中草藥的亞臨界萃取研究

1、若干中草藥的亞臨界co2萃取研究羅丹玲 歐陽丹竹姜明潘永紅郁霜黃金鳳李揚玲黃曉玉鄧文輝陸揚 許俊斌周清劉忠麥澈聽(屮山大學化學與化學工程學院，99級,廣州 510275)指導老師：陳六平摘要：本文介紹了中草藥亞臨界co?萃取研究的重大意義，闡明了亞臨界液體萃取的原理，闡述 了用液態(tài)co?提取中草藥有效成分的實驗過程?？疾炝藠A帶劑和萃取時間對產(chǎn)品收率的影響，對 實驗結果進行了分析討論。關鍵詞：屮草藥，亞臨界液體萃取，高壓索氏萃取器，當歸，天麻，桂惻。1前言我國歷史悠久、幅員遼闊，中藥植物資源豐富，種類繁多，而且在長期防病治病實踐中，創(chuàng) 造和積累了豐富的經(jīng)驗，形成了我國獨特的中醫(yī)中藥學理論。在新的

2、世紀，歷史對它提出新的要 求。隨著社會的發(fā)展,人類疾病譜也已悄然發(fā)生改變，醫(yī)療模式已經(jīng)由單純的疾病治療轉變?yōu)轭A 防、保健、治療、廉復相結合的新模式，各種替代醫(yī)學和傳統(tǒng)醫(yī)學正發(fā)揮著越來越大的作用。另 一方面，由于生存環(huán)境的不斷惡化，人類“冋歸自然”的呼聲越來越高，傳統(tǒng)醫(yī)學正受到前所未 有的重視。全球經(jīng)濟一體化進程的加快，特別是隨著我國止式加入wto,國內(nèi)醫(yī)藥市場融入國際 醫(yī)藥人市場的廣度和深度將進一步加強，所而臨跨國醫(yī)藥集團的競爭空前激烈。如何讓具有傳統(tǒng) 優(yōu)勢和特色的中藥人步走向世界，并永遠屹立于世界優(yōu)秀民族保藥z林，是我們不能不面對的垂 大而緊迫的課題。中草藥具冇作用緩和，持久，療效穩(wěn)定，無副

3、作用，價格便宜等優(yōu)點，li益受 到國內(nèi)外市場的青睞。但我國中成藥仍面臨產(chǎn)品質(zhì)量差、藥效不穩(wěn)定、作用機理不明確、缺乏足 夠的嚴格對照實驗和客觀的硬性指標等難題。要使我國中藥走向世界，首先必須使其走向現(xiàn)代化。 要實現(xiàn)中藥的現(xiàn)代化，就要解決好上述的關鍵問題。而這些問題無一不與制藥原料冇關。傳統(tǒng)的 提藥制藥過程主要是以水和有機溶劑為溶媒，它存在多種固有缺陷，如有效成分的損失、分解、 變化、冇機溶劑殘留等。因此，借助現(xiàn)代化科學技術和手段，以獲取高質(zhì)量的制藥原料，已成為 當務z急。在最近發(fā)展起來的各種新技術中，超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction,簡稱為sfe) 習

4、、亞臨界液體萃取技術(subcritical liquid extraction,簡稱為sle)尤為引人注目。sfe技術 在食品、醫(yī)藥、化工、能源及環(huán)境保護中得到廣泛應用，如將sfe用于屮藥揮發(fā)汕的提取。然 而，在篩選實驗中，業(yè)臨界液體萃取是比超臨界流體萊取更具吸引力的方法，它已被應用到許多實際問題中，如植物原料、土壤、聚合物等的浸出過程, 冥至是大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中，如在英國和澳大利亞等國建有用液體co2提取啤酒花的工廠。對sle技術在中草藥提取中的應用進行探索和研究，必將更好地發(fā)揮 sle的巨大潛力。2亞臨界液體概述2.1亞臨界液體氣、液、固是物質(zhì)存在的三種狀態(tài)，圖1為純物質(zhì)圖1純物質(zhì)典型的

5、壓力溫度曲線圖 的壓力溫度|山線圖。at：氣固平衡線；bt：液固平衡線；ct：氣液平衡線；點t是氣、液、固三相平衡共存的三 相點。當純物質(zhì)沿氣液飽和線升溫達到c點時，氣、液界面消失，體系性質(zhì)變得均一，不再分為 氣體和液體，點c稱為臨界點，與該點對應的溫度和壓力分別為臨界溫度7；和臨界壓力心 在臨 界點附近，流休的性質(zhì)對溫度和壓力的變化極為皺感，微小的溫度和壓力變化都會引起物質(zhì)性質(zhì) 的極人變化。圖中高于幾和幾的區(qū)域?qū)儆诔R界流體狀態(tài)。而相對于超臨界流體，物質(zhì)處于低于 tc、幾的狀態(tài)時則稱為亞臨界液體。2.2亞臨界液體萃取的原理與常壓下的液體一樣，處于高飽和壓力下的液體也nj作為溶劑，在亞臨界狀態(tài)

6、下把亞臨界液 休與待分離物質(zhì)相接觸，使其有選擇性地依次按極性大小、沸點高低、分子量大小把成分萃取出 來。當需要與溶質(zhì)分離時，只要將液化氣體蒸出即可。亞臨界液體的使用比超臨界流體更方便， 特別是在實驗室內(nèi)更具優(yōu)勢，因為在一個容器內(nèi)就能進行萃取。同時，以液化氣體作萃取劑與以 超臨界氣體作萃取劑所得結果相近，只是在萃取物回收率或質(zhì)量方面存在差別，冇時可相差一個 數(shù)量級。2.3亞臨界流體萃取介質(zhì)的選擇本文選擇co?作為萃取介質(zhì)，因為（1）c02無色、無味、無毒?？谕ǔl件下為氣體，萃取后無溶劑殘留問題，可獲取純天然中藥原料；（2）co?化學惰性，萃取過程中不產(chǎn)生任何副產(chǎn)品，可百接排入空氣，無壞境污染；

7、（3）co?的臨界溫度（7>304.21k）和臨界壓力（pc=7.38mpa）溫和，操作上易于實現(xiàn)；（4）亞臨界溫度在室溫附近，一般不對萃取成分發(fā)生熱敬降解，成分不因高溫而變質(zhì)，不損失味 和香：（5）nj'通過控制溫度和壓力改變其溶解度和狀態(tài)，實現(xiàn)選擇性捉取分離。2.4被萃取物的選擇哪些中草藥成分可被亞臨界流體萃取，哪些不能，可通過被萃取物的熔點、沸點、蒸汽等性 質(zhì)粗略判斷。另外被萃取物的分子量和極性人小也是關鍵的影響因索。木實驗的m的之一就是通 過選用不同的中草藥作萃収實驗，探索英在亞臨界c02中的溶解度規(guī)律，找出較有實驗價值的中 草藥物。本文選擇當歸、天麻和桂圓肉三中藥材作為

8、實驗原材料。2.5夾帶劑的選擇山于純co?本身的非極性特點大大限制了它的應用范圍。為有效提取非脂溶性的、強極性的 重要中藥有效成分，常常要在c02屮加入夾帶劑，以改變萃取流體的極性，提高萃取效率。探索 不同夾帶劑對亞臨界co7萃取的影響也是木實驗的重要內(nèi)容z-o木文選擇ch3oh和c2h5oh 作為萃取實驗的夾帶劑。3.實驗部分3.1主要試劑及原材料無水乙瞇和無水乙醇，分析純，廣州化學試劑二廠。中草藥材為：天麻，桂圓肉，當歸，均 系從藥店購得，粉碎后直接使用。當歸為傘形科。當歸屬植物當歸angelica sinensi（oliv）diels的根性廿，辛溫，冇補血，活血, 調(diào)經(jīng)止痛，潤腸通便的功

9、效。根含揮發(fā)汕，汕中含正丁烯基猷內(nèi)酯（nbutylidene, phthalide）,正戊酰苯鄰竣酸（n-valcrophcnonc-o-carboxylicacid）, 二二氫鄰苯二甲酸酊（a2 4dihydrophthalic anhydride）,糜本內(nèi)酯（ligustilidc）及阿魏酸（ferulic acid）及丁二酸,菸酸，尿i密i癥,腺嚓吟等, 當歸揮發(fā)油具冇鎮(zhèn)靜大腦，興奮和痹延恤中樞的作用，并可遲緩子宮肌肉，治療丿j經(jīng)不調(diào)，痛經(jīng) 等病癥。犬麻為常用屮藥，町祛風鎮(zhèn)痙，鎮(zhèn)靜，鎮(zhèn)痛和抗驚厥。商品為蘭科多年生寄生草木仗菌植物 天麻gastrodia elata的t燥塊莖。其主要成分為

10、香草醇，香草醛，天麻試，粘液質(zhì)及微量維生素a 類物質(zhì)。香草醇（vanillylallcohol）,又名香莢醇，有中樞抑制作用，能延長環(huán)己烯巴比妥的睡眠時 間，對抗戊四氮引起的驚厥，并有促進膽汁分泌的作用。香草醛（vanillin）,又名香莢蘭素，有 抗驚厥，提髙電擊痙攣的閾值，有效制止癲癇發(fā)作等作用。天麻素（gastrodin） , 乂名天麻試， 有鎮(zhèn)靜，麻醉，抗驚厥等作用。桂55 longan,又稱龍眼，是我國嶺南優(yōu)質(zhì)名果，本實驗直接使用從藥店購得的已去核的桂圓 肉。桂圓肉清脆町口，營養(yǎng)價值很高。據(jù)測定每100g牛果含全糖0.523現(xiàn)代研究證明，桂圓 富含蛋口質(zhì)、氨基酸、維生素及可溶性糖分。

11、其活性成份主要是生物堿、類脂肪等，具有降脂護 心、抗衰老、促進生長發(fā)育、增強非特異性免疫、補血鎮(zhèn)靜、美容養(yǎng)顏等滋補功效及較好的抗癌 作用。3.2主要設備及儀器高壓索氏萃収器（最大容量：0.75l,最大承受壓力：200bar）,二氧化碳儲氣瓶，導氣裝直 （不銹鋼管及減壓閥），85-2型恒溫磁力攪拌器，hs-4精密恒溫浴槽（15+95°c）（含循壞 水冷卻裝置），012型電子天平（最大量程:12kg,準確度:lg）, bs210s型電子天平（最大量程: 210g,準確度：o.ooolg）,粉碎機，冰箱，烘箱及樣品管等。圖2是高壓索氏萃取器的示意圖。1閥門2燈3視窗4冷凝器5壓力表6上杯7

12、下杯8高壓釜9接觸溫度計10水浴11攪拌子12加熱磁力攪拌器13樣品圖2高壓索氏萃取器3.3實驗步驟將中草藥粉碎，過篩后裝于褐色磨砂瓶中備用。實驗開始時，先將藥品裝進萃取套中，然后 將其置于上杯中，再將上下杯置于高壓索氏萃取器中，充入適量二氧化碳以后，在亞臨界條件下 萃取5-10h,得油狀物產(chǎn)品。具體操作步驟如下:(1) 裝樣首先，在分析天平上分別準確稱量干燥的空下杯和萃取套的重量，然后，將一定數(shù)量已粉碎 好的樣品置于萃取套內(nèi)，并準確稱量其質(zhì)量，并且用一細鐵絲把套口扎緊以防藥品外漏。接著， 將牢下杯放入萃取器中，再將裝冇樣品的上杯小心地放進萃取器中(注意：虹吸管要落在下杯里)。 蓋上端蓋后稱量

13、釜的質(zhì)量，然后充入約lobar二氧化碳后放出，以除去釜內(nèi)人部分空氣，隨后充 入一定數(shù)量的二氧化碳(不少于230g),再稱量釜的重量即可得到所充入的二氧化碳的質(zhì)量。(2) 操作高壓索氏萃取器必須在低于臨界溫度下的兩相區(qū)工作。對于二氧化碳流休"<304.21k,p<7.38 x 106pa,可通過調(diào)節(jié)恒溫攪拌器和循環(huán)冷卻水的溫度來達到要求的條件。將一裝有少量水的人燒杯置于恒溫攪拌器上，把高壓釜放進燒杯里，接上循環(huán)冷卻水，恒溫 器和冷卻水的溫度分別控制在約308k和288ko(3) 觀察通過視窗觀察冷凝器的液滴下落情況和虹吸現(xiàn)彖，并確定周期數(shù)。當將高壓釜的底部加熱溫 度升髙，使

14、釜內(nèi)溫度t人于臨界溫度，壓力卩人于臨界圧力時，則出現(xiàn)超臨界現(xiàn)象。在超臨界條 件下，冷凝器不再有液滴下落，在冷凝器周圍及整個高壓釜內(nèi)充滿霧狀的流體。(4) 卸裝萃取完畢，關掉恒溫器和循環(huán)冷凝水，然后將釜內(nèi)的二氧化碳緩慢放出(降壓必須緩慢，以 防固休物料的噴散和出現(xiàn)過冷現(xiàn)象)，待釜內(nèi)壓力降到常壓后，打開端蓋，収出上下杯，收集下杯 產(chǎn)品，觀察其顏色和狀態(tài)，稱重，計算產(chǎn)率。產(chǎn)殆可用無水乙醇和無水乙瞇溶解，收集，并可對 萃取產(chǎn)品作進一步的成分分析。3.4實驗現(xiàn)象恒溫器開始加熱后，高壓釜的底部受熱，釜內(nèi)液體被蒸發(fā)，壓力不斷上升，幾分鐘后，蒸汽 在冷凝器上冷凝并形成液滴下落。當恒溫器和冷凝水的溫度達到設定值

15、后，釜壓幾乎保持不變， 實驗處于平穩(wěn)的萃取過程。當液體達到虹吸的最高點，它將自動流出到下杯中，完成一個周期。萃取結束后，當下杯從萃取器屮取出時，杯中的產(chǎn)品和白色的干冰混在一起，干冰升華后， 可看到油狀產(chǎn)品。實驗結束后，從高壓釜中収出的密封圈因二氣化碳的滲入而溶脹，形成一個個小泡，密封圈 置于空氣中，會因二氧化碳的逸出而發(fā)生輕微的爆破聲，到平衡后密封圈又恢復原狀。3.5實驗結果與討論三種藥材的多次萃取實驗結果示于表lo由實驗結果，可得如下結論：(1)被萃取成分與溶劑二氧化碳的溶解情況：醇類和亞臨界二氧化碳并不能很好的互溶，且隨著 碳數(shù)增加，醇類的溶解度將更低。小組2選川的犬麻的上要被提取物質(zhì)：香

16、草醇，香草醛，夭麻 素含冇較多數(shù)h的疑基，尤其天麻素的疑基更多，碳數(shù)多。所以此類物質(zhì)收率低。酯類物質(zhì)在亞 臨界二氧化確屮的溶解度較人。小組1選用的當歸，其揮發(fā)汕的主要成分魏酯(丁烯跌內(nèi)酯和屎 本內(nèi)酯)，能較好的與業(yè)臨界二氧化碳互溶，其收率與超臨界流體萃取相當，純二氧化碳難以將生 物堿有效提出，但使用適當?shù)膴A帶劑乙醇后，其收率增加了 極性夾帶劑町明顯增加極性溶質(zhì)的溶解度：天麻和桂圓都分別山于甲醇，乙醇的加入，有效 成分的溶出有明顯提髙。(3) 萃取時間的影響：據(jù)喻陽海等人所作的亞臨界二氧化碳萃取人蒜屮的有效成分的實驗結果 報道：總循環(huán)時間越氏，產(chǎn)率越高。事實上，其對萃取時間的考慮比較簡單。在當歸

17、的亞臨界萃 取實驗中發(fā)現(xiàn)，增加萃取強度，用較短的時間，更有利于整個萃取效率的捉高。分析英原因，有表1三種屮藥材的亞臨界c02萃取實驗結果原材料產(chǎn)地投料量/g釜壓/bar夾帶劑產(chǎn)品質(zhì) 量倫出油收 率/%循環(huán)次 數(shù)/次總萃取 時間co2用量/kg天麻（粒云南，32.899760-65108.5度:陜西38.074465-700.01840.0580.4mm)35.785762-68甲醇0.08050.2255727.205465-670.0430660.30628.599860-67乙醇0.92433.234.08h0.31桂圓肉（含乙（粉碎廣東醇）后為膠38.7481乙醇2.2165.726.5

18、h0.315質(zhì)狀）（含乙醇）當歸（粒24.780962.5-690.35591.44117h0.268度：36.073953-630.33330.928h0.2800.1mm)四川34.534158-630.34050.9986h0.26921.539360-650.70003.256h0.23526.090660-650.3000154h0.249如下推測：1）與組分之間的“溶解互助”效應有關，讓多組分“同時出來”，相當于加入夾帶劑, 可以加快萃取速度；2）過長的萃取時間使得已萃取出來的揮發(fā)汕屮的不穩(wěn)定成分在收集產(chǎn)品前早 已分解，或更多的溶于二氧化碳中，后隨著二氧化碳的蒸出而進入寄氣中，冇濃

19、郁的當歸藥味。 每次循環(huán)時間的影響：每次循環(huán)時間減小，二氧化確的流速越人，其與物料的接觸時間減小, 不利于萃取能力的提高。對于溶質(zhì)溶解度較小或溶質(zhì)從原料棊體中擴散出來的速度很慢的體系， 增大流速意義不大。另一方面，流量增大，傳質(zhì)推動力加大，有利于萃取。對于溶質(zhì)溶解度大， 原料中溶質(zhì)含量豐富的情況，增大流速有利于提高生產(chǎn)效率。（5）原料粒度的影響：粒度越小，越冇利于萃取。但粒度過小時，會導致氣路阻塞，冇時會被二 氧化碳液體rh上杯帶到下杯，混入揮發(fā)油中，使產(chǎn)品須進一步純化?？梢姡枚趸嫉膩喤R界液體萃取技術來提取中草紗中的有效成分，是一種既經(jīng)濟又有效 的方法，它打破了傳統(tǒng)方法的界限，成功地將高

20、科技應用于中草藥的制取過程當中，必將成為人 們探索中草藥世界、破解中草藥奧秘的有力工具。致謝：本文是在陳六平老師的指導下完成的，在此致上深切的感激及敬意。同時，木文工作得到 了中山大學“開放實驗室基金”的資助，特此致謝。參考文獻1 張鏡澄，超臨界流體萃取，北京：化學工業(yè)出版社，20002 陳維樞，超臨界流體萃取的原理和應用，北京：化學工業(yè)出版社，1998 陳六平，沈玉棟，林盛煜，胡宇芬，武漢大學學報（理學版），化學?？?001,153-1554 古維新，張忠義，劉海弘，“超臨界流體萃取技術在中藥揮發(fā)油提取中的應用”，中藥材，2001, 95 喻陽海，廖科毅，郭志文，龐朝樂，張曉帆，鄭彥臻，“

21、亞臨界萃取大蒜中的冇效成分”，鍵,2001, 10study of subcritical-co2 liquid extraction of several chinese herb medicineluo danling ou yang danzhu jiang ming yu lu huang jinfeng deng wenhuipan yonghong lu yang li yangling xu junbing huang xiaoyu zhou qing liuzhong(school of chemistry and chemical engineering, sun yat-sen un