超临界CO2萃取技术在中药提取中的应用研究进展*

刘川铭，刘猛刚，缪菊连

(1 大理大学药学院，云南 大理 671000；2 内蒙古京新药业有限公司，内蒙古 巴彦淖尔市 015000)

物质的温度和压力超过其临界温度(Tc)与临界压力(Pc)时，此时的物质既不是液体，也不是气体，但却具有与气体相似的低黏度以及与液体相似的高密度，其性质是介于气体和液体之间的单一相态，此时物质所处的状态即为超临界状态，是包含气体和液体的一种特殊状态，该物质则称为超临界流体(Supercritical fluid，简称SF或SCF)。常见的超临界流体有二氧化碳、甲醇、乙醇、丙烷等，其中CO2由于其化学惰性、无毒、无臭、廉价易得、不污染环境和产品、以及具有较低的临界温度(31.3 ℃)和临界压力(7.15 MPa)等性质，可在接近室温的条件下萃取，并且不会破坏生物活性物质和热敏性物质，是用于萃取最理想的超临界流体。超临界二氧化碳的密度接近于液体，使其具有良好的溶解性能，另一方面又具有与气体相近的高渗透能力，使其具有良好的传质性能。所以便可以控制二氧化碳的温度和压力分别高于其临界温度和临界压力，将目标物质中的有效成分萃取出来，当压力和温度恢复到常温后，二氧化碳的溶解能力下降，有效成分便与气态的二氧化碳分开，从而将有效成分提取分离出来[1]。超临界二氧化碳萃取技术因其具有许多传统溶剂提取方法所不能比拟的优点，在天然药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良好的发展前景[2]，有利于推动我国天然药物的研究向更高层次发展。本文就超临界二氧化碳萃取技术在中药有效成分提取分离中的应用方面作一综述。

1 超临界二氧化碳萃取技术在中药有效成分提取中的应用

1.1 挥发油的提取

挥发油对高热、酸碱比较敏感，采用传统的水蒸气蒸馏法提取时容易破坏，效率低。目前，应用超临界二氧化碳提取挥发油的研究文献较多，所得产品的收率较高并能保持成分的完整性。刘长江等[3]采用有机溶剂提取(SE)、水蒸气蒸馏萃取(SDE)和超临界二氧化碳萃取(SFE-CO2)方法提取芹菜籽油，结果表明超临界二氧化碳萃取所得的芹菜籽油较其他两种方法得率高、香气浓郁、外观好、无溶剂残留，并确定了超临界二氧化碳萃取芹菜籽精油的最佳条件为：温度45 ℃，压力20 MPa，流量15 L/h，萃取时间2 h。杨明等[4]分别采用超临界二氧化碳萃取和水蒸气蒸馏法提取干姜中的姜油，超临界二氧化碳萃取法的姜油得率约为水蒸气蒸馏法的3.8倍，并通过GC-MS检测到了12.82%的6-姜酚(主要有效成分之一)，而在水蒸气蒸馏法得到的姜油中则未见到该成分。Soh等[5]采用超临界二氧化碳萃取广藿香(包括茎)中的广藿香油，在温度45 ℃、压力15 MPa、CO2流量60 g/min的最优条件下，其收率和抗氧化活性均优于传统的水蒸气蒸馏法。金建忠[6]采用超临界二氧化碳萃取法对温郁金进行提取，首次在温郁金挥发油中鉴定出了反-6-乙烯基-4,5,6,7-四氢-3,6-二甲基-5-异丙烯基苯并呋喃、α-荜澄茄油萜、新莪二酮等成分。结果表明该法萃取时间短，收率高，所得温郁金挥发油品质好，无溶剂残留，是一种有效的提取方法。

1.2 生物碱的提取

常规的生物碱提取方法主要有水或酸水提取法、醇性溶剂或亲脂性溶剂提取法等，少数具有挥发性的生物碱可用水蒸气蒸馏法进行提取。传统溶剂法容易造成溶剂残留，提取分离过程中要使用大量的酸或碱性试剂，有效成分损失较多且易遭受破坏。超临界二氧化碳萃取技术可减少上述缺点，为生物碱的有效提取提供了新的方法。魏福祥等[7]分别采用超临界二氧化碳萃取法和改进碱性乙醇浸泡法提取藜芦生物碱，实验结果表明超临界二氧化碳萃取藜芦生物碱的收率可达14.38%，萃取时间为3 h；而改进的碱性乙醇溶液浸泡法生物碱收率为3.89%～4.37%，萃取时间为72 h。与传统溶剂浸泡法相比，超临界二氧化碳萃取藜芦生物碱具有收率高、杂质少、时间短、整个过程环保无污染等优点。葛发欢等[8]利用超临界二氧化碳提取益母草药材中的总生物碱，在萃取压力30 MPa，萃取温度70 ℃的条件下进行萃取，收率达到6.5%，总生物碱含量达到26.60%，比常规方法高10倍。Ellington等[9]建立了超临界二氧化碳萃取秋水仙碱、3-去甲基秋水仙碱和秋水仙苷的方法，与传统的浸渍和超声提取方法相比，该方法更高效、快速和环保。

1.3 黄酮类化合物的提取

黄酮类化合物常规的提取方法有水提法、碱性水或碱性稀醇提取法、有机溶剂提取法等，但具有溶剂用量大、耗费时间长、提取效率低、成本高、易污染环境等缺点。采用超临界二氧化碳萃取黄酮可减少传统提取方法带来的不足，缩短操作时间，提高萃取效率。李志平等[10]采用超临界二氧化碳萃取技术从茵陈蒿中提取黄酮类化合物，研究表明：由超临界二氧化碳萃取得到的茵陈蒿黄酮类化合物纯净、无异味、无溶剂残留、色泽为黄绿色，且提取效率高于溶剂法，最高可达3.875%。Liu Chun-ming等[11]采用超临界二氧化碳萃取法从刺五加的叶片中提取黄酮类化合物，实验结果表明，在80%乙醇、50 ℃、32 MPa、萃取时间为180 min等条件下，提取效率最高。与传统方法相比，对环境的污染较小，不需要进行后处理。付玉杰等[12]采用超临界二氧化碳提取甘草地上部分(茎叶)的总黄酮，萃取甘草总黄酮的提取率为2.90%，含量为5.24%。该方法具有提取效率高、溶剂用量少、节约资源和保护环境等优点。林英男等[13]利用超临界二氧化碳提取桑叶中的总黄酮，在萃取压力30 MPa、萃取温度40 ℃、萃取时间3.0 h、夹带剂无水乙醇4.0 mL/g的最佳萃取条件下，总黄酮得率为3.2%，提取效率远优于传统提取方法，并且无溶剂和重金属残留等缺点。

1.4 醌类化合物的提取

醌类化合物广泛存在于植物界，游离醌类化合物的极性较小，可溶于氯仿、苯等有机溶剂，故可采用有机溶剂提取法；具有游离酚羟基的醌类化合物可采用碱提酸沉法；分子量较小的苯醌及萘醌类化合物可采用水蒸气蒸馏法进行提取。近年来，超临界流体萃取法在醌类成分的提取中也有应用，采用该方法可避免醌类成分的分解，提高提取效率。卢朝国[14]采用超临界二氧化碳萃取芦荟的有效成分，以无水乙醇为夹带剂，在萃取时间1 h、萃取温度65 ℃、萃取压力30 MPa、CO2流量22 kg/h的条件下，芦荟苷和芦荟大黄素的总收率可达10.68%，对比回流提取、索氏提取和超声提取三种方法，其收率均低于超临界二氧化碳萃取法。李晓丽等[15]采用超临界二氧化碳萃取朱砂七中的游离蒽醌，在最佳萃取条件下，游离蒽醌收率为3.98%，其中大黄素和大黄素甲醚分别为3.44%和0.38%，与超声法对比可发现，超临界二氧化碳萃取的得率更高，操作简单，不需要毒性较大的有机溶剂。

1.5 香豆素和木脂素的提取

香豆素类传统的提取方法为碱提酸沉法和系统溶剂法，对于小分子香豆素可采用水蒸气蒸馏法进行提取。香豆素类成分多以亲脂性的游离状态存在于植物中，故可采用超临界萃取技术进行提取，对于分子量较大或极性较强的香豆素苷类可加入适宜的夹带剂进行提取。邱婧然等[16]采用超临界二氧化碳萃取白芷中的香豆素类成分，在萃取温度55 ℃、萃取压力20 MPa、萃取时间1.5 h的最佳条件下，香豆素的平均得率为0.202%，纯度为18.5%。验证实验表明，该工艺操作简单，稳定可靠。

大多数木脂素以亲脂性的游离状态存在，可先用乙醇或丙酮等亲水性溶剂提取，提取液浓缩后，再用乙醚或氯仿依次萃取，回收溶剂后既得粗的游离木脂素。超临界二氧化碳流体萃取对于木脂素的提取是一种非常有效的方法。戴军等[17]采用超临界二氧化碳提取五味子中的木脂素并与乙醇提取法进行比较，实验结果表明，在萃取压力25 MPa、萃取温度35 ℃、CO2流量2 L/min的提取条件下南、北五味子总木脂素的平均得率分别为95.5%与93.2%，提取物纯度分别为9.2%与13.0%。相较于传统的乙醇提取法，该萃取工艺的提取效率高，操作更加简便，明显优于常规的醇提法。

1.6 糖类化合物的提取

糖类是植物光合作用的一次代谢产物，可分为单糖、低聚糖和多糖，是植物组织和细胞的主要能源物质。超临界二氧化碳提取时，由于糖及其苷类化合物的分子量较大，极性较强，常加入适当的夹带剂或加大萃取压力以提高产率。韦晓洁等[18]采用超临界二氧化碳萃取苦丁茶中的多糖成分，在萃取温度50 ℃、萃取压力40 MPa、萃取时间150 min的最佳提取条件下得到的苦丁茶多糖得提取率为7.05%。相较于传统的提取方法，超临界二氧化碳萃取可以更好地保留多糖的生物活性，对环境的污染较小，适合于苦丁茶多糖的提取。任少科等[19]采用超临界二氧化碳萃取装置提取青稞中的有效成分β-葡聚糖，在萃取温度60 ℃，压力25 MPa，萃取时间5 h条件下，β-葡聚糖的含量约为3%。与传统的溶剂萃取法和化学法相比，超临界二氧化碳萃取技术具有工艺简单、无污染、无溶剂残留、易于回收等优点。李晔[20]应用超临界二氧化碳对灰树花中的多糖进行提取，最佳提取条件为温度45 ℃、压力30 MPa、40%乙醇作为夹带剂，得到粗多糖得率及多糖纯度分别为7.38%与44.21%。与传统方法相比，多糖纯度有所提高，为后续灰树花多糖的提取提供了实验基础。

1.7 油脂及脂肪酸的提取

植物油脂可通过压榨法、水蒸气蒸馏法、溶剂萃取法等方法进行提取，但由于上述方法具有出油率低、溶剂残留等缺点，使得超临界二氧化碳萃取技术在药用油脂及脂肪酸的萃取研究中得到广泛的发展，已成为重要的提取方法。山柚油是一种高级食用油，含有丰富的不饱和脂肪酸，可降低体内胆固醇和甘油三酯浓度，用于预防心脑血管疾病的发生。姜泽放等[21]采用超临界二氧化碳萃取山柚油，得到最佳提取工艺为萃取温度40 ℃、萃取压力25 MPa、萃取时间90 min、CO2流量20 L/min，在此工艺条件下山柚油的提取率可达到80.05%，其中油酸含量为71.80%，亚油酸为12.02%。相较于传统的提取方法，该工艺具有提取率高、无溶剂残留、所得山柚油的品质较优等优势，为之后的生产实践提供了一定的理论基础。

1.8 萜类化合物的提取

萜类化合物常规提取方法有溶剂提取法、碱提酸沉法、吸附法等，而超临界二氧化碳萃取法具有提取速度快、提取率高、对环境无污染、无溶剂残留等优点，可用于提取三萜类成分。陆慧等[22]利用超临界二氧化碳对白花蛇舌草中的三萜类成分进行提取，得到最佳萃取工艺为萃取温度40 ℃、萃取压力15 MPa、萃取时间1.5 h、95%乙醇作为夹带剂用量2.0 mL/g。与传统的醇回流提取工艺相比，超临界二氧化碳萃取法的提取时间明显缩短，有机溶剂用量减少，成本低，更符合工业化生产要求，可有效萃取白花蛇舌草中的三萜类成分。贾晓斌等[23]采用超临界二氧化碳萃取和醇回流两种方法提取灵芝中的三萜类成分并进行比较，实验结果表明，超临界二氧化碳萃取法和醇回流提取法得到的三萜类成分的色谱图具有相似的峰形，灵芝三萜和灵芝酸B含量相近，固形物含量以醇回流法较高。由于醇回流提取法具有提取时间较长，浪费有机溶剂等缺点，超临界二氧化碳萃取法与其提取效果相似，可以取代醇回流法作为提取灵芝子实体中三萜类成分的有效方法。

2 问题与展望

与传统的提取方法相比，超临界二氧化碳萃取技术在中药有效成分的提取分离方面有着巨大的优越性，其萃取装置集提取、分离于一体，在缩短工艺流程的同时又可满足不同规模的生产，如分析、制备、中试和大规模工业生产等。然而超临界二氧化碳萃取技术在中药的提取分离方面也有着自身的局限与不足之处，如由于其生产成本较高，造成对某些中药材的提取不够经济，限制了该技术在中药现代化中的应用和普及；对于成分复杂的中药材，若单独使用该技术进行提取分离，则可能无法满足所得产品的高纯度要求；对所得化合物的分析检测能力不及HPLC、GC等设备。

由于超临界二氧化碳流体具有亲脂性，对于某些极性较大的生物碱、黄酮以及皂苷类化合物的溶解能力较差，此时常需加入不同极性的夹带剂以调节超临界二氧化碳流体的极性，提高被萃取物在二氧化碳流体中的溶解度[24-26]，因此今后可加强对夹带剂的研究。此外，超临界二氧化碳萃取技术与现代分析手段(如高效液相色谱、气相色谱、质谱、薄层色谱和核磁共振等)的联用，可加快中药萃出成分的分析和检测，大大提高了操作的效率，为中药的超临界二氧化碳萃取提供了更广阔的发展空间以及应用范围[27-32]。同时也应加强对复方中药提取工艺的研究，对通过超临界二氧化碳萃取技术从复方中药中提取得到的有效成分进行药理筛选，有利于新成分的发现，可大大提高新药的筛选速度。国内外学者对利用超声波、微波和电场等来强化超临界流体萃取过程也进行了研究，并取得了一定的进展[33-34]。

综上所述，超临界二氧化碳萃取技术还有很大的发展空间，随着科学技术的不断发展以及中药在医学领域的作用日益突出，将会使该技术在中药有效成分的提取分离及质量研究方面得到更广泛的应用与发展前景，超临界二氧化碳萃取技术也必将推动我国中草药的研究开发向更高的层次发展。