超临界流体萃取技术在中药提取分离方面应用的研究进展

刘吉成 谢巍

（1广西玉林食品药品检验所，广西玉林 537000；2广西中医药大学，南宁 530001）

超临界流体萃取技术在中药提取分离方面应用的研究进展

刘吉成1谢巍2

（1广西玉林食品药品检验所，广西玉林 537000；2广西中医药大学，南宁 530001）

从超临界流体萃取技术（SFE）的原理、特点出发，介绍SFE在中药提取分离各成分方面应用的研究进展，并对SFE在中药提取分离方面的发展趋势进行了展望。

超临界流体萃取技术；中药；提取分离；研究进展

超临界流体萃取技术（supercritical fluid exatraction，SFE）作为一种高效、清洁的新型提取分离手段，在中药有效成分的提取与分离方面展现出强大的优势，在中药行业已展示出良好的应用前景，将成为一种应用广泛的提取分离技术。

1 SFE的概念及特点

SFE是一种以超临界流体代替常规有机溶剂对重要有效成分进行提取分离的新型分离技术，开创了提取分离工业的新领域。它是利用流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子质量大小的不同成分萃取出来，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则自动完全或基本析出，从而实现特定溶质的萃取。它具有萃取速率快、分离工艺简单、萃取温度低、保护热敏性物质、萃取物及萃余物均无有机溶剂污染等优点[1-2]。超临界流体是指温度超过临界温度和压力超过临界压力的高密度流体。这时的流体，具有和液体相近的密度并具有很强的溶解能力，同时还具有类似于和气体相近的高扩散性、低黏度、低表面张力等特性。因此超临界流体是一种很好的溶剂，能溶解多种物质。常用的主要是CO2，它具有无毒无味、不易燃、易于回收等特点[3]。

超临界CO2萃取技术具有的优势包括：实现提取物无溶剂残留；萃取温度接近或略高于室温，可防止氧化和分解；CO2与萃取物迅速成为两相；萃取效率高、速度快；操作参数易于控制；改变温度、压力及加入夹带剂，可选择性提取[4]。

自1993年我国自行研制的第一台SFE设备问世，SFE装置的研究也取得了一定进展。在中药的研究与开发、食品、色素分离等方面已取得了瞩目的成就。特别是在中药有效成分的提取分离方面，如生物碱、醌类、香豆素、木脂素、黄酮类、皂苷类、挥发油以及多糖等，已有多人发表了对它们的研究成果。如今SFE更可以与气相色谱（GC）、高效液相色谱（HPLC）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）、超高压液相-质谱联用（UPLC-MS）等现代分析技术相结合，能高效快速地进行成分分析与定量，为中药质量控制提供了安全有效的保证，同时满足了药物开发的“绿色化学”之路。

2 SFE在中药提取分离方面的研究概况

中药为我国传统医药，中药的防病治病在我国具有悠久的历史。中药提取分离是指通过一系列方法，将中药材原料进行加工，以得到所需药物或其半成品的过程，包括预处理、提取和分离、浓缩、干燥和制剂等环节。目前较新的中药提取分离技术，包括微波萃取、超声提取、SFE[4]、半仿生提取、免加热提取、酶提取等[5]。以下主要介绍SFE在中药提取分离方面应用的研究概况。

2.1 生物碱

传统提取生物碱的方法主要有水提取法、碱性水溶液提取法、酸性水溶液提取法、冷浸提取法、回流提取法、超声波提取法、索氏提取法、膜提取法、超临界提取法等[6]。梁燕明等[7]采用渗漉法和温浸法两种传统方法与超临界CO2萃取法分别提取山豆根中苦参碱，结果用超临界CO2萃取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%，可看出，SFE萃取的苦参碱的含量要高于传统方法。

超临界CO2流体极性较低，对萃取极性较大的成分有一定的难度，而加入夹带剂可以使生物碱与夹带剂之间形成某一特定的路易斯（Lew is）酸碱作用力（如氢键、络合作用等），从而降低解吸时的活化能垒，最终克服母体对生物碱的束缚，这样便增强了超临界CO2对生物碱的溶解性和选择性，从而可以提高萃取率。刘修树等[8]用正交设计法对影响超临界法萃取分离苦参碱的因素进行了考察，选择75%的乙醇作为夹带剂，按4倍量加入，结果表明超临界法萃取分离苦参碱的最佳工艺是萃取压力25 MPa、萃取温度60℃、萃取时间3 h、CO2流量40 kg/h。

2.2 黄酮类

超临界CO2萃取黄酮的方法与传统提取方法相比具有耗时短、无溶剂和重金属残留等优点，因而有较广泛的应用。王昕宇等[9]以黄酮提取率为指标，对SFE与超声波提取法进行了比较。结果显示，超临界萃取物黄酮含量为超声波提取物的67倍。SFE的效率远优于传统提取方法。王文渊等[10]研究了超临界流体萃取苦瓜叶黄酮的影响因素，并对提取工艺进行优化设计，得到超临界萃取苦瓜叶黄酮工艺的最优化条件，黄酮的提取率可达到3.69%。于京等[11]用SFE提取、分离、鉴定山竹果皮中杂氧蒽酮类化合物得到α-倒捻子素（α-Mangostin）和Gartanin，两者经HPLC检测纯度均不低于90%。

生物类黄酮就是指维生素P，是一种植物的次级代谢产物，是某一类具有相同或相似结构及活性的物质总称，其化学本质是黄素酮类。生物类黄酮在抗血栓、抗氧化、保护心脑血管等方面有良好表现，故一直深受人们重视，对它的研究也一直在进行着。罗喜荣等[12]用响应曲面法考察萃取压力、萃取温度、乙醇用量对总黄酮收率的影响并确定了超临界CO2萃取瑞香狼毒中总黄酮的优化工艺条件，总黄酮收率可达1.412%。

2.3 挥发油类

SFE-CO2萃取挥发油等挥发性成分就是对低沸点、脂溶性、热敏性成分的萃取，在萃取过程中避免了一些有效成分遇氧氧化以及见光分解的情况，既提取了低沸点的易挥发成分又避免破坏具有植物特征的香味成分，使萜烯类组分不容易损失，也提取了较多的醇、酯、长链烃、不饱和脂肪酸、热不稳定成分及易氧化的成分。尹桂豪等[13]采用超临界CO2萃取法结合GC-MS分析香露兜叶中挥发油的化学成分，鉴定出了角鲨烯、β-谷甾醇、豆甾醇等15个化合物。

曾志新等[14]采用SFE和GC-MS分离测定了一枝黄花地上部分中30个成分，占所有成分的96.78%，表明加拿大一枝黄花地上部分含有丰富的挥发性成分。

朱小勇等[15]采用超临界CO2萃取法提取紫玉盘茎挥发油，并用GC-MS对其化学成分进行分离鉴定了其中37个化合物，占总量的85.73%，表明与水蒸气蒸馏法提取挥发油的化学成分有明显的差异。

此外，钟玲等[16]探讨了金银花叶的超临界CO2萃取研究，并对挥发性成分进行研究，确定了最佳萃取工艺，鉴定出39种化学成分，表明SFE可用于提取金银花叶中挥发油及绿原酸，且金银花叶中所含挥发性成分相较其他花中较为复杂。

2.4 萜类

萜类化合物就是指存于在自然界中、分子式为异戊二烯单位的倍数的烃类及其含氧衍生物。这些含氧衍生物可以是醇、醛、酮、羧酸、酯等。程水明等[17]建立了超临界萃取茯苓皮中总三萜类化合物的最佳工艺条件，并通过分光光度法对其含量进行测定。蒋盛岩等[18]用超临界CO2萃取技术，提取夏枯草果穗中的熊果酸，并用HPLC测定萃取物中熊果酸含量。通过正交试验对萃取条件进行优化，确定了最佳的工艺参数。有学者联合应用超临界CO2萃取技术与分子蒸馏技术或GC-MS等技术联用对萜类成分进行提取分离，与传统方法相比，具有低温、高效、无污染等优点。

2.5 皂苷

超临界CO2萃取技术克服了传统提取皂苷存在的工艺流程复杂、提取率低和使用大量有机溶剂等缺点。吴彦等[19]采用正交试验对桔梗总皂苷的超临界CO2萃取工艺优化，并且探讨了表面活性剂对萃取的影响。所得优化工艺为萃取温度40℃、萃取压力35 MPa、萃取时间2 h，夹带剂为95%乙醇，与药材投料量比例为1∶1（v/w），在95%乙醇中加入表面活性剂吐温-80或司盘-80时，桔梗总皂苷的得率最高。王凤芝等[20]采用超临界CO2萃取技术，通过正交试验确定了穿山龙中薯蓣皂苷元的最佳萃取条件。该工艺简单，安全有效，生产周期短，成本低，可带来可观的经济效益。

2.6 香豆素类

香豆素，又称双呋喃环和氧杂萘邻酮，是一种重要的香料，天然存在于黑香豆、香蛇鞭菊、野香荚兰中。可人工合成，用作抗凝血剂。梅彦红等[21]采用超临界CO2萃取与液液溶剂萃取相结合分离白芷中的香豆素，从香豆素含量仅为0.175%的白芷药材中萃取得到含量为54.95%的香豆素浸膏，含量提高了300多倍。关建等[22]采用超临界CO2萃取法及多种柱色谱法进行分离，光谱技术鉴定结构，对新疆产薰衣草花超临界CO2萃取部位的化学成分进行研究分离得到9个化合物。超临界CO2萃取技术与柱色谱法、光谱技术等联合用于中药研究，可提取许多传统提取分离方法分离不出来的成分，利于新药开发。

2.7 木脂素类

木脂素是一类由两分子苯丙素衍生物（即C6-C3单体）聚合而成的天然化合物，多数呈游离状态，少数与糖结合成苷而存在于植物的木部和树脂中，故而得名。杜微等[23]在单因素试验基础上，以萃取压力、萃取温度、萃取时间为影响因素，鬼臼毒素提取率为响应值，根据中心组合试验设计原理采用3因素3水平的响应面分析法，对桃儿七中鬼臼毒素的CO2SFE条件进行优化，鬼臼毒素的提取率可达11.38%。对抗肿瘤药物的开发研制具有重要意义。崔敬爱等[24]对北五味子木脂素超临界CO2萃取的工艺参数进行优选，最大程度地提高总木脂素的萃取量，优选最佳工艺参数，北五味子木脂素的萃取得率达11.24%。

2.8 多糖

多糖广泛存在于动植物和微生物中，研究表明多糖具有多种生物活性，包括增强机体免疫功能、抗肿瘤、降血糖和抗病毒等，且几乎没有毒性，因而受到人们的广泛关注。朱俊玲等[25]利用超临界CO2萃取法对芦荟中的多糖的萃取工艺进行优化，获得了高纯度的芦荟多糖。陈明等[26]对茶叶中多糖的提取技术精选研究，进行茶多糖SFE初步试验。在茶粉颗粒度为40目，20%无水乙醇夹带剂，萃取压力35 MPa，萃取温度45℃，萃取时间2 h的条件下，茶多糖的提取率可达92.5%。采用超临界CO2萃取可有效提取茶叶中的多糖，并最大限度保持了提取茶多糖的生物性。

2.9 其他

SFE还广泛应用于天然药物的色素、脂肪酸、酚类等的提取分离，大大提高了有效成分的效率与质量，实现资源的充分利用，为中药研究开发提供技术基础。

3 SFE和其他技术联用

随着SFE应用范围的扩大，从单一的成分萃取、生产工艺研究，发展到与其他先进技术联用。联用技术强化了萃取效果或分离分析，实现了优势互补拓展应用领域。

3.1 SFE-分子蒸馏联用技术

分子蒸馏技术是根据不同物质的分子运动平均自由程的差异来实现分离。分子蒸馏具有操作温度低、操作压强低、受热时间短、系统基本绝氧等特点，所以能较好地保留易氧化热敏性物质的天然品质，极好地保证了物系中的有效成分免受破坏[27]。

喻世涛等[28]采用SFE-分子蒸馏联用技术，提取白兰花中的芳樟醇。利用GC-MS鉴定各香气的化学成分，并测定芳樟醇的相对百分含量。该方法快速，选择性高，芳樟醇相对百分含量由61.8%提高到95.9%。于泓鹏等[29]用超临界CO2萃取技术萃取丁香精油，然后用分子蒸馏技术进行精制，所得精油经GC-MS分析并与传统提取方法比较。经过超临界CO2萃取，丁香酚含量提高至68.75%，精油色泽和流动性明显改善，品质显著提高。

3.2 SFE-色谱联用技术

SFE与色谱技术的联用实现了样品的前处理和分离分析的优化组合，研究已很深入，主要包括SFE-GC联用技术、SFE-GC-MS联用技术、SFE-超临界流体色谱法（SFC）联用技术、SFE-HPLC联用技术、SFE-核磁共振（NMR）联用技术等。

李大婧等[30]采用SFE-GC联用技术对万寿菊花超临界萃取物的挥发性成分进行分析，鉴定出17种化合物。杨虎等[31]采用SFE-GC-MS联用技术分析了沙枣花精油成分，并鉴定出26种化合物，萃取物中含量最高的化合物是肉桂酸乙酯。金党琴[32]用SFE-HPLC联用技术测定了银杏外种皮中银杏酚酸，通过此方法可很好地分离检测银杏外种皮中银杏酚酸含量。韩红梅[33]等采用超临界CO2萃取从沙姜中提取沙姜精油，经过分子蒸馏纯化后，所得产物再经过GC-MS检测，使对甲氧基肉桂酸乙酯的相对含量从74%提高到90%以上。

SFE与色谱技术的联用在中药研究领域的应用前景很好，通过SFE分离出中药中各种有效成分，再通过与GC、HPLC、GC-MS等技术鉴别或检测出有效成分及其含量，在中药研究领域是一个良好的发展方向。

3.3 SFE与其他技术的联用

SFE还与吸附分离技术、超滤分离技术、分光光度计法、电化学法、重量法等联用取得了较好的分析分离效果，为SFE开拓了新的领域。

4 问题和展望

SFE作为一种新兴的萃取分离技术，已经在中药研究中得到了广泛的应用。但由于技术本身还有不完善的地方，如SFE的设备规模相对较小、生产成本较高，对于体积较大的叶类、花类药材，提取不够经济，严重制约了这一技术的工业化应用；SFE设备的昂贵，对于一般的小型企业，生产成本相对比较高，制约了该项技术的普及；对于成分复杂，近似化合物多，对生理活性物质的纯度要求高的物质，单独采用SFE无法满足高纯度要求；成分分析检测技术如HPLC、GC等配套设备跟不上，导致成分不确定，产品质量不稳定等。

在夹带剂的使用上，没有深入的研究理论，缺乏规范的基础研究数据，造成了现有国内许多SFE的研究只能靠自己做基础实验去发现问题、分析问题、总结经验。

随着科学技术的不断发展及中药在现代医药中的作用日益突出，SFE的应用得到了不断完善和发展，其在中药有效成分提取分离中的广泛使用，极大地推动了中药产业的发展及中药现代化进程。特别是在国际市场对中药需求广泛，质量要求严格的情况下，更有利于SFE用于中药提取分离的产业化。SFE作为新型的分离技术，与现代分析技术相结合，能高效快速地进行成分分析与定量，为中药质量控制提供了安全有效的保证。随着对超临界流体的进一步研究及应用，SFE和其他联用技术在中药提取中突出的优越性将使这项颇具生命力的提取技术有更广泛的应用。SFE在未来中药现代化进程中必会发挥更大作用。

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Supercritical Fluid Extraction Technology Advances in Extraction Separation Used in Traditional Chinese M edicine

Liu Jicheng1，Xie Wei2（1 Guangxi Yulin Institute for Food and Drug Control，Guangxi Yulin 537000，China；2 Guangxi University of ChineseMedicine，Nanning 530001）

This article introduced the research progress of supercritical fluid extraction technique used in the extraction and component separation of traditional Chinese medicine from the view of the principle and characteristics of supercritical extraction fluid technology，and the development trend of supercritical fluid extraction technology for the extraction and separation of traditional Chinesemedicinewas prospected.

Supercritical Fluid Extraction Technology；Traditional Chinese Medicine；Extraction and Separation；Research Progress

10.3969/j.issn.1672-5433.2014.08.008

2014-03-11）

刘吉成，男，硕士，主管药师。研究方向：食品药品分析及研究。通讯作者E-mail：liujichenggood@126.com