超临界C02萃取技术与中药现代化

我国现阶段对中药中挥发性有效组分的提取往往采用传统的水蒸汽蒸馏法或有机溶剂萃取法，造成有效成分的损失和收率低，创制的中成药还难以在国外注册、合法销售与使用，市场占有率仅为1％左右，与天然药物主产国的地位极不相称，其主要原因是产业技术现代化水平不高，制备工艺和剂型现代化方面还很落后；生产过程的许多方面缺乏科学、严格的工艺操作参数，从而导致有效成分损失、疗效不稳定等缺点。要改变这种现状，增强中药在国际市场上的竞争地位，必须采用先进技术实现中药现代化，其中最关键的就是实现提取分离工艺、制剂工艺现代化…。用超临界c0，萃取可防止中药有效组分的逸散和氧化，过程没有有机溶剂残留，可获得高质量的提取物并提高药用资源的利用率，因此在中药现代化过程中具有广阔的应用前景。 1超临界co2萃取技术的原理 超临界c02是指处于临界温度与临界压力(称为临界点)以上状态的一种可压缩的高密度流体，是通常所说的气、液、固三态以外的第四态，其分子问力很小，类似于气体，而密度却很大，接近于液体，因此具有介于气体和液体之间的气液两重性质，同时具有液体较高的溶解性和气体较高的流动性，比普通液体溶剂传质速率高，并且扩散系数介于液体和气体之间，具有较好的渗透性，而且没有相际效应，因此有助于提高萃取效率，并可大幅度节能。 超临界cO2的物理化学性质与在非临界状态的液体和气体有很大的不同。由于密度是溶解能力、粘度是流体阻力、扩散系数是传质速率高低的主要参数，因此超临界cO2的特殊性质决定了超临界cO2萃取技术具有一系列的重要特点。超临界cO：的粘度是液体的百分之一，自扩散系数是液体的100倍，因而具有良好的传质特性，可大大缩短相平衡所需时间，是高效传质的理想介质；具有比液体快得多的溶解溶质的速率，有比气体大得多的对固体物质的溶解和携带能力；具有不同寻常的巨大压缩性，在临界点附件，压力和温度的微小变化会引起cO2的密度发生很大的变化，所以可通过简单的变化体系的温度或压力来调节c02的溶解能力，提高萃取的选择性；通过降低体系的压力来分离cO2和所溶解的产品，省去消除溶剂的工序。 在传统的分离方法中，溶剂萃取是利用溶剂和各溶质间的亲和性(表现在溶解度)的差异来实现分离的；蒸馏是利用溶液中各组分的挥发度(蒸汽压)的不同来实现分离的。而超临界cO2萃取则是通过调节cO2的压力和温度来控制溶解度和蒸汽压这2个参数进行分离的，故超临界cO2萃取综合了溶剂萃取和蒸馏的2种功能和特点，进而决定了超临界cO2萃取具有传统普通流体萃取方法所不具有的优势：通过调节压力和温度而方便地改变溶剂的性质，控制其选择性；适当地选择提取条件和溶剂，能在接近常温下操作，对热敏性物质可适用；因粘度小、扩散系数大，提取速度较快；溶质和溶剂的分离彻底而且容易。从它的特性和完整性来看，相当于一个新的单元操作，因此引起了国内外的广泛关注。 2超临界CO2萃取技术在中药现代化中应用的优越性 用超临界c02萃取技术进行中药研究开发及产业化，和传统加工方法相比，具有许多独特的优点： (1)萃取能力强，提取率高。用超临界cO2提取中药有效成分，在最佳工艺条件下，能将所需提取的成分几乎完全提取，从而大大提高产品收率及资源的利用率。同时，随着超临界c02萃取技术的不断进步，把超临界cO：萃取扩展到水溶液体系，使得难以提取的强极性化合物如蛋白质等的超临界CO2提取已成为可能； (2)萃取能力的大小取决于流体的密度，最终取决于操作过程的温度和压力。改变其中之一或同时改变，都可改变溶解度，可以有选择地进行中药中多种物质的分离，从而可减少杂质，使中药有效成分高度富集，便于减小剂量和控制质量，使产品外观大为改善； (3)超临界c02萃取的操作温度低，能较完好地保存中药有效成分不被破坏，不发生次生化，因此，特别适合于那些对热敏感性强、容易氧化分解破坏的成分的提取； (4)提取时间快，生产周期短。超临界c02提取循环一开始，分离便开始进行。一般提取10 min就有成分分离析出，2～4 h左右便可完全提取，同时，它不需浓缩等步骤，即使加入夹带剂，也可通过分离功能除去或只需简单浓缩； (5)超临界c02提取，操作参数容易控制，因此能保证有效成分及产品质量的稳定性； (6)超临界C02还可直接从单方或复方中药中提取不同部位或直接提取浸膏进行药理筛选，开发新药，大大提高新药的筛选速度。同时可以提取许多传统方法提不出来的物质，且较易从中药中发现新成分，从而发现新的药理药性，开发新药； (7)超临界C02还具有抗氧化、灭菌作用，有利于保证和提高产品的质量； (8)超临界CO2萃取应用于分析或与GC、IR、MS、LC等联用成为一种高效的分析手段，将其用于中药质量分析，能客观地反映中药中有效成分的真实含量； (9)经药理、临床证明，超临界C02提取中药，不仅工艺上优越，质量稳定，且标准容易控制，其药理、临床效果能够保证或更好； (10)超临界C02萃取工艺流程简单，操作方便，节省劳动力和大量有机溶剂，减少三废污染，这无疑为中药现代化提供了一种高效的提取、分离、制备及浓缩的新方法。 3国内外研发现状及进展 1879年，Hanny就发现了超临界流体的独特溶解现象，但还未引起人们的注意，直到1978年，超临界流体萃取作为一种新型分离技术受到了人们的极大关注，在基础理论研究、工艺、设备的设计以及工业化等方面都取得了较大发展。在发达国家，超临界流体技术发展很快，已普遍用于医药、食品、香料、石油化工、环保等领域，成为获得高质量产品的最有效方法之一，各国纷纷推出各具特色的提取装置，已从实验室走向工业化阶段。然而，超临界C02萃取作为一种全新的化工分离技术，长期以来，其研究多为简单萃取，处理的物料也多以固体植物为主，得到的是粗提的混合物，几乎得不到高纯度产品。为了得到纯度较高的高附加值产品，对超临界流体逆流萃取和分馏萃取的研究越来越多。发达国家如德国、法国、日本、澳大利亚、意大利和巴西等国在这方面做了很多的研究工作，目前研究的体系有甾醇一维生素E、柑橘油和各种不饱和脂肪酸，研究的内容有相平衡、理论级计算、理论塔板高度和传质单元高度的确定、工艺操作条件的优选、萃取柱内的浓度分布、能耗估算、萃取柱设计、过程工艺与设备的数学模拟等。 从20世纪70年代末80年代初开始，国内一些大专院校和科研院所分别对超临界萃取技术进行了大量的应用与工程研究，在天然产物提取方面使用超临界萃取技术研究出了一批可以工业化的新产品，内容涉及小麦胚芽油、卵磷脂、菊花油等天然香料等。但由于超临界流体萃取技术在工艺、设备和工程上尚存在许多难点及受国内行业综合技术水平的限制，对此技术的开发还需做大量工作，如果装置的设计不解决工程中的流体力学、工程热力学和放大效应等问题，就会运行不稳定，甚至开不起车；如果没有快开密封结构、C02高压泵不好用或操作控制不方便，工业化程度也不会高；国产设备的工作压力还有待进一步提高。为了满足国内技术经济发展的需要，经过广大科研人员的努力，我国的超临界流体萃取技术的基础和应用研究取得了巨大进步，但与世界先进水平相比，设备质量不高，测量手段较为落后，在研究的深度和广度上都有相当大的差距。 4超临界CO：萃取技术在中药现代化中的应用 4．1超临界C02萃取与中药有效成分或中间原料的提取这一方面主要是指那些已具备质量标准的单体或有效部位的提取，往往本身就是产品，只要达到标准便可进入市场。这是超临界cO2萃取技术应用于该领域中的较为容易进行的一个方面，所要进行的工作就是在调研的基础上选择好品种，在质量分析监测下进行超临界C02萃取工艺条件的筛选，确定最佳工艺条件，然后进行中试放大，并与传统工艺进行对比，分析工艺、经济上的可行性，最后进行工业化生产。 4．1．1超临界t202萃取黄花中青蒿素的工艺青蒿素是来自菊科植物黄花蒿的一种半萜内酯类成分，是我国唯一得到国际承认的抗疟新药。传统的汽油法存在收率低、成本高、易燃易爆等危险。采用超临界CO：萃取工艺用于青蒿素的生产，青蒿素产品符合中国药品标准。与传统的提取工艺相比，超临界CO：萃取工艺具有产品收率高、生产周期短、成本低等优点，可节省大量的有机溶剂汽油，避免易燃易爆等危险，减少了三废污染，大大简化了生产工艺。 4．1．2超临界C02萃取法提取B一胡萝卜素的工艺B．胡萝卜素在增强人体的免疫能力等方面具有明显的作用，由于β-胡萝卜素是脂溶性物质，在超临界二氧化碳中具有一定的溶解度，与原料中其他复杂有机组分共存，溶解度会更大，并且采用超临界CO2萃取技术用于β一胡萝卜素的生产，具有萃取效率高，速度快，无污染，工艺简单，萃取物色味纯正等优点。 4．1．3超临界CO2萃取螺旋藻的工艺螺旋藻含丰富的蛋白质和多种生物活性成分，采用传统的有机溶剂法会污染产品，且分离工艺复杂。采用超临界二氧化碳萃取技术可将螺旋藻中所含的具有生物活性和热不稳定性的物质提取出来并保持其天然特性，加入适当的夹带剂，可将其中强极性的蛋白质提取出来，从而提高螺旋藻产品的附加值，并可显著提高螺旋藻产业的经济和社会效益。 4．2超临界COz萃取与中药化学成分的研究 4．2．1 红豆杉中紫杉烷类化学成分的研究红豆杉中的紫杉醇具有抗癌作用，其化学成分的研究受到了较大的重视。对于红豆杉中紫杉烷类成分的提取分离，传统的植物化学分离要得到单体纯品难度较大，步骤较为繁琐，原料经多次浸提浓缩后，还需用有机溶剂多次萃取，再进行多次柱层析。此过程要用多种有毒的有机溶剂。采用超临界C02萃取技术进行红豆杉的化学成分的研究，所得粗浸膏含杂质少，较易分离得到单体。 4．2．2姜黄油化学成分的研究及姜黄油的提取超临界CO2提取姜黄油，其收油率高，生产周期短，已用于妇科用药爱尔康产品的生产。采用超f临界c0：萃取技术进行中药挥发油化学成分的研究较为简单，直接进行 GC—Ms一计算机联用技术分析，即可鉴定油中的化学成分，还可提取出水蒸汽蒸馏法提取不出来的成分。 4．3超临界cO2萃取与名优中成药生产工艺改革 4．3．1 复方丹参制剂中丹参提取的工艺改革丹参酮类是从唇形科植物丹参中提取的总酮类及其它成分的总称，是制备各种丹参制剂如复方丹参片、丹参酮磺酸钠注射液(主要用于心脑血管疾病)和丹参酮胶囊(主要用于抗菌消炎)原料的主要成分。传统的提取方法主要是乙醇热回流提取，然后浓缩成浸膏，用于各种制剂。由于提取能力差和长时间加热提取或浓缩，有效成分损失严重，难以达到标准。采用超临界c0：萃取技术进行工艺改革，收率高，生产周期缩短，有效成分可大大提高。 4．3．2大蒜注射液的工艺改革大蒜注射液为临床上广泛应用的中药制剂，传统的生产工艺是水蒸汽蒸馏配制而成。采用超临界c0：萃取法对其进行工艺改革并用于临床证明，不仅工艺优越，而且还能提高疗效。 4．4超临界c0，萃取与单方中药新药的研究与开发 4．4．1 紫苏子油的超临界c0：提取及其降血脂药效学研究采用超临界cO：提取紫苏子油的工艺，与传统的工艺 (石油醚法)相比较，收率高，提取时间短，有效成分浓缩。毒性实验表明，超临界提取的紫苏子油具有较好的降血脂作用，且毒性较低，药理效果较好，有效成分高度浓缩，杂质少，质量容易控制，制剂的外观颜色好。 4．4．2蛇床子有效部位的超临界c0：提取及治疗妇科炎症药效学研究蛇床子为伞形科植物蛇床的果实，传统的中医主要用于妇科炎症的治疗。采用超临界cO2萃取法提取蛇床子的有效部位，工艺上表现出有效成分收率高，提取时间短及有效成分高度浓缩等优越性，临床实验证明，蛇床子采用超临界c02工艺提取有效部位进行新药开发，不仅工艺优越，质量稳定且容易控制，而且还能保持传统中医的治疗效果。 4．5复方中药超临界c02提取及药学研究中药复方是传统中药的最主要部分，也是中药与国际接轨难度最大的部分，用超临界c02萃取技术对中药复方进行提取工艺的研究及新药开发还是一个空白。文献在对单方中药超临界c02萃取研究的基础上结合传统中医理论对中药复方进行了研究，证明复方提取时，中药成分的提取由于互溶作用，促进了其它中药成分的提取。采用超临界 c02萃取技术，复方的有效成分高度浓缩，杂质少，外观颜色较好，批间重复性较好，有效部分具有传统中医要求的药效，且复方后具有协同补充效果。 4．6超临界cO2萃取与中药质量标准质量标准是影响中药进入国际市场的又一因素。采用先进、准确的分析方法进行中药质量控制有利于中药现代化。分析型超临界c0：萃取技术用于药物分析具有省时、样品用量少、条件易于控制、不分解也不污染产品等优点，特别适用于从复杂基体中分离、鉴定痕量组分，嘲对成分复杂的中药特别是复方中药的分析就特别适用。 5夹带剂在中草药超临界co2萃取中的作用 由于纯co2本身的非极性特点，大大限制了其应用范围。为了有效提取那些非脂溶性的、强极性的重要中药有效成分，常常要在c0：中加入夹带剂，以改变c02流体的极性。夹带剂是在纯超临界流体中加入的一种少量的、可以与之混溶的、挥发性介于被分离物质与超临界组分之间的物质。夹带剂可以是某一种纯物质，也可以是两种或多种物质的混合物。 夹带剂可从两个方面影响溶质在超临界流体中的溶解度和选择性。一是溶剂的密度；二是溶质与夹带剂分子间的相互作用。一般来说，少量夹带剂的加入对溶剂的密度影响不大，甚至还会使超临界溶剂密度降低，而影响溶质溶解度与选择性的决定因素是夹带剂与溶质分子间的范德华作用力或夹带剂与溶质之间形成的特定分子间作用，如形成氢键及其他各种化学作用力等。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，加入夹带剂后，混合溶剂的临界点相应改变，如能更接近萃取温度，则可增加曩解度对温度、压力的敏感程度。 虽然加入夹带剂后，体系的相行为和溶剂性质都可能发生复杂的变化，但在大量实验结果的基础上仍然可以找到适宜的夹带剂及其用量。夹带剂的用量必须是相对c02流量而言的，其影响往往有一个最佳值，太大或太小都不会最好。但必须注意，在中草药的提取中，夹带剂的使用应力求避免使用那些有害的物质，一般常用的夹带剂有水、乙醇、丙酮乙酸乙酯等。 夹带剂的正确选择和使用对萃取效果影响甚大，能大大拓宽超临界c02在生理活性物质萃取上的应用范围，但目前在使用上还缺乏足够的理论方面的研究，可测性差，主要靠实验摸索。 6结语 超临界c02萃取技术作为一种新的单元操作过程，可起到高效分离或浓缩有效成分的作用。虽然超临界c02萃取技术在应用过程中面I临设备一次性投资较大的问题，但它在生产过程中投资较小，以及具有不存在溶剂残留等优越性，因此在实现中药现代化的过程中将会发挥重大的作用。 超临界c02萃取技术应用于中药或天然药物，要从单纯的进行中间原料的提取转向于兼顾单方、复方中药新药的开发应用或对现行的名优中成药生产工艺改革或二次开发上；加强有关基础研究和应用研究，把超临界cO2萃取的应用范围扩展到水溶液体系，为超临界c02萃取中药中的具有特殊活性水溶性成分提供新方法；加强分析型超临界CO2萃取或超临界色谱在中药分析中的应用，不断改革传统经典的分析方法。

(如果您认为转载内容侵犯了您的权益，请及时联系我们，本网站将在收到信息核实后24小时内删除相关内容。)