资大 仪器运行消耗的能源和CO2费用高 亚临界CO2萃取技术 降低设备投资和生产成本,八角果实及枝叶亚临界CO2萃取挥发油化学成分的GC-MS分析 中国中药杂志，2008，33 (9)：1090-2,超临界水/亚临界水,超临界水 (Supercritical Water, SCW) 产生条件苛刻 (Tc=374,Pc=218atm) 具腐蚀性，会使一些化合物分解 无法当作一种萃取剂使用 亚临界水 (Subcritical

14、 Water, SBW) 条件较温和 (T：50250,适当压力) 具有较低的极性 可以用亚临界水代替乙醇和甲醇,亚临界水的极性,SBWE设备,食品科技. 2010, 35 (3): 215-8,SBWE: “环境友好”的绿色提取技术,SBWE应用实例,丹参脂溶性成分 有机溶剂提取 (OSE): 95% EtOH (1.5, 1.5, 2hr) SBWE: 180, 5MPa, 2min6 (12 min),丹参酮A,丹参酮A,OSE,SBWE,黄芩苷,OSE: 70%乙醇 SBWE 130，5MPa,OSE,SBWE,大黄中游离蒽醌,OSE 乙醚 SBWE 190（230），5MPa,OSE

15、,SBWE 190,SBWE 230,黄连生物碱,小檗碱、巴马汀、黄连碱和药根碱 SBWE最佳条件 溶剂样品比为0. 08 mlmg- 1 140、5MPa提取5 min2,华西药学杂志. 2008, 23 (6): 675-6,SBWE与其它提取技术的合用,SBWE+UAE 脱脂葡萄籽中原花青素 145 提取压力14MPa 提取时间18 min 得率为4.08%,中国中药杂志. 2010, 35 (8): 967-72,超声波换能器,SBWE+MAE,利用MAE的对水加热特性 红景天多糖的微波- 亚临界水法提取 仪器：微波消解仪、SC-60 单体消解罐、XY-I 型消解罐冷却机，上海新仪微波

16、化学科技有限公司 最佳条件 微波功率600 W 料液比130 提取时间11 min 压强1.0 MPa 红景天多糖的含量：14.01 ,食品研究与开发. 2010, 31 (2): 45-7,四、亚临界水色谱,亚临界水可作为RP-LC的流动相 水的程序升温能起到与LC梯度洗脱类似的作用。,压力阻尼调整,常规HPLC系统,GC程序升温装置,1、关于检测器,UV 水在UV低波长下吸收弱 对一般样品的检测波长能够低至190 nm FID 水在氢火焰离子化检测器 (FID)上无响应，可用 为HPLC 提供了一种通用型高灵敏检测器,2、关于色谱柱选择,空心毛细管柱 为GC中所采用的色谱柱，固定相为涂敷形式 更具耐热性 但柱容量小，固定液易流失 填充柱 硅胶基质固定相 ODS等 但耐热性差，固定液易流失 锆或其他金属氧化物基质固定相 具有更好的热稳定性