超临界萃取技术在中草药研究中的应用

张红英,颜雪明

1.衡阳财经工业职业技术学院 高分子材料系,湖南 衡阳 421002；2.南华大学 化工学院,湖南 衡阳 421001摘要：从我国中药产业发展的形势，阐述了超临界萃取技术是现代中药符合国际药品主流市场的标准和要求的客观需要。传统中药提取大多存在工艺流程长、耗费大、提取效率低、有机溶剂残留等缺点，而超临界萃取技术具有工艺流程短、绿色环保、提取效率高等特点, 超临界流体萃取新技术在现代中药提取中的应用，对提高中药质量及推动中药现代化具有重要意义。

超临界萃取技术在中草药研究中的应用

张红英1,颜雪明2

1.衡阳财经工业职业技术学院 高分子材料系,湖南 衡阳 421002；2.南华大学 化工学院,湖南 衡阳 421001摘要：从我国中药产业发展的形势，阐述了超临界萃取技术是现代中药符合国际药品主流市场的标准和要求的客观需要。传统中药提取大多存在工艺流程长、耗费大、提取效率低、有机溶剂残留等缺点，而超临界萃取技术具有工艺流程短、绿色环保、提取效率高等特点, 超临界流体萃取新技术在现代中药提取中的应用，对提高中药质量及推动中药现代化具有重要意义。

超临界萃取，现代中药，提取，有效成分，中药现代化

超临界流体(SF)是指其温度与压力高于其临界温度与临界压力时的一种物质状态。由于SF具有较大的密度，接近液体，而扩散系数和粘度较小，接近气体，因而SF不仅具有与液体溶剂相当的萃取能力，而且具有与气体类似的优良的传质效果。SF在其临界点附近的压强或温度的微小变化都会导致液体密度相当大的变化，从而使溶质在流体中的溶解度也产生相当大的变化，故可以通过调节温度或压力来改变溶剂的溶解能力，使萃取物与溶剂分离。超临界流体萃取技术(SFE)就是利用超临界流体的这些特性形成了一个独特的新型化工分离技术。可作为超临界流体的物质很多，一般为低分子量的化合物，如水、二氧化碳、乙醇、氨气、乙烷、乙烯等，目前最常用的超临界流体是二氧化碳。在实现中药现代化进程中，超临界萃取技术受到广泛重视并被视为一种洁净的高效提取分离技术[1-3]。

1 超临界流体萃取技术是中药现代研究的客观需要

我国人民在长期防病治病实践中，创造并积累了丰富的药学经验，形成了独特的中医药学理论。地球上的中药植物资源极其丰富，品种繁多，中药资源宝库取之不尽，用之不竭。中草药具有作用缓和且持久、副作用小、价格便宜等特点，深受我国人民的喜爱与支持。尽管我国中成药品种繁多，但中药出口长期以来主要以药材和饮片为主，而成药、保健产品等附加值高的终端产品所占比例甚少，这种局面的出现固然有多方面的原因，但不可否认的是产品质量不高、药效不稳定、药理不明确、缺乏严格的对照实验等才是其主要原因。因此，要使我国中药走出国门，走向国际市场就必须首先使其走向现代化。 近年来，人们“回归自然”的呼声越来越高，传统医药正受到前所未有的重视。目前国际上约近200家公司、50多个研究团体从事天然药物的研究与开发工作[4]。欧共体对草药进行了统一立法，澳大利亚、加拿大等国的草药地位已经合法化，美国也已起草了《植物药管理办法》，并开始接受中药复方混合制剂作为治疗药物，这些新的变化为中药作为治疗药进入国际主流医药市场提供了良好的国际环境。

我国传统中药的大多数产品达不到国际医药市场的标准和要求，众多跨国医药企业的激烈竞争以及周边国家传统医药产品的巨大冲击，致使我国中药在国际市场的销售份额进一步萎缩。如何让具有传统优势和民族特色的中药产品大步走向世界，是我国中医药研究领域面临的重大课题。要使中药走向现代化、走向国际化，首先必须解决产品质量、药理药效、有效成分结构与含量等关键问题，而这些问题无一不与中药原料有关。传统的中药原料药的提取主要是采用水或有机溶剂进行浸取，这些方法具有很多局限性，如浸取的温度高、时间长，不可避免地造成有效成分分解损失、有机溶剂残留等等。因此，借助现代技术和方法，改革中药提取的传统工艺，以获得高质量的中药原料药，使之达到现代医药的严格要求已为当务之急。在最近发展起来的各种新型分离技术中，超临界流体萃取技术最为引人注目。该技术在很大程度上克服了传统中药提取工艺中的种种缺陷，体现了中药制药过程的绿色化，为我国中药现代化创造了一条新途径[5]。

2 中草药的药用部位及其化学成分特点

中草药植物的药用部位很多，大多数的中草药植物地上和地下部分均可入药。植物药的成分大致可分为极性小的亲脂性成分、极性大的亲水性成分以及介于中间的中等极性成分。按化学结构可分为：氨基酸、糖类、蛋白质、酶、有机酸、皂苷、黄酮、油脂、色素、蜡、生物碱、树脂、鞣质、萜类及挥发油等等。

在化学成分方面，植物的不同部位各有其特点[6]。花、果实、根茎多含芳香挥发油成分，而茎、叶、皮等部位所含挥发性成分相对较少；而在果实、种子中，脂肪酸和油脂含量相对较高。在用超临界二氧化碳流体对中草药进行提取时，根、茎、皮、果实的提取操作较易。一方面它们的原料堆密度较大，有效成分含量相对较高，选择性易于调控，采用溶剂提取和精馏等手段即可获得多个产品；另一方面，萃取物中所含粘质成分较少，不易污染和堵塞，设备清洗容易，生产成本低，这使其与传统法相比具有较强的竞争力。而花、叶、草的堆密度通常小，含有多粘性成分如鞣质、蜡质等，在用SC-CO2萃取时，提取釜的利用率低，操作稳定性差，萃取后设备的清洗也较麻烦，因而，实际生产成本较高。

3 中草药的传统提取方法及其主要缺点

从药用植物中提取有效成分的历史悠久，最初人们从阿片中分离得到吗啡，之后又从药用植物中提取到了阿托品、咖啡因、麻黄碱等。20世纪50年代，从萝芙木草药中提取到了降压成分利血平,从长春花中提取到了抗癌药长春碱和长春新碱。此后，从天然药物中寻找新药的研究工作，在国际上引起了广泛关注，每年均有大量新化学实体、新生物活性成分从药用植物中提取获得。

我国研究中草药化学成分的工作比较早，也取得了显著的成绩。早在20世纪30年代，赵承嘏先生就对麻黄、延胡索等常用中药中的有效成分进行了研究。至今，我国中药化学研究队伍逐渐壮大，也逐渐形成了自己的特色，即以中医药理论为基础，以临床实践为指导，采用现代科学技术对常用中药及复方制剂进行化学研究。至今，已有近400种常用中草药的化学成分得到了分离和鉴定，并获得了大量重要的基础研究数据[7]。

从中药材中提取的产物可分为3大类：总提物、浓缩物、单一化合物。总提取物即先选用合适溶剂如水、乙醇等对中药原料进行提取，再除去粗提物中的溶剂而得到的混合物；浓缩物是将粗提物经进一步分离精制得到的产物；单一化合物又叫纯化合物，是将浓缩物经多步分离精制得到的高纯化合物，这种高纯化合物既可用于高标准的制药原料，还常用作分析测试的标准品。

传统中药提取的主要工序包括：浸取、过滤、蒸发、浓缩、重结晶、干燥、柱分离等。常用的浸取溶剂有水、乙醇、丙酮、氯仿、石油醚、甲苯等，在实际应用中，浸取溶剂常用水和乙醇。浸取后的分离纯化是最重要也是最费时费力过程，也是改变传统中药制剂“粗、大、黑”的关键工艺过程[8]。常见的分离纯化方法有沉降法、滤过法、离心法等；常见的精制方法有水醇法、醇水法、酸碱法、离子交换法、结晶法及柱分离法等。此外，近年来也开发了一些新型分离和精制方法，如大孔树脂吸附法、膜分离法、高速离心法、分子蒸馏法等。

传统的中药提取方法工艺复杂、流程长、有诸多缺点[9]：(1)采用的有机溶剂都有一定毒性，溶剂的分离也十分费事，溶剂残留不可避免；(2)提取温度高、耗时长，一些对光和热敏感的有效成分物质易被破坏，而且在提取过程中常伴有分解、水解、醇解、沉淀等副反应产生，致使产品的质量难以控制；(3)提取步骤多、流程长、费用高、效率低；(4)传统提取多采用静态提取工艺，对成分的选择性差、药材原料浪费严重；(5)溶剂和原料的用量比大，造成提取设备的空间利用率低，废液、废渣的排放大量，对环境造成严重污染；(6)整个提取过程涉及多步相变，能耗大。此外，由于天然植物药材中有效成分的含量受产地、气候条件、采收季节及品种的影响，不同来源药材中有效成分含量相差甚远，但传统浸取生产过程中并没有对不同来源的药材采用不同的工艺条件，无法控制提取程度与提取质量。

4 中草药的超临界萃取及其主要优点

传统中药有效成分提取和分离方法的种种缺陷导致了现有中成药质量难以控制、疗效不稳定、实验重复性差，达不到现代医药研究的严格标准和科学规范。随着国家发展现代药和传统药以及中西医并进战略的推进，研究开发和采用新型中草药提取新工艺、新技术是中医药发展的客观要求。近年来大孔树脂吸附提取、超声提取技术、膜分离技术及超临界流体萃取分离技术等新型分离技术的研究倍受关注，其中最引人注目的是超临界二氧化碳提取分离技术，超临界萃取技术已成功实现了在食品、香料、化工领域的工业化应用[10]。

超临界流体萃取研究至今已有几十年的发展历史，然而在中草药有效成分提取方面的应用，起步较晚。在日本，超临界萃取技术在中草药提取方面的研究开展得较早，到20世纪90年代末多数研究工作已转入到企业内部进行，并实行严格保密。在日本，食品、天然药物、保健品、化妆品中都用到了高质量的超临界提取物作原料或添加剂，大大提高了产品的质量和档次。在国内，开展中草药超临界萃取研究经过近30年的努力，已对近百个品种进行过实验室的小试研究，中试及工业化应用也有不少产品正在进行之中，其中较为成功的例子有青蒿素和丹参酮的提取[11]。

超临界CO2提取是用无毒、无残留的超临界CO2代替水或有机溶剂作提取溶剂，不仅可以在接近室温的条件下萃取，而且可以实现高选择性提取和分离从而获得高质量的产品。超临界CO2提取具有如下特点[12]：(1)CO2无色、无味、无溶剂残留问题；(2)萃取温度接近室温，克服了传统提取方法易产生的产品分解破坏等问题,特别适合于对湿、热、光敏感化合物的提取分离；(3)工艺流程简洁、生产周期短、效率高；(4)超临界CO2的溶解能力强，扩散速度快，对中药原料的利用效率高；(5)工艺参数少，通过改变温度或压力就能有效实现选择性提取和分离；(6)超临界CO2提取不会产生三废，对环境保护极为有利；(7)CO2价廉易得，可循环使用，生产成本较低。

5 结语与展望

超临界流体萃取技术具有选择性强、分离效果好、提取效率高、分离速度快、生产周期短、工艺参数简单、工艺流程简单等众多优点，超临界流体萃取技术也存在着一些弊端，比如，萃取体系一般要在较高压力下进行，一次性投入比较大。目前人们对超临界流体状态本身理解还不是很透彻，对超临界萃取热力学和传质理论研究远不如传统的溶剂萃取和精馏等分离技术成熟，有关实验和理论的积累离实际需要还有一定的差距；有关超临界流体萃取技术的专利虽然很多，但小试和中试产品数目并不多，商业规模的工艺也仅有极少数获得成功；另外，由于中草药成分极其复杂，近似成分很多，单独采用超临界流体萃取技术常满足不了对产品纯度的要求，因此，需要将超临界流体萃取技术与其它先进技术相结合。总的来说，超临界流体萃取技术是实现中药现代化的关键技术之一，将超临界流体萃取技术应用于中草药有效成分的提取、分离、精制，可以制备出高质量的制药原料，从而为解决中药产品质量、药理药效、有效成分结构与含量等关键问题奠定基础，而这正是实现中药现代化的必经之路。

[1] 赵东胜,刘桂敏,吴兆亮.超临界流体萃取技术研究与应用进展[J].天津化工,2007,21(3):10-12.

[2] 董新艳,张兴儒.超临界萃取技术在中草药研究中的应用[J].青海大学学报,2005,23(3):15-18.

[3] 周雪晴,冯玉红.超临界CO2萃取技术在中药有效成分提取中的应用新进展[J].海南大学学报：自然科学版,2007,25(1):101-105.

[4] 王晓玲,杨伯伦,张尊听,等.新型分离技术在天然有机物提取及纯化中的应用[J].化工进展，2002,21(2):131-135.

[5] 梁逸曾,易伦朝.中药分析新思路及其质量控制[J].分析测试学报,2014,33(2):119-126.

[6] 周洋.中药现代化的几点思考[J].科学与财富,2013(3):301-303.

[7] 唐梅.超临界流体技术在中药新药研发中的应用[J].西北药学杂志,2007(5):15-18.

[8] 郭丽丽,王阶.论中药复方药效研究[J].中国中药杂志,2008,33(7)：851-853.

[9] 陈尚鑫,袁圆.中药提取工艺研究概述[J].医药前沿,2013(6)：75-76.

[10] 王正云.超临界CO2萃取芦笋中总黄酮的工艺研究[J].食品研究与开发,2007,28(10):42-46.

[11] 林章凛.中药现代化的一个基础——解决毒性问题[J]. 科学家,2014(1):100.

[12] 俞琛捷,马宏佳,周志华.超临界流体技术的应用研究进展[J].化学世界,2007(2):118-120.

(责任编辑：李华云)

Application of Supercritical Extraction Technology in Study of Herbal Medicine

ZHANG Hongying1， YAN Xueming2

1.Hengyang Finance Economics and Industry Vocational College, Hengyang Hunan 421001, China;2.School of Chemistry and Chemical Engineering, University of South China, Hengyang Hunan 421001, China

From the view of development of traditional Chinese medicine industry, the supercritical extration conforms to the standards and objective needs of the interanational main market of modern medicine. Traditional extraction technology of Chinese herbal medicine has shortcomings of long process flow, high consumption, low extraction efficiency and organic solvent residue. Supercritical extraction technology has the advantages of short process flow, green technology, highly efficiency. The application of this new technology in the extraction of traditional Chinese medicine would improve the drug quality and the modernization of traditional Chinese medicine.

supercritical extraction; herbal medicine; extraction; active constitute; the modernization of Traditional Chinese Medicine

2014-05-15

湖南省教育厅科学研究资助项目(14C0157,11C1084)；衡阳市科技发展计划项目(2013KJ06);南华大学高层次人才启动基金项目(2012XQD008)

张红英(1982-),女,湖南衡阳人,讲师，硕士生，主要研究方向为高分子化学。

颜雪明(1976-),男,江西永新人,副教授,博士,主要研究方向为药物合成,制药分离工程等。

TQ461

A

1671-5322(2014)03-0054-04