超临界流体萃取技术在中药分离分析中的应用进展.pdf

超临界流体萃取(s u p e r c r i t i c a l f l u i de x t r a c t i o n, S F E)是利用超临界状态下的流体作为萃取溶剂, 从液体或固体物料中萃取出某种或某些组分的一 种新型分离技术。由于它能同时完成萃取和蒸馏 两步操作, 因此与传统的分离方法相比, 具有分离 效率高、 操作周期短、 传质速率快、 渗透能力强、 蒸 发潜热低、 选择性易于调节等优点。 超临界流体是 处于临界温度和临界压力以上的流体,兼有气体 和液体的双重特点,既具有和气体相当的高扩散 系数和低粘度, 又具有和液体相近的密度, 对物质 具有良好的溶解力。可作为超临界萃取的溶剂种 类很多, 例如C O 2、 丙烷、 乙烷、 乙烯、 甲醇、 水等, 但目前研究最多的是C O 2。由于C O2具有无色无 毒、 无腐蚀、 化学惰性、 使用安全、 价廉等优点, 且 临界压力(7 . 3 7M P a) 较低、 临界温度(3 1 . 7) 接 近于常温, 因此实用价值最大, 是目前首选的清洁 型工业萃取剂。S F E在中药有效成分的提取分离 工艺中获得较广泛的应用, 笔者根据文献, 对近5 a来S F E技术在中药活性成分的分离与提取中的 应用作一综述。 1在中药化学成分提取分离中的应用 1 . 1生物碱的提取分离: 生物碱的传统提取方式 主要有水蒸气蒸馏、 溶剂法、 酸水提取法等, 但这 些方法存在着必须使用和处理大量的有机溶剂、 易燃易爆、 安全性低、 提取过程繁琐、 提取率低、 提 取时间长、 有效成分损失较多且易受破坏等缺点。 近年来,S F E技术由于可以克服这些缺点, 在提取 分离生物碱中得到广泛的应用。例如从苦参中萃 提总生物碱 1 ; 从苦豆子中萃提总生物碱 2等。中 药中存在的生物碱除了极少数碱性较弱的成分以 游离形式存在外, 多以盐的形式存在, 对于以盐形 式存在的生物碱, 可以通过碱化试剂的预处理, 使 结合的生物碱游离出来,增加其在超临界流体中 的溶解度, 提高萃取效率, 同时也可以使用改性剂 等方法增加萃取能力。李新社等 3 通过研究发现, 百合经氨水碱化后,用超临界二氧化碳流体萃取 技术在最佳条件下萃提秋水仙碱时,粗提物中秋 水仙碱含量可达到6 . 3 8 %。蔡建国等 4应用 S F E 技术以甲醇为改性剂和碳酸钠为碱化试剂,萃提 博落回中的总生物碱,通过实验测出在最佳实验 条件下生物碱的提取率为0 . 2 0 1 9 %。 程建明等 5 采 用S F E技术提取延胡索中的延胡索乙素,并与索 氏提取法、 回流提取法和微波提取法进行比较, 通 过实验证明超临界流体萃取法的提取率最高, 延 胡索乙素的含量可达0 . 0 8 1 %。 1 . 2黄酮的提取分离:黄酮类化合物分布广泛, 在大多数中药中都存在,具有降血压降血脂等作 用。何扩等 6 采用超临界C O 2萃取的方法, 对银杏 叶中的药用活性成分黄酮类化合物进了提取研 究, 并与乙醇浸提方法进行比较, 实验表明在最佳 提取条件下, 黄酮类化合物的提取率达到2 . 6 1 %, 纯度达到2 7 . 7 %,其纯度是直接用乙醇提取的 2 . 4 3倍,且银杏叶中的有毒物质银杏酚类的含量 得到了较好的控制。邓丹雯等 7应用超临界 C O2 萃取技术成功地从藜蒿中萃取出黄酮类物质, 并 考察了萃取温度、 压力、 夹带剂用量等因素在不同 水平下对藜蒿黄酮提取率的影响,最终确定了最 佳的提取条件。廖周坤等 8应用超临界 C O2萃取 技术从去除油脂后的沙棘果渣中提取出总黄酮 ( 以异鼠李素计) , 并确定了最佳的工艺路线。 实验 结果表明,用超临界C O 2萃取所得的总黄酮的提 取率为传统溶剂工艺提取率的1 . 2 4 5倍。梁晓原 等 9以 8 5 %的乙醇为夹带剂利用S F E萃取方法在 刘永静 1 , 刘巧 2 , 于丽丽 1 , 陈丹 1 超临界流体萃取技术在中药分离分析中的应用进展 (1 .福建中医学院药学系, 福建 福州3 5 0 1 0 8;2 .福州市疾病预防控制中心, 福建 福州3 5 0 0 0 1) 关键词: 超临界流体萃取; 中药分离; 中药分析; 应用前景 中图分类号:R 2 8 4 . 2文献标识码:A文章编号:1 0 0 4 - 5 6 2 7(2 0 0 8)0 2 - 0 0 6 0 - 0 3 收稿日期:2 0 0 7 - 1 0 - 2 5 基金项目: 福建省教育厅资助课题(J A 0 5 2 8 3) , 福建省科技厅资助课题(2 0 0 7 F 5 0 6 2) 作者简介: 刘永静(1 9 8 3) , 女,2 0 0 6级中药专业硕士研究生, 主要从事中药制剂分析的研究。 综述 J o u r n a l o f F u j i a nU n i v e r s i t yo f T C M A p r . 2 0 0 8,1 8(2) 福 建 中 医 学 院 学 报2 0 0 8年4月第1 8卷第2期 6 0 4 0下萃取灯盏花中总黄酮成分, 萃取时间3h, 并与水提醇沉法进行了比较,结果表明S F E法具 有速度快、 收率高的优点。 付玉杰等 1 0 采用超临界 C O2萃取技术提取甘草地上部分的总黄酮,实验 结果表明在最佳实验条件下超临界C O 2萃取甘草 总黄酮的提取率为2 . 0 9 %, 含量为5 . 4 2 %。 1 . 3挥发油的提取分离: 目前运用S F E提取挥发 油比较多,所得的产品无论是收率还是质量都比 传统的方法高。颜继忠等 1 1采用超临界萃取温郁 金挥发油,并用G C / M S确定了挥发油中的1 0种 主要成分。结果表明水蒸汽蒸馏过程中所得挥发 油提取率为0 . 1 %, 而在最佳萃取条件下, 超临界 C O2萃取的挥发油收率为0 . 3 9 %, 是水蒸汽蒸馏法 的近4倍, 且大大缩短了操作时间, 简化了工艺。 吴琳华等 1 2应用 S F E提取莪术挥发油中 -榄香 烯, 通过实验得到在最佳的萃取条件下, -榄香烯 的得率为0 . 0 2 7 1 %,而用水蒸气蒸馏法的得率仅 为0 . 0 1 2 9 %。吴素香等 1 3应用超临界 C O2萃取技 术提取白术中的挥发油成分,通过试验确定了最 佳的萃取工艺条件,并分析了萃取物中的挥发性 成分。 结果表明, 白术超临界C O 2提取物的挥发性 成分在化合物的组成及其含量上,明显高于文献 报道的水蒸气蒸馏提取物,并且表明超临界萃取 法具有耗时少、 效率高、 提取完全、 没有有机溶剂 残留等优点。 近年来, 超临界流体萃取技术已用于 几十种挥发油的提取, 比如当归、 木香、 柴胡、 薄 荷、 荆芥、 川芎 1 4 1 9 。 1 . 4香豆素与木脂素类的提取分离:超临界C O2 流体萃取可以用来提取游离的香豆素和木脂素, 极性强的可以通过加入改性剂增加溶解度。刘红 梅等 2 0应用超临界流体萃取法萃取出白芷中的香 豆素类成分, 并用G C - M S进行了分析, 结果表明 萃取出1 5种香豆素类成分, 主要成分为氧化前胡 素、 欧前胡素、 异欧前胡素, 其相对含量分别达到 4 2 . 4 0 %、2 2 . 1 4 %和1 2 . 1 2 %。李晓光等 2 1应用超临 界C O 2萃取法提取海风藤中的木脂素成分,并对 其工艺进行了优化。此外,S F E也应用于五味子中 木脂素的提取 2 2 。 1 . 5醌类的提取分离: 醌类及其衍生物的极性较 大,因而在对其进行超临界流体萃取时常要加入 改性剂并提高压力, 才可达到较好的分离效果。 童 胜强等 2 3 以大黄素为指标对虎杖中的有效成分进 行超临界流体C O 2萃取,结果表明在最佳的实验 条件下, 大黄素的萃取率为0 . 3 6 %。未作君等 2 4 应 用S F E对大黄中的游离蒽醌类物进行了提取, 通 过实验确定了最佳的萃提条件,并用高效液相色 谱法对萃取物进行了分析,结果表明在最佳的萃 取条件下, 大黄中游离蒽醌的萃取可达1 . 1 5 %。 1 . 6皂苷的提取分离: 皂苷的极性较大, 因而在 S F E过程中应使用改性剂,必要时需考虑梯度 S F E法。陈钧等 2 5运用 S F E技术萃取穿山龙水解 物中的薯蓣皂苷元,与有机溶剂提取方法进行了 比较,结果表明S F E法提取薯蓣皂苷元的收率及 纯度均较高。华小黎等 2 6 应用S F E技术对菝葜中 的薯蓣皂苷元进行萃取研究,菝葜的超临界C O 2 萃取物中, 薯蓣皂苷元的含量最高可达1 . 9 6 %, 收 率较药典常规酸水解法 (0 . 0 2 %) 和传统氯仿萃取 法(1 . 1 6 %) 有显著提高, 具有生产周期短、 收率高、 溶剂无毒、 不污染环境、 可循环使用、 成本低、 操作 方便等优点。 2在中药材中农药残留物检测及去除重金属中 的应用 控制中药材中的农药残留量是控制中药材质 量的关键因素之一。全灿等 2 7用 S F E和固相吸附 技术对人参中的有机氯农药残留进行了分析。李 欢欣等 2 8用 S F E法净化了黄芪中的有机氯农药, 并用毛细管气相色谱法测定了除毒前后黄芪中的 农药残留量,结果发现超临界C O 2流体萃取法去 除 黄 芪 中 残 留 有 机 氯 农 药 效 果 好 , 除 毒 率 达 8 7 . 6 %。中药材的重金属超标是客观存在的问题, 许多国家以检测重金属的限量作为衡量中药材的 质量标准之一。张晖芬等 2 9用超临界 C O2净化技 术, 以二乙基二硫代氨基甲酸钠(D D C - N a) 为金属 络合剂, 用S F E技术净化熟地黄中的重金属。 结果 表明, 在最佳萃取条件下, 重金属净化率达到8 5 % 以上, 中药材有效成分的损失低于5 %。 此外, 张晖 芬等还将此法应用于黄芪、淫羊藿中重金属的净 化 3 0,3 1 。 3存在问题 3 . 1从设备上讲,S F E装置需要高压设备,从安 装到投入使用, 再到使用过程中的维护, 整个过程 对工程技术的要求较高, 且价格较昂贵。 3 . 2从研究范围来讲,S F E技术已经应用到生物 碱、 挥发油、 醌类、 香豆素、 木脂素、 黄酮类等有效 成分提取上。但是由于C O 2的非极性和低分子量 的特点,使得该技术对许多强极性和分子量较大 的成分, 很难进行有效的提取。 尽管可以使用改性 剂在高压下进行萃取,但这时与传统的提取方法 第2期刘永静等: 超临界流体萃取技术在中药分离分析中的应用进展6 1 相比的优势可能就不再明显,而且给工业化带来 麻烦, 在工业化的过程中难以实现。 3 . 3尽管目前实验室进行了大量的研究, 积累了 一些经验和数据,但是有关S F E技术的工业化研 究还比较薄弱。 要想应用到工业化大生产中, 还有 大量的基础研究和化学工程方面的问题需要解 决。 4小结 S F E技术在中药领域的应用正日益受到重 视,从理论和应用上都已经证明了S F E技术在中 药领域有着越来越广泛的应用前景。近些年来出 现了一些S F E技术与其它技术的在线耦合方法, 如超临界C O 2流体萃取-气相色谱联用技术、 超临 界C O 2流体萃取-液相色谱联用, 这些联用技术使 得萃取物萃取后不用转移即可进行直接分析, 将 气相色谱或液相色谱用作检测手段,可以充分发 挥这些现代分析技术的优点, 对萃取效率、 萃取物 组分、有效成分含量以及萃取物纯度等进行深入 研究, 进而进行准确的定量分析, 并以直观的色谱 图反映出来。 除此之外, 还出现了超临界C O 2流体 萃取-红外联用、超临界C O 2流体萃取-质谱联用 等技术。S F E法还可以与各种分离手段的联用, 出 现了超声强化S F E技术。这些联用技术可以解决 单独采用S F E法萃取中药时, 由于中药成分复杂、 近似化合物多、 萃取物纯度不高等问题。 这些新技 术对于促进超临界C O 2萃取技术应用的发展具有 重要意义,也是今后研究中草药分析的发展方向 之一。 参考文献: 1 张立伟, 毛建明, 杨频.超临界二氧化碳流体萃取中药苦参 的生物总碱J.化学研究与应用,2 0 0 3,1 5(1) :1 2 9 - 1 3 0 . 2 许馨燕, 仲婕, 顾政一.超临界C O2法与酸水法提取苦豆子 的比较研究 J.国 外 医 学中 医 中 药 分 册 ,2 0 0 5,2 7(5) : 2 9 7 - 3 0 1 . 3 李新社, 王志兴.溶剂提取和超临界流体萃取百合中的秋水 仙 碱 J.中 南 大 学 学 报 : 自 然 科 学 版 ,2 0 0 4,3 5(2) :2 4 4 - 2 4 8 . 4 蔡建国, 张涛, 陈岚.超临界C O2流体萃取博落回总生物碱 的研究J.中草药,2 0 0 6,3 7(6) :8 5 2 - 8 5 4 . 5 程建明, 井山林.延胡索中延胡索乙素不同提取方法的比较 研究J.时珍国医国药,2 0 0 6,1 7(7) :1 2 3 6 - 1 2 3 7 . 6 何扩, 李玉锋, 张秀媛, 等.超临界流体萃取银杏叶黄酮类物 质的研究J.山西食品工业,2 0 0 5(4) :2 - 5 . 7 邓丹雯, 郑功源, 杨安树.藜蒿黄酮超临界C O2(S F E - C O2) 萃 取条件的研究J.食品科学,2 0 0 3,2 4(2) :9 0 - 9 2 . 8 廖周坤, 徐正, 杨林.超临界流体萃取去脂沙棘果渣中总黄 酮的工艺研究J.四川化工与腐蚀控制,2 0 0 3,6(6) :1 - 3 . 9 梁晓原, 武正才, 缪菊莲, 等.超临界C O2萃取灯盏花中总黄 酮成分的工艺研究J.云南中医学院学报,2 0 0 4,2 7(2) : 3 4 - 3 6 . 1 0付玉杰, 施晓光, 刘晓娜, 等.超临界C O2提取甘草地上部分 总黄酮J.植物研究,2 0 0 7,2 7(3) :3 7 2 - 3 7 5 . 1 1颜继忠,童胜强,陈钢.超临界流体萃取郁金中的挥发油 J.科技通报,2 0 0 4,2 0(4) :3 5 5 - 3 5 8 . 1 2吴琳华, 杜霞, 刘红梅.超临界流体萃取广西莪术挥发油中 -榄香烯J.中草药,2 0 0 6,3 7(3) :3 6 8 - 3 7 0 . 1 3吴素香, 吕圭源, 李万里, 等.白术超临界C O2萃取工艺及萃 取物的化学成分研究J.中成药,2 0 0 5,2 7(8) :8 8 5 - 8 8 8 . 1 4聂诗明, 张桂芝, 张鹏涛.超临界C O2萃取当归油的工艺研 究J.中药材,2 0 0 5,2 8(3) :2 2 6 - 2 2 7 . 1 5邱琴, 崔兆杰, 张国英, 等.超临界C O2流体萃取法和水蒸气 蒸馏法提取青木香挥发油化学成分的研究J.山东大学学 报: 理学版,2 0 0 5,4 0(1) :1 0 3 - 1 0 8 . 1 6马燮, 杨郭, 杨聪, 等.超临界C O2萃取柴胡茎、 叶中挥发油 的实验研究J.应用化工,2 0 0 6,3 5(1 0) :7 7 7 - 7 7 8 . 1 7梁呈元, 李维林, 夏冰, 等.薄荷油超临界C O2萃取条件的优 化和筛选J.植物资源与环境学报,2 0 0 6,1 5(4) :3 8 - 4 1 . 1 8谢建春, 孙宝国, 郑福平, 等.荆条叶精油的C O2超临界流体 萃取工艺研究J.中药材,2 0 0 5,2 8(1 2) :1 1 0 0 - 1 1 0 3 . 1 9李艳辉, 易进海, 官艳丽, 等.超临界萃取川芎精油的G C - M S分析J.分析试验室,2 0 0 7,2 6(5) :1 0 6 - 1 0 8 . 2 0刘红梅, 张明贤.白芷中香豆素类成分的超临界流体萃取和 G CM S分析J.中国中药杂志,2 0 0 4,2 9(3) :2 4 1 - 2 4 4 . 2 1李晓光, 高勤, 翁文, 等.超临界C O2萃取广东海风藤木脂素 成分工艺研究J.中药材,2 0 0 6,2 9(1 0) :1 0 9 6 - 1 0 9 7 . 2 2聂江力, 裴毅, 祖元刚.北五味子果实超临界C O2萃取工艺 的