超临界流体萃取技术在中草药及天然产物提取中的应用(doc 14)

精品资料网（）25万份精华管理资料，2万多集管理视频讲座精品资料网（）专业提供企管培训资料超临界流体萃取技术在中草药及天然产物提取中的应用【摘要】在过去的十几年，超临界流体萃取技术从天然产物和中草药中已经成功地萃取和分离了多种活性成分，本文主要针对超临界流体萃取技术在实际应用方面的几个问题进行综述，包括提携剂的选取、样品的制备、萃取温度和压力的影响、萃取物的采集方法等几个方面。【关键词】超临界流体萃取；中草药；天然产物；综述【Abstract】Inthepastdecade，supercriticalfluidextraction(SFE)technologyhasbeensuccessfullyappliedtotheextractionandseparationofavarietyofactivecompoundsfromherbsandnaturalplants.ThispaperreviewedafewaspectsofSFEapplicationinselectionofmodifiers，samplepreparation，effectsofpressureandtemperature，collectionmethods.【Keywords】supercriticalfluidextraction；herbal；naturalproduct；review中草药及天然产物中有效成分的提取，直接关系到产品有效成分的含量，影响其内在质量、临床疗效、经济效益及GMP的实施［1］。传统提取中草药有效成分的方法有水蒸气蒸馏法、减压蒸馏法、溶剂萃取法等，这些方法通常是工艺复杂、耗时、产品纯度不高、对环境污染大，而且易残留有害物质。所以科研精品资料网（）25万份精华管理资料，2万多集管理视频讲座精品资料网（）专业提供企管培训资料工作者们一直在试图寻找提取效率高、选择性好、污染小的方法，随着现代科学技术的不断发展，涌现出了许多新的分离提取方法，加快了提取过程，提高了提取效率。超临界流体萃取技术就是其中之一，较传统提取方法而言，该方法具有简便、快速、提取率高、无污染等特点。早在1879年，Hannay等［2］就发现超临界乙醇流体对无机盐固体具有显著的溶解能力，但超临界流体萃取(supercriticalgluidextraction，SFE)却是在近30年来才迅速发展起来的一种新型物质分离、精制技术［3，4］。所谓超临界流体（supercriticalfluid，SCF）是指物质处于临界温度和临界压力时，成为单一相态，即超临界流体，在超临界状态下，流体的性质介于气体和液体之间，既具有与气体接近的粘度及高的扩散系数，又具有与液体相近的密度。在超临界点附近压力和温度的微小变化都可以引起流体密度很大的变化，并相应地表现为溶解度的变化，因此可以利用温度和压力的变化来实现萃取和分离的过程。超临界流体萃取技术具有萃取速度快、提取率高、产品纯度好、流程简单、能耗低、过程无有机溶剂残留等优点［5］。目前超临界流体研究范围涉及食品、香料、医药、化工、环保等领域［6～14］，并取得了一系列的研究进展。本文就超临界流体萃取技术在中草药及天然产物中有效成分的分离提取中实际操作方面的几个问题进行综述，包括样品的制备、提携剂的选择、萃取温度和压力的影响、萃取产物的采集方法等。1超临界流体萃取技术的主要特点［14～24］精品资料网（）25万份精华管理资料，2万多集管理视频讲座精品资料网（）专业提供企管培训资料1.1超临界流体的特点超临界流体既具有液体对溶质有比较大溶解度的特点，又具有气体易于扩散和运动的特性，传质速率大大高于液相过程(超临界流体的扩散系数为～10-4cm2/s，液体的扩散系数为～10-5cm2/s)。也就是说超临界流体兼具气体和液体的性质，即具有较低的粘度和较高的扩散力。所以超临界流体萃取率高，萃取速度快。1.2萃取和分离合二为一当饱含溶解物的超临界流体流经分离器时，由于压力下降使得流体与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不存在物料的相变过程，无需回收溶剂，操作方便；不仅萃取效率高，而且能耗较少，节约成本。1.3超临界流体萃取通常在较低温度下进行可以有效地防止热敏性成分的氧化和逸散，特别适合于那些对热敏感性强、容易氧化分解成分的分离提取。1.4超临界二氧化碳流体常态下是气体，无毒与萃取成分分离后，完全没有溶剂的残留，有效地解决了传统提取方法的溶剂残留问题。1.5流体的溶解能力与其密度的大小相关而温度、压力的微小变化都会引起流体密度的大幅度变化，并相应地表现为溶解度的变化。因此，可以利用压力、温度的变化来实现萃取和分离的过程。1.6提取速度快、生产周期短超临界二氧化碳提取（动态）循环一开始，精品资料网（）25万份精华管理资料，2万多集管理视频讲座精品资料网（）专业提供企管培训资料分离便开始进行。一般提取10min便有成分分离析出，2～4h便可完全提取。同时它无需浓缩等步骤，即便加入提携剂，也可通过分离功能除去。1.7分离工艺流程简单超临界萃取只由萃取器和分离器2部分组成，不需要溶剂回收设备，操作方便，节省劳动力和大量有机溶剂，减小污染。而且操作参数容易控制，因此，有效成分及产品质量稳定可控。1.8超临界二氧化碳流体萃取能应用到不同类型的系统中［33］如：分析型设备（萃取釜容积一般在500ml以下），中试设备（1～20L），以及工业化生产装置（萃取釜容积50L至数立方米）等。2超临界二氧化碳流体萃取流体虽然超临界流体的溶剂效应普遍存在，但实际上需要考虑溶解度、选择性、临界点数据以及化学反应的可能性等一系列因素，因而文献上常采用的临界点流体溶剂并不太多［24］，而以二氧化碳应用最广泛，因为二氧化碳超临界密度大，溶解能力强，传质速率高；临界压力（7.39MPa）适中，临界温度31.06℃，分离过程可在接近室温条件下进行；便宜易得，无毒，惰性以及极易从萃取产物中分离出来等一系列优点，当前绝大部分超临界流体萃取都以二氧化碳为溶剂。由于二氧化碳是一种非极性溶剂，所以二氧化碳流体最适合萃取亲脂性的化合物。对于极性化合物的萃取，通常选用极性较强的流体物质，如：CHClF2精品资料网（）25万份精华管理资料，2万多集管理视频讲座精品资料网（）专业提供企管培训资料(Freon-22)和NO2［25～29］。但是由于NO2流体容易产生爆炸，CHClF2破坏大气的臭氧层，极大地限制了两种流体的应用。水也可作为超临界流体材料（水的临界温度为374.2℃，临界压力为22MPa）［30～35］，虽然它对极性化合物有较高的萃取率，但是由于需要较高的温度，所以不适合萃取那些对热敏感性强、容易分解的物质，而且在高温条件下水中的氧有腐蚀性，不仅使有机成分分解，而且可能破坏萃取罐。所以超临界水流体在实际应用中有很大的局限性。本文主要讨论超临界二氧化碳流体的应用，其他的超临界流体在这里不做讨论。3提携剂在超临界流体萃取过程中，由于二氧化碳是非极性物质，比较适合于脂溶性物质的萃取，但对极性较强的物质来说，其溶解能力明显不足，此时，为增加二氧化碳流体的溶解性能，通常在其中加入少量极性溶剂，以增加其溶解能力，这种溶剂称为提携剂（entrainer），也称夹带剂或修饰剂(cosolvent，modifier)。提携剂通常是有机溶剂，它可以是某一种纯物质，也可以是两种或多种物质的混合物。提携剂的加入可以大大提高难溶化合物的溶解度，提高萃取效率，降低萃取时间，但是其作用机制至今仍不清楚，可能是由于提携剂与溶质分子之间的范德华作用力，或与溶质之间形成氢键及其他各种化学作用力等影响了溶质在超临精品资料网（）25万份精华管理资料，2万多集管理视频讲座精品资料网（）专业提供企管培训资料界流体中的溶解度与选择性；另外，在溶剂的临界点附近，溶质溶解度对温度、压力的变化最为敏感，加入提携剂后，混合溶剂的临界点相应改变，如能更接近萃取温度，则可增加溶解度对温度、压力的敏感程度［36～38］。Hawthorne等［39］使用超临界二氧化碳流体萃取薄荷和青兰中的精油时，在500g的样品中只加入了0.5ml的CH2Cl2，萃取时间就由90min降低到30min，而萃取率与采用水蒸气蒸馏法提取4h的结果一致；Lin等［40］萃取黄芩根中极性比较大的黄酮类化合物时，加入浓度为70%的乙醇后，提取率比常规方法提高了12.6%；姜继祖等［41］采用超临界二氧化碳流体萃取光菇子中秋水仙碱时，加入浓度为76％的乙醇做提携剂，结果萃取率提高了1.25倍。据文献报道，在天然植物的提取中，至少使用过17种提携剂［42］，有水、乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等，其中，乙醇是最常用的一种，虽然乙醇的极性不如甲醇，但是由于乙醇无毒且易与二氧化碳混合，所以在天然植物的超临界二氧化碳流体萃取中，广泛采用乙醇做提携剂［43～51］。水也可以做提携剂，Ling［52］和Saldana等［53］在研究中发现，样品中含有约10%的湿度时，可以大大提高萃取率；Miyachi等［54］用水做提携剂，成功地萃取了木酚素和黄酮类化合物。实验还发现，水和甲醇及水和乙醇的混合溶液做提携剂时，比单纯用甲醇和乙醇的效果好，可能是由于水能增加提携剂的极性，更有利于极性化合物的提取，Lin等［40］在提取黄芩根中的黄酮时发现，使用70%的甲醇作提携剂时，其萃取率比纯甲醇作提携剂高1倍；笔者［55］采用超临界二氧化碳流体萃取朝鲜淫羊藿中的总黄酮时，也发现用70％的乙醇做提携剂时其萃精品资料网（）25万份精华管理资料，2万多集管理视频讲座精品资料网（）专业提供企管培训资料取效果比用纯乙醇高；Anu［56］和Janicot等［57］在超临界二氧化碳流体萃取的研究中也证实了这一点。此外，在超临界流体萃取过程中，还可以根据需要采用不同的提携剂进行分步萃取，可以得到不同的产物，Palma等［58］用超临界流体萃取葡萄籽中的酚类化合物时就采取2步萃取，首先采用纯二氧化碳作为超临界流体进行萃取时，主要得到脂肪酸、脂肪族醛类和甾酮类化合物，然后再采用甲醇做提携剂进行萃取，主要得到表儿茶酸和五倍子酸；Sargenti等［59］用超临界二氧化碳流体萃取柠檬草时，采用3步萃取，分别加入正己烷、丙酮、甲醇做提携剂，得到不同的产物。总之，采用何种提携剂主要取决于样品及产物的性质，并通过初步试验确定最佳提携剂［60，61］。虽然加入提携剂能够在一定程度上提高萃取率，但是同时也萃取出了更多的杂质，使选择性降低［62，63］。此外，如果提携剂的浓度不合适，反而会降低萃取率，Sanagi等［64］采用超临界二氧化碳流体萃取可可豆中吡嗪，实验结果表明，当采用2%甲醇和5%二氯甲烷做提携剂时，萃取率升高，而采用5%甲醇和2%二氯甲烷做提携剂时，萃取率反而下降。事实上，并不是所有的超临界二氧化碳流体萃取过程都需要提携剂，Ashraf-Khorassani等［65］从醉椒根中萃取了7种内酯，用纯二氧化碳流体时萃取率基本上都超过90%，加入乙醇做提携剂萃取率没有显著提高。据报道甚至三萜类化合物在比较温和的超临界二氧化碳流体萃取条件下，当无提携剂存在时，也能获得比较满意的萃取率［66］。精品资料网（）25万份精华管理资料，2万多集管理视频讲座精品资料网（）专业提供企管培训资料提携剂的加入方式通常有3种［54，