超臨界ＣＯ２萃取技術(shù)在中藥提取分離中的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化

劉春海　陳　亮

中藥的提取分離,是制劑過(guò)程中必不可少的關(guān)鍵工序,是改進(jìn)藥物劑型,提高產(chǎn)品質(zhì)量,增加藥物新品種,提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵環(huán)節(jié), 超臨界流體萃取技術(shù)(Supercritical Fluid Extraction,簡(jiǎn)稱SFE)作為一種清潔、高效及較好的選擇性的新型分離方法,在天然產(chǎn)物有效成分提取與分離,生產(chǎn)高經(jīng)濟(jì)附加值產(chǎn)品方面展現(xiàn)出勃勃生機(jī)。

一、概述

超臨界流體是指超臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)狀態(tài)下的高密度流體,例如:二氧化碳、氨氣、乙烯、丙烷、丙烯、水等。與常溫常壓下的氣體和液體比較,超臨界流體具有兩個(gè)特性:其一,密度接近于液體,具有類似液體的高密度;其二,粘度又接近于氣體,具有類似氣體的低黏度。因此擴(kuò)散系數(shù)約比普通液體大100倍。由于同時(shí)具有類似液體的高密度和類似氣體的低黏度,故超臨界流體既具有液體對(duì)溶質(zhì)溶解度較大的特點(diǎn),又具有氣體易于擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng)的特性,其傳質(zhì)速率大大高于液相過(guò)程。中藥中的許多成分都能被其溶解,并且隨著壓力的增大,溶解度增加。超臨界流體可以是單一的,也可以是復(fù)合的。添加適量的夾帶劑可以大大增加其溶解性和選擇性。在能作為超臨界流體的化合物中,CO2由于其性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒、不易燃易爆、價(jià)廉以及較低的臨界壓力(7.37MPa)和較低的臨界溫度(31.05℃),在醫(yī)藥行業(yè)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。

二、在中藥提取分離中的優(yōu)勢(shì)

用超臨界CO2進(jìn)行中藥研究開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化,和中藥傳統(tǒng)方法相比,具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):

一是提取完全,能充分利用中藥資源。由于超臨界CO2的溶解能力和滲透能力強(qiáng),擴(kuò)散速度快,且是在連續(xù)動(dòng)態(tài)條件下進(jìn)行,萃取出的產(chǎn)物不斷地被帶走,因而提取較完全,這一優(yōu)勢(shì)在揮發(fā)油提取中表現(xiàn)得非常明顯。同時(shí),隨著超臨界CO2技術(shù)的不斷進(jìn)步,全氟聚醚碳酸銨(PFPE)的應(yīng)用,把超臨界CO2擴(kuò)展到水溶液體系,使得難以提取的強(qiáng)極性化合物如蛋白質(zhì)等的提取已成為可能。

二是超臨界CO2臨界溫度低,操作溫度低,能較完好地保存中藥有效成分不被破壞,不發(fā)生次生化。因此,特別適合那些對(duì)熱敏感性強(qiáng)、容易氧化分解破壞的成分的提取,能最大程度地保持各組分的原有特性。

三是提取時(shí)間快、生產(chǎn)周期短。超臨界CO2提取循環(huán)一開(kāi)始,分離便開(kāi)始進(jìn)行。一般提取10min便有成分分離析出,2—4h左右便可完全提取。同時(shí),它不需濃縮等步驟,即使加入夾帶劑,也可通過(guò)分離功能除去或只是簡(jiǎn)單濃縮。

四是超臨界CO2提取,操作參數(shù)容易控制,因此,有效成分及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

五是超臨界CO2還具滅菌作用,有利于保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

六是超臨界流體萃取應(yīng)用于分析或與GC、IR、MS、LC 等聯(lián)用成為一種高效的分析手段。能夠?qū)崿F(xiàn)中藥有效成分的高效、快速、準(zhǔn)確分析。

七是與其他超臨界流體相比,CO2臨界壓力適中,在實(shí)際操作中,其使用壓力范圍有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

三、在中藥提取分離中的應(yīng)用

近年來(lái),超臨界流體萃取研究開(kāi)發(fā)仍主要集中于單味藥,而復(fù)方的研究與開(kāi)發(fā)僅有少量報(bào)道。

(一)在單味藥提取分離中的應(yīng)用

西德Saarland大學(xué)的Stahl教授對(duì)許多藥用植物采用SFE法對(duì)其有效成分(如各種生物堿,芳香性及油性組分)實(shí)現(xiàn)了滿意的分離。日本學(xué)者宮地洋等從藥用植物蛇床子、桑白皮、甘草根、紫草、紅花、月見(jiàn)草中提取了有效成分。目前為實(shí)現(xiàn)對(duì)中藥的生物堿、黃酮、皂苷類等極性大的有效成分的提取,添加夾帶劑及增加壓力而改善流體溶解性質(zhì)的研究亦受到重視。

(二)在復(fù)方提取分離中的應(yīng)用

傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論是以整體觀念為指導(dǎo)思想,中藥在臨床上應(yīng)用主要以復(fù)方形式給藥,復(fù)方應(yīng)混合提取。復(fù)方中有效成分或有效部位組成復(fù)雜,提取難度較大,鑒別困難,如何將超臨界流體萃取應(yīng)用到中藥復(fù)方的提取過(guò)程中還有一系列問(wèn)題待進(jìn)一步研究和探討。葛發(fā)歡等研究了復(fù)方丹參、降香的超臨界CO2萃取方法。郁威等研究了在不同工藝條件下用超臨界CO2萃取法分別對(duì)單味當(dāng)歸、單味川芎和復(fù)方當(dāng)歸川芎進(jìn)行萃取,結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)方產(chǎn)物的提取率明顯高于單味產(chǎn)物的提取率之和。

四、在中藥提取分離中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

最早將超臨界CO2萃取技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)的是美國(guó)通用食品公司,之后法、英、德等國(guó)也很快將該技術(shù)應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)中。上世紀(jì)90年代初,中國(guó)開(kāi)始了超臨界萃取技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化工作,發(fā)展速度很快。實(shí)現(xiàn)了超臨界流體萃取技術(shù)從理論研究、中小水平向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)變,使中國(guó)在該領(lǐng)域的研究、應(yīng)用已同國(guó)際接軌,在某些方面達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。目前,超臨界萃取技術(shù)已應(yīng)用于部分中藥材大批量萃取生產(chǎn)。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已廣泛應(yīng)用超臨界萃取技術(shù)從沙棘籽中萃取沙棘油,并有數(shù)個(gè)廠家形成年產(chǎn)20t以上沙棘油的生產(chǎn)能力。

五、結(jié)語(yǔ)

超臨界萃取技術(shù)具有傳統(tǒng)提取方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),可以比較容易地從中藥中發(fā)現(xiàn)新成分,從而發(fā)現(xiàn)新的藥理活性成分,開(kāi)發(fā)新藥。如能進(jìn)一步加強(qiáng)在中藥復(fù)方制劑中的運(yùn)用與開(kāi)發(fā),結(jié)合藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究,推進(jìn)超臨界提取工藝標(biāo)準(zhǔn)的制定,相信,超臨界流體萃取技術(shù)在中藥領(lǐng)域中將具有更廣闊的發(fā)展前景。

(作者單位:九芝堂股份有限公司)