（化学工艺专业论文）柴胡药用成分的超临界COlt2gt萃取工艺及模型研究.pdf

摘要 柴胡是我国的传统常用中药，其中柴胡挥发油和柴胡皂甙是柴胡的主要药用 成分。柴胡挥发油具有解热、抗炎等功效，柴胡皂甙具有抗炎、保肝、降低胆固 醇、免疫调节、抗癌等作用。利用传统的提取方法提取柴胡挥发油和柴胡皂甙常 因提取时间长、提取温度高等导致有效成分热解，从而使药效降低。本文研究利 用超临界c 0 2 ( s c c 0 2 ) 萃取这一新兴的高效洁净分离技术替代原有传统工艺的 可行性，这一研究对提高现有制剂药效和促进中药产业的现代化和国际化，具有 重要的意义。 本文首先利用小试超临界萃取设备研究了柴胡挥发油的s c c 0 2 萃取工艺。 考察了原料粒径、c 0 2 流速和用量、萃取温度、萃取压力对挥发油萃取率和吸光 度的影响，实验结果表明，在萃取温度为5 0 、压力为1 5 2 0 m p a 、c 0 2 流速为 1 5 l n l i n 和用量为3 9 2 8 k k g 原料条件下，萃取所得挥发油的吸光度为0 6 6 4 o 6 8 2 ，高于规定值0 6 2 5 ，而挥发油萃取率约是规定值的8 1 0 倍( o 2 8 ) 。5 l 中试放大实验萃取所得挥发油的吸光度比小试萃取所得挥发油的吸光度低6 ， 但仍高于规定值0 6 2 5 ，表明小试实验结果具有较好的工艺放大效果。与传统的 水蒸汽蒸馏法提取相比，s c c 0 2 萃取挥发油萃取率约是水蒸汽蒸馏法提取所得 挥发油萃取率的5 倍，两种提取方法所得挥发油的化学成分有较大差异。利用 g c m s 对挥发油成分进行了定性分析，从s c c 0 2 萃取的挥发油中鉴定出3 3 种 成分。本文还对三批不同来源的柴胡的提取物进行了比较，实验结果表明其含油 量、萃取率和吸光度存在较大差异。 以萃取挥发油后的萃余物为原料，以乙醇水溶液做共溶剂，对利用s c c 0 2 萃取柴胡皂甙进行了深入研究。分别采用三种不同方法加入共溶剂，即将共溶剂 与原料混合后浸泡的静态加入方式；将共溶剂加入s c c 0 2 中的动态加入法以及 同时采用动态和静态法加入共溶剂。重点考察了乙醇浓度、共溶剂用量、萃取温 度、萃取压力等因素对浸膏收率、柴胡皂甙a 和d 的收率以及浸膏中柴胡皂甙a 和d 含量的影响。实验结果表明，采用动态法加入共溶剂，乙醇浓度为9 5 ，用 量为1 2 i n l 僮萃余物，萃取温度为6 0 ，萃取压力为3 0 m p a 条件下，萃取所得浸 膏收率、s s a 和s s d 收率分别为6 7 7 3 、1 5 6 8 7 和7 4 5 2 ，浸膏中s s a 和s s d 含量分别为1 5 4 4 m g 浸膏和1 4 6 8 m g 浸膏。与柴胡皂甙现行水提醇沉工艺相 比，s c c 0 2 + 乙醇一水萃取工艺所用时间还不到水提醇沉工艺所用时问的一半， 萃取所得浸膏中s s a 含量约是现行工艺提取所得浸膏中s s a 含量的3 2 倍。表明 本文采用的s c c 0 2 + 乙醇一水萃取工艺具有萃取时间短、可以有效避免s s d 的 热解及浸膏中s s a 含量高等优点。 本文还对s c c 0 2 萃取柴胡挥发油过程的模拟进行了研究。建立了萃取过程 的集总热容法模型，并将模拟结果与经验模型和微分质量模型模拟结果进行了比 较。此外，还计算了集总热容法模型中的传质系数。结果表明，两参数经验模型、 微分质量模型( s m i 和s m ) 以及两参数集总热容法模型所得的计算值与实验值 吻合很好，三种模型所得计算值和实验值的最大误差分别为1 6 7 - 9 9 0 、1 0 6 7 4 4 和1 9 8 7 8 9 。传质系数随萃取压力的升高而增大。 关键词：柴胡，皂甙，挥发油，超临界c 0 2 萃取，传质，模拟 a b s t r a c t r a d i xb u p l e u r ii sw i d e l yu s e di i l 位a d i t i o n a lc h i n e s em e d i c i n e ， i nw h i c h y o l a t i l eo i l sa i l ds a i k o s a p o n i n s ( s s ) a r ec o n s i d 蹦d 邪觚om 勾0 rb i o a c t i v ec o m p o n e n t s v o l a t i l eo i l sa r ed e s c 抽e d 舔锄t i i n n 锄m a t o r ya n d 趾t i - p 炉t i ca g e n t s se s p e c i a l l y s a 浓o s 印o n m - a( s s a ) 锄d s a i l ( o s a p o n i n d( s s d ) h a v e n l ef i m c t i o l l so f 锄t i - i n f l 煳t i o n ，l i v e r - p r o t e c t i n g ，r e d u c i i l gp l a s m a c h o l e s t e r 0 1 ，i 蝴o r e g u l a t o r y a n da n t i c a n c e r t a d i t i o n a le x n a c t i o nm e t l l o d so fv o l a t i l eo i l sa n ds sn l a vr e s u ni n m e 锄a ld e 伊a d a t i o no f l e mb e c a u s eo fl o n ge x 仃a c t i o nt i m e0 rh i 曲e x 仃a c t i o n t c m p e r a t u r e w i t l lt l l em o d e m i z a t i o na i l di n t e n l a t i o n a l i z a t i o no f1 h l d i t i o n a lc h i n e s e m e d i c i n eh a sb e c o m eav e 巧h o tt o p i ci nc h i i l a i ti so fg r e a ti m p o r t 锄c et oi n v e s t i g a t e n l ef e a s i b i l i t ) ro fs u p e r c r i t i c a lf l u i de ) 【仃戳t i o n ( s f e ) o fv o l a _ t i l eo i l sa n ds sw i t l lc 0 2 ， w h i c hi sc o n s i d e r e da sh i 曲e 丘b c t i v e 柚dc l e 柚s e p a r a 畸o nt e c h o l o 夥 t h ep r o c e s so fe ) 【仃a u c t i o no fv 0 1 a t i l eo i l sw i 也s c - c 0 2w a sf i r s t l ys t u d i e dw i t h l a b s c a l ee x 暗a c t i o na p p a r a t i 】s t h ed b s o r b a n c ea n dy i e l do ft h ev o l a t i l eo i l sw e r e 俩o m a i l li n d e x e sf 0 rp r o c e s sc o 如r c r d l t h ei n f l u e n c e so fp a r t i c l es i z e ，f l o wr a t ea n d 龇n o u n t o fc 0 2 ，e x 昀c t i o nt e i n p e 咖a i l de x t m c t i o np r e s 姒r e 衄t h ea b s o r b a n c ea n dy i e l d w e r ei n v e s t i g a t e d e x d e 曲呦lr e s u l t ss h o wt h a tl l i l d e rt h ec o n d i t i o n so fe x t i a c t i o n 蛔n p e m t l l r eo f5 0 ，e 妯r 乏l c t i o np r e s s u r e 锄g i n g 缸吼15 2 0 m p a ，c 0 2f l o wr a t eo f 1 5 l m j nw i 也锄o i i n to f2 0 l g t h ea b s o r b a n c eo fv o l a t i l eo i l si s0 6 6 4 0 6 8 2 ，w h i c h i sh i g h e rt l l a nt h es p e c i f i e dv a l u eo fo 6 2 5 t h ey i e l do fv a l o t i l eo i l si s8t 01 0t i l i l e so f 也es p e c i f i e dv a l u ep 0 2 8 ) t h ea b s o r b 觚c eo fv a l o t i l eo i l s 蹦：仃a c t e dw i t l l5 l e x t r a u c t i o na p p a r a t u si s6 l o w e r l a n l a to ft h ev a l o t i l eo i l se x 仃a c t e dw i n lla _ b s c a l e e x 廿；l c t i o n 邳i p a m t u s ，b u ts t i l lh i 曲e rt h a nt h es p e c i f i e dv a l u e ，i n d i c a t m gn l a tm e e ) 嘶m e n t a lr e s u l t sc a nb es u c c e s s 如l l ys c a l e du _ p c o m p 撕s o nb e t w e e n 仃a d i t i o n a l s t e 锄d i s t i l l a t i o na i l ds f ew a sm a d e t h ey i e l do f l o t i l eo i l se ) ( 位a c t e dw i t l ls c c 0 2 i s5t i n l e so ft h a te x t r a c t e dw i t hs t e 锄d i s t i n a t i o n t h ec h e m i c a lc o m p o n e n t so f v o l a t i l eo i l so b t a i n e db yt l l e s et w om e t h o d sa l s od i 仃i e r e d t h i r 够m r e ec o m p o n e n t si n t 1 1 ev o l a t i l eo i l sw e f ei d e n t i 6 e db yg ( m s t h ei n f l u e n c e so fd i 丘l e r e n tb a t c ho fh e r b s o fr a 【d i ) 【b u p l e u r io nt 1 1 ee x 仃a c t i o ny i e l d ，也ea b s o r b a n c ea n dc h 谢c a lc o m p o n e n t so f 也ev o l a _ t i l eo i l sw e r ea l s oc o m p a r e da n dd i s c u s s e d e x t r a c t i o no fs s 舶mt l l er e s i d u e so fe x 仃a c t i o no fv o l a t i l eo i l sw i 协s c c 0 2w a s 矗l n b e ri n v e s t i g a t e d ，i n 、h i c he t h a n 0 1 w a t c rs o l u t i o nw 笛l l s e d 硒c o - s 0 1 v 胁t t 1 1 r e e k i n d so fm e t h o d sf o ra d d i l l gc o s o l v e n tw e r es m d i e d ，w h i c hi i l c l u d ea d d i n gt h e c 0 s 0 1 v e n tt om er e s i d u e si 1 1s t a t i cm o d e ，a d d i n gt h ec m s o l v e n tt 0s c - c 0 2i nn o w i n g n l o i ea n dc o n l b i n a t i o no ft h e s et 1 om o ( 1 e s t h ee f 王e c to fe t l l a n o lc o n c e n 仃a t i o na n d 锄0 u n to ft h ec 0 s o l v e n tu s e d ，e x t m c t i o nt e m p e r a t u r e 锄de x 仃a c t i o np r e s 鲫f eo nm e r e c o v e r yr a t i o so ft h et o t a le x t m c t i v e s ，s s a 锄ds s da sw e n 舔t l l ec o n t e n t so fs s aa n d s s di nt h ee x 廿a c t i v e sw e r ei n v e s t i g a t e d ，a n dt l l eo p t i m u mc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e d e ) 【p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tw h e n9 5 o fe m a n o ll i q u o rs o l u t i o nw a sa d d e di n n o w i i l gm o d et oa d 2w i t ha m o u n to f1 2 m l gr e s i d l l e s ，a n dt 1 1 ee x 帆c t i o nt e m p e r a t u r e w 嬲 6 0 ，e x 仃a c t i o np r e s 鲫r ew 硒3 0 m p 钆t h er e c o v e r yr 撕o so fm et o t a lc x 仃a c t i v e s ， s s a 锄ds s da r e6 7 7 3 ，l5 6 8 7 龇l d7 4 5 ，r e s p e c t i v e l v t h ec o n t e n t so fs s as n d s s di nt h ee x 仃a c t i v e sa r e15 4 4 m g 儋a n d1 4 6 8 m g 儋，r e s p e c t i v e l y c o i n p a r e dw i 廿1 l e c 咄n tu s e dp r 0 i u c t i o nm e t h o do fw a t e re x 仃a c t i o nf o l l o w e db ve t h a n o l p r e c i p i t a t i o n ( w e e p ) ，1 1 1 et i m ee x 仃a c t e dw i 也s c - c 0 2 锄de t h 龇o l - w a t e rs o l u t i o ni s s h o r t e rt h a nh a l fo fm et i m ee x 订a c t e dw 仙w e e p b u t 也ev i e l do f 也ee x t r a c t0 b t a j n e d w i t hs c c 0 2i nt h ep r e s e n c eo fc o s o l v e n ti s5 0 h i g l l e rt h a n 也a te x 仃a c t e dw i t l l w e e p t h ec o n t e n to fs s ai nt h ee x 仃a c t i v ei s3 2t i m eo ft h a te x 仃a c t e dw i t l lw e e p m o r e o v e r ，t h es p e c i a la d m t a g eo fs f ei s t l l a ti tc 锄 e a e c t i v e l ya v o i d n l e 加a 1 d e 肿d a t i o no fs s dc o m p a r e dw i t hn os s dc o u l db ed e t e c t e di n 廿l ee x t m c t i v e w i m w e e p l 唧e dc 印a c i 妙m e t l l o d l o d e l ( l c m m ) w a sf i r s t l y 栅l dt 0s i m u l a t e 廿l e 口r o c e s so fe x t r a c t i o no fv o l a t i l eo i l sw i t hs c c 0 2 砒l dt l l em a s s 抚蛆s f e rc o e f f i c i e n t s w e r ea l s oc a l c u l a t e dt h ec o m p 撕s o nb e 锕e e nl u l 唧e dc 印a c 时m e t l l o dm o d e l ， e m p i r i c a lm o d e l ( o n e 锄d 铆op a m m e t e r s ) 锄dd i 腩r e n t i a lm 舔sb a l a n c em o d e l ( s mi 锄ds mi i ) w a sa l s om a d e s i n m l a t i l l gr e s u l t ss h o wn l a te m p i r i c a lm o d e lw i t h 觚o p 扣砌e t e r s ，d i 行色r e n t i a lm a s sb a l a n c em o d e l 锄dl c m mw i t ht w op a r 御n e t e r sg i v e s a t i s f k t o r yr e s u l t s t h ea v e m g er e l a t i v ee r r o r so f 锄叩i r i c a lm o d e lw i 1t 、o p a r a m e t e r s ，d i a e r e n t i a lm a s sb a l a n c em o d e la n dh l m p e dc 印a c i t ym e t l l o dm o d e la r e m g i i 培舶m1 6 7 t 09 9 0 ，1 0 6 t 07 4 4 觚d1 9 8 t 07 8 9 ，r e s p e c t i v e l y m a s s 拄a n s f e rc o e 伍c i e n t si n c r e a s ew i t ht 1 1 ei n c r c a s i n gp r e s s u r e k e y w o r d s ：i 己a d i xb u p l e u r i ，s a i l 的s 印o n i n s ， v o l a t i l eo i l s ，s u p e r 谢t i c a lc 0 2 e x t m c t i o n ，m a s s 俩n s f - e r ，m o d e l i n g 符号说明 x f x ， d s 彳 符号说明 s c - c 0 2 密度，州 床层孔隙率 流体相中溶质浓度，姚c 0 2 去溶质基原料中溶质浓度，k g l 【g 萃取时间，s s c c 0 2 的空隙速率，m s 固体相的浓度，蛳 萃取柱的横截面积，m 2 萃取柱的高度，m 传质速率，k g m 3 s 传质比表面积，m 2 m 3 传质系数，l s 固体相中与y 平衡的去溶质基的溶质浓度，姚 流体相与x 平衡的溶质浓度，姚c 0 2 挥发油收油量，埏挥发油蝇去溶质基原料 相平衡常数 去溶质基固体原料的质量，蚝 c 0 2 的质量流速，k 幽 s c c 0 2 流速，k g k g 去溶质基原料 溶质溶解度，埏溶质l ( g c 0 2 平衡控制转化为扩散控制时溶质在固体相中的浓度， 蚝蚝去溶质基原料 与x 对应的时间，s 两相界面处油的浓度，k g k 原料 物料半径，m 油从固体表面向流体相扩散的传质系数，k g m 2 s 下标 f一流体相 s一固体相 办占 y x ， 甜 以a 日 ， 口后矿广p k q g 弦 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘茎或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：像私良签字日期： 2 唧年彳月多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权盘鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：夏韵霞 签字日期2 t ，i ：7 年角“日 导师签名：孝 签字日期现形萨6 月f 日 上-jl- 刖声 中药是中华民族之瑰宝。随着人们对西药局限性的认识和了解，以及世界疾 病谱和医学模式的改变，“回归自然、崇尚天然药物”正成为一种世界性的潮流， 这为中药的发展提供了前所未有的机遇。1 9 9 6 年7 由国家科委正式提出并倡导“中 药现代化科技产业行动计划”，宗旨是通过运用现代科学技术的理论、方法和手 段，借鉴国际通行的医药标准和规范，对中药进行研究、开发、生产和管理，提 高中药的国际竞争力，促进中医药这个最具我国民族文化特点的代表性学科和最 具有特色的传统产业向现代化、产业化、国际化方向发展。2 0 0 6 年，党中央和国 务院发布的国家中长期科技发展规划纲要，对今后一段时间内国家科学技术 发展的重点领域和关键技术作出了明确的部署，其中以推动中医药现代化和国际 化发展为目的的“中医药传承和创新发展”被列为重点任务之一。 中医药现代化涉及范围很广，其中提取、分离、精制工艺现代化和工程化， 质量控制标准化、规范化，即实现“安全、高效、稳定、可控”是关键的问题。因 此，应高度重视采用先进的工艺技术进行药物研究及产业化。 超临界流体萃取技术是一种新型高效的洁净分离技术，具有低能耗、无污染、 操作简单、参数易控制等优点，目前已在食品、医药、香精香料、化学工业、能 源工业、生物化工、分析化学等领域显示出了广阔的应用前景。 超临界萃取过程的数学模型对超i 临界萃取过程的放大和实验结果的工业化 具有重要意义。因此，在深入研究超临界流体与被萃取物料之间传质的基础上， 需要对萃取过程进行机理分析和数学模拟，考察各工艺操作参数( 如温度和压力 等) 对过程的影响，为实现工业放大和生产的最优操作和控制提供依据。 柴胡是我国的传统中药和常用中药，单方制剂如柴胡口服液、柴胡注射液和 柴胡滴丸对感冒及病毒性感染等引起的发烧具有较好的退热作用。以柴胡为主要 成分的复方制剂如小柴胡汤滴丸具有解表解热、疏肝和胃的功效；小儿解热宁口 服液具有解表解热、和中化湿的功效。柴胡挥发油和柴胡皂甙是其主要的药用成 分，传统的提取方法具有提取温度高，耗时较长，萃取率低等缺点。本文采用超 临界c 0 2 ( s c c 0 2 ) 萃取技术萃取柴胡挥发油和柴胡皂甙，旨在研究利用s c c 0 2 萃取技术萃取柴胡挥发油和柴胡皂甙的工艺可行性和适宜的工艺条件，为柴胡药 用成分的超临界萃取提供必要的工艺参数。另外，本文还对s c c 0 2 萃取柴胡挥 发油过程进行了理论研究和数学模拟，为工艺放大提供理论基础。 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 植物挥发油n 棚 挥发油( v o l a t i l eo i l s ) 也称精油( e s s e m i a lo i l s ) ，是植物中一类在常温下能挥 发的、可随水蒸汽蒸出的、与水不相混的油状液体的总称。挥发油在植物界分布 很广，特别是很多富含挥发油的药材，如菊科植物菊、木香、苍术等；芸香科植 物芸香、降香等；伞形科植物小茴香、柴胡、当归等；唇形科植物薄荷、藿香等； 木兰科植物八角茴香、厚朴、五味子等；马兜铃科植物细辛、马兜铃等；败酱科 植物败酱、甘松等；姜科植物高良姜、姜等；胡椒科植物胡椒；桃金娘科植物丁 香、桉等；马鞭草科植物马鞭草、牡荆等，此外，松科、柏科、杜鹃科等某些植 物中，也含丰富的挥发油。 挥发油存在于植物的腺毛、油室、油管、分泌细胞或树脂道等各种组织和器 官中。大多数成油滴存在，也有的与树脂、粘液质共存，还有少量以甙的形式存 在。植物中含挥发油的量一般在l 以下，也有含量高达1 0 以上，如丁香含挥 发油达1 4 。同一品种植物因生长环境或采收季节不同，挥发油的含量和品质( 包 括成分、香气等) 均可能有显著的差别。同一种植物的不同部位，挥发油的含量 也不同，如当归的根、茴香的果实、丁香的花等部位的含油量都较高。 1 1 1 挥发油的组成 各种挥发油所含有的化学成分比较多，一种挥发油中一般含有几十种、乃至 一、二百种化学成分，但往往其中有数种成分占较大比例，为主要成分。挥发油 的组成多为萜类化合物( 主要是单萜和倍半萜) ，此外，还有非萜类小分子的芳 香族和脂肪族化合物。 ( _ ) 萜类化合物挥发油中的萜类成分主要是单萜、倍半萜，通常它们的含量 较高，但无香气，不是挥发油的芳香成分。而某些萜类的含氧衍生物含量较少， 但具有较强的生物活性和芳香气味，如薄荷醇、柠檬烯、桉油精等。 非萜类化合物 1 芳香族化合物挥发油中小分子的芳香族成分，有些是苯丙烷类衍生物，多 具有c 6 c 3 骨架，多为苯酚化合物或其酯类，如桂皮醛、茴香脑；有些是萜源化 合物，如百里酚；还有些具有c 6 c 2 或c 6 c l 骨架的化合物，如苯乙烯、苯乙醇 等。 第+ 一章文献综述 脂肪族化合物挥发油中也存在一些小分子脂肪族化合物，它们较多存在于 植物的果实和水果中，包括烃、醇、醛、酮和酯，如鱼腥草中的甲基正壬酮、桂 花中的正癸烷、松节油中的正庚烷等。 挥发油的组成除了上述三种物质外，还有一些其它化合物，如含硫化合物， 如大蒜素；含氮和硫的化合物，如芥子油。 1 1 2 挥发油的功能 挥发油大多为无色或微黄色透明油状液体，也有少数具有其它颜色，如洋甘 菊油为蓝色，苦艾油为蓝绿色。大多数挥发油具有特殊的气味。几乎所有的挥发 油都具有光学活性和折光性，经常与空气、光线接触会逐渐氧化变质。 自古以来，挥发油在人类的生活中具有较多的用途，如古代人焚蒿薰衣躯蚊， 民间端午节用香艾、菖蒲沐身的习俗，利用挥发油消毒、杀菌、防腐和防虫的功 效用作香料植物作为古建筑的材料。另外，挥发油还用作食品防腐与调味的活性 物质。近代以来，挥发油不仅作为调香剂广泛用于香料、化妆品、牙膏、香皂、 饮料、食品和糖果点心，而且在医疗和农产品防腐、抗菌、杀虫方面的研究与应 用也日益增多。 1 1 2 1 挥发油在医药上的应用3 川 挥发油是中药中的一类常见的重要有效成分，多具有止咳、平喘、祛痰、消 炎、驱风、健胃、解热、镇静、解痉、利尿、降压、抗肿瘤和强心等作用。王翕 掣5 】研究白术挥发油对动物移植性肿瘤的作用，白术挥发油2 5 0 i 】垮7 k g 对小鼠肝癌 h 2 2 、肉瘤s 1 8 0 的抑制率分别为5 1 6 和5 3 2 。何思煌等【6 】人对胡椒根挥发油的 中枢药理作用进行研究，胡椒根挥发油对小鼠的自发活动具有明显的抑制作用， 对二甲苯所致的小鼠耳肿胀有明显拮抗作用。 1 1 2 2 挥发油在农药上的应用n 。 大量的研究证明，植物精油对储粮害虫具有熏蒸和触杀的活性。侯华民等【1 2 】 对1 1 科1 5 属2 7 种植物挥发油的杀虫活性进行测定，八角茴香果实、柠檬果实、 细叶桉叶和留兰香叶挥发油对粘虫、小菜蛾、棉铃虫和玉米象有较强的熏蒸活性； 甜橙果实、玳玳花和砂地柏挥发油稀释1 0 0 倍后，对粘虫的拒食活性最高。 1 1 2 3 挥发油在食品储藏中的研究与应用n 纠刀 一些研究表明，芳香精油可通过控制真菌性腐败而延长果蔬的贮存期。 u 蛳e i l d a e l e 等【1 8 】对莴苣、萝卜和灯笼椒蔬菜片冷藏包装品模型的前处理和贮藏 第一章文献综述 过程中的气单孢菌污染和生长控制进行研究分发现，利用0 5 1 0 百里香精油 水乳液对原料进行清洗，可显著降低样品的含菌量。p a n a g i o t i s 等【1 9 j 的研究发现， 向鲜肉制品中加入牛至挥发油，可以延缓细菌生长、抑制细菌的代谢，从而使样 品的保鲜期延长2 1 4 天。 虽然许多挥发油被列为对人体无害成分或批准为食品香料添加剂，但一些研 究表明，其中一些成分具有刺激性或毒性，在正式使用于食品前，对其应用进行 更全面的安全性评价是非常必要的。 1 1 3 挥发油的提取与分离n 一，硪2 订 挥发油常用的提取方法有水蒸汽蒸馏法、溶剂萃取法、压榨法、吸收法与超 临界流体萃取法。 1 1 3 1 水蒸汽蒸馏法 水蒸汽蒸馏法是利用蒸汽压力的不同将两种或更多的液体从原料中提取出 来的方法。提取时将药材切碎后，加水浸泡，然后采用直接蒸馏法或水蒸汽蒸馏 法提取挥发油。直接蒸馏法简单，但受热温度较高，从而导致挥发油的某些成分 发生分解，影响产品质量；而水蒸汽蒸馏法所需的设备较复杂，并且馏出液为油 水混合物，需要采用盐析和有机溶剂萃取才能得到挥发油。 1 1 3 2 溶剂提取法 用低沸点有机溶剂连续回流提取或冷浸提取，提取液经蒸馏或减压蒸馏除去 溶剂，即可得到粗制挥发油。此法得到的挥发油杂质较多，因为其他脂溶性成分 如树脂、油脂、蜡、叶绿素等也同时被提出，需要进一步精制提纯。 1 1 3 3 压榨法 将含有挥发油较丰富的原料( 如鲜橘、柑、柠檬的果皮等) 经撕裂粉碎压榨， 将挥发油从植物组织中挤压出来，然后静置分层或用离心机分离出油份，即得挥 发油粗品。此法所得的挥发油可能含有水分、叶绿素、粘液质及细胞组织等杂质， 因而呈浑浊状态，同时此法也很难将挥发油全部压榨出来，故可再将压榨后的残 渣进行水蒸汽蒸馏，使挥发油提取完全。但压榨法提取所得的挥发油可保持原有 的新鲜香味。 1 1 3 4 吸收法 对某些热敏性的贵重挥发油，如玫瑰油、茉莉花油，常采用此法提取。用特 制的脂肪( 无臭味的豚脂3 份与牛脂2 份的混合物) 均匀地涂布于面积 4 第一章文献综述 5 0 c m 1 0 0 c m 的玻璃板两面，然后将此玻璃板嵌入高约5 一1 0 c m 的木框中，在玻璃 板上铺上金属网，其上放l 层新鲜花瓣，然后将一个个木框重叠起来，花瓣即被 包围在两层脂肪中间，这样，挥发油逐渐被脂肪吸收，每隔1 2 天更换鲜花瓣， 约l 周后，待脂肪充分吸收芳香成分，刮下脂肪，即为“香脂”，它可直接供香料 工业制作化妆品，也可经乙醇萃取后在0 真空干燥( 蒸去乙醇) ，得到具有鲜花 香气的挥发油，还可用活性炭吸附后，再以乙醇或其他溶剂洗脱。 1 1 3 5 超临界流体萃取法陋瑚 与挥发油传统的提取方法相比，超临界流体萃取( s u p e r c m i c a ln u i de x 订a c t i o n ， s f e ) 在较低温度下进行，避免了挥发油成分的热解，萃取所用时间短，无溶剂残 留，通过调节温度和压力改变超临界流体的密度，从而改变目的产物的溶解度， 可以实现选择性萃取与分离。目前，s f e 已经广泛用于挥发油的提取和分离纯化。 1 1 3 6 其他提取方法 国外还有利用破裂法刺破分泌组织，提取挥发油。如针刺法是用特制的碗状 漏斗，口径约2 5 c m ，碗内立有许多铜针，将已在水中浸软的植物原料( 如柠檬 果皮) 在针上旋转，分泌组织被划破，油即沿针刺流到漏斗底部收集器内。 1 2 植物皂甙类n 2 朋1 皂甙又称为配糖体，在植物中分布极为广泛，因其水溶液易引起肥皂样泡沫， 且多数皂甙具有溶血等特性，构成了皂甙的经典含义，因此很早为人们所认识。 1 2 1 皂甙的分类 皂甙是由皂甙元和糖两部分组成。组成皂甙的糖常见的有d 葡萄糖、d 半乳 糖、l 鼠李糖、l 阿拉伯糖、d 木糖、d 葡萄糖醛酸、d 半乳糖醛酸等。皂甙多 数是由多分子糖或糖醛酸与甙元组成。皂甙根据其甙元结构可划分为甾体皂甙和 三萜皂甙。甾体皂甙大部分分布于百合科、薯蓣科、石蒜科和玄参科等植物中， 一般作为合成甾体激素及其有关药物的原料。三萜皂甙大部分分布于五加科、豆 科、桔梗科、远志科、毛莨科和伞形科等植物中。根据其在生物体内的存在状态 可分为原生甙和次生甙；根据连接单糖基的个数分为单糖甙、二糖甙和多糖甙等； 根据植物来源可分为芸香甙、人参皂甙等。 第一章文献综述 1 2 2 皂甙的性质 1 2 2 1 性状 皂甙的相对摩尔质量较大，不易结晶，大多为无色或乳白色无定性粉末，仅 少数为晶体，如春藤皂甙为针状晶体。 皂甙多数具有苦而辛辣味，其粉末对人体各部分的粘膜有强烈的刺激性，尤 以鼻内粘膜最为灵敏，吸入鼻内能引起喷嚏。 皂甙大多具有吸湿性。 1 2 2 2 溶解度 大多数皂甙极性较大，易溶于水、热甲醇和乙醇，难溶于丙酮、乙醚。皂甙 在含水丁醇中有较大的溶解度，所以丁醇常作为提取皂甙的溶剂。次级甙在水中 溶解度降低，易溶于醇、丙酮和乙酸乙酯中。皂甙元则不溶于水而溶于石油醚、 苯、乙醚、氯仿等低极性溶剂中。皂甙有助溶性能，可促进其他成分在水中的溶 解。 1 2 2 3 发泡性 皂甙有降低水溶液表面张力的作用，多数皂甙的水溶液，振荡后产生持久性 泡沫，用发泡实验可以区别三萜皂甙和甾体皂甙。 1 2 2 4 熔点与旋光度 皂甙常在熔融前就分解，因此无明显的熔点。皂甙元的熔点随羟基数目的增 加而升高，甾体皂甙元单羟化合物熔点都在2 0 8 以下，三羟化合物都在2 4 0 以上，多数双羟或单羟酮化合物的熔点在两者之间，可是他们的混熔点或乙酰化 物的混熔点往往下降。因此甾体皂甙在鉴定上不能单靠熔点，而旋光度的测定更 有意义，如甾体皂甙及其甙元的旋光度几乎都是左旋，因此在推定结构上有重要 作用。 1 2 2 5 皂甙的水解 皂甙的水解有两种方式，可以次彻底水解，生成皂甙元及糖，也可以分步 水解，即部分糖先被水解，或双糖甙中先水解1 条糖链，形成次生甙或前皂甙元。 由于皂甙所含糖是2 羟基糖，所以水解条件较为剧烈，用2 4 m o 儿矿酸即可实现， 也可以用酸性较强的高氯酸。由于水解条件的剧烈，水解过程中皂甙元易发生脱 水、环合、双键位移等变化，使水解产物不是真正的皂甙元( 或称原皂甙元) ， 因此，选择水解条件，采用温和的水解方法，如氧化降解法、土壤微生物培养法、 6 第一章文献综述 光解法等得到真正皂甙元是研究皂甙结构的关键。 1 2 3 皂甙的提取与分离m 2 2 7 。2 叼 1 2 3 1 水提法 水提法以水作溶剂，经济易得，适用性大，但提取温度较高，容易造成热敏 性成分的热解。现代水提取法与传统水提取法最大的区别是与生物酶、絮凝技术、 膜分离技术等结合。张黎明等【3 0 】利用纤维素酶解法提取胡芦巴种子中甾体皂甙， 加酶后甾体皂甙元的提取率平均值为8 3 6 ，而未加酶时为5 8 4 ，用纤维素酶 处理能显著提高甾体皂甙的提取率。 1 2 3 2 浸渍法 浸渍法操作简单，但耗时较长且提取效率不高，对于遇热易破坏的总皂甙可 采用此法。梁静谊等利用不同的提取工艺，对皂荚皂甙的提取工艺进行研究， 由于皂荚皂甙的极性太大，相对摩尔质量大，s c c 0 2 和乙酸乙酯不能将皂甙提 取出来，与7 0 的乙醇、甲醇相比，水比较适合提取皂荚皂甙，最佳的水提条件 为提取时间1 8 h 、提取温度4 5 、原料与提取用水比为1 ：1 0 。 1 2 3 3 热回流法 热回流法可以减少溶剂的消耗，提高浸出效率。侯会绒等【3 2 】等利用正交实验 优化匙羹藤总皂甙的乙醇回流提取工艺，考察乙醇浓度、料液比、提取时问、提 取次数等因素对总皂甙提取率的影响，优化的提取工艺为7 0 乙醇作提取溶剂、 料液比l ：6 ，提取时间3 h 、提取次数2 次。 1 2 3 4 超声提取法删 超声波产生的强烈震动、高的加速度、强烈的空化效应、搅拌作用加速溶剂 渗入药材中，促使皂甙溶解。此法程序简单、操作简便、提取时问大大缩短，且 产品的萃取率高。张宪臣等3 6 1 以水饱和的正丁醇作萃取用溶剂，超声提取人参总 皂甙，优化的提取条件为提取时间2 h 、提取次数2 次。周琳掣3 7 1 将超声提取法与 复合酶解法相结合，提取三七总皂甙。超声提取法与复合酶解法相结合，提取温 度低，提取时间短，在显著提高三七总皂甙提取率的同时，还可以提取出三七素 等水溶性成分。 1 2 3 5 微波辅助提取技术m 删 利用微波强化固液浸取过程是颇具发展潜力的一种新型辅助提取技术。该技 7 第一章文献综述 术具有选择性高、提取时问短以及不需特殊的分离步骤等优点。龚盛昭等【4 0 1 利用 微波提取黄芪皂甙，实验结果微波提取所得皂甙萃取率为2 4 2 ，远远高于直接 加热提取所得皂甙萃取率( 1 6 5 ) ，微波提取时问仅为8 m i n ，比直接提取缩短 了2 0 倍。 1 2 3 6 大孔吸附树脂法 大孔吸附树脂是一种不含交换基团的具有大孔结构的高分子吸附剂，具有选 择性吸附有机化合物的能力，对皂甙的分离和去除水溶性色素、多糖和无机盐等 杂质有独特的效果。高晓明等【4 1 1 研究苦瓜皂甙的酶法提取和大孔树脂纯化工艺， 提取液经微滤后上大孔树脂进行纯化，乙醇洗脱，冷冻干燥所得产品中苦瓜皂甙 含量可达7 9 。 1 2 3 7 膜技术 膜技术使用微滤膜、超滤膜、纳滤膜对提取液进行分离，具有效率高、分离 过程基本无相变、可在常温下运作及工艺简单、操作方便、投资省等优点，已成 为一项新兴的用于澄清、分离和浓缩等方面的绿色和节能技术。肖文军等【4 2 】利用 微滤澄清、超滤除大分子、纳滤分离、纳滤浓缩等膜技术分离七叶参皂甙，突破 了常规技术分离七叶参皂甙的技术瓶颈，分离得到七叶参皂甙。 1 2 3 8 超临界c 0 。萃取法 与传统的提取方法相比，s c c 0 2 具有操作温度低、无溶剂残留等特点，特 别适用于脂溶性成分的提取与分离纯化。少量共溶剂的加入，可以改变超临界流 体的极性，拓宽超临界流体萃取的应用范围。王俊等【4 3 1 以乙醇作共溶剂，利用 s c c 0 2 萃取薯蓣皂甙元，优化的萃取条件为萃取压力3 5 m p a 、温度4 5 、乙醇 体积分数9 5 、萃取时间3 h ，c 0 2 流速2 l i n i n ，与传统的有机溶剂提取法相比， s c c 0 2 萃取具有成本低、操作简便、萃取时问短、提取完全等优点。 1 3 超临界流体萃取简介2 5 ，伽 自二十世纪七十年代以来，基于超临晃流体( s u p e r c r i t i c a lf l u 斌简称s c f ) 的优良特性发展起来的超临界流体技术取得了迅速发展。其中发展最早、研究最 多并已有工业化产品的技术当属超临界流体萃取( s f e ) ，德国z o s e l 博士成功地 利用s c c 0 2 萃取脱除咖啡豆中的咖啡因工艺成为超临界萃取的第一个工业化项 目。自此以后，s f e 被视为环境友好且高效节能的新的化工分离技术在很多领域 得到广泛重视和开发，如从天然产物中提取高附加值的有用成分( 天然色素、香 8 第一章文献综述 料香精、食用或药用成分等) ，煤的直接液化，烃类中有选择地萃取直链烷烃或 芳香烃，共沸物的分离，海水脱盐，活性炭再生，从高聚物中分离单体或残留溶 剂，同分异构体的分离，天然产物有害成分的脱除，有机物的稀浓度水溶液的分 离以及超临界流体色谱分析等。研究涉及化工、能源、燃料、医药、食品、香料、 环保、海洋化工、生物化工、分析化学等领域。近年来，在我国实施中药现代化 进程中，s f e 更受到人们的广泛重视，被视为环境友好、可用于中药药用成分的 提取与分离的新技术。 1 3 1 超临界流体的概念 一种流体( 气体或液体) ，当其温度和压力均超过其相应的临界点，则称该 状态下的流体为超临界流体。图1 1 为纯组分的温度压力关系示意图，图1 1 中 所示的阴影部分是超临界流体的范围