超臨界流體萃取在制藥行業(yè)
超臨界流體萃取在制藥行業(yè)中 【摘要】 近30年來，基于超臨界流體（Supercritical Fluid 簡稱 SCF 或 SF )的優(yōu)良特性發(fā)展起來的SCF技術(shù)取得迅速發(fā)展。其中發(fā)展 早、研究 多并已有工業(yè)化產(chǎn)品的技術(shù)當(dāng)屬超臨界流體萃取（Supercritical Fluid Extraction 超臨界流體簡稱SFE）,其在化工、能源、燃料、醫(yī)藥、食品、香料、環(huán)境保護(hù)、海洋化工、分析化學(xué)等多領(lǐng)域引起世人廣泛性趣，尤其近年來，在我國實(shí)施中藥現(xiàn)代化進(jìn)程中，超臨界萃取技術(shù)被列為中藥提取分離新技術(shù)，也受國人重視。 【關(guān)鍵詞】 超臨界萃取 原理 運(yùn)用概況 前景 一、前言 中醫(yī)藥作為中華民族的傳統(tǒng)瑰寶，是中華民族文化的燦爛結(jié)晶。超臨界流體萃取(Supercritical Fluid Extraction．SFE)是近年來發(fā)展起來的新型提取技術(shù)，由于它具有快速、選擇性好、條件溫和、安全無污染等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于生物工程、食品、醫(yī)藥工業(yè)等各個領(lǐng)域。目前，超臨界流體萃取技術(shù)已經(jīng)在中藥提取中得到了應(yīng)用，本文從它的技術(shù)原理、應(yīng)用概況、發(fā)展趨勢等方面作了綜述。 二、超臨界流體 超臨界流體(Supercritical Fluid。SCF)是在臨界壓力和臨界溫度以上的氣體或液體．它兼有氣、液兩者的特點(diǎn)，密度接近于液體，粘度和擴(kuò)散系數(shù)接近于氣體。它不僅具有與液體溶荊相當(dāng)?shù)娜芙饽芰Γ揖哂袃?yōu)良的傳質(zhì)性能?。被用作超臨界流體的溶劑有乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、甲醇、乙醇、水、二氧化碳、氧化亞氮、正戊烷、硫、三氟甲烷、六氟化物等多種物質(zhì)，超臨界CO2是的工業(yè)萃取劑。這是因?yàn)槎趸嫉呐R界條件容易達(dá)到(Tc=304．1K．Pc=7347Mpa)，且無毒、無味、不燃、價廉、易精制，這些特性對熱敏性和易氧化的產(chǎn)物更具有吸引力。 三、基本原理 超臨界流體萃取是上 先進(jìn)的物理萃取技術(shù)，簡稱SFE。在較低溫度下，不斷增加氣體的壓力時，氣體會轉(zhuǎn)化成液體，當(dāng)溫度增高時，液體的體積增大，對于某一特定的物質(zhì)而言總存在一個臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc），高于臨界溫度和臨界壓力后，物質(zhì)不會成為液體或氣體，這一點(diǎn)就是臨界點(diǎn)。再臨界點(diǎn)以上的范圍內(nèi)，物質(zhì)狀態(tài)處于氣體和液體之間，這個范圍之內(nèi)的流體成為超臨界流體（SF）。超臨界流體具有類似氣體的較強(qiáng)穿透力和類似于液體的較大密度和溶解度，具有良好的溶劑特性，可作為溶劑進(jìn)行萃取、分離單體。 超臨界流體萃取是近代化工分離中出現(xiàn)的高新技術(shù)，SFE將傳統(tǒng)的蒸餾和有機(jī)溶劑萃取結(jié)合一體，利用超臨界CO2優(yōu)良的溶劑力，將基質(zhì)與萃取物有效分離、提取和純化。SFE使用超臨界CO2對物料進(jìn)行萃取。CO2是安全、無毒、廉價的液體，超臨界CO2具有類似氣體的擴(kuò)散系數(shù)、液體的溶解力，表面張力為零，能迅速滲透進(jìn)固體物質(zhì)之中，提取其精華，具有、不易氧化、、無化學(xué)污染等特點(diǎn)。超臨界流體萃取分離技術(shù)是利用超臨界流體的溶解能力與其密度密切相關(guān)，通過改變壓力或溫度使超臨界流體的密度大幅改變。在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地依次把極性大小、沸點(diǎn)高低和相對分子質(zhì)量大小不同的成分萃取出來。 四、應(yīng)用概況 在中藥提取中．超臨界流體一般采用無毒安全的超臨界C02。因?yàn)镃02的偶極矩為零，被認(rèn)定為良好的非極性溶劑，根據(jù)相似相溶原理。它比較容易萃取非極性或弱極性的物質(zhì)；而對于那些極性較強(qiáng)的物質(zhì)，萃取效果并不理想，必須選擇適當(dāng)?shù)膴A帶劑來改變其溶解性能。 對于被萃取物是非極性或弱極性的物質(zhì)如醇、醚、醛、內(nèi)酯等，超臨界C02表現(xiàn)出優(yōu)異的溶解性能，一般控制C02的操作溫度、壓力等參數(shù)就可以直接進(jìn)行萃取。川穹干莖是一種治療頭痛，關(guān)節(jié)炎。心臟病及傷口消炎的藥物，其主要成分是川穹嗪等。第二軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院的洪站英、汪學(xué)昭及上海市藥品檢驗(yàn)所的樂健等人用超臨界流體萃取技術(shù)和傳統(tǒng)的蒸餾法提取川芎根莖揮發(fā)油進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)。將川穹干莖粉碎成40目粒徑，甩兩種方法進(jìn)行萃取，一是用中國華安超臨界流體萃取設(shè)備公司生產(chǎn)的HA一9802型超臨界流體萃取器進(jìn)行萃取，二是用傳統(tǒng)蒸餾法萃取，對所得揮發(fā)油進(jìn)行化學(xué)成分分離和鑒定并比較得油率，考察超臨界流體萃取技術(shù)的萃取效率，結(jié)果用SFE法提取所得成分(44種)比用水蒸汽蒸餾法(約30種)多，其原因是這些化合物的熱不穩(wěn)定性和高揮發(fā)性使其更易溶于超臨界C02中，兩種方法的得油率分別為4．16％和0．8％。貴州省中國科學(xué)院天然產(chǎn)物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用超臨界C02萃取法和水蒸汽蒸餾法分別提取野菊花揮發(fā)性成分，用氣相色譜一質(zhì)譜進(jìn)行分離測定，結(jié)果水蒸汽蒸餾提取物得率是0．32％，鑒定出46個化學(xué)成分；二氧化碳超臨界萃取物得率是3．4％，鑒定出60個化學(xué)成分。以上兩組數(shù)據(jù)表明SFE法比水蒸汽蒸餾法萃取效率高，操作簡單，省時快速，對熱不穩(wěn)定性物質(zhì)尤為適用．是提取、研究中藥化學(xué)成分的有效方法。 對于被萃取物是中等極性或較強(qiáng)極性的物質(zhì)。如對多元醇、多元酸、多個羥基、羧基的物質(zhì)等在超臨界C02中的溶解度較小，一般須根據(jù)具體情況加入適當(dāng)?shù)膴A帶劑。第二軍醫(yī)大學(xué)長征醫(yī)院藥材科、藥學(xué)院的繆海均等人用超臨界流體萃取法提取中藥牡丹皮及其成方制劑中丹皮酚，丹皮酚是毛莨科植物牡丹的主要揮發(fā)性有效成分，具有祛風(fēng)鎮(zhèn)痛、降壓、止血、抗炎癥、抗菌、抑制血小扳凝集等多種藥理作用。用氯仿作夾帶劑，用超臨界C02萃取，結(jié)果中藥與制劑的回收率分別為97．8％和100．3％。該法簡便快速，結(jié)果準(zhǔn)確，靈敏，分辨率好，萃取*，為中藥有效成分的提取和質(zhì)量控制提供了一種有效可靠的方法。 銀杏葉中所含有的黃酮類化合物和銀杏萜內(nèi)酯，具有捕獲游離基、抑制血小板活化因子、促進(jìn)血液循環(huán)及腦代謝等功能，用于治療冠心病、心絞痛、哮喘、內(nèi)毒素休克、及多種炎癥，增強(qiáng)記憶功能，治療老年癡呆癥和防治高血壓、低血壓、心臟病、動脈硬化、腦功能減退等多種疾病。 銀杏黃酮苷類是多元酚，其分子中有多個羥基，廣東藥學(xué)院藥學(xué)系的曾琦華、黃少烈等人考察乙醇夾帶劑在銀杏葉超臨界CQ萃取中的應(yīng)用時指出：極性夾帶劑易于與之形成氫鍵，其萃取效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于純C02的萃取效率．而且隨著乙醇用量的增加，其萃取效率也有較大幅度的增長。銀杏萜內(nèi)酯類基本骨架屬萜類系非極性，但結(jié)構(gòu)中有多個羥基取代，屬于大分子、偏極性化合物．如果單純用超臨界C02提取存在很大的困難，合肥工業(yè)大學(xué)的張文成認(rèn)為乙醇一環(huán)己烷(5：1)為萃取銀杏萜內(nèi)酯類的 佳夾帶劑。非常適用于提取和精制類似如銀杏萜內(nèi)酯難揮發(fā)及熱敏性的物質(zhì)。 近，華東理工大學(xué)的郁威、張鋒等在不同的工藝條件下用超臨界c02分別對單味當(dāng)歸、單味川芎和復(fù)方當(dāng)歸川芎進(jìn)行萃取，并作了比較挎。結(jié)果表明復(fù)方當(dāng)歸川芎的油提取率都比兩個單味的簡單加和的計算量要大，推測原因，可能是因?yàn)檩腿×说漠?dāng)歸成分增加了超臨界c02對川芎成分的溶解能力，或者萃取了的川芎成分增加了超臨界C02對當(dāng)歸成分的溶解能力，從而使復(fù)方當(dāng)歸川芎的提取率要比計算而得的提取率高。也可能是當(dāng)歸與川芎的某種成分之間發(fā)生了相互作用，導(dǎo)致更多的復(fù)方當(dāng)歸川芎的油向超臨界c02中傳遞。還有一種可能的原因是這些油成分溶解于超臨界C02后，對其他成分具有一定的親和能力，從而增加其他成分的溶解度。所有這些都會使復(fù)方當(dāng)歸川芎的提取率要比計算而得的提取率高。這為我們研究超臨界流體萃取提供新的思路。 超臨界流體不僅可以提取出中藥的有效成分。還可以跟其它方法聯(lián)用除去中草藥中的某些有害物質(zhì)(如殺蟲劑等)。中國臺灣清華大學(xué)化學(xué)系的一C．Ling等人采用超臨界C02萃取(用氣相色譜一質(zhì)譜法在線檢測)，再用硅酸鎂作為吸附劑將含氯殺蟲劑從超臨界C02中分離出來．在含16種有機(jī)氯的殺蟲劑的中草藥中一次性可去除13種，平均回收率達(dá)78～121％，得到了很好的效果。 五、超臨界萃取技術(shù)在中藥現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝中應(yīng)用的優(yōu)勢和特點(diǎn) 所謂超臨界流體 （Supercritical fluids， 縮寫為 SF） 是指其溫度與壓力均高于其臨界溫度與臨界壓力的流體.由于 SF 的密度接近液體， 而擴(kuò)散系數(shù)和粘度則接近氣體， 因而 SF 不僅具有與液體溶劑相當(dāng)?shù)妮腿∧芰Γ?而且具有優(yōu)良的傳質(zhì)效果.尤其 SF 在其臨界點(diǎn)附近的壓強(qiáng)或溫度的微小變化都會導(dǎo)致流體密度的相當(dāng)大的變化， 從而使溶質(zhì)在流體中的溶解度也產(chǎn)生相當(dāng)大的變化， 故通過調(diào)節(jié)溫度和壓力可改變?nèi)軇┑男再|(zhì)， 使萃取物能得到分離.SFE 技術(shù)就是利用這些非同尋常的性質(zhì)， 在 20 世紀(jì) 70 年代形成了一個*的新的化工分離工藝.可作為超臨界流體的物質(zhì)很多， 一般為低分子量的化合物， 如 H2O、 CO2、 C2H6、 C2H4、 NH3、2O 等， 但目前 常用的是 CO2.超臨界 CO2（SC-CO2） 萃取技術(shù)在用于對藥物、 食品等的提取和純化研究方面尤其具有以下優(yōu)點(diǎn)： l） 適合于分離熱敏性物質(zhì).由于 CO2的臨界溫度 （ !c=3l.4 C） 易于達(dá)到， 故可在室溫下對天然植物有效成分進(jìn)行提取， 從而防止了熱敏性物質(zhì)的氧化和逸散， 而且能使高沸點(diǎn)、 低揮發(fā)度、 易熱解的物質(zhì)遠(yuǎn)在其沸點(diǎn)之下萃取出來. 2） SC-CO2萃取為環(huán)境無害工藝.所用溶劑 CO2具有無毒、 無味、 不燃、 不腐蝕、 價格便宜、 易于精制、 易于回收等優(yōu)點(diǎn).與傳統(tǒng)溶劑提取法相比， 無溶劑殘留. 同時不僅避免了大量有機(jī)溶劑的使用， 也防止了提取過程對人體健康的危害和對環(huán)境的污染. 3） 萃取速度快、 效率高、 能耗少.由于 SC-CO2萃取能力取決于流體密度， 因而很容易通過調(diào)節(jié)壓力和溫度使 CO2與萃取物迅速分為兩相 （氣、液） ， 達(dá)到迅速地、 選擇性地提取中藥中有效成分的目的.不僅萃取效率高、 耗能低， 而且萃取物雜質(zhì)減少、 有效成分高度富集. 4） SC-CO2還具有抗氧化滅菌作用， 有利于保證和提高天然物產(chǎn)品的質(zhì)量. 5） 超臨界萃取比溶劑萃取的步驟相對少， 流程短， 操作參數(shù)也易于控制， 使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且無有害溶劑的殘留. 綜上所述， 由于環(huán)境友好的超臨界萃取技術(shù)具有適合于提取天然熱敏性物質(zhì)、 產(chǎn)品無溶劑殘留、 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、 流程簡單、 操作方便、 萃取效率高且能耗少等特性， 這些優(yōu)勢無疑為中藥生產(chǎn)現(xiàn)代化提供了一種的提取與分離的全新方法. 六、超臨界萃取技術(shù)展望 超臨界萃取技術(shù)是一種符合當(dāng)代綠色潮流的潔凈技術(shù)，超臨界萃取技術(shù)在天然產(chǎn)物和提取方面取代傳統(tǒng)的提取分離技術(shù)確實(shí)具有誘人的應(yīng)用前景。面對迅速發(fā)展的超臨界萃取技術(shù)和國人對超臨界技術(shù)用于天然產(chǎn)物和現(xiàn)代中藥提取工藝的日益高漲的興趣，尤其是超臨界萃取二氧化碳萃取技術(shù)與存在一些成功用于一些天然產(chǎn)物產(chǎn)業(yè)化的先例，它能否在我國正在進(jìn)行的中藥現(xiàn)代化戰(zhàn)略行動中被大力推廣，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代中藥的超臨界萃取的產(chǎn)業(yè)化？我們的回答是：必須科學(xué)地對待。 人們必須清醒地認(rèn)識到，由于超臨界技術(shù)涉及高壓，有關(guān)實(shí)驗(yàn)和理論的積累離實(shí)際的需要有一定的距離。因此，在計劃產(chǎn)業(yè)化之前，必須做好深入的運(yùn)用基礎(chǔ)研究和全面的優(yōu)化設(shè)計；必須按科學(xué)的程序作好小試、中試及產(chǎn)業(yè)化的各項(xiàng)研究工作。另外，較高的設(shè)備投資要求技術(shù)的可靠性與經(jīng)濟(jì)的可能性缺一不可，切記未經(jīng)科學(xué)的論證就盲目投資上馬。 七、小結(jié) 任何新技術(shù)的發(fā)展與成熟都需要科學(xué)的研究與實(shí)踐，毋庸置疑，超臨界萃取技術(shù)是一種頗有生命力的環(huán)境友好的化工分離技術(shù)。隨著對它的研究的深入發(fā)展，它將會在化工、能源、燃料、醫(yī)藥、食品、香料、環(huán)境保護(hù)、海洋化工、生物化工、分析化學(xué)等多領(lǐng)域的開發(fā)和應(yīng)用上展示光明前景。尤其在天然產(chǎn)物和現(xiàn)代中藥的領(lǐng)域，超臨界萃取技術(shù)會顯示出更大的發(fā)展?jié)摿Γ蔀閷?shí)現(xiàn)中藥現(xiàn)代化的重要途徑。
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