超临界CO2流体萃取法在中药有效成分提取中的应用

超临界CO2流体萃取法在中药有效成分提取中的应用摘要：目的研究超临界CO2流体萃取法在中药成分离分析中的应用。方法在对萃取条件的优化过程中，选择最佳的萃取条件。结果与讨论发现超临界CO2流体萃取法在中药有效成分的提取中应用广泛。超临界CO2流体萃取法比传统的提取方法省时、省工、污染小。关键词：超临界流体萃取；中药；有效成分；提取；超临界流体ApplicationofSupercriticalCO2FluidExtractionintheExtractionofActiveComponentsfromTraditionalChineseMedicinesAbstract：ObjectiveTostudythetheapplicationofsupercriticalCO2extractionintraditionalChinesemedicine'sseparationandanalysis.MethodsIntheprocessofoptimizationforthebestextractionconditions，selectthebestextractionconditions.ResultsandDiscussionSupercriticalCO2fluidextractioniswidelyusedintheextractionofactiveingredientsfromTraditionalChineseMedicine.SupercriticalCO2extractionspendlesstime，fewerworkerthanthetraditionalmethod，andhavenoenvironmentpollution.Keywords：supercriticalCO2fluidextraction；TraditionalChinesemedicine；extract；Activecomponents超临界流体萃取（SupercriticalFluidExtraction，SFE），是随着科技的发展近代化工分离中出现的一种新兴技术，也是目前国际上较为先进的一种物理萃取技术，近年来，在许多工业领域得到了广泛用[1]。它是以高压、高密度的超临界流体（SupercriticalFluid，SCF）为溶剂[2]，从液体或固体中溶解所需的组分，然后采用升温、降压、吸收（吸附）等手段将溶剂与所萃取的组分分离，最终得到所需纯组分的操作。1超临界CO2流体萃取法的原理和特点1.1超临界CO2流体萃取法的基本原理任何一种物质都存在3种相态：气相、液相、固相。三相成平衡态状态的点叫三相点，液、气两相成平衡状态的点叫临界点。在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力，高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态[3]。不同物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。SFE是通过超临界流体的溶解能力与其密度的关系进行提取分离的，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响。超临界流体密度和液体相近，黏度只是气体的几倍，远低于液体，扩散系数比液体大100倍左右[4]，因此更有利于传质，对物料有较好的渗透性和较强的溶解力。超临界流体的溶解能力可以通过调节温度和压力来进行控制，使其有选择性地溶解。然后通过减压、升温等方法可以使被萃取物质分离出来，从而获得目标提取物[5]。1.2超临界CO2流体萃取法的特点传统提取中药有效成分的方法主要有溶剂提取法，包括浸渍法、渗滤法、煎煮法、回流提取法、索氏提取法、水蒸气蒸馏法和升华法［6，7］。这些方法存在提取率低、药用有效成分含量低、有机残留、易破坏大部分热敏性物质等缺点，而超临界CO2萃取法则克服了这些缺点。1.2.1萃取温度低超临界CO2萃取法要求的实验温度不高，反应温度一般为35-55℃，且整个反应过程处于CO2气体笼罩下进行，可有效防止热敏性成分的氧化和逸散，因此能较好地保存有效成分而不被破坏，不发生次生化，而且对于高沸点、低挥发2.2挥发油类挥发油又称精油，是一类具有芳香气味的油状液体的总称，在常温下能挥发，可随水蒸气蒸馏。挥发油类成分在植物界分布很广，主要存在于种子植物，尤其是芳香植物中，例如：丁香，藿香等。提取挥发油的常规工艺是水蒸气蒸馏法，提取温度高，时间较长，易致某些对湿和热不稳定的挥发性成分发生变化。超临界CO2流体属非极性溶剂，根据相似相溶原理，它对中药中挥发油这类强亲脂性成分能进行较好的萃取[17]。唐丽君等[18]比较了超临界CO2流体萃取法与水蒸气蒸馏法提取灰毡毛忍冬中挥发油的GC-MS，研究表明，水蒸气蒸馏法提取灰毡毛忍冬中挥发油的含量远远低于超临界CO2流体萃取法，两种提取方法提取的挥发油在含量和成分上有一定的差别。传统提取薏苡仁油常采用丙酮溶剂法，存在着溶剂残留、效率低等缺点，采用超临界CO2流体萃取可以极大地提高提油率，由传统的5%提高到13%[19]。Martína等[20]利用SFE技术萃取艾草中的挥发油成分，结果发现SFE法的萃取率高于水蒸气蒸馏法，而有机溶剂萃取法的萃取率高于以上二者，但是萃取出的有效成分与前两者相比有较大差异，因此选择最佳方法为SFE法。梁健钦等[21]利用超临界CO2萃取沙糖桔叶中的挥发油成分，与水蒸气蒸馏法相比，SFE法收率高，香味纯正，提取时间短，生产效率高，没有溶剂污染，生产方法绿色环保，可用于工业化生产。阿提开·于赛英等[22]以新疆的特色香料作物孜然为原料，利用超临界CO2萃取法最终孜然精油的萃取得率为3.46%，比传统的索氏抽提法提取率高，且产物性质更稳定，纯净度更高。邓妍君等[23]比较了有机溶剂萃取法与超临界CO2萃取法的异同，结果表明，超临界CO2萃取法所得的精油在产品得率、精油品质上明显优于有机溶剂萃取法。陈世雄等[24]也采用超临界CO2萃取法从牛蒡根中萃取出了挥发油，为下一步牛蒡精油的开发利用提供了一定的实验依据。2.3黄酮类黄酮类化合物是一类存在于自然界的能与强酸成盐，其羟基衍生物多具黄色，故又称黄碱素或黄酮[25]。研究已表明黄酮类化合物具有显著的生理药理活性，除具有抗菌、消炎、抗突变、降压、清热解毒、镇静、利尿等作用外，在抗氧化、抗癌、防癌、抑制脂肪酶等方面也有显著效果[26]，黄酮类化合物在治疗心脑血管等疾病效果尤为显著[27]。陈瑛等[28]以80%乙醇为夹带剂，在30MPa萃取压力、50℃萃取温度下，从红薯叶中萃取总黄酮的得率为6.25%。桑叶中富含黄酮类物质，也是一种常用中药，肖奇志[29]以90%乙醇为夹带剂，经正交实验优选，在35MPa压力、55℃下，桑叶总黄酮得率为2.28%。张珊珊等[30]则以50%乙醇为夹带剂，在35MPa，36℃反应条件下，从北方地区早园竹叶中提取总黄酮，得率可达23.24mg/g。Peng等[31]用SFE技术对PatriniaVillosaJuss进行提取，提取物经高速逆流色谱分离，得到三种类黄酮化合物。Maurcio等[32]用SFE技术提取大豆粉中的异黄酮化合物，通过HPLC分析，发现有些异黄酮得率高于传统提取法。王昕宇等[33]在利用超临界CO2萃取药桑黄酮的工艺研究中，效率明显优于传统提取方法，适于药桑黄酮的大规模提取。2.4醌类醌类化合物是一类分子中含有不饱和环二酮结构的有机化合物，具有抗氧化、抗肿瘤等生理功能，由于多数醌类物质及其衍生物极性较大，故在采用超临界CO2萃取时一般需加入夹带剂[1]。谢伟雪等[34]以甘肃掌叶大黄为原料，选择无水乙醇为夹带剂，在萃取压力30MPa，萃取温度50℃条件下，大黄游离蒽醌类成分的提取率可达1.12%。Benova等[35]利用SFE-CO2法萃取日本虎杖中的白藜芦醇苷及大黄素有效成分，经实验确定最佳条件为压力40MPa、温度100℃、萃取时间45min、夹带剂为乙腈，并与传统的索氏提取法进行比较，发现时间缩短了近5/7，收率也明显的提高了。2.5香豆素香豆素类化合物是一类重要的植物次生代谢产物，常与桂皮酸、黄酮类、木脂素类等生源密切的化合物伴生，具有抗菌、紫外线保护等作用[36]。香豆素类化合物是瑞香科植物的特征性成分之一，现已从瑞香狼毒中分离鉴定出瑞香素、伞形花内酯、东莨菪内酯等约15种香豆素类成分，这些香豆素具有免疫调节、抗菌、抗惊厥、毒鱼、杀虫等多种生物活性[37，38]。Yan等[39]优化补骨脂中总香豆素的SFE-CO2工艺条件，结果补骨脂总香豆素SFE-CO2最佳工艺为萃取压力35MPa，萃取温度62℃，萃取时间3h，解析压力8MPa，解析60℃。在此条件下，总香豆素实际提取率平均值为0.812%，与理论预测值的相对误差为1.22%。Wang等[40]利用超临界CO2萃取与液液萃取联用技术提高了白芷中香豆素的萃取分离效率，富集浓度从0.114%增加到41.68%。Chen等[41]利用超临界流体萃取当归、白芷中香豆素类成分，确定最佳工艺条件为压力30MPa、温度50℃、体积流量为25L/h、萃取时间为2h，萃取率最高。2.6萜类超临界CO2流体萃取萜类成分研究的最成功的要数青蒿素和丹参酮，青蒿素是我国工作者从菊科植物黄花蒿中提取的具有抗疟、抗菌、解热等药理活性的物质。钱国平等[42]采用了超临界CO2流体萃取-硅胶层析的提取工艺从黄花蒿中提取青蒿素的产率在95%以上，纯度在10%以上，避免了传统提取方法的多种缺点。2.7苷类和糖类苷类和糖类广泛存在于植物中，由于苷类和糖类化合物的分子量较大、羟基较多、极性较大，因而难溶于低极性溶剂，故用超临界CO2萃取时常需提高操作压力或加入夹带剂以提高收率。Ling等[43]利用临界CO2萃取与高速逆流色谱联用技术在压力为35MPa、温度为40℃的条件下，用超临界CO2萃取穿山龙中的薯蓣皂苷元，具有速度快、收率高、提取完全等优点。3展望由于超临界CO2萃取技术具有许多突出优点，因而在中药有效成分提取方面得到了广泛应用，并成为实现中药现代化的关键技术之一。自国家实施中药现代化发展战略以来，超临界CO2萃取技术已被大量应用于中药的研究开发中，有一部分已投入生产，并呈现良好的发展势头。虽然目前已有将超临界CO2萃取与超临界色谱、气相色谱、高效液相色谱、质谱、核磁共振、近红外光谱等检测技术联用的研究报道，这些某种程度上已属于在线检测范围，但尚不完全。真正意义上的超临界流体过程在线检测是在萃取过程中，除了有检测器外，整个过程要实现自动化控制。将离线分析数据与在线分析数据建立数学模型，萃取过程中根据检测得到的相关信号，通过自动化控制系统反馈控制、调节相关工艺参数以达到萃取目标的要求。自动化控制萃取技术是今后超临界CO2流体萃取的一个重要发展方向[44]。REFERENCES[1]XIECJ.DiscussiontheApplicationofSupercriticalCO2FluidExtractionintheExtractionofActiveComponentsfromNaturalProducts[J].AcademicPeriodicalofFarmProductsProcessing，2012（4）：91-92.[2]ZHANGZJ，RENXW，WANGB，etal.ApplicationofsupercriticalfluidextractiontechnologyinextractionofeffectivecomponentsinChinesemateriamedica[J].DrugsandClinic，2011，26(6)：44.[3]LUYH.ThetechnologyofextractionandseparationforactiveingredientsinTraditionalChinesemedicine[M].BeiJing：ChemicalIndustryPress，2005.[4]GWYC，LIY.SupercriticalFluidExtractiontechnologyanditsapplicationinTraditionalChineseMedicineextraction[J].ModernPharmacyandClinic，2009，24(5)：279.[5]LIWM，JINB，FENGYF.ModernizationofTraditionalChineseMedicineandSupercriticalFluidExtractionTechnology[M].BeiJing：ChinaMedicalScienceandTechnologyPress，2002.[6]TANGF，ZHANGQL，NIEZ，etal．SamplepreparationforanalyzingtraditionalChinesemedicines［J］．TrendAnalChem，2009，28(11)：1253-1262．[7]IMSANGUANP，PONGAMPHAIS，DOUGLASS，etal．SupercriticalantisolventprecipitationofandrographolidefromAndrographispaniculataextracts：Effectofpressure，temperatureandCO2flowrate［J］．PowderTechnol，2010，200(3)：246-253．[8]DINGL，LIJ．ApplicationofSupercriticalCO2extractioninmedicineanddrugs［J］．PharmaceuticalResearchandEducation，2010，27(5)：71-76．[9]MENGJP，LIZB，LIAOWL，etal.ResearchandApplicationofSupercriticalCO2FluidExtractionintheExtractionofActiveComponentsfromTraditionalChineseMedicines[J].JournalofAnhuiAgri.Sci．2011，39(22)：13565.[10]CAOML，XUY，ZHAOTM，etal.ApplicationProgressofSupercriticalFluidExtractionintheNaturalPlantExtractsActiveIngredients[J].GuangzhouChemicalIndustry，2010，38(8)：24.[11]YANGJ.StudyonExtractingActiveComponetsfromTwoKindsofNaturalPlantswithSupercriticalCO2[D].TianJin：TianJinUniversity，2004：3.[12]GEFH，LIY，XIEJM.StudyonalkaloidofHerbaleonuriusingSFE-CO2[J].ChineseMediealJournal，2004，30(l)：130-132.[13]TONGRF，ZHANGQS，ZHUXY.OptimizationofprocessofalkaloidsfromRhizomaCoptidisbysupercriticalCO2extraction[J].TianjinPharmacy，2010，22(5)：71-73．[14]ARVINDV，KARIH，MARJA-LIISAR.OptimisationofSupcrcriticalFluidExtractionofIndoleAlkaloidsfromCatharanthusroscususingExperimentalDesignMethodology-ComparisonwithotherExtractionTechniques[J].Phytochem.Anal.2008，19：52-63.[15]TANGWQ，LiDC，LvYX，etal.ExtractionandRemovalofCaffeinefromGreenTeabyUltrasonic-EnhancedSupercriticalFluid[J].JournalOfFoodScience.2010，75(4)：363-368.[16]KEVINLK，JOHNJJ.Supercriticalfluidextractionofstrychnineusingtwodifferentsequentialorganicmodifiers[J].JAgricFoodChem，1995，43(5)：1208-1211.[17]QIANYQ，LIUHQ，ZHUANGW.ApplicationofSFE-CO2ExtractionTechniqueinChineseDrugExtractionandIsolation[J].JournalofNanjingUniversityofTraditionalChineseMedicine，2004，20(4)：254.[18]TANGLJ，ZHOURB，LIUXR，etal．GC-MSAnalysisofvolatileoilextractedfromLoniceramacranthodesHand-Mazz．WithSupercriticalCO2Fluidextractionandstreamdistillation[J].JournalofTCMUIliv．ofHunan，2010，30(9)：109-113．[19]WUJH．TheApplicationofSupercriticalExtractionTechnologyintheExtractionofOilYiyiren［J］．ShanxiMedJ，2010，39(11)：1088．[20]MARTINAL，MAINARAM，GONZALEZCA.Supercriticalfluidextractionofwormwood(ArtemisiaabsinthiumL)[J].SupercriticalFluids，2011，56(9)：64-71.[21]LIANGJX，YANGQH，XIONGWN，etal.AnalysisofessentialoilsextactedbyCO2-supercritical-fluid-extractionfromShatangmandarinleaf[J].FoodAndMachinery，2010，26(3)：28-30.[22]ATISHENG·YSY，KUERBJ.TheSupercriticalExtractionofXinjiangcuminforessentialoils[J].GrealAndOilsProcessing，2010（8）：20-22.[23]DENGYJ，YUHP，CHENGANG，etal.SuperficialCO2extractionoilfromschisandraandthecomponentdifferencesbasedonregional[J].FoodScienceAndTeachnology，2011，36（8）：202-205.[24]CHENSX，ZHUJX，CHENKS，etal.Extraction0fEssentialoilfromBurdockRootbySupercriticalCO2FluidandAnalysisofitsCompoundswithGC-MS[J].PharmJChinPLA，2011，27（4）：339-340.[25]GUOJ，LINGHP，LILJ，etal.Researchadvancesinflavonoidsofhorticulturalcrops[J].JangsuJ.ofAgr．Sci．，2011，27(2)：430-436.[26]XIAOSM，ZHANGZ，LIY，etal.DitferentProcessingMethodsStudyonExtractionConditionsofFlavonoidsfromTartaryBuckwheatBran[J].FoodScience，2006，27（1）：156-158.[27]WUCH，CHENH，LILL，etal.Extractingtechniquesandanalysismethodsforflavonoidsinmedicinalplants[J].J.WuHanInstTeach.，2011，33(9)：34.[28]CHENY，SUNXL，WANGWY.StudyonExtractionofFlavonesfromSweetPotatoLeavesbySupercriticalCO2Fluid[J].GuangzhouChemicalIndustry，2011，39（6）：82-84.[29]XIAOQZ.StudyonExtractionProcessofTotalFlavonesfromMulberryLeafwithSupercriticalCO2Fluid[J].GuangzhouChemicalIndustry，2010，35（4）：35-38.[30]ZHANGSS，ZHUWX，ZHAOXH，etal.ProcessOptimizationforSupercriticalCarbonDioxideExtractionofTotalFlavonoidsfromPraecoxLeavesinNorthernAreas[J].FoodScience，2011，32（6）：143-147.[31]PENGJY，FANGR，CHAIYF，etal．EfficientnewmethodforextractionandisolationofthreeflavonoidsfromPatriniavillosaJussbysupercriticalfluidextractionandhigh-speedcounter-currentchromatography[J]．JournalofChromatographyA，2006，1102：44-50．[32]MAURICIOAR，JULIOMAA，DELCIOS．Supercriticalfluidextractionofisoflavonesfromsoybeanflour［J］．FoodChemistry，2002，78：111-117．[33]WANGXY，ZHANGF，HAMULATI·WPE，etal.StudyOntheOptimalSupercriticaICO2ExtractionofTotaIFlavonoidsfromMorusnigraLinn．[J].StraitPharmaceuticalJournal，2010，22(6)：72-74.[34]XIEWX，LIUXM，XIEWJ，etal.OptimizationofSupercriticalCO2ExtractionProcessofFreeAnthraquinonesfromRheumpalmatumL.[J].JournalofAnhuiAgri.Sci.，2011，39(6)：3319-3321.[35]BENOVAB，ADAMM，PAVLIKOVAP.Supercriticalfluidextractionofpiceid，resveratrolandemodinfromJapaneseknotweed[J].SupercriticalFluids，2010，51(7)：325-330.[36]LUOXR，YUANTH，YANGJ.etal．StudyonsupercriticalcarbondioxideextractionprocessoftotalcoumarinsfromStellerachamaejasme[J].GuangdongAgriculturalSciences，2012，4：73.[37]LIZ，HANYF，LIANGZQ.Paecilomycesverticillatus，anewspeciesisolatedfromsoilinChina[J].Mycotaxon，2006，95(3)：133-136.[38]LIZ，SHIMX，GEYY，etal.OptimizationofmicrowaveextractionofcordycepinfromPaecilomycesverticillatus[J].ChinaBrewing，2011(5)：74-76.[39]YANYS，SUNY.ExtractionprocessoftotalcoumarinfromPsoraleacorylifoliawithSFE-CO2[J].ChineseTraditionalPatentMedicine，2012，34（6）：1034.[40]WANGLH，MEIYH，WANGF，etal．AnovelandefcientmethodcombiningSFEandliquid-liquidextractionforseparationofcoumarinsfromAngelicadahurica［J］．SepPuriTechnol，2011，77(3)：397-401．[41]CHENY，JINYC.AnovelHPLCmethodtoanalyzeimperationandisoimneraorinofAngelicadahuricaoilsobtainedbysupercriticalfluidextraction[J].JLiqChromatogrRelatTechnol，2009，32(16)：2384-2395.[42]QIANGP，YANGYW，WUCJ，etal.SupercriticalCO2ExtractionofArtemisininfromArtemisiaannuaL[J].ChemicalIndustryAndEngineeringProgress，2005，24(3)：286-302.[43]LINGJY，ZHANGGY，LINJQ，etal．SupercriticalfluidextractionofcordycepinandadenosinefromCordycepskyushuensisandpuricationbyhigh-speedcounter-currentchromatography［J］．SepSciTechnol，2009，66(3)：625－629．[44]VANBEEKTA，MONTOROP．ChemicalanalysisandqualitycontrolofGinkgobilobaleaves，extracts，andphytopharmaceuticals［J］．JChromatogrA，2009，1216(11)：2002-2032．检索过程在中国知网中输入“超临界CO2萃取法”“天然产物的提取和分离”在发表年度中选择2012第1篇即[1]，在发表年度选择2011第3，28篇即[9]，[2].在发表年度选择2009第8篇即[4].在发表年度选择2010第6篇即[10]。点击来源数据库→中国优秀硕士学位论文全文数据库之后第7篇即[11].在谷歌学术搜索中输入“中药有效成分的提取和分离”可得[3].在丁香园中搜索中输入“中药现代化与超临界流体萃取技术”可得[5].在所下载中的文献中其引用的参考文献与所写文章主题有关，可得其题目，在郑大图书馆电子资源中的ElsevierScience电子期刊中输入题目“SamplepreparationforanalyzingtraditionalChinesemedicines”第一篇可得[6].在所下载中的文献中其引用的参考文献与所写文章主题有关，可得其题目，在郑大图书馆电子资源中的ElsevierScience电子期刊中输入题目“SupercriticalantisolventprecipitationofandrographolidefromAndrographispaniculataextracts：Effectofpressure，temperatureandCO2flowrate”第一篇可得[7].在中国知网中输入“超临界CO2萃取法”“医药领域”“应用”即可得[8].在中国知网中输入“生物碱”“超临界CO2萃取法”在发表年度选择2010即可得[13].在谷歌学术搜索中输入“OptimisationofSupcrcriticalFluidExtractionIndoleAlkaloidsusingExperimentalDesignMethodology-ComparisonwithotherExtractionTechniques”后可得[14]的摘要.在谷歌学术搜索中输入“ExtractionandRemovalofCaffeinefromGreenTeabyUltrasonic-EnhancedSupercriticalFluid”后可得[15]的全文。在谷歌学术搜索中输入“Supercriticalfluidextractionofstrychnineusingtwodifferentsequen