乙醇夹带剂在超临界萃取中草药活性成分中的应用

2014-07-02蔡兴东

湖北农业科学 2014年6期

关键词：乙醇

蔡兴东

摘要：综述了近年来乙醇夹带剂在超临界CO2萃取中草药活性成分中的应用概况，并对其作用机理进行了初步分析，旨在为进一步开展超临界CO2萃取中草药活性成分的研究提供参考。

关键词：乙醇；夹带剂；超临界CO2萃取；中草药活性成分

中图分类号：O622.3；O658.2；R284.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）06-1245-04

Application of Ethanol Entrainer in Extracting Active Ingredients

of TCM with Supercritical CO2

CAI Xing-dong

（Chongqing Three Gorge Medical College，Chongqing 404020， China）

Abstract： The application of ethanol entrainer in extracting active ingredients of TCM with supercritical CO2 in recent years was reviewed. The mechanism of the effects of ethanol entrainer was analyzed. It will provide references for further studies on extracting active ingredients of TCM with supercritical CO2.

Key words： ethanol； entrainer； supercritical CO2 extraction； active ingredients of TCM

超临界CO2萃取技术被广泛地应用于植物油脂和香料等的提取[1-3]，近年来在中草药活性成分提取分离方面的研究和应用也在不断增多。超临界CO2流体对许多低分子、非极性、弱极性溶质溶解性能优良，但对含有极性基团的物质溶解性能较差，其应用受到一定的限制，为扩大其应用范围常加入夹带剂来改善溶解度。夹带剂也称为改性剂、携带剂、提携剂等，是在超临界流体中加入可与之混溶的，挥发性介于被萃取物质与超临界流体之间的，且与被萃取物亲和力强的组分，以提高其对被萃取物质的选择性和溶解度为主要目的的一类物质，既可以是某种单一物质，也可以是混合物[4，5]。不同种类的夹带剂对超临界CO2萃取效能有不同的影响且差异较大。这主要取决于夹带剂的性质和化学结构。夹带剂与被萃取溶质的化学性质越接近，溶解能力越强，反之溶解能力则越弱。

一般夹带剂可分为三类：极性夹带剂、非极性夹带剂和两亲性夹带剂。极性夹带剂包括水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸、氯仿、乙酸乙酯等；非极性夹带剂包括石油醚、环己烷、正己烷、苯等；两亲性夹带剂主要是指表面活性剂，其分子中既有亲水基团，又有亲油基团，能在超临界CO2中形成微乳，从而增加某些极性物质的溶解度[5，6]。在食品及医药工业中因考虑夹带剂的毒性及成本等问题，实践中不同浓度的乙醇最为常用。本文就近年来国内学者将乙醇作夹带剂应用于超临界CO2萃取中草药活性成分的情况进行综述，并对其作用机理进行了初步分析，为进一步开展相关研究提供参考。

1 乙醇夹带剂在超临界CO2萃取中草药活性成分中的应用

由于乙醇无毒，易得，易回收，可与水任意比例混溶，且成本相对较低，因而在中草药活性成分超临界CO2萃取中作为夹带剂应用最多，可用于黄酮类、蒽醌类、香豆素类、萜类、生物碱类、聚乙炔醇类、酚类、醇类等化学成分的萃取。

1.1 黄酮类成分的萃取

黄酮类物质的极性一般较大，单纯的超临界CO2流体萃取效果并不理想。在研究超临界CO2萃取黄酮类化合物的过程中，通常根据黄酮类化合物的结构或极性来选择夹带剂，提高萃取率。一般原则是随着黄酮及其苷极性的提高，逐级加大夹带剂的极性，但萃取率并不一定和夹带剂的极性成线性关系。用不同浓度的乙醇作夹带剂对某些黄酮可获得较为满意的萃取率。例如，在超临界CO2萃取蜂胶黄酮的研究中[7]，不同极性的溶剂的萃取率不同，萃取率高低排序为：醇系夹带剂>混和夹带剂>酯系夹带剂>酮系夹带剂>不加夹带剂，动态加入95%乙醇作为夹带剂，在萃取压力24 MPa，萃取温度50 ℃，萃取时间3 h，CO2流速为10 L/min，夹带剂用量为原药材质量10%的条件下，循环萃取，蜂胶黄酮含量与不加夹带剂相比可由2.03%增加到6.23%。在超临界CO2萃取甘草黄酮的研究中[8]，对不同浓度的乙醇作夹带剂的萃取效果进行了比较，结果表明，90%乙醇>无水乙醇>80%乙醇>70%乙醇的效果。通过正交试验得出甘草黄酮的最佳萃取条件为：以90%乙醇为夹带剂，萃取压力32 MPa，萃取温度50 ℃，萃取压力32 MPa，萃取时间1.5 h，CO2流量为20 kg/h，在此条件下甘草黄酮的萃取率可达到2.40%，且所得甘草黄酮无异味、无溶剂残留。翟硕莉[9]对马齿苋中总黄酮的超临界CO2萃取工艺进行了研究，结果表明以无水乙醇为夹带剂，萃取压力30 MPa，温度45 ℃，时间为2 h，夹带剂用量4.0 mL/g，马齿苋中黄酮萃取率可达到8.55%。肖奇志[10]以桑叶总黄酮得率为指标，采用超临界CO2 萃取桑叶总黄酮，对萃取温度、萃取压力、夹带剂浓度和流量等影响因素进行正交试验，结果表明，在萃取压力35 MPa，萃取温度55 ℃，质量分数90%乙醇为夹带剂，夹带剂流量为0.01 mL/min的条件下桑叶总黄酮得率可达2.28%。

1.2 蒽醌类成分的萃取

游离蒽醌类苷元极性较小，一般溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等有机溶剂，基本不溶于水；和糖成苷后极性显著增大，易溶于甲醇和乙醇中，几乎不溶于乙醚、苯、氯仿等极性较小的溶剂。在蒽醌类成分的超临界CO2流体萃取中，不同浓度的乙醇常被选为夹带剂。在何首乌药材蒽醌类成分超临界CO2流体萃取工艺研究中[11]，加乙醇为夹带剂总蒽醌提取量远高于未加夹带剂提取量，且加入180 mL 75%乙醇提取量最多，为未加夹带剂提取量的5.1倍。通过正交试验优选的最佳萃取工艺条件为：以75%乙醇为夹带剂，萃取温度40 ℃，萃取压力20 MPa，萃取时间1 h，夹带剂用量为药材量的1.8倍，在该条件下总蒽醌的提取率明显高于传统的煎煮法和回流法。谢伟雪等[12]的研究表明，以无水乙醇为夹带剂超临界CO2萃取大黄中游离蒽醌的最佳萃取条件为萃取温度50 ℃，萃取压力30 MPa，静萃取时间30 min，动萃取时间15 min，CO2流量为6 mL/min，夹带剂用量0.2 mL/g，静态加入，在此条件下大黄中游离蒽醌类成分的提取率为1.12%。肖飞等[13]的研究表明，采用超临界CO2流体萃取大黄总蒽醌，如不加夹带剂则无法收集到萃取物，而以2倍药材量的95%乙醇作为夹带剂，萃取压力18 MPa，萃取温度60 ℃，萃取物中总蒽醌含量为8.39 mg/g，总蒽醌转移率为33.83%，萃取物收率为2.65%。

1.3 香豆素类成分的萃取

游离香豆素不溶于冷水，易溶于甲醇、乙醇、氯仿、乙醚等有机溶剂，香豆素苷溶于水、甲醇、乙醇，难溶于氯仿、乙醚。乙醇常作为夹带剂应用于超临界CO2萃取香豆素类成分。在补骨脂中香豆素类成分超临界CO2萃取工艺研究中[14]，以补骨脂素和异补骨脂素萃取率为指标，发现加入了乙醇夹带剂比不加夹带剂的萃取效果好，静态加入夹带剂比动态加入效果好。考察不同浓度的乙醇对萃取效果的影响，结果表明无水乙醇的效果最佳。通过正交试验优选的最佳工艺条件为：以1.5倍量无水乙醇为夹带剂，静态加入，萃取温度65 ℃，萃取压力20 MPa，萃取时间2 h，补骨脂素和异补骨脂素转移率分别达到75.12%和72.29%。周黎明等[15]以总香豆素得率作为评价指标，应用星点设计—效应面法优化白芷中总香豆素萃取工艺条件，结果表明其最佳工艺条件为：萃取温度54 ℃，萃取时间97 min，乙醇夹带剂浓度43%，总香豆素得率为0.212%，与预测值相比偏差为-2.42%。

1.4 萜类成分的萃取

萜类化合物结构复杂，亲脂性强，在醇和脂溶性有机溶剂中易溶，但具有苷的萜类水溶性增加，能溶于热水，易溶于甲醇、乙醇，不溶于亲脂性有机溶剂。在超临界CO2萃取某些萜类化合物时，应用乙醇作为夹带剂也取得不错的效果。李国章等[16]比较了乙醇、丙酮、正辛烷3种不同夹带剂对丹参中的丹参酮I、丹参酮IIA、隐丹参酮超临界CO2流体萃取的影响，结果表明萃取釜温度为45 ℃，压力为25 MPa，分离釜I的温度为35 ℃，压力为5.5 MPa，萃取时间2 h，夹带剂动态加入，以95%乙醇为夹带剂的萃取效果最好。孙红梅等[17]认为以95%乙醇为夹带剂，夹带剂总量和单次加入夹带剂量对超临界CO2萃取丹参中丹参酮ⅡA的萃取结果有显著影响；以95%乙醇为夹带剂，在萃取温度65 ℃，萃取压力35 MPa，解析温度45 ℃，解析压力6 MPa的条件下，萃取时间3 h，夹带剂总用量为药材量的2倍，每隔0.5 h加入一次夹带剂，单次加入量分别是药材量的0.5、0.4、0.4、0.4、0.2、0.1倍的条件下丹参酮ⅡA提取率在90%以上，丹参酮ⅡA在药渣中残留率仅6%左右。超临界CO2流体提取川楝子中川楝素的研究表明在萃取温度45 ℃，萃取压力30 MPa，萃取时间4 h，原药材粒径24目，以75%乙醇为夹带剂的提取效果最好，川楝素的提取率为0.522%[18]。陆慧等[19]优选了超临界CO2流体萃取白花蛇舌草三萜类成分的最佳工艺条件为：以95%乙醇为夹带剂，萃取压力15 MPa，萃取温度40 ℃，萃取时间1.5 h，夹带剂用量2.0 mL/g；并采用MTT法测定白花蛇舌草不同提取工艺的提取物对A549细胞增殖的影响，结果表明超临界CO2流体萃取物能有效抑制A549细胞的增殖。

1.5 生物碱类成分的萃取

一般超临界CO2难于直接提取极性较大的生物碱类成分，通常要加入少量极性溶剂，以改善萃取效果。生物碱的溶解度与分子中N原子的存在形式、极性基团的数目以及溶剂等相关，大多能溶于乙醇，因而以乙醇为超临界CO2流体萃取生物碱的夹带剂是不错的选择。在超临界CO2流体萃取荷叶总生物碱的研究中[20]，以无水乙醇为夹带剂，动态加入，萃取温度55 ℃，萃取压力20 MPa，夹带剂流速0.2 mL/min，萃取时间2 h，荷叶总生物碱得率为318.45 μg/g，高于传统的溶剂回流提取法。张玉红等[21]认为，超临界CO2萃取黄檗中小檗碱过程中加入夹带剂可显著提高小檗碱的提取率，并能增加萃取产品的纯度；不同夹带剂萃取效果大小为乙醇>甲醇>氯仿>丙酮>乙酸乙酯，都远大于无夹带剂组的提取率；通过优化提取工艺条件为：以体积分数95%的乙醇为夹带剂，萃取压力25 MPa，萃取温度50 ℃，萃取时间60 min，此条件下小檗碱的提取率可达67.56%。

在超临界CO2萃取生物碱过程中有的原料需先用碱处理后再进行萃取，可取得理想的效果。王丽杰等[22]将平贝母粉用2%氨水碱化处理后，运用响应面法优选出超临界CO2萃取平贝总碱的最佳工艺条件为：动态加入以95%乙醇为夹带剂，萃取压力22 MPa，萃取温度48℃，夹带剂用量323 mL，该条件下平贝总碱萃取率高达94.55%。

1.6 聚乙炔醇类成分的萃取

人参须根中人参炔醇的超临界CO2提取研究结果表明：以95%乙醇为夹带剂，动态加入，萃取温度45 ℃，萃取压力30 MPa，萃取时间80 min，人参炔醇萃取率为0.459‰，优于传统有机溶剂提取法[23]。

1.7 其他成分的萃取

在一些酚类和醇成分的超临界CO2萃取工艺中，乙醇也被用作夹带剂。如在丁香中丁香酚的超临界CO2萃取工艺中，以体积分数90%乙醇为夹带剂，萃取压力25 MPa，萃取温度55 ℃，萃取时间1 h，夹带剂流量0.04 mL/min，药粉粒径100目，丁香酚萃取率可达到17.41%[24]。超临界CO2萃取广藿香中百秋里醇的工艺研究表明：以体积分数90%乙醇为夹带剂，萃取压力22 MPa，萃取温度40 ℃，夹带剂流量0.07 mL/min，在该条件下百秋里醇提取率为1.88%，与预测值的相对误差为1.57%[25]。

2 乙醇夹带剂在超临界CO2萃取中草药活性成分中的局限性

许多中草药成分的超临界CO2萃取选择不同浓度乙醇作夹带剂，均取得了较好的效果。但必须指出的是乙醇作夹带剂也存在一定的局限性，如人参皂苷Rh1、人参皂苷Rh2的超临界CO2萃取，用乙醇作夹带剂无法萃取，而乙酸乙酯则效果不错[26]。麦冬中高异黄酮类物质的超临界CO2萃取，单独用乙醇或乙酸乙酯作夹带剂效果均不好，使用乙醇与乙酸乙酯（2∶1）混合夹带剂，则总高异黄酮的萃取率明显高于传统溶剂提取法[27]。

3 小结与展望

选择合适的夹带剂能明显提高超临界CO2萃取的效能和应用范围。由于夹带剂应用的基础理论研究不够深入，基础数据尚需进一步积累，可预测性差，还不能为选择夹带剂提供可靠的依据，研究中往往只能在试验中去不断摸索，总结经验。

乙醇是具有强烈亲核加成性质的极性物质[28]，其主要作用机理可能为：与被萃取物质形成氢键或与被萃取物质分子间的范德华力（色散力、诱导力和取向力）作用，在增加了萃取溶剂极性的同时也增加了被萃取物极性，从而增大了一些弱极性物质的溶解度，提高了萃取率。基本符合优良的溶剂也是优良的夹带剂这一规律。

总之，超临界CO2萃取技术作为一种新兴技术，与传统提取分离技术相比，具有提取温度低、提取时间短、活性成分破坏少、弱极性成分萃取率高等优点，在植物油脂提取、中草药有效成分提取、食品、化工、香料等多个方面都得到了广泛的应用。随着人们对超临界CO2萃取中夹带剂作用机理及规律研究的不断深入，有望开发出高效低毒的新型夹带剂，进一步扩大超临界CO2萃取技术的应用范围，这必将为中草药资源开发与利用产生重大的促进作用。

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