超临界萃取技术在类胡萝卜类色素提取中的应用

超临界萃取技术在类胡萝卜类色素提取中的应用（精选4篇）

篇1：超临界萃取技术在类胡萝卜类色素提取中的应用

超临界萃取技术在类胡萝卜类色素提取中的应用

综述了超临界萃取技术在类胡萝卜类色素提取中的`应用成果,总结了萃取理论和研究成果等,最后探讨了超临界萃取技术的发展方向.

作 者：张伟 ZHANG Wei  作者单位：平原大学化学与环境工程学院,河南新乡,453003 刊 名：安徽农业科学  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ANHUI AGRICULTURAL SCIENCES 年，卷(期)：2007 35(13) 分类号：O658.2 关键词：类胡萝卜类色素   超临界萃取   天然色素  

篇2：超临界萃取技术在类胡萝卜类色素提取中的应用

关键词：超临界流体萃取,中草药,药物提取

超临界流体萃取 (Supercritical Fluid Extraction, SFE) 技术是20世纪70年代末发展起来的一种新型提取分离技术。处于临界压力和临界温度之上的超临界流体具有类似液体的高密度和类似气体的低黏度, 可增加中草药有效成分在其中的溶解性, 达到提取分离的目的, 该技术现已广泛应用于中草药有效成分的提取。

1 超临界流体萃取技术原理[1,2]

超临界流体是指处于临界温度 (Tc) 和临界压力 (Pc) 以上的流体, 因其既非气体也非液体, 而是一种介于气液两相之间的流体, 故其既有与气体相当的渗透性和低黏度, 又有与流体相近的密度和对物质优良的溶解能力。常见的超临界流体有二氧化碳、氧化二氮、乙烯、三氟甲烷、六氟化硫、氮气、氩气等。通过控制超临界流体温度和压力, 可从目标物中萃取有效成分。当超临界流体恢复到常压和常温时, 溶解在其中的成分立即与气态的超临界流体分开。SFE对溶质的溶解能力取决于其密度, 密度越高, 溶解度越大。由于温度和压力可改变超临界流体的密度, 故其对溶质的溶解能力随压力和温度的改变可在相当宽的范围内变动。

2 超临界流体萃取技术特点[3,4,5]

(1) 提取速度快:渗透力强, 从提取到分离一步完成, 大大缩短生产周期, 操作费用低; (2) 选择性和溶解性好:通过改变压力、温度或加入夹带剂可改变其溶解度, 实现选择性提取; (3) 降低有效成分的破坏:接近室温和缺氧的萃取系统特别适用于对湿热不稳定的易氧化物质和芳香性物质的提取; (4) 萃取和分离一步完成:通过改变压力或温度, 使流体与被萃取物迅速分离为两相 (气液分离) ; (5) 溶剂回收简单:通过等温减压或等压升温的方法可使被萃取物与萃取剂分离, 溶剂回收简单, 节省能源。

3 SFE影响因素[6,7]

3.1 被萃取物性质

(1) 药材粒度:减小药材粒度可以增加接触面积, 提高萃取速度, 增加萃取率, 但是粒度过小会严重堵塞筛孔, 摩擦发热, 造成温度升高, 生物活性物质破坏。一般情况, 药材以通过20~60目筛为宜; (2) 水分:被萃取物水分含量较高或较低均能影响萃取效果; (3) 细胞破裂:由于菌体脂肪存在于细胞内, 在萃取脂肪类物质时, 应考虑使细胞破壁; (4) 组分极性:弱极性溶剂的萃取性随极性的增加而降低。

3.2 萃取剂所处状态

(1) 萃取压力:萃取物质不同, 所需压力有很大的不同。弱极性物质 (如碳氢化合物和酯类等) 的萃取压力为7~10MPa, 强极性物质 (如含羟基、羧基等基团) 的萃取压力大于50MPa, 如图1和图2。 (2) 萃取温度:升高温度可增加被萃取物在SF中的溶解度, 使萃取量增大, 但温度升高后, SF密度降低, 溶解能力相应下降, 收率降低。研究发现, 在压力相对较低时 (28~45MPa以下) , 随着温度的升高, 溶解度降低;在压力相对较高时 (28~45MPa以上) , 随着温度的升高, 溶解度增加; (3) 萃取剂流量:萃取剂流量一定时, 萃取时间越长, 收率越高; (4) 夹带剂:又称改性剂, 是SF中加入的一种可以与之混溶的, 挥发性介于被分离物质与SF之间的极性或非极性物质。常用的夹带剂有甲醇、水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。

4 SFE-CO2在中草药提取中的应用

4.1 生物碱类的提取

有少数碱性极弱的生物碱以游离态存在, 多数生物碱在植物体内以盐或苷的形式存在, 极性较大, 直接用纯SF-CO2提取不完全, 可以通过添加夹带剂或降低极性来增强溶解度。杨军等[8]在用SFE提取中药马蓝、菘蓝、蓼蓝的有效成分靛玉红时以甲醇为夹带剂, 效果较好。姜继祖等[9]在提取光菇子中的秋水仙碱时以76%的乙醇水溶液为夹带剂, 获得理想效果。在对延胡索、洋金花和马钱子进行萃取时, 可加入氢氧化钙和氨水作为碱性剂, 萃取效率高且无污染[10,11,12]。

4.2 醌类及其衍生物的提取

醌类及其衍生物极性较大, 包括苯醌、萘醌、菲醌等, 在应用超临界CO2流体萃取时一般压力较大, 需加入适当的夹带剂。王承学等[13]采用超临界CO2萃取法提取丹参中的丹参酮ⅡA, 结果表明萃取压力为25MPa, 萃取温度为40℃, 萃取时间为2h, 乙醇流量为1.0mL/min时所得丹参酮ⅡA含量最高, 优于乙醇提取工艺。刘玉敏等[14]用SFE法提取大黄中的蒽醌类成分, 在温度70℃、压力35Mpa、甲醇流量0.6mL/min时所得大黄蒽醌含量最高, 具有萃取效率高、速度快、操作简便等优点。

4.3 香豆素和木脂素的提取

香豆素和木脂素通常为亲脂性成分, 故可用纯SF-CO2提取, 但随着羟基数的增多, 其极性加大, 需增加压力或加入夹带剂来增加萃取剂的溶解度。刘红梅等[15]采用SFE-CO2技术提取白芷中香豆素类成分, 并用GC-MS鉴定出15种成分。李晓光等[16]采用超临界CO2萃取广东海风藤木脂素成分, 得出最佳工艺条件为萃取压力10MPa, 萃取温度45℃, CO2流量为30L/h。杨苏蓓[17]利用超临界CO2萃取技术提取五味子中的木脂素等成分, 结果表明在最佳工艺条件下, 萃取得率可达12.87%。

4.4 黄酮类化合物的提取

传统萃取黄酮的方法有排污量大、有效成分损失多、萃取效率低、成本高等缺点。何扩等[18]采用超临界CO2萃取法对银杏叶中的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27.70%, 是直接用乙醇提取的2.43倍。邓丹雯等[19]应用超临界CO2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。吕程丽等[20]以葛根为原料, 采用超临界CO2提取法提取葛根中的总黄酮, 在最佳工艺条件下, 总黄酮的提取率为1.46%。采用SFE-CO2提取银杏黄酮和内酯, 萃取分离一步完成, 萃取得率高出溶剂萃取法2倍, 操作时间大大缩短, 且不存在有机溶剂和金属残留, 保持了银杏叶有效成分的天然品质。

4.5 皂苷及多糖的提取

皂苷及多糖的极性较大, 用纯SF-CO2流体基本无法萃取出来, 常需使用夹带剂并加大压力, 必要时可考虑梯度超临界CO2萃取。Jefery A.Wood[21]等人利用超临界CO2萃取技术, 在加入夹带剂的条件下从人参中提取人参皂甙。与传统有机溶剂萃取法相比, 超临界萃取技术更快速、有效, 提取率高达90%。黄雪等[22]采用超临界CO2萃取三七总皂苷, 其以三七主根为原料, 采用粉碎工艺或轧胚工艺对三七进行预处理, 在最佳提取工艺条件下, 提取率分别为7.97%和9.98%。邓楚津等[23]采用超临界CO2萃取法萃取剑麻中的总皂苷, 用香草醛比色法测定萃取产物中的总皂苷含量, 探讨了萃取温度、压力、时间对萃取率的影响, 确定了最佳工艺条件为萃取温度45℃, 萃取压力35MPa, 夹带剂用量20%, 萃取时间120min, 此条件下, 剑麻中总皂苷的萃取率为1.74%。

4.6 挥发油的提取

挥发油因极性较低、分子量小且沸点较低而在SF-CO2中有良好的溶解性能, 通常不需加夹带剂便可直接提取。罗浔等[24]以川西若尔盖草原所采的鲜大蓟为研究材料, 通过正交试验进行超临界CO2萃取条件的优化, 最后得大蓟挥发油的提取率为3.0%。易海燕等[25]用超临界CO2萃取法 (SFE-CO2) 和水蒸气蒸馏法 (SD) 对木香的挥发油进行提取, 结果SFE与SD得到的成分仅有15种相同。目前运用SF-CO2提取挥发油的研究非常多, 所得产品无论收率还是质量均较传统方法好。

4.7 提取中药中的重金属成分

SFE不能萃取重金属等离子型物质, 但能萃取其与络合剂反应生成的络合物。超临界络合萃取是将络合反应与SFE结合的一门新型萃取技术, 可用于消除重金属的污染、去除重金属杂质及重金属含量检测。赵春杰等[26]利用超临界CO2萃取技术净化黄芪中重金属并建立了药材中金属元素和有效成分的含量测定方法, 在最佳萃取条件下, 重金属净化率达到85%以上, 中药材的有效成分损失低于5%。张晖芬等[27]利用超临界CO2萃取技术 (SFE) 净化淫羊藿中的重金属, 在最佳萃取条件下, 重金属净化率达90%以上, 中药材有效成分的损失小于5%。

4.8 用于农药残留量的分析

SFE可有效萃取有机氯和有机磷成分, 用于消除中药中农药残留污染或农药残留量的检测。全灿等[28]利用在线固相吸附柱和超临界流体萃取技术对人参样品中的有机氯进行了分析。

5 SFE技术存在的问题

篇3：超临界萃取技术在类胡萝卜类色素提取中的应用

中药的提取分离,是制剂过程中必不可少的关键工序,是改进药物剂型,提高产品质量,增加药物新品种,提高产品在市场上竞争力的关键环节, 超临界流体萃取技术(Supercritical Fluid Extraction,简称SFE)作为一种清洁、高效及较好的选择性的新型分离方法,在天然产物有效成分提取与分离,生产高经济附加值产品方面展现出勃勃生机。

一、概述

超临界流体是指超临界温度(Tc)和临界压力(Pc)状态下的高密度流体,例如:二氧化碳、氨气、乙烯、丙烷、丙烯、水等。与常温常压下的气体和液体比较,超临界流体具有两个特性:其一,密度接近于液体,具有类似液体的高密度;其二,粘度又接近于气体,具有类似气体的低黏度。因此扩散系数约比普通液体大100倍。由于同时具有类似液体的高密度和类似气体的低黏度,故超临界流体既具有液体对溶质溶解度较大的特点,又具有气体易于扩散和运动的特性,其传质速率大大高于液相过程。中药中的许多成分都能被其溶解,并且随着压力的增大,溶解度增加。超临界流体可以是单一的,也可以是复合的。添加适量的夹带剂可以大大增加其溶解性和选择性。在能作为超临界流体的化合物中,CO2由于其性质稳定、无毒、不易燃易爆、价廉以及较低的临界压力(7.37MPa)和较低的临界温度(31.05℃),在医药行业已经得到广泛的应用。

二、在中药提取分离中的优势

用超临界CO2进行中药研究开发及产业化,和中药传统方法相比,具有许多独特的优点:

一是提取完全,能充分利用中药资源。由于超临界CO2的溶解能力和渗透能力强,扩散速度快,且是在连续动态条件下进行,萃取出的产物不断地被带走,因而提取较完全,这一优势在挥发油提取中表现得非常明显。同时,随着超临界CO2技术的不断进步,全氟聚醚碳酸铵(PFPE)的应用,把超临界CO2扩展到水溶液体系,使得难以提取的强极性化合物如蛋白质等的提取已成为可能。

二是超临界CO2临界温度低,操作温度低,能较完好地保存中药有效成分不被破坏,不发生次生化。因此,特别适合那些对热敏感性强、容易氧化分解破坏的成分的提取,能最大程度地保持各组分的原有特性。

三是提取时间快、生产周期短。超临界CO2提取循环一开始,分离便开始进行。一般提取10min便有成分分离析出,2—4h左右便可完全提取。同时,它不需浓缩等步骤,即使加入夹带剂,也可通过分离功能除去或只是简单浓缩。

四是超临界CO2提取,操作参数容易控制,因此,有效成分及产品质量稳定。

五是超临界CO2还具灭菌作用,有利于保证和提高产品质量。

六是超临界流体萃取应用于分析或与GC、IR、MS、LC 等联用成为一种高效的分析手段。能够实现中药有效成分的高效、快速、准确分析。

七是与其他超临界流体相比,CO2临界压力适中,在实际操作中,其使用压力范围有利于工业化生产。

三、在中药提取分离中的应用

近年来,超临界流体萃取研究开发仍主要集中于单味药,而复方的研究与开发仅有少量报道。

(一)在单味药提取分离中的应用

西德Saarland大学的Stahl教授对许多药用植物采用SFE法对其有效成分(如各种生物碱,芳香性及油性组分)实现了满意的分离。日本学者宫地洋等从药用植物蛇床子、桑白皮、甘草根、紫草、红花、月见草中提取了有效成分。目前为实现对中药的生物碱、黄酮、皂苷类等极性大的有效成分的提取,添加夹带剂及增加压力而改善流体溶解性质的研究亦受到重视。

(二)在复方提取分离中的应用

传统中医药理论是以整体观念为指导思想,中药在临床上应用主要以复方形式给药,复方应混合提取。复方中有效成分或有效部位组成复杂,提取难度较大,鉴别困难,如何将超临界流体萃取应用到中药复方的提取过程中还有一系列问题待进一步研究和探讨。葛发欢等研究了复方丹参、降香的超临界CO2萃取方法。郁威等研究了在不同工艺条件下用超临界CO2萃取法分别对单味当归、单味川芎和复方当归川芎进行萃取,结果发现复方产物的提取率明显高于单味产物的提取率之和。

四、在中药提取分离中的产业化应用

最早将超临界CO2萃取技术应用于大规模生产的是美国通用食品公司,之后法、英、德等国也很快将该技术应用于大规模生产中。上世纪90年代初,中国开始了超临界萃取技术的产业化工作,发展速度很快。实现了超临界流体萃取技术从理论研究、中小水平向大规模产业化的转变,使中国在该领域的研究、应用已同国际接轨,在某些方面达到了国际领先水平。目前,超临界萃取技术已应用于部分中药材大批量萃取生产。现在国内已广泛应用超临界萃取技术从沙棘籽中萃取沙棘油,并有数个厂家形成年产20t以上沙棘油的生产能力。

五、结语

超临界萃取技术具有传统提取方法无法比拟的优势,可以比较容易地从中药中发现新成分,从而发现新的药理活性成分,开发新药。如能进一步加强在中药复方制剂中的运用与开发,结合药效物质基础研究,推进超临界提取工艺标准的制定,相信,超临界流体萃取技术在中药领域中将具有更广阔的发展前景。

篇4：超临界萃取技术在类胡萝卜类色素提取中的应用

1 挥发油成分

陈健等[3]采用超临界CO2流体萃取法从杜衡中提取挥发油,并用气相色谱-质谱联用技术对其化学成分进行分析,共鉴定出22种成分。曹蕾等[4]超临界CO2流体萃取法萃取中药青皮挥发油得率为1.319%,比水蒸气蒸馏法提高2.4倍,时间减少78.57%。金建忠等[5]采用超临界CO2技术萃取杭白菊挥发油,以杭白菊挥发油得率为指标,采用正交试验确定萃取压力20MPa、萃取温度55℃、CO2流量10kg/h的条件下萃取2h为最佳工艺,杭白菊挥发油得率达5.92%。李毛全等[6]研究超临界CO2萃取三七中挥发油和皂苷的工艺,结果萃取三七中挥发油较佳条件为:萃取压力30MPa,温度45℃;解析釜I压力为9MPa,温度40℃;解析釜Ⅱ压力为6MPa,温度35℃;萃取时间2.5h;CO2流量为25kg·h-1。姚大地等[7]采用超临界萃取技术萃取独活籽挥发油,结果表明超临界CO2萃取独活挥发油的萃取率较水蒸汽蒸馏法高,最佳萃取条件为:萃取压力30MPa,萃取温度45℃,时间2h,挥发油收率为2.78%。李燕等[8]用超临界CO2流体萃取法萃取当归挥发油,确定最佳工艺条件为萃取压力25MPa、分离釜I解析温度55℃、萃取温度45℃,提取率约1.90%。蒋合众等[9]采用超临界萃取和水蒸气蒸馏法提取羌活挥发油,结果表明超临界萃取技术产率为7.76%,是水蒸气蒸馏法的7.1倍,最佳工艺为压力20MPa、温度40℃、时间4h。孙慧峰等[10]对细辛的CO2超临界流体萃取条件进行优化选择,结果:压力20MPa、温度40℃、萃取时间为120min为最佳萃取条件。

2 生物碱成分

原永芳等[11]用SFE萃取荜茇中胡椒碱,提取率比溶剂超声波法提高了7.3%,提取液杂质少,不经滤过就可直接进行HPLC分析。张良等[12]采用超临界CO2流体提取技术提取川贝母游离生物碱,通过正交实验分析表明川贝母游离生物碱的最优工艺为:萃取压力20MPa,乙醇用量300mL,萃取时间2h,萃取温度45℃,萃取率达0.195%。梁燕明等[13]考察了传统方法与超临界CO2萃取方法从山豆根中提取生物碱工艺的优劣,结果表明,用超临界萃取方法萃取的苦参碱含量比渗漉法高出0.072%,比温浸法高出0.105%。王晓等[14]研究了超临界流体萃取吴茱萸中吴茱萸碱和吴茱萸次碱的提取工艺,结果表明在40℃条件下,采用无水乙醇作夹带剂,萃取压力为30MPa,萃取时间为90min萃取效果较好,产品纯度分别为吴茱萸碱28.54%、吴茱萸次碱27.95%。田明等[15]优选出草乌中总生物碱最佳超临界萃取条件是:萃取罐的萃取压力15MPa、温度60℃,萃取时间2.5h、夹带剂流量600mL/h。益母草药材经碱化后再加夹带剂,可以极大地提高生物碱萃取率。在萃取压力为30MPa,萃取温度为70℃条件下进行萃取,萃取物收率达6.5%。总生物碱含量达到26.60%,比常规法高10倍[16]。

3 黄酮类成分

黄酮类化合物传统提取方法明显存在排污量大、提取效率低、分离过程繁琐、成本高等缺点。而超临界萃取通过加入合适的夹带剂,可以克服以上不足,萃取分离一步完成,提高萃取率,并保证产品质量。佘佳红等[17]采用正交试验考察SFE技术对银杏叶中槲皮素及山柰素提取工艺,发现萃取温度60℃,萃取压力42MPa,静态萃取时间4min,动态萃取体积4mL,夹带剂为0.2mL乙醇时效果最佳。何熹等[18]使用CO2超临界萃取技术从玫瑰中萃取的黄酮得率为0.55%,另外,还能提取挥发性强的高价值产物玫瑰精油。张瑞菊等[19]用正交试验探索超临界萃取苦参中黄酮类组分的最佳工艺条件,最佳参数为:温度40℃,压力30MPa,乙醇流速0.4mL/min,时间60min,最高得率为5.82%。余清等[20]采用单因素与正交试验对超临界CO2萃取乌饭树叶总黄酮的工艺进行了研究。试验结果表明,最佳的提取条件为:萃取压力18MPa,萃取时间1.5h,萃取温度50℃,夹带剂乙醇浓度75%,CO2流量20kg·h-1,夹带剂添加量5mL·g-1,乌饭树叶总黄酮平均提取率为73.10%。王昕宇等[21]优选出药桑黄酮的超临界CO2较佳萃取工艺。为压力35MPa、夹带剂用量200mL、CO2流量10kg·h-1及温度45℃;超临界萃取物黄酮含量为超声波提取物的67倍。

4 醌类成分

萧效良等[22]利用超临界萃取技术提取丹参中的活性成分,收率是常规溶剂回流提取法的2倍以上。袁海龙等[23]以甲醇为夹带剂,利用CO2-SFE技术提取何首乌中的醌类活性成分,何首乌中各成分的平均回收率分别为大黄酸99.1%、大黄素98.2%、大黄酚100.7%和大黄素甲醚99.5%,表明该方法具有速度快、收率高、后处理简单等优点。张青松等[24]采用超临界CO2萃取技术,对酿酒后葡萄皮渣中萃取白藜芦醇的技术参数进行了研究,结果表明在38℃、13 MPa下萃取17min效果最好,在此条件下白藜芦醇平均得率达0.087%。肖飞等[25]用正交试验法考察影响SFE-CO2流体萃取大黄最主要的3个因素及最佳萃取条件。结果表明SFE-CO2流体萃取大黄最佳条件为:萃取压力18MPa,萃取温度60℃,95%乙醇作夹带剂,用量为2倍药材量。郝红梅等[26]采用正交设计优选CO2超临界萃取决明子降脂保肝胶囊中有效成分之一的蒽醌类化学物质的最佳工艺条件为萃取温度为60℃,萃取压力为60MPa,萃取2次,每次1.5h。与超声法相比,超临界CO2提取工艺具有得率高、对环境友好和溶剂残留少等优点。

5 香豆素成分

刘红梅等[27]采用正交试验设计方法,对白芷中总香豆素提取条件进行优化,确定最优萃取工艺为萃取压力21MPa,萃取温度50℃,萃取时间3.0h,颗粒度20目,分离压力6.5MPa,分离温度30℃。弥宏[28]以提取物中总香豆素含量为考察指标,对总香豆素提取条件进行优化,确定:最优萃取工艺为萃取压力25MPa,萃取温度50℃,分离釜压力6.5MPa,分离釜温度60℃。

6 皂苷类成分

王化田等[29]将超临界CO2萃取法与乙醇常温浸提法相结合,实现了红景天苷与苷元酪醇之间的有效分离。葛发欢等[30]对超临界CO2萃取薯蓣皂素的工艺条件进行了研究,并进行了中试放大,结果表明该工艺具有收率高、生产周期短等优点。刘同举等[31]对超临界CO2萃取甘肃产党参中脂溶性成分的工艺进行研究。结果表明,粒度380～250μm的党参,在压力30MPa、温度65℃、二氧化碳流速2L/min条件下萃取时间2h,得到收膏率为1.11%,总皂苷元得率为2.23‰。吕晓玲[32]研究了CO2超临界流体萃取油茶皂苷的工艺,确定最佳萃取条件为,压力25MPa、温度50℃、体积分数65%乙醇为夹带剂,CO2流量25～30L/h,萃取时间3h。在最佳萃取条件下油茶皂苷的收率为15.23%。陈东生[33]采用均匀设计的方法优选超临界CO2流体萃取菝葜中有效成份薯蓣皂苷元的最佳工艺条件为萃取釜压力25MPa,萃取温度67℃,解析釜I压力10MPa,夹带剂乙醇浓度95%。