超临界流体萃取技术在中药分离分析中的应用进展

1、超临界流体萃取(supercritical fluid extraction ,SFE 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CO 2、丙烷、乙烷、乙烯、甲醇、水等,但目前研究最多的是CO 2。由于C

2、O 2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(7.37MPa 较低、临界温度(31.7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。SFE 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5a 来SFE 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,SFE 技术由于可以克服这些缺

3、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6.38%。蔡建国等4应用SFE 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.

4、2019%。程建明等5采用SFE 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0.081%。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CO 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2.61%,纯度达到27.7%,其纯度是直接用乙醇提取的2.43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CO 2萃取技术成

5、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CO 2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CO 2萃取所得的总黄酮的提取率为传统溶剂工艺提取率的1.245倍。梁晓原等9以85%的乙醇为夹带剂利用SFE 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350108;2.福州市疾病预防控制中心,福建福州350001关键词:超临界流体萃取;中药分离;中药

6、分析;应用前景中图分类号:R284.2文献标识码:A文章编号:1004-5627(200802-0060-03收稿日期:2007-10-25基金项目:福建省教育厅资助课题(JA05283,福建省科技厅资助课题(2007F5062作者简介:刘永静(1983,女,2006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Journal of Fujian University of TCM Apr.2008,18(2福建中医学院学报2008年4月第18卷第2期6040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SFE法具有速度快、收率高的优点。付玉杰等10采用超临

7、界CO2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CO2萃取甘草总黄酮的提取率为2.09%,含量为5.42%。1.3挥发油的提取分离:目前运用SFE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11采用超临界萃取温郁金挥发油,并用GC/MS确定了挥发油中的10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CO2萃取的挥发油收率为0.39%,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12应用SFE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0.02

8、71%,而用水蒸气蒸馏法的得率仅为0.0129%。吴素香等13应用超临界CO2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CO2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1419。1.4香豆素与木脂素类的提取分离:超临界CO2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20应用超临

9、界流体萃取法萃取出白芷中的香豆素类成分,并用GC-MS进行了分析,结果表明萃取出15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42.40%、22.14%和12.12%。李晓光等21应用超临界CO2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,SFE也应用于五味子中木脂素的提取22。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23以大黄素为指标对虎杖中的有效成分进行超临界流体CO2萃取,结果表明在最佳的实验条件下,大黄素的萃取率为0.36%。未作君等24应

10、用SFE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1.15%。1.6皂苷的提取分离:皂苷的极性较大,因而在SFE过程中应使用改性剂,必要时需考虑梯度SFE法。陈钧等25运用SFE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SFE法提取薯蓣皂苷元的收率及纯度均较高。华小黎等26应用SFE技术对菝葜中的薯蓣皂苷元进行萃取研究,菝葜的超临界CO2萃取物中,薯蓣皂苷元的含量最高可达1.96%,收率较药典常规酸水解法(0.02%和传统氯仿萃取法(1.16%有显著提

11、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27用SFE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28用SFE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CO2流体萃取法去除黄芪中残留有机氯农药效果好,除毒率达87.6%。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29用超临界CO2净化技术,以二乙基二硫代氨基甲酸钠(DDC

12、-Na为金属络合剂,用SFE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85%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30,31。3存在问题3.1从设备上讲,SFE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,SFE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CO2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

13、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61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SFE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SFE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SFE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SFE技术与其它技术的在线耦合方法,如超临界CO2流体萃取-气相色谱联用技术、超临界CO2流体萃取-液相色谱联用,这些联用技术使得萃取物萃取后

14、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CO2流体萃取-红外联用、超临界CO2流体萃取-质谱联用等技术。SFE法还可以与各种分离手段的联用,出现了超声强化SFE技术。这些联用技术可以解决单独采用SFE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CO2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

15、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,2003,15(1:129-130. 2许馨燕,仲婕,顾政一.超临界CO2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,2005,27(5:297-301.3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,2004,35(2:244-248.4蔡建国,张涛,陈岚.超临界CO2流体萃取博落回总生物碱的研究J.中草药,2006,37(6:852-854.5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,2006,17(7:1236-1237.6何扩,李玉锋,张秀媛,等

16、.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,2005(4:2-5.7邓丹雯,郑功源,杨安树.藜蒿黄酮超临界CO2(SFE-CO2萃取条件的研究J.食品科学,2003,24(2:90-92.8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,2003,6(6:1-3.9梁晓原,武正才,缪菊莲,等.超临界CO2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,2004,27(2: 34-36.10付玉杰,施晓光,刘晓娜,等.超临界CO2提取甘草地上部分总黄酮J.植物研究,2007,27(3:372-375.11颜继忠,童胜强,陈钢.超临界流体萃

17、取郁金中的挥发油J.科技通报,2004,20(4:355-358.12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,2006,37(3:368-370.13吴素香,吕圭源,李万里,等.白术超临界CO2萃取工艺及萃取物的化学成分研究J.中成药,2005,27(8:885-888. 14聂诗明,张桂芝,张鹏涛.超临界CO2萃取当归油的工艺研究J.中药材,2005,28(3:226-227.15邱琴,崔兆杰,张国英,等.超临界CO2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,2005,40(1:103-108.16马燮,杨郭,杨聪,等.超

18、临界CO2萃取柴胡茎、叶中挥发油的实验研究J.应用化工,2006,35(10:777-778.17梁呈元,李维林,夏冰,等.薄荷油超临界CO2萃取条件的优化和筛选J.植物资源与环境学报,2006,15(4:38-41. 18谢建春,孙宝国,郑福平,等.荆条叶精油的CO2超临界流体萃取工艺研究J.中药材,2005,28(12:1100-1103. 19李艳辉,易进海,官艳丽,等.超临界萃取川芎精油的GC-MS分析J.分析试验室,2007,26(5:106-108.20刘红梅,张明贤.白芷中香豆素类成分的超临界流体萃取和GCMS分析J.中国中药杂志,2004,29(3:241-244. 21李晓光,高勤,翁文,等.超临界CO2萃取广东海风藤木脂素成分工艺研究J.中药材,2006,29(10:1096-