超臨界流體萃取在製藥行業

超臨(lin) 界流體(ti) 萃取在製藥行業(ye) 中 【摘要】 近30年來，基於(yu) 超臨(lin) 界流體(ti) （Supercritical Fluid 簡稱 SCF 或 SF )的優(you) 良特性發展起來的SCF技術取得迅速發展。其中發展 早、研究 多並已有工業(ye) 化產(chan) 品的技術當屬超臨(lin) 界流體(ti) 萃取（Supercritical Fluid Extraction 超臨(lin) 界流體(ti) 簡稱SFE）,其在化工、能源、燃料、醫藥、食品、香料、環境保護、海洋化工、分析化學等多領域引起世人廣泛性趣，尤其近年來，在我國實施中藥現代化進程中，超臨(lin) 界萃取技術被列為(wei) 中藥提取分離新技術，也受國人重視。 【關(guan) 鍵詞】 超臨(lin) 界萃取 原理 運用概況 前景 一、前言 中醫藥作為(wei) 中華民族的傳(chuan) 統瑰寶，是中華民族文化的燦爛結晶。超臨(lin) 界流體(ti) 萃取(Supercritical Fluid Extraction．SFE)是近年來發展起來的新型提取技術，由於(yu) 它具有快速、選擇性好、條件溫和、安全無汙染等優(you) 點被應用於(yu) 生物工程、食品、醫藥工業(ye) 等各個(ge) 領域。目前，超臨(lin) 界流體(ti) 萃取技術已經在中藥提取中得到了應用，本文從(cong) 它的技術原理、應用概況、發展趨勢等方麵作了綜述。 二、超臨(lin) 界流體(ti) 超臨(lin) 界流體(ti) (Supercritical Fluid。SCF)是在臨(lin) 界壓力和臨(lin) 界溫度以上的氣體(ti) 或液體(ti) ．它兼有氣、液兩(liang) 者的特點，密度接近於(yu) 液體(ti) ，粘度和擴散係數接近於(yu) 氣體(ti) 。它不僅(jin) 具有與(yu) 液體(ti) 溶荊相當的溶解能力，而且具有優(you) 良的傳(chuan) 質性能?。被用作超臨(lin) 界流體(ti) 的溶劑有乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、甲醇、乙醇、水、二氧化碳、氧化亞(ya) 氮、正戊烷、硫、三氟甲烷、六氟化物等多種物質，超臨(lin) 界CO2是的工業(ye) 萃取劑。這是因為(wei) 二氧化碳的臨(lin) 界條件容易達到(Tc=304．1K．Pc=7347Mpa)，且無毒、無味、不燃、價(jia) 廉、易精製，這些特性對熱敏性和易氧化的產(chan) 物更具有吸引力。 三、基本原理 超臨(lin) 界流體(ti) 萃取是上 先進的物理萃取技術，簡稱SFE。在較低溫度下，不斷增加氣體(ti) 的壓力時，氣體(ti) 會(hui) 轉化成液體(ti) ，當溫度增高時，液體(ti) 的體(ti) 積增大，對於(yu) 某一特定的物質而言總存在一個(ge) 臨(lin) 界溫度（Tc）和臨(lin) 界壓力（Pc），高於(yu) 臨(lin) 界溫度和臨(lin) 界壓力後，物質不會(hui) 成為(wei) 液體(ti) 或氣體(ti) ，這一點就是臨(lin) 界點。再臨(lin) 界點以上的範圍內(nei) ，物質狀態處於(yu) 氣體(ti) 和液體(ti) 之間，這個(ge) 範圍之內(nei) 的流體(ti) 成為(wei) 超臨(lin) 界流體(ti) （SF）。超臨(lin) 界流體(ti) 具有類似氣體(ti) 的較強穿透力和類似於(yu) 液體(ti) 的較大密度和溶解度，具有良好的溶劑特性，可作為(wei) 溶劑進行萃取、分離單體(ti) 。 　　超臨(lin) 界流體(ti) 萃取是近代化工分離中出現的高新技術，SFE將傳(chuan) 統的蒸餾和有機溶劑萃取結合一體(ti) ，利用超臨(lin) 界CO2優(you) 良的溶劑力，將基質與(yu) 萃取物有效分離、提取和純化。SFE使用超臨(lin) 界CO2對物料進行萃取。CO2是安全、無毒、廉價(jia) 的液體(ti) ，超臨(lin) 界CO2具有類似氣體(ti) 的擴散係數、液體(ti) 的溶解力，表麵張力為(wei) 零，能迅速滲透進固體(ti) 物質之中，提取其精華，具有、不易氧化、、無化學汙染等特點。超臨(lin) 界流體(ti) 萃取分離技術是利用超臨(lin) 界流體(ti) 的溶解能力與(yu) 其密度密切相關(guan) ，通過改變壓力或溫度使超臨(lin) 界流體(ti) 的密度大幅改變。在超臨(lin) 界狀態下，將超臨(lin) 界流體(ti) 與(yu) 待分離的物質接觸，使其有選擇性地依次把極性大小、沸點高低和相對分子質量大小不同的成分萃取出來。 四、應用概況 在中藥提取中．超臨(lin) 界流體(ti) 一般采用無毒安全的超臨(lin) 界C02。因為(wei) C02的偶極矩為(wei) 零，被認定為(wei) 良好的非極性溶劑，根據相似相溶原理。它比較容易萃取非極性或弱極性的物質；而對於(yu) 那些極性較強的物質，萃取效果並不理想，必須選擇適當的夾帶劑來改變其溶解性能。 對於(yu) 被萃取物是非極性或弱極性的物質如醇、醚、醛、內(nei) 酯等，超臨(lin) 界C02表現出優(you) 異的溶解性能，一般控製C02的操作溫度、壓力等參數就可以直接進行萃取。川穹幹莖是一種治療頭痛，關(guan) 節炎。心髒病及傷(shang) 口消炎的藥物，其主要成分是川穹嗪等。第二軍(jun) 醫大學藥學院的洪站英、汪學昭及上海市藥品檢驗所的樂(le) 健等人用超臨(lin) 界流體(ti) 萃取技術和傳(chuan) 統的蒸餾法提取川芎根莖揮發油進行對比實驗。將川穹幹莖粉碎成40目粒徑，甩兩(liang) 種方法進行萃取，一是用中國華安超臨(lin) 界流體(ti) 萃取設備公司生產(chan) 的HA一9802型超臨(lin) 界流體(ti) 萃取器進行萃取，二是用傳(chuan) 統蒸餾法萃取，對所得揮發油進行化學成分分離和鑒定並比較得油率，考察超臨(lin) 界流體(ti) 萃取技術的萃取效率，結果用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定性和高揮發性使其更易溶於(yu) 超臨(lin) 界C02中，兩(liang) 種方法的得油率分別為(wei) 4．16％和0．8％。貴州省中國科學院天然產(chan) 物化學重點實驗室采用超臨(lin) 界C02萃取法和水蒸汽蒸餾法分別提取野菊花揮發性成分，用氣相色譜一質譜進行分離測定，結果水蒸汽蒸餾提取物得率是0．32％，鑒定出46個(ge) 化學成分；二氧化碳超臨(lin) 界萃取物得率是3．4％，鑒定出60個(ge) 化學成分。以上兩(liang) 組數據表明SFE法比水蒸汽蒸餾法萃取效率高，操作簡單，省時快速，對熱不穩定性物質尤為(wei) 適用．是提取、研究中藥化學成分的有效方法。 對於(yu) 被萃取物是中等極性或較強極性的物質。如對多元醇、多元酸、多個(ge) 羥基、羧基的物質等在超臨(lin) 界C02中的溶解度較小，一般須根據具體(ti) 情況加入適當的夾帶劑。第二軍(jun) 醫大學長征醫院藥材科、藥學院的繆海均等人用超臨(lin) 界流體(ti) 萃取法提取中藥牡丹皮及其成方製劑中丹皮酚，丹皮酚是毛莨科植物牡丹的主要揮發性有效成分，具有祛風鎮痛、降壓、止血、抗炎症、抗菌、抑製血小扳凝集等多種藥理作用。用氯仿作夾帶劑，用超臨(lin) 界C02萃取，結果中藥與(yu) 製劑的回收率分別為(wei) 97．8％和100．3％。該法簡便快速，結果準確，靈敏，分辨率好，萃取*，為(wei) 中藥有效成分的提取和質量控製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(nei) 酯，具有捕獲遊離基、抑製血小板活化因子、促進血液循環及腦代謝等功能，用於(yu) 治療冠心病、心絞痛、哮喘、內(nei) 毒素休克、及多種炎症，增強記憶功能，治療老年癡呆症和防治高血壓、低血壓、心髒病、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(ge) 羥基，廣東(dong) 藥學院藥學係的曾琦華、黃少烈等人考察乙醇夾帶劑在銀杏葉超臨(lin) 界CQ萃取中的應用時指出：極性夾帶劑易於(yu) 與(yu) 之形成氫鍵，其萃取效率遠遠大於(yu) 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(nei) 酯類基本骨架屬萜類係非極性，但結構中有多個(ge) 羥基取代，屬於(yu) 大分子、偏極性化合物．如果單純用超臨(lin) 界C02提取存在很大的困難，合肥工業(ye) 大學的張文成認為(wei) 乙醇一環己烷(5：1)為(wei) 萃取銀杏萜內(nei) 酯類的 佳夾帶劑。非常適用於(yu) 提取和精製類似如銀杏萜內(nei) 酯難揮發及熱敏性的物質。 近，華東(dong) 理工大學的鬱威、張鋒等在不同的工藝條件下用超臨(lin) 界c02分別對單味當歸、單味川芎和複方當歸川芎進行萃取，並作了比較挎。結果表明複方當歸川芎的油提取率都比兩(liang) 個(ge) 單味的簡單加和的計算量要大，推測原因，可能是因為(wei) 萃取了的當歸成分增加了超臨(lin) 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(lin) 界C02對當歸成分的溶解能力，從(cong) 而使複方當歸川芎的提取率要比計算而得的提取率高。也可能是當歸與(yu) 川芎的某種成分之間發生了相互作用，導致更多的複方當歸川芎的油向超臨(lin) 界c02中傳(chuan) 遞。還有一種可能的原因是這些油成分溶解於(yu) 超臨(lin) 界C02後，對其他成分具有一定的親(qin) 和能力，從(cong) 而增加其他成分的溶解度。所有這些都會(hui) 使複方當歸川芎的提取率要比計算而得的提取率高。這為(wei) 我們(men) 研究超臨(lin) 界流體(ti) 萃取提供新的思路。 超臨(lin) 界流體(ti) 不僅(jin) 可以提取出中藥的有效成分。還可以跟其它方法聯用除去中草藥中的某些有害物質(如殺蟲劑等)。中國台灣清華大學化學係的一C．Ling等人采用超臨(lin) 界C02萃取(用氣相色譜一質譜法在線檢測)，再用矽酸鎂作為(wei) 吸附劑將含氯殺蟲劑從(cong) 超臨(lin) 界C02中分離出來．在含16種有機氯的殺蟲劑的中草藥中一次性可去除13種，平均回收率達78～121％，得到了很好的效果。 五、超臨(lin) 界萃取技術在中藥現代化生產(chan) 工藝中應用的優(you) 勢和特點 所謂超臨(lin) 界流體(ti) （Supercritical fluids， 縮寫(xie) 為(wei) SF） 是指其溫度與(yu) 壓力均高於(yu) 其臨(lin) 界溫度與(yu) 臨(lin) 界壓力的流體(ti) .由於(yu) SF 的密度接近液體(ti) ， 而擴散係數和粘度則接近氣體(ti) ， 因而 SF 不僅(jin) 具有與(yu) 液體(ti) 溶劑相當的萃取能力， 而且具有優(you) 良的傳(chuan) 質效果.尤其 SF 在其臨(lin) 界點附近的壓強或溫度的微小變化都會(hui) 導致流體(ti) 密度的相當大的變化， 從(cong) 而使溶質在流體(ti) 中的溶解度也產(chan) 生相當大的變化， 故通過調節溫度和壓力可改變溶劑的性質， 使萃取物能得到分離.SFE 技術就是利用這些非同尋常的性質， 在 20 世紀 70 年代形成了一個(ge) *的新的化工分離工藝.可作為(wei) 超臨(lin) 界流體(ti) 的物質很多， 一般為(wei) 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(lin) 界 CO2（SC-CO2） 萃取技術在用於(yu) 對藥物、 食品等的提取和純化研究方麵尤其具有以下優(you) 點： l） 適合於(yu) 分離熱敏性物質.由於(yu) CO2的臨(lin) 界溫度 （ !c=3l.4 C） 易於(yu) 達到， 故可在室溫下對天然植物有效成分進行提取， 從(cong) 而防止了熱敏性物質的氧化和逸散， 而且能使高沸點、 低揮發度、 易熱解的物質遠在其沸點之下萃取出來. 2） SC-CO2萃取為(wei) 環境無害工藝.所用溶劑 CO2具有無毒、 無味、 不燃、 不腐蝕、 價(jia) 格便宜、 易於(yu) 精製、 易於(yu) 回收等優(you) 點.與(yu) 傳(chuan) 統溶劑提取法相比， 無溶劑殘留. 同時不僅(jin) 避免了大量有機溶劑的使用， 也防止了提取過程對人體(ti) 健康的危害和對環境的汙染. 3） 萃取速度快、 效率高、 能耗少.由於(yu) SC-CO2萃取能力取決(jue) 於(yu) 流體(ti) 密度， 因而很容易通過調節壓力和溫度使 CO2與(yu) 萃取物迅速分為(wei) 兩(liang) 相 （氣、液） ， 達到迅速地、 選擇性地提取中藥中有效成分的目的.不僅(jin) 萃取效率高、 耗能低， 而且萃取物雜質減少、 有效成分高度富集. 4） SC-CO2還具有抗氧化滅菌作用， 有利於(yu) 保證和提高天然物產(chan) 品的質量. 5） 超臨(lin) 界萃取比溶劑萃取的步驟相對少， 流程短， 操作參數也易於(yu) 控製， 使產(chan) 品質量穩定且無有害溶劑的殘留. 綜上所述， 由於(yu) 環境友好的超臨(lin) 界萃取技術具有適合於(yu) 提取天然熱敏性物質、 產(chan) 品無溶劑殘留、 產(chan) 品質量穩定、 流程簡單、 操作方便、 萃取效率高且能耗少等特性， 這些優(you) 勢無疑為(wei) 中藥生產(chan) 現代化提供了一種的提取與(yu) 分離的全新方法. 六、超臨(lin) 界萃取技術展望 超臨(lin) 界萃取技術是一種符合當代綠色潮流的潔淨技術，超臨(lin) 界萃取技術在天然產(chan) 物和提取方麵取代傳(chuan) 統的提取分離技術確實具有誘人的應用前景。麵對迅速發展的超臨(lin) 界萃取技術和國人對超臨(lin) 界技術用於(yu) 天然產(chan) 物和現代中藥提取工藝的日益高漲的興(xing) 趣，尤其是超臨(lin) 界萃取二氧化碳萃取技術與(yu) 存在一些成功用於(yu) 一些天然產(chan) 物產(chan) 業(ye) 化的先例，它能否在我國正在進行的中藥現代化戰略行動中被大力推廣，實現現代中藥的超臨(lin) 界萃取的產(chan) 業(ye) 化？我們(men) 的回答是：必須科學地對待。 人們(men) 必須清醒地認識到，由於(yu) 超臨(lin) 界技術涉及高壓，有關(guan) 實驗和理論的積累離實際的需要有一定的距離。因此，在計劃產(chan) 業(ye) 化之前，必須做好深入的運用基礎研究和全麵的優(you) 化設計；必須按科學的程序作好小試、中試及產(chan) 業(ye) 化的各項研究工作。另外，較高的設備投資要求技術的可靠性與(yu) 經濟的可能性缺一不可，切記未經科學的論證就盲目投資上馬。 七、小結 任何新技術的發展與(yu) 成熟都需要科學的研究與(yu) 實踐，毋庸置疑，超臨(lin) 界萃取技術是一種頗有生命力的環境友好的化工分離技術。隨著對它的研究的深入發展，它將會(hui) 在化工、能源、燃料、醫藥、食品、香料、環境保護、海洋化工、生物化工、分析化學等多領域的開發和應用上展示光明前景。尤其在天然產(chan) 物和現代中藥的領域，超臨(lin) 界萃取技術會(hui) 顯示出更大的發展潛力，成為(wei) 實現中藥現代化的重要途徑。