茄尼醇萃取工艺及其纯化的研究进展

2016-10-20韩莎莎南叶飞

杭州化工 2016年1期

关键词：超临界溶剂超声波

韩莎莎，张　露，南叶飞，唐　璇

（西安石油大学化学化工学院，陕西西安710065）

茄尼醇萃取工艺及其纯化的研究进展

韩莎莎，张露，南叶飞，唐璇

（西安石油大学化学化工学院，陕西西安710065）

茄尼醇是一种重要的医药中间体，是泛醌类药物中间体不可替代的成分。本文介绍了茄尼醇的理化性质，详细综述了茄尼醇萃取工艺方面的研究，并论述了茄尼醇粗品的纯化过程，为茄尼醇后续的研究奠定基础。

茄尼醇；萃取；纯化；展望

烟草是我国重要的经济作物之一，其种植面积和总产量均居世界第一位。自16世纪以来，烟草就逐渐得到了人们的接受，并成为了制作卷烟的主要原料。随着烟草产量的逐年增加，每年都有一定量的低等级烟叶不能用于卷烟生产，经过烟草加工后将有70%的废弃物不能得到充分利用，如果常年堆积，会对环境造成严重的影响。因此，如何充分利用废弃烟叶的潜在价值，变废为宝，成为了化学领域研究者们着重讨论的话题之一。茄尼醇主要存在于烟草、马铃薯或桑叶中，在烟草中含量高达0.3%～3%［1］，其本身具有医药功效，有抗菌、消炎和止血的作用，并且是合成维生素K的侧链和辅酶Q10、合成抗溃疡药物以及抗癌药物不可替代的天然原料。然而，市场上合成辅酶Q10所用的茄尼醇大多是通过化学合成而来的，生物活性差，不易被人体吸收，难以充分发挥辅酶Q10的药理作用，而从植物中提取出的茄尼醇，属于天然的有机原料，易于被人体吸收转化，因此研究提取茄尼醇工艺具有极大的现实意义。鉴于茄尼醇在医药方面的优势，本文简要介绍了茄尼醇的理化性质及生物活性，具体讨论了茄尼醇的提取工艺及茄尼醇粗品的纯化研究，展望了茄尼醇在医药方面的发展前景，旨在为茄尼醇的研究开发提供参考。

1　茄尼醇的理化性质及生物活性

1.1理化性质

茄尼醇是一种不饱和的九聚异戊二烯醇，属于三倍半萜烯伯醇，广泛存在于高等植物、哺乳动物或微生物体内。纯品为白色粉末或蜡状白色，粗品由于混有少量杂质常呈淡黄色，杂质含量较多时，在常温下呈棕黑色糊状，加热后呈黏稠性的液状，有芳香味。

茄尼醇的分子式为C45H74O，相对分子质量为631.07，熔点为42℃，易溶于多种有机溶剂，如乙醚、丙酮和烃类等［2］；微溶于甲醇、乙醇；不溶于水。它对紫外线呈非选择性吸收，无旋光性；在强光下易分解，因此常用棕色瓶避光保存。

1.2生物活性

茄尼醇是一种长链脂肪醇，弱极性。它由于含有多个非共轭双键，因此具有非常强烈的吸收自由基的性能。茄尼醇有菇烯类化合物的共同特点，具有高度生理活性，易发生加成、氧化和脱氢反应，稳定性较差［3］。其结构式如图1。

图1　茄尼醇的分子结构式

2　茄尼醇的萃取方法

茄尼醇是重要的医药中间体，天然萃取的茄尼醇活性高，人体易吸收，因此茄尼醇萃取方面的研究尤为重要。根据茄尼醇的理化性质，可有不同的萃取方法。茄尼醇的萃取方法有溶剂浸提法、微波辅助萃取法、超声波萃取法和超临界CO2萃取法。

2.1溶剂浸提法

溶剂浸提法主要是根据原料被萃取成分的极性和共存杂质的理化特性的不同，遵循相似相溶原则，在原料中加入有机溶剂，使有效成分从原料表面或组织内部向溶剂转移的传质过程。常用此法来萃取水溶性色素、多糖类和醇类等，是一种较为安全环保的萃取方法，应用较广泛。

石展望、陈韵［4］通过单因素试验和正交试验，对茄尼醇的萃取工艺条件进行了选择和优化，最后得出废弃烟草样品最佳浸提条件：浸提溶剂甲醇∶正己烷为40∶60（V/V），浸提温度为40℃，浸提时间为3h，浸提液料比为12∶1mL/g。在最佳浸提条件下，对废次烟草的根、茎、叶进行了萃取和回收率试验，其提取率分别为0.06%、0.45%和0.66%，平均回收率（n=5）分别为89.6%、98.4%和102.5%。

董占能、白聚川和吴立生等人［5］使用有机溶剂浸提法，通过对萃取溶剂和工艺条件的筛选，得到的试验结果主要以石油醚作溶剂，萃取时间为3 h，温度为35℃，茄尼醇的萃取率达2.8%，溶剂回收率为68.6%。

溶剂浸提法操作简单，成本低，但萃取率一般都较低。对于萃取茄尼醇的实验来说，茄尼醇主要用于医药方面，所以在使用茄尼醇合成辅酶Q10时，要求严格的安全性和环保性，然而利用浸提法萃取茄尼醇时可能会用到例如石油醚这类的有毒溶剂，所以安全性一般较低，从而选择合适溶剂变得极为重要。

2.2微波辅助萃取法

微波辅助萃取技术是目前研究行业一种较新的萃取技术。微波是一种超高速电磁波，具有很强的穿透作用［6］。微波作用过程中产生的高频电磁波加速了萃取物向溶剂扩散的速度，同时高能量的微波能使细胞内部的水分或有机物质迅速升温，分子热运动加剧，细胞内压强增大至细胞壁所能承受的最大负压，细胞穿孔，以致大量破裂，细胞内的有效成分从细胞中释放出来，再加上微波所产生的电磁场加速了茄尼醇分子从内部向外部扩散的速度，从而缩短了萃取时间，提高了萃取率。

从宏观来看，微波辅助萃取法选择性高，溶剂用量少，多以乙醇为媒介，易于纯化，污染小，因此在化工行业研究较为广泛。如周统武、蔡娟［7］就是采用此方法萃取茄子叶中的茄尼醇，研究了不同的溶剂、料液比、辅助时间、萃取温度和辐射功率对茄尼醇提取率和浸膏得率的影响。结果得出最佳萃取工艺条件：以95%乙醇为萃取溶剂，料液比为1∶14，辐射时间为25min，萃取温度为25℃，辐射功率为500W，在此条件下，茄尼醇的提取率为0.0435%。

在微波萃取后，常采用紫外分光光度计对萃取液进行定性定量分析，也可以用液相色谱法对其进行分析。马君义、张继和徐小龙［8］以乙醇为萃取媒介，以反相高效液相色谱法为定量测定方法，结果得出微波辅助萃取马铃薯叶中茄尼醇的最佳工艺条件：料液比为1∶10，微波功率为450W，萃取温度为55℃，提取2次，每次20min。

微波辅助萃取技术应用于许多有机物的萃取过程，萃取时间短，操作简便，大多以95%的乙醇为媒介，且易挥发，对萃取目标产物污染小，特别是医药方面的中间体，所以此方法广泛应用于化工行业，如医药、食品业等。

2.3超声波辅助萃取法

超声波辅助萃取法是利用超声波的机械效应、空化效应及热效应，通过增大介质分子运动速度、增大介质穿透力，以提高有效成分含量。超声空化中微小气泡的爆裂会产生极大的压力，使植物细胞壁及整个生物体的破裂在瞬间完成，缩短了破碎时间，同时超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散和溶解，从而显著提高萃取效率。

超声波辅助萃取法是一种新兴的、多学科交叉的高新技术［9］。萃取过程中可增大扩散速度，同时提高破碎速度，缩短破碎时间，显著提高萃取效率。超声波萃取通常是将原料粉碎，与一定的溶剂混合，经过超声作用使萃取物与溶剂充分接触达到萃取目的。崔志芹、黄慧丹和费佳［10］采用低频26 kHz的超声波，以石油醚和88%甲醇的混合物充当提取剂，通过对超声频率、溶剂种类、料液比和提取时间等单因素的考察，得出采用液液两相萃取工艺，可以在保持较高提取率的同时，有效地降低茄尼醇浸膏中的杂质含量，从而提高茄尼醇浸膏的茄尼醇含量。

超声波可以在液-液、液-固等多相体系中产生物理化学作用，通过降低茄尼醇浸膏中的杂质含量，极大地提高茄尼醇的含量，用时短，低能耗，设备简单。然而超声波辅助萃取烟叶中茄尼醇，在其得率方面的提高仍然不是很大，目前的研究热点主要集中在工艺条件的优化方面，如果能与其他方法结合使用，例如超声-乙醇辅助萃取法，那么在萃取率方面将会有很大的增长空间，因此对于这方面的研究成为了研究领域优先考虑的问题。

2.4超临界CO2萃取法

超临界CO2萃取技术是自超临界流体技术研究开发以来应用最为成熟的技术，广泛用于化学界的各个领域，具有高效率、高产率的特点。反应过程中，所需温度低，不易损坏物质活性，在萃取的同时就进行萃取物的分离与浓缩，具有其他技术无法比拟的优越性。

在超临界CO2萃取茄尼醇的研究中，杨靖、李瑞丽和孙志涛［11］通过考察萃取压力、萃取温度、萃取时间和夹带剂用量等因素对茄尼醇收率的影响，并通过正交试验优化得到了茄尼醇萃取的最佳工艺条件：萃取压力为25MPa，萃取温度为45℃，萃取时间为2h，夹带剂用量为200mL/100g，在此情况下，取得了非常可观的效果，并为茄尼醇的工业化生产提供参考。

超临界CO2萃取技术实现无溶剂残留，无污染，萃取温度低，可避免茄尼醇在萃取过程中活性的丢失，保留了茄尼醇的医药活性。且超临界技术传热速率快，温度易于控制，操作简单。因此，在对茄尼醇的萃取研究中，超临界CO2萃取技术是较为理想的萃取方法。

3　茄尼醇的纯化技术研究

茄尼醇用于合成各类药物，在医药和化工领域有着非常重要的作用，但是一般萃取出来的茄尼醇含杂质较多，对医药的合成方面影响巨大。茄尼醇是合成辅酶Q10，茄尼基胺类衍生物以及抗癌药SBD等的关键成分，我国主要依靠进口，国内所得到的茄尼醇粗提物纯度一般在30%以下，纯度远远不能满足其作为辅酶Q10、维生素K2原料的要求，需要进一步纯化至90%以上，才能用于医药和化工等领域。因此，要得到纯度较高的茄尼醇，必须对其进一步处理和分离，使其达到所要求的纯度。

茄尼醇本身含有多个非共轭双键，具有强烈的吸收自由基能力，在合成心血管、抗肿瘤等新型药物和保健品方面备受关注。实验中对于粗品茄尼醇常采用大孔吸附树脂对茄尼醇进行纯化，如周统武、蔡娟［12］研究大孔吸附树脂从茄子叶的提取物中分离纯化茄尼醇，并利用正交实验，最终得出茄尼醇的收率可达91%以上。

由于茄尼醇沸点高，对热不稳定，采用大孔吸附树脂法，虽然可以得到纯度91%以上的茄尼醇，但是生产过程中需要耗费大量的有机溶剂，且介质回收困难。随后，学者们发现分子蒸馏法可以排除这些困难，还可以得到更高的纯度，即利用刮模式分子蒸馏装置经过2次分子蒸馏，可得到纯度为97.6%的茄尼醇［13］。

4　展望

浸提法是比较成熟的工艺，设备简单，但由于溶剂用量大、萃取物黏度大等缺点而面临逐渐被淘汰的趋势。微波辅助萃取法、超声波辅助萃取法和超临界CO2萃取法是目前研究的热点，尤其是超临界CO2萃取法，方法简单，而且无污染，如果加上一些辅助方法的话，效率会更高，多种方法联用也是近几年提取领域的研究热点。不同的茄尼醇萃取工艺有其优点，也有其缺点，对于不同的原料，我们可以根据具体的要求选择合适的萃取方法，以使其实现规模化生产。

但是我国对于茄尼醇的研究仅限于茄尼醇粗品的萃取，在茄尼醇粗品的纯化方面研究甚少，目前国内所得到的产品纯度无法达到医药上的要求。医药方面所使用的纯品主要来自于国外的进口，大部分来自于日本，由于茄尼醇是各类药物所合成的中间体，对于药物的合成是不可或缺的成分，因此学者们应该着重于研究茄尼醇粗品的纯化，同时还应加强其安全性方面的研究，以拓宽其应用范围，相信随着萃取及纯化技术的不断改进，茄尼醇将发挥更大的作用。

［1］陈爱国，申国明，梁晓芳，等.茄尼醇的研究进展与展望［J］.中国烟草,2007,28（6）：44-48.

［2］朱松，陈尚卫，张海波.超临界流体技术在废次烟叶中提取纯化茄尼醇的应用［J］.中国烟草学报,2008,14（05）：22-26.

［3］王自社，刘文乾，王军红，等.茄尼醇的研究及应用进展［J］.安徽农业科学,2013,32（13）：12539-12540.

［4］石展望，陈韵.从废次烟草中提取茄尼醇的工艺研究［J］.安徽农业科技,2012,40（18）：9894-9896.

［5］董占能，白聚川，吴立生，等.从废次烟叶中提取茄尼醇的研究［J］.中国资源综合利用,2008（1）：8-11.

［6］夏敏.废弃烟草中茄尼醇提取条件的研究［J］.安徽农业科学,2008,36（35）：15287-15288.

［7］周统武，蔡娟.茄子叶中茄尼醇微波辅助萃取工艺研究［J］.安徽农业科学,2010,38（14）：7266-7267,7290.

［8］马君义，张继，徐小龙.微波辅助萃取马铃薯叶中茄尼醇的工艺研究［J］.中国现代应用药学,2010,27（03）：218-221.

［9］郭青，林文强，谋定荣，等.超声波萃取技术在烟草成分分离中的应用研究综述［J］.郑州轻工业学院学报,2011,26（05）：96-99.

［10］崔志芹，黄慧丹，费佳.超声波辅助提取烟叶中茄尼醇［J］.广东化工,2013,40（06）：17-18.

［11］杨靖，李瑞丽，孙志涛.超临界CO2萃取烟草中茄尼醇的工艺研究［J］.食品工业,2012,33（08）：35-37.

［12］周统武，蔡娟.大孔吸附树脂纯化茄子叶中的茄尼醇［J］.食品与发酵工业,2010,36（06）：175-179.