植物中有效成分提取

植物中有效成分提取植物中有效成分包括植物营养成分、药用成分、香精、天然色素等成分。

如蛋白质、氨基酸、大蒜素、薄荷香精、胡萝卜素等等。

一、常用的提取技术包括溶剂浸提法、水蒸气蒸馏法、压榨法和超临界二氧化碳萃取法等。

溶剂浸提法是目前最常用的方法。

浸提是利用适当的溶剂从原料中将可溶性有效成分浸出的过程。

水蒸气蒸馏法该法的基本原理是将原料和水共热，使原料中的某些易挥发成分与水共沸，同水蒸气一起蒸发，经冷凝、冷却，收集到油水分离器中，利用提取物不溶于水的性质以及与水的相对密度差将其分离出来，就得到所需的提取物。

压榨法压榨是利用机械力将植物、果实、蔬菜或含油多的种子细胞破坏，从而得到含有功能活性成分的汁液或油液的方法。

一般适用于功能活性成分能溶解于汁液的植物、果实、蔬菜或油料作物的提取。

超临界流体萃取法超临界流体萃取技术是以超临界状态下的流体作为溶剂，利用该状态下流体所具有的高渗透能力和高溶解能力萃取分离混合物的过程。

常用的是CO2超临界萃取法。

该方法与通常的液-液萃取或液-固萃取的原理相同，所不同的是一会超临界液体为萃取剂，从组分复杂的样品中巴需要的物质分离出来。

超临界流体是介于气液之间的一种非气态又非液态的介质，使在物质的温度和压力超过其临界点时的状态，其特点是：密度与液体相近，故与溶质分子的作用力强，易溶解其他物质；粘度小，接近于气体，故传质速率高；表面张力小，容易渗透进入固体颗粒，能保持较大的流速，并可通过调节其压力、温度、流速和加入溶剂来控制萃取能力。

萃取温度较低，制品不存在热分解问题；对温度和压力进行调节，可实现选择性萃取；对非挥发性物质分离非常简单；制品中无溶剂残留问题；溶剂可再生、循环使用，运行经济性较好；无环境污染。

由于这些特点，能够使萃取过程高效、快速地完成，已广泛用于化学分析、生物有效成分提取中。

超临界流体萃取技术常以二氧化碳作为媒介，其优点有：二氧化碳的超临界状态容易实现，操作温度较低，接近于常温，而且二氧化碳是惰性气体，因此对一些热敏性物质和需热性差的物质无降解变质作用；二氧化碳是一种非极性溶剂，对非极性化合物有较高的亲合力，能够从天然物质中选择性分离回收有效成分或脱除某种成分；二氧化碳无色、无毒、无味，对食品、药品和环境无毒性污染以及残留溶剂问题；二氧化碳有防止氧化、抑制细菌活动的作用；是惰性气体、不易燃烧、化学性质稳定；价格低廉，经济性好。

因此，在各种可作为超临界萃取的气体中二氧化碳是最适合工业应用的。

能够用超临界流体技术提取的脂类物质有玉米胚芽油、小麦胚芽油、沙棘油、米糠油、单甘酯、胆甾醇、植物甾醇、鱼油中多稀类不饱和脂肪酸、蛋黄粉、紫草油、紫苏子油、青果脂肪油、月见草油、花生油、微孔草油、洋葱油等；香料类物质有：如香紫苏醇、酒花浸膏、薄荷醇、茴香油、香茅油、松节油、珊瑚姜精油、桂花香料、茉莉花香料、当归油、烟草芳香物质、黄花篙有效成分、蛇床子挥发性成分、金银花挥发油、石菖蒲挥发油、木香内酯、云南红豆杉有效成分、大蒜有效成分等；生物碱、色素类物质有辣椒碱及辣椒红色素、咖啡碱、烟草中尼古丁、叶黄素、β-胡萝卜素、番茄红素等。

关于萃取用溶剂从液体混合物中提取其中某种组分的操作称为液/液萃取。

萃取是利用溶液中各组分在所选用的溶剂中溶解度的差异，使溶质进行液液传质，以达到分离均相液体混合物的操作。

萃取操作全过程可包括：1．原料液与萃取剂充分混合接触，完成溶质传质过程；2．萃取相和萃余相的分离过程；3．从萃取相和萃余相中回收萃取剂的过程。

通常用蒸馏方法回收。

现以提取含有A、B两组分的混合液中的A组分为例说明萃取操作过程。

选用一种适宜的溶剂S，这种溶剂对欲提取的组分A应有显著的溶解能力，而对其它组分B应是完全不溶或部分互溶（互溶度越小越好）。

所选用的溶剂S称为萃取剂。

待分离的混合液（含A+B）称为原料液，其中被提取的组分A称为溶质，另一组分B（原溶剂）称为稀释剂。

萃取过程的三个步骤：（1）首先将原料液（A+B）与适量的萃取剂S在混合器中充分混合。

由于B与S不互溶，混合器中存在S与（A+B）两个液相。

进行搅拌，造成很大的相界面，使两相充分接触，溶质A由原料液（稀释剂B）中经过相界面向萃取剂S中扩散。

这样A的浓度在原料液相中逐渐降低，在液相S中逐渐增高。

经过一定时间后，两相中A的浓度不再随时间的增长而改变，称为萃取平衡。

（2）在充分传质后，由于两液相有密度差，静置或通过离心作用会产生分层，以此达到分离的目的。

以萃取剂S为主，并溶有较多溶质A的一相称为萃取相，以E表示；以稀释剂B 为主并含有少量未扩散的溶质A的一相称为萃余相，以R表示。

（3）通常用蒸馏的方法回收S。

脱除S后的萃取相称为萃取液；脱除S后的萃余相称为萃余液。

二、分离纯化技术（粗分）萃取分离：溶剂萃取具有速度快、操作时间短、便于连续操作、容易实现自动化控制、分离纯化效率高等优点。

常用方法有水一有机溶剂萃取、双水相萃取、反胶束萃取、凝胶萃取和超临界流体萃取等。

树脂分离纯化：有两种操作方法，一是功能活性成分与树脂结合，将杂质除去后，再洗脱功能成分；另一种是杂质与树脂结合，功能活性成分被分离纯化。

沉淀分离纯化：通过加人试剂或改变条件使功能活性成分或杂质生成不溶性颗粒而沉降。

常用方法有等电点法、，盐析法、有机溶剂沉淀法等。

其优点是设备简单、成本低、易于操作；缺点是过滤困难，纯化度低。

膜分离法：是以外界能量或化学位差为推动力，用天然或人工合成的高分子薄膜对大小不同、形状不同的双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。

膜分离过程的实质是物质依据滤膜孔径的大小透过和截留于膜的过程。

根据被分离成分粒子的大小和性质，可将膜分离分为透析、微滤、纳米过滤、超滤、反渗透和电渗析等类型。

该技术高效、节能、无污染，因而适合功能食品的加工。

三、分离纯化技术（精分）色谱分离纯化：该法具有分离效率高、产品纯度高、设备简单、操作方便、条件温和、能有效保持被分离活性成分的活性等优点。

根据固定相和流动相以及固定相形状的不同，将色谱法分为气相色谱、液相色谱、纸色谱和薄层色谱。

沉淀与结晶分离纯化：固体的形状有晶形和无定形两种状态。

为提高产品的纯度，可重复多次沉淀或结晶。

为了提高产品的得率，可采用加人乙醇、丙酮等易挥发除去的有机溶剂以降低沉淀或结晶物的浓度。

关于层析层析法又称色层分析法或色谱法（Chromatography），它是在1903-1906年由俄国植物学家M. Tswett首先系统提出来的。

他将叶绿素的石油醚溶液通过CaCO3管柱，并继续以石油醚淋洗，由于CaCO3对叶绿素中各种色素的吸附能力不同，色素被逐渐分离，在管柱中出现了不同颜色的谱带或称色谱图（Chromatogram）。

当时这种方法并没引起人们的足够注意，直到1931年将该方法应用到分离复杂的有机混合物，人们才发现了它的广泛用途。

随着科学技术的发展以及生产实践的需要，层析技术也得到了迅速的发展。

为此作出重要贡献的当推英国生物学家Martin和Synge。

他们首先提出了色谱塔板理论。

这是在色谱柱操作参数基础上模拟蒸馏理论，以理论塔板来表示分离效率，定量的描述、评价层析分离过程。

其次，他们根据液－液逆流萃取的原理，发明了液－液分配色谱。

特别是他们提出了远见卓识的预言：一、流动相可用气体代替液体，与液体相比，物质间的作用力减小了，这对分离更有好处；二、使用非常细的颗粒填料并在柱两端施加较大的压差，应能得到最小的理论塔板高(即增加了理论塔板数)，这将会大大提高分离效率。

前者预见了气相色谱的产生，并在1952年诞生了气相色谱仪，它给挥发性的化合物的分离测定带来了划时代的变革；后者预见了高效液相色谱（HPLC）的产生，在60年代末也为人们所实现，现在HPLC已成为生物化学与分子生物学、化学等领域不可缺少的分析分离工具之一。

因此, Martin和Synge于1952年被授予诺贝尔化学奖。

如今的色层分析法经常用于分离无色的物质，已没有颜色这个特殊的含义。

但色谱法或色层分析法这个名字仍保留下来沿用。

现在我们简称为层析法或层析技术。

层析法的最大特点是分离效率高，它能分离各种性质极相类似的物质。

而且它既可以用于少量物质的分析鉴定，又可用于大量物质的分离纯化制备。

因此，作为一种重要的分析分离手段与方法，它广泛地应用于科学研究与工业生产上。

现在，它在石油、化工、医药卫生、生物科学、环境科学、农业科学等领域都发挥着十分重要的作用。

层析的基本理论层析法是一种基于被分离物质的物理、化学及生物学特性的不同，使它们在某种基质中移动速度不同而进行分离和分析的方法。

例如：我们利用物质在溶解度、吸附能力、立体化学特性及分子的大小、带电情况及离子交换、亲和力的大小及特异的生物学反应等方面的差异，使其在流动相与固定相之间的分配系数（或称分配常数）不同，达到彼此分离的目的。

层析的基本概念1. 固定相：固定相是层析的一个基质。

它可以是固体物质（如吸附剂，凝胶，离子交换剂等），也可以是液体物质（如固定在硅胶或纤维素上的溶液），这些基质能与待分离的化合物进行可逆的吸附，溶解，交换等作用。

它对层析的效果起着关键的作用。

2. 流动相：在层析过程中，推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体或超临界体等，都称为流动相。

柱层析中一般称为洗脱剂，薄层层析时称为展层剂。

它也是层析分离中的重要影响因素之一。

3. 分配系数及迁移率（或比移值）：分配系数是指在一定的条件下，某种组分在固定相和流动相中含量（浓度）的比值，常用K来表示。

分配系数是层析中分离纯化物质的主要依据。

K=Cs/Cm其中Cs: 固定相中的浓度，Cm: 流动相中的浓度。

迁移率（或比移值）是指：在一定条件下，在相同的时间内某一组分在固定相移动的距离与流动相本身移动的距离之比值。

常用Rf来表示。

（Rf大于或等于1）可以看出：K增加，Rf减少；反之，会减少，Rf增加。

实验中我们还常用相对迁移率的概念。

相对迁移率是指：在一定条件下，在相同时间内，某一组分在固定相中移动的距离与某一标准物质在固定相中移动的距离之比值。

它可以小于等于1，也可以大于1。

用Rx来表示。

不同物质的分配系数或迁移率是不同的。

分配系数或迁移率的差异程度是决定几种物质采用层析方法能否分离的先决条件。

很显然，差异越大，分离效果越理想。

分配系数主要与下列因素有关：①被分离物质本身的性质；②固定相和流动相的性质；③层析柱的温度。

对于温度的影响有下列关系式：lnK = －(DG0/RT)式中： K为分配系数（或平衡常数）DG0为标准自由能变化R为气体常数T为绝对温度这是层析分离的热力学基础。

一般情况下，层析时组分的DG0为负值，则温度与分配系数成反比关系。

通常温度上升20°C, K值下降一半，它将导致组分移动速率增加。