超临界ＣＯ２萃取技术在中药提取分离中的应用及产业化

刘春海　陈　亮

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。

(作者单位:九芝堂股份有限公司)