CO2超临界萃取在中药提取有效成分中的应用
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前卫药学杂志
CO2超临界萃取在中药提取有效成分中的应用
赵普军 黄元
(军区总医院 济南250031)
1 引言
超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction,SFE)是近年来发展起来的新型提取技术。它同经典的样品处理方法(如索氏抽取，液一液萃取等)相比具有如下特点：(1)快速、高效；(2)选择性好；(3)污染小、耗样品量少；(4)可与其它分析技术联用。
SF是指在临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上，以流体形式存在的物质，这种流体同时具液体的高密度和气体的低粘度的双重特性。SF有很大的扩散系数，对许多化学成分有很强的溶解性。
SFE的基本原理即控制SF，在高于临界压力条件下，从原料药中萃取出有效成分，当压力和温度恢复到常压和常温时溶解在SF中的成分即立刻以液体状态与气态SF分开。
, 百拇医药
SF常用二氧化碳、氧化亚氮、乙烷、乙烯、甲苯等物质作为越临界流体提取天然产物。在诸多的超临界流体中，CO2最受人青睐。其特点在于：(1)CO2的临界温度接近室温(31.06℃)，对易挥发性或生理活性物质极少损失和破坏。特别适合于天然活性物质成分的萃取分离；(2)CO2安全无毒，适于食品药物，萃取分离一次完成，且无溶剂残留；(3)CO2是不易燃的惰性气体，操作安全，价廉易得；(4)CO2在室温下的液化压力仅为4~6Mpa，便于储存和运输，临界压力适中(7.14MPa)，操作条件易达到。(5)CO2作为流体其特性和极性还可通过调节萃取压力、温度、及不同品种的夹带剂等因素而方便的调节。
2 CO2—SFE的影响因素
SFE的流体比、CO2流量、压力、时间、温度、粉碎粉粒度等条件的变化，会影响中药中有效成分的质量。这些因素的选择需要在实践中去摸索。
, 百拇医药
2.1 流体比：萃取率随流体比增加而增加，流体含量的增加可以提高溶质在溶液中的溶解度。
2.2 温度：在SFE过程中，温度增加，加强了其扩散能力，使得被萃取物在超临界CO2中溶解度增加。有利于萃取。但随着温度的增加，杂质的溶解度也增加，使精制过程复杂化，从而降低产品的收率。同时温度增加，CO2流体的密度降低，使得对溶质的溶解力下降，降低产品收率。
2.3 压力：是SFE中最重要的参数。一定温度下，随着压力的增大，流体密度显著增加，溶质的溶解度增大，萃取效率提高。但过高的压力使生产成本明显提高，其萃取率增加有限。
2.4 粒度：粒度直接影响SFE的操作时间和产品得率。产品的萃取得率随粒度变小而上升。粒度越小，总表面积越大，溶质分子与超临界流体接触机会越多，萃取得率越高。萃取操作周期缩短。但粒度太小，其它成分在萃取中也较容易溶出，影响萃取产品的质量。
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2.5 操作时间：萃取时间增加，有利于超临界流体与溶质中有效成分的溶解平衡，增加萃取的时间就增加萃取得率。由于萃取一定时间后，随着溶质中有效成分的减少，再增加萃取时间，萃取得率增加缓慢，能耗增加。而且有些无效成分也更多地被萃取出来，直接影响产品的质量。
2.6 流量：影响因素有两个方面：(1)临界流体流量：由于CO2具有良好的传质性能，流量增大，萃取得率增加。(2)流体流速：流体流速增加，增加了溶质与超临界CO2分子的碰撞，萃取率增加。
2.7 夹带剂：SF—CO2的极性与正己烷相似，因此在萃取极性成分时，一般要加入少量极性溶剂，以改善萃取效果。
3 在中药有效成分提取中的应用
3.1 用CO2—SFE提取黄花蒿中青蒿素[1]。
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黄花蒿草经粉碎筛分后投进萃取罐，循环后，含有青蒿素的CO2降压后进入分离罐，青蒿素(及杂质)在分离罐分离析出。CO2送入压缩机循环使用，粒度为0.2~2mm，萃取时间2h，萃取压力20MPa，萃取温度为333k，CO2流量2.0~2.5kg/h。经薄层层析(TLC)、光谱分析、质量分析结果表明：超临界—CO2对青蒿素具有良好的溶解性、萃取周期短、产品纯度高、质量好。
3.2 用CO2—SFE提取光菇子中秋水仙碱[2]
用76%的乙醇为夹带剂，粒度10目，萃取压力45kpa，萃取温度45℃，CO2流量0.26NM 3/h，夹带剂流量118~130ml/h。萃取9h，得秋水仙碱的提取率0.585%。结果表明：夹带剂为76%的CO2—SFE提取率平均提高为回流萃取法的1.25倍，而萃取时间减少为回流萃取法的0.45倍，溶剂用量的平均减少为0.363倍，充分显示了CO2—SFE的先进性。
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3.3 用CO2—SFE提取木香中的去氢木香内酯。[3]
用CO2—SFE连续萃取2h后，从分离器中取产物，除去其中水分，称量得挥发油。萃取温度为40℃时，粒度(20目)，萃取压力1500~2000Kpa，萃取时间2小时，挥发油的收率2.56%。表明萃取的收率较水蒸气蒸馏提高，去氢内酯的含量高，萃取时间大大缩短，效率提高。
3.4 用CO2—SFE提取黄山药中的薯蓣皂甙[4]
将一定的黄山药干燥水解物用CO2—SFE法萃取，萃取压力29Mpa，萃取温度55℃，分离Ⅰ压力为10Mpa，温度为60℃；分离Ⅱ的压力为5.6Mpa，温度45℃；分离柱压力为18Mpa，温度70℃；CO2的流量为12kg/kg.h，夹带剂为药用酒精。得薯蓣皂甙产品。计算收率为5.78%，纯度为95.9%。并用GC，TLC和熔点测定仪检测质量。
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结果表明：CO2—SFE法较汽油法收率高，生产周期短，生产质量高，节约大量有机溶剂，避免易燃易爆危险，减少三废污染，工艺简便，节约劳动力。
3.5 CO2—SFE萃取马钱子中士的宁[5]
采用CO2—SFE法提取马钱子中的士的宁，并通过反相离子对HPLC法定量。考察了温度、压力、碱化剂、夹带剂、静态萃取时间、动态萃取量等条件对提取率的影响。
3.6 CO2—SFE萃取刺柏中挥发性成分分析[6]
采用超临界流体萃取技术，GCMS对西藏刺柏叶的挥发性成分进行了研究，共分离鉴定出21个组分。
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3.7 CO2—SFE萃取新疆软紫草中萘醌[7]。
从新疆软紫草中提取萘醌色素，该法提取效率高(全过程仅2h)，避免了用石油醚，甲醇等有机溶剂，提取物色泽纯正(呈紫红色)，HPLC测定表明CO2超临界流体萃取比溶剂法的提取物中含有较多解度曲线和效率，实验说明了选择35℃，20Mpa作为提取条件的依据。
3.8 CO2—SFE萃取月见草油[8]
用超临界流体萃取技术，从月见草Oenothera biennis种子中提取月见草油。GC测试结果表明：用SFE技术提取的精油比溶剂学提取的月见草精油含有较高的γ—亚麻酸，且色泽纯正。
此外，文献报导CO2—SFE提取的药用植物有紫草、甘油、茵陈蒿、蛇床子、桑白皮、银杏叶、珊瑚姜等。
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4 讨论
4.1 SFE采取CO2为萃取介质，系统密闭，安全无毒。不存在溶剂残留问题，且提取分离一次完成，缩短了提取时间。为开发新制剂创造了条件，是一种很有前途的提取工艺。
4.2 CO2—SFE操作温度低，在接近室温(31.06℃)条件下萃取，可大量保存热不稳定及易氧化成分，保持有效成分的天然品质。萃取过程密闭、连续进行，排除了遇空气氧化和见光反应的可能性，使萃取物稳定。
4.3 选择性好，可以通过对SFE过程的影响因素，如：流体比CO2流量，萃取时间，温度等的研究，包括分离压力与温度的研究，得到最佳的工艺参数，从而改变其对物质的溶解能力，有针对性地萃取中草药中的某些成分。
4.4 流动相的组成是分离的重要因素。夹带剂的加入可以使产品的萃取率提高。
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4.5 CO2—SFE与其它分析的联用日益广泛。如：SFE-HPLC联用，SFE-TLC联用，SFE-GC联用，SFE与超临界流体色谱(SFC)的联用等。实现了分析制备的自动化。具有分析速度快，回收率高，灵敏度高的优点。其发展趋势仍是进一步提高分析的灵敏度和自动化程度，扩大应用面。
4.6 CO2—SFE在中药有效成分提取和研究方面有着较大的优越性，该方法在中药有效成分的提取及质量研究方面以其独特的优点将会得到更广泛的应用。
4.7 操作范围广，便于调节。最常用的操作范围是压力8~30Mpa，温度35~80℃。
4.8 可以调节萃出物的粒度，即可借超临界流体的核晶作用，使萃出物达到预期的粒度和粒度分布。
4.9 CO2—SFE技术也有一定的局限性。它较适用于亲脂性、分子量较小物质的萃取，对极性大、分子量太大的物质如甙类、多糖等，要夹带剂，并在很高的压力下进行，给工业化带来一定的难度。该设备一次性投资大，也对普及带来了一定的限制[9]。, 百拇医药
赵普军 黄元
(军区总医院 济南250031)
1 引言
超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction,SFE)是近年来发展起来的新型提取技术。它同经典的样品处理方法(如索氏抽取，液一液萃取等)相比具有如下特点：(1)快速、高效；(2)选择性好；(3)污染小、耗样品量少；(4)可与其它分析技术联用。
SF是指在临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上，以流体形式存在的物质，这种流体同时具液体的高密度和气体的低粘度的双重特性。SF有很大的扩散系数，对许多化学成分有很强的溶解性。
SFE的基本原理即控制SF，在高于临界压力条件下，从原料药中萃取出有效成分，当压力和温度恢复到常压和常温时溶解在SF中的成分即立刻以液体状态与气态SF分开。
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SF常用二氧化碳、氧化亚氮、乙烷、乙烯、甲苯等物质作为越临界流体提取天然产物。在诸多的超临界流体中，CO2最受人青睐。其特点在于：(1)CO2的临界温度接近室温(31.06℃)，对易挥发性或生理活性物质极少损失和破坏。特别适合于天然活性物质成分的萃取分离；(2)CO2安全无毒，适于食品药物，萃取分离一次完成，且无溶剂残留；(3)CO2是不易燃的惰性气体，操作安全，价廉易得；(4)CO2在室温下的液化压力仅为4~6Mpa，便于储存和运输，临界压力适中(7.14MPa)，操作条件易达到。(5)CO2作为流体其特性和极性还可通过调节萃取压力、温度、及不同品种的夹带剂等因素而方便的调节。
2 CO2—SFE的影响因素
SFE的流体比、CO2流量、压力、时间、温度、粉碎粉粒度等条件的变化，会影响中药中有效成分的质量。这些因素的选择需要在实践中去摸索。
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2.1 流体比：萃取率随流体比增加而增加，流体含量的增加可以提高溶质在溶液中的溶解度。
2.2 温度：在SFE过程中，温度增加，加强了其扩散能力，使得被萃取物在超临界CO2中溶解度增加。有利于萃取。但随着温度的增加，杂质的溶解度也增加，使精制过程复杂化，从而降低产品的收率。同时温度增加，CO2流体的密度降低，使得对溶质的溶解力下降，降低产品收率。
2.3 压力：是SFE中最重要的参数。一定温度下，随着压力的增大，流体密度显著增加，溶质的溶解度增大，萃取效率提高。但过高的压力使生产成本明显提高，其萃取率增加有限。
2.4 粒度：粒度直接影响SFE的操作时间和产品得率。产品的萃取得率随粒度变小而上升。粒度越小，总表面积越大，溶质分子与超临界流体接触机会越多，萃取得率越高。萃取操作周期缩短。但粒度太小，其它成分在萃取中也较容易溶出，影响萃取产品的质量。
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2.5 操作时间：萃取时间增加，有利于超临界流体与溶质中有效成分的溶解平衡，增加萃取的时间就增加萃取得率。由于萃取一定时间后，随着溶质中有效成分的减少，再增加萃取时间，萃取得率增加缓慢，能耗增加。而且有些无效成分也更多地被萃取出来，直接影响产品的质量。
2.6 流量：影响因素有两个方面：(1)临界流体流量：由于CO2具有良好的传质性能，流量增大，萃取得率增加。(2)流体流速：流体流速增加，增加了溶质与超临界CO2分子的碰撞，萃取率增加。
2.7 夹带剂：SF—CO2的极性与正己烷相似，因此在萃取极性成分时，一般要加入少量极性溶剂，以改善萃取效果。
3 在中药有效成分提取中的应用
3.1 用CO2—SFE提取黄花蒿中青蒿素[1]。
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黄花蒿草经粉碎筛分后投进萃取罐，循环后，含有青蒿素的CO2降压后进入分离罐，青蒿素(及杂质)在分离罐分离析出。CO2送入压缩机循环使用，粒度为0.2~2mm，萃取时间2h，萃取压力20MPa，萃取温度为333k，CO2流量2.0~2.5kg/h。经薄层层析(TLC)、光谱分析、质量分析结果表明：超临界—CO2对青蒿素具有良好的溶解性、萃取周期短、产品纯度高、质量好。
3.2 用CO2—SFE提取光菇子中秋水仙碱[2]
用76%的乙醇为夹带剂，粒度10目，萃取压力45kpa，萃取温度45℃，CO2流量0.26NM 3/h，夹带剂流量118~130ml/h。萃取9h，得秋水仙碱的提取率0.585%。结果表明：夹带剂为76%的CO2—SFE提取率平均提高为回流萃取法的1.25倍，而萃取时间减少为回流萃取法的0.45倍，溶剂用量的平均减少为0.363倍，充分显示了CO2—SFE的先进性。
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3.3 用CO2—SFE提取木香中的去氢木香内酯。[3]
用CO2—SFE连续萃取2h后，从分离器中取产物，除去其中水分，称量得挥发油。萃取温度为40℃时，粒度(20目)，萃取压力1500~2000Kpa，萃取时间2小时，挥发油的收率2.56%。表明萃取的收率较水蒸气蒸馏提高，去氢内酯的含量高，萃取时间大大缩短，效率提高。
3.4 用CO2—SFE提取黄山药中的薯蓣皂甙[4]
将一定的黄山药干燥水解物用CO2—SFE法萃取，萃取压力29Mpa，萃取温度55℃，分离Ⅰ压力为10Mpa，温度为60℃；分离Ⅱ的压力为5.6Mpa，温度45℃；分离柱压力为18Mpa，温度70℃；CO2的流量为12kg/kg.h，夹带剂为药用酒精。得薯蓣皂甙产品。计算收率为5.78%，纯度为95.9%。并用GC，TLC和熔点测定仪检测质量。
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结果表明：CO2—SFE法较汽油法收率高，生产周期短，生产质量高，节约大量有机溶剂，避免易燃易爆危险，减少三废污染，工艺简便，节约劳动力。
3.5 CO2—SFE萃取马钱子中士的宁[5]
采用CO2—SFE法提取马钱子中的士的宁，并通过反相离子对HPLC法定量。考察了温度、压力、碱化剂、夹带剂、静态萃取时间、动态萃取量等条件对提取率的影响。
3.6 CO2—SFE萃取刺柏中挥发性成分分析[6]
采用超临界流体萃取技术，GCMS对西藏刺柏叶的挥发性成分进行了研究，共分离鉴定出21个组分。
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3.7 CO2—SFE萃取新疆软紫草中萘醌[7]。
从新疆软紫草中提取萘醌色素，该法提取效率高(全过程仅2h)，避免了用石油醚，甲醇等有机溶剂，提取物色泽纯正(呈紫红色)，HPLC测定表明CO2超临界流体萃取比溶剂法的提取物中含有较多解度曲线和效率，实验说明了选择35℃，20Mpa作为提取条件的依据。
3.8 CO2—SFE萃取月见草油[8]
用超临界流体萃取技术，从月见草Oenothera biennis种子中提取月见草油。GC测试结果表明：用SFE技术提取的精油比溶剂学提取的月见草精油含有较高的γ—亚麻酸，且色泽纯正。
此外，文献报导CO2—SFE提取的药用植物有紫草、甘油、茵陈蒿、蛇床子、桑白皮、银杏叶、珊瑚姜等。
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4 讨论
4.1 SFE采取CO2为萃取介质，系统密闭，安全无毒。不存在溶剂残留问题，且提取分离一次完成，缩短了提取时间。为开发新制剂创造了条件，是一种很有前途的提取工艺。
4.2 CO2—SFE操作温度低，在接近室温(31.06℃)条件下萃取，可大量保存热不稳定及易氧化成分，保持有效成分的天然品质。萃取过程密闭、连续进行，排除了遇空气氧化和见光反应的可能性，使萃取物稳定。
4.3 选择性好，可以通过对SFE过程的影响因素，如：流体比CO2流量，萃取时间，温度等的研究，包括分离压力与温度的研究，得到最佳的工艺参数，从而改变其对物质的溶解能力，有针对性地萃取中草药中的某些成分。
4.4 流动相的组成是分离的重要因素。夹带剂的加入可以使产品的萃取率提高。
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4.5 CO2—SFE与其它分析的联用日益广泛。如：SFE-HPLC联用，SFE-TLC联用，SFE-GC联用，SFE与超临界流体色谱(SFC)的联用等。实现了分析制备的自动化。具有分析速度快，回收率高，灵敏度高的优点。其发展趋势仍是进一步提高分析的灵敏度和自动化程度，扩大应用面。
4.6 CO2—SFE在中药有效成分提取和研究方面有着较大的优越性，该方法在中药有效成分的提取及质量研究方面以其独特的优点将会得到更广泛的应用。
4.7 操作范围广，便于调节。最常用的操作范围是压力8~30Mpa，温度35~80℃。
4.8 可以调节萃出物的粒度，即可借超临界流体的核晶作用，使萃出物达到预期的粒度和粒度分布。
4.9 CO2—SFE技术也有一定的局限性。它较适用于亲脂性、分子量较小物质的萃取，对极性大、分子量太大的物质如甙类、多糖等，要夹带剂，并在很高的压力下进行，给工业化带来一定的难度。该设备一次性投资大，也对普及带来了一定的限制[9]。, 百拇医药