亚临界水萃取

二、较新的提取技术
• 特点
– 使萃取剂与药材在设备内接触 并呈逆向流动 – 任意一个截面上的传质推动力 都是最大的
• 优点
– – – – – – 提取速度快 收率高 无反混现象 连续运行 可结合离心、超声等技术 技术已经成熟
• 缺点
– 对药材物性形状粒度要求较高 – 清洗问题没有彻底解决
1、连续逆流萃提取 (CCE)
• 适用：主要用于脂溶性物质的提取
12、超临界液体萃取技术(SFE)
• 非极性溶剂 • 压力：压力↑→密度↑→渗透性、溶解力↑
– 弱极性化合物：7~10 MPa – 含OH、COOH化合物：~50 MPa
• 夹带剂：乙醇等极性强的溶剂,增加对极性物质 的溶解能力 • 温度
– 压力较低时 (28~45 Mpa)：T↑→溶解力↓ – 压力较高时 >28~45 Mpa：T↑→溶解力↑
• 亚临界水 (Subcritical Water, SBW)
– 条件较温和 (T：50～250℃,适当压力) – 具有较低的极性 – 可以用亚临界水代替乙醇和甲醇
超临界水/亚临界水
溶剂 正已烷 环已烷 苯
ε(常温常压) 1.89 2.02 2.27
T (℃) 50 100 150
水的ε(P=5 Mpa) 71 56 45
– 需要较高温度
4、液泛法
• 靠机械外力的作用直接挤压植物组织,使细胞破裂,液 体(油脂或汁液) 流出 • 适用于多汁液或多油脂的植物
– 柑桔籽油、柑桔皮、沙棘籽油、芹菜黄酮、山苍子油、温 莪术挥发油等
• 与传统溶剂萃取等方法相比
– 不需溶剂,保持原汁原味,避免溶剂残留,产物更安全;压榨速 度快,生产效率高 – 压榨工序少,操作简单,减少后处理工序
OSE
• SBWE
– 190℃（230℃），5MPa
SBWE 230℃
SBWE 190℃
大黄中游离蒽醌
• 小檗碱、巴马汀、黄连碱和药根碱 • SBWE最佳条件
– 溶剂样品比为0. 08 ml· - 1 mg – 140℃、5MPa提取5 min×2
华西药学杂志. 2008, 23 (6): 675-6
• 模拟口服给药经胃肠道转运的原理 • 药料先用一定pH 的酸水提取，继以一定pH 的 碱水提取
– 体现中医临床用药的综合作用特点，符合口服给药 经胃肠道转运吸收的原理 – 仍用高温煎煮法，长时同高温煎煮会影响许多有效 活性成分，降低药效
• 有人建议将提取温度改为近人体的温度，并且 引进酶催化
11、半仿生提取法(SBE)
• 影响微波萃取效率的因素
– 萃取剂：之为非极性或弱极性的, 如己醇、己烷等 – 药材含水量：吸收微波升温
2、微波萃取技术 (MAE)
• 原理 – 利用超声波的空化作用加速植 物有效成分的溶出 – 超声波的次级效应，如机械振 动、乳化、扩散、击碎、化学 效应等也能加速要提取成分的 扩散释放并与溶剂充分混合 • 优点 – 提取时间短 – 提出率相对较高、纯度较高 – 低温提取利于有效成分保护 • 缺点： – 对容器厚薄及位置要求较高， 否则影响药材浸出效果 • 现状：该法已用于小规模少量提 取中
• 与超临界萃到相比
– 生产设备简易,造价低 – 可进行连续生产,螺旋式压榨提高工作效率 – 加工能力强,生产成本低
5、压榨提取 (PE)
• 原理：通过对植物材料在适当 的溶剂中,充分破碎而达到提取 的目的 • 优点
– 操作简单，避免高温加热 – 提取时间极短
• 缺点
– 提取物收率不是最高 – 研究数据积累不够
– 有机溶剂提取 (OSE): 95% EtOH (1.5, 1.5, 2hr) – SBWE: 180℃, 5MPa, 2min×6 (12 min)
丹参酮ⅡA
OSE
SBWE
丹参酮ⅡA
SBWE应用实例
• OSE:
– 70%乙醇
OSE
• SBWE
– 130℃，5MPa
SBWE
黄芩苷
• OSE
– 乙醚
CH2Cl2
丁酮 丙酮
8.93
18.51 20.7
200
250 300
35
27 22
甲醇
乙腈 水
33
37.5 80
400
超临界水 (T>374℃, P>22.1M Pa)
8
5~15
亚临界水的极性
SBWE: “环境友好”的 绿色提取技术
食品科技. 2010, 35 (3): 215-8
SBWE设备
• 丹参脂溶性成分
3、超声提取技术 (UAE)
• 原理
– 利用溶剂蒸汽，增加液相 湍动，提高溶质扩散速率
– 因为不断有冷凝液加入， 保持了溶质与溶剂间的浓 度梯度，明显提高了相间 的传质推动力
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 三口烧瓶 止回阀 缓冲瓶 虹吸管 支管 反应管 冷凝管 筛板
• 与索氏提取器的区别 • 缺点
• 亚临界CO2萃取技术
– 降低设备投资和生产成本
八角果实及枝叶亚临界CO2萃取挥发油化学成分的GC-MS分析 中国中药杂志，2008，33 (9)：1090-2
亚临界CO2萃取
• 超临界水 (Supercritical Water, SCW)
– 产生条件苛刻 (Tc=374℃,Pc=218atm) – 具腐蚀性，会使一些化合物分解 – 无法当作一种萃取剂使用
• 临界压力
– 在临界温度时使气体液化所需要的最小压力
• 超临界流体
– 温度及压力处于临界温度及临界压力以上的流体,它的物理 性质介于气体和液体之间 (基本属于气体)
• 亚临界流体
– 是指压力和 (或) 温度在其临界值之下的附近区域的液体
超临界流体/亚临界流体
• 超临界CO2萃取技术
– 萃取压力高 – 设备投资大 – 仪器运行消耗的能源和CO2费用高
丸散膏丹，傻大黑粗？
• 浸渍法
– 冷浸，杂质少，简便易行 – 费时、浸出率低
• 渗漉法：冷浸，杂质少 • 煎煮法：水提取，最传统的 中药提取方法 • 回流提取法：最常用 • 动态连续提取法
– 实验室：索氏提取器，多用 于分析 – 工业生产：多功能浓缩提取 器
一、现代中药的传统提取技术
1. 连续逆流萃提取 (continuous countercurrent extraction, CCE) 2. 微波萃取 (microwave-assisted extraction, MAE) 3. 超声提取 (ultrasound-assisted extraction, UAE) 4. 液泛法提取 (flooding extraction, FE) 5. 压榨提取 (press extraction, PE) 6. 组织破碎提取法 (smashing tissue extraction, STE) 7. 免加热提取 (heating-free extraction, HFE) 8. 空气爆破提取 (air explosion extraction, AEE) 9. 常温超高压提取 (ultra-high pressure extraction, UHPE) 10. 酶法提取 (enzymatic treatment extraction, ETE) 11. 半仿生提取 (semi-bionic extraction, SBE) 12. 超临界流体萃取 (supercritical fluid extraction, SFE)
• 药材组空气：压缩→突然减压 “爆米花”
– 冲破植物细胞壁，撕裂植物组织，利于溶剂渗入药 材内部 – 来源：造纸工业的制浆工艺
• 适用：多纤维药材 • 不宜用于短纤维和高含淀粉的药材
8、空气爆破法
• 原理
– 常温下用100～1 000 MPa 的流体静压力作用于事 先预处理(干燥、粉碎、脱脂、浸泡) 过的药材(即 升压阶段,一般几分钟) – 保压一段时间(即保压阶段,一般几分钟) ,使细胞内 外压力达到平衡 – 然后迅速卸压(即卸压阶段,一般几秒钟) 使细胞内 外渗透压力差突然增大,胞内有效成分穿过细胞的 各种膜,转移到细胞外的提取液中,达到提的目的
• 原理：在液气临界点附近，体系温度和压力微小的变 化可导致溶解度发生几个数量级的突变 • 优点：同时完成萃取和蒸馏两步操作，分离效率高， 操作周期短，渗透力强，蒸发潜热低，选择性易于调 节 • 超临界CO2(SFE-CO2)萃取技术优点：
– – – – CO2临界度低(31.1℃，7.1 Mpa)可常温操作 化学隋性，可有效防止热敏、化学不稳定成分氧化分解 无毒，无溶剂残留 价廉易得，安全
关于超临界CO2的溶解能力
提取罐，CO2密度大，溶解力强
分离罐，通过升温或降压使CO2密度减小，溶解力下降
SFE设备
SFE在非极性成分提取中的应用
对较大极性物质 多糖、皂苷、黄酮苷等 SFE无能为力!
对中等极性物质，需要加入夹带剂
• Subcritical Water Extraction，SBWE
• 原理 – 在微波场中,吸收微波能力的差 异使物质的某些区域萃取体系 中的某些组分被选择性加热 – 从而,使得被萃取物质从基体或 体系中分离,进入到介电常数较 小,吸收能力相对差的萃取剂中 • 优点 – 选择性高 – 操作时间短 – 溶剂消耗量少 – 有效成分得率高 – 不产生噪音 – 适用于热不稳定物质
黄连生物碱
• SBWE+UAE • 脱脂葡萄籽中原花青素
– – – – 145 ℃ 提取压力14MPa 提取时间18 min 得率为4.08%
超声波换能器
中国中药杂志. 2010, 35 (8): 967-72
SBWE与其它提取技术的合用
• 利用MAE的对水加热特性 • 红景天多糖的微波- 亚临界水法提取
• 优点：效率高、提取时间短、低温 • 缺点：高压设备昂贵
9、常温超高压提取 (UHPE)
• 杂质：淀粉、果胶、蛋白质，酶水解除去 • 细胞壁是由纤维素(β-D-葡萄糖苷键连接)，用 纤维素酶破坏糖苷键，破坏细胞壁 • 例：纤维素酶、果胶酶和蛋白酶按一定比例组 成的复合酶提取姬松子实体多糖
10、酶法
– – – – 升高水的温度和压力 水的极性降低 (介电常数ε<10) 对脂溶性组分溶解能力增加 对中等极性乃至非极性的组分具有良好的提取能力
• SBWE是SFE的最好补充
三、亚临界水提取
• 临界温度
– 使物质由气相变为液相的最高温度叫临界温度 – 在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化
• 现状
– 已有中试型产品 – 要应用于大生产,还需进一步研究 – 可灵活应用：破碎→渗滤
6、组织破碎提取技术
• 原理：
– 对溶媒施加交变压强→强制植物细胞形状改变→细 胞在挤压和扩张中溶剂反复渗入、渗出→有效成分 置换到细胞外
• 优点：常温或低温条件下进行 • 缺点：操作复杂化和设备安全问题
7、免加热提取 (HFE)
•亚临界水参数
•水的临界压力及临界温度分别为 22．1 MPa和374℃，在f>374℃， p>22．1 MPa条件下，水的介电常 数为5～15。在比374．2℃和 22．1MPa稍微低一些的低温压下 成液体状态的水称为“亚临界水”， 英文为：subcritical water。
• 亚临界水萃取应用 • 亚临界水萃取技术是近10年来刚刚发展起 来的新型技术，该技术最早应用于土壤、 沉积物、淤泥等环境样品中有机污染物的 萃取。1998年，英国的Basile等第一次用 超加热水提取迷迭香叶子中的挥发油，随 后，该技术逐步被应用于其他天然产物及 食品的萃取中。由于技术优势明显，该技 术很快作为从天然产物中萃取有效成分的取工程技术 研究中心

•
亚临界水又称超加热水、高压热水或热液 态水，是指在一定的压力下，将水加热到 100℃以上临界温度374℃以下的高温，水体仍 然保持在液体状态。亚临界状态下流体微观结 构的氢键、离子水合、离子缔合、簇状结构等 发生了变化，因此亚临界水的物理、化学特性 与常温常压下的水在性质上有较大差别。常温 常压下水的极性较强，亚临界状态下，随着温 度的升高，亚临界水的氢键被打开或减弱，从 而使水高到低萃取出来。这样就可以通过控制 亚临界水的温度和压力，使水的极性在较大范 围内变化，从而实现天然产物中有效成分从水 溶性成分到脂溶性成分的连续提取，并可实现 选择性提取。此外，由于亚临界水萃取是以价 廉、无污染的水作为萃取剂，因此，亚临界水 萃取技术被视为绿色环保、前景广阔的一项变 革性技术。