化工儀器網(wǎng)
技術(shù)文章
超臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用情況作一簡(jiǎn)單介紹
閱讀：2826 發(fā)布時(shí)間：2021-11-5超臨界流體萃取技術(shù)是七十年代末才興起的一種新型生物分離精制技術(shù).近年來發(fā)展迅速，特別是1978年在西德埃森舉行第一次“超臨界氣體萃取"的專題討論會(huì)以來,，被廣泛應(yīng)用于化學(xué),、石油、食品,、醫(yī)藥,、保健品等領(lǐng)域，受到世界各國(guó)的普遍重視,，在我國(guó)已被列為九五期間國(guó)家重點(diǎn)開發(fā)的高科技項(xiàng)目,。下面就超臨界流體萃取技術(shù)的應(yīng)用情況作一簡(jiǎn)單介紹。
(1). 在食品方面的應(yīng)用
傳統(tǒng)的食用油提取方法是乙烷萃取法,，但此法生產(chǎn)的食用油所含溶劑的量難以滿足食品管理法的規(guī)定,，美國(guó)采用超臨界二氧化碳萃取法（SCFE）提取豆油獲得成功，產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高,，且無污染問題,。目前，已經(jīng)可以用超臨界二氧化碳從葵花籽,、紅花籽,、花生、小麥胚芽,、棕櫚,、可可豆中提取油脂,，且提出的油脂中含中性脂質(zhì),，磷含量低,，著色度低，無臭味,。這種方法比傳統(tǒng)的壓榨法的回收率高,，而且不存在溶劑法的溶劑分離問題。專家們認(rèn)為這種方法可以使油脂提取工藝發(fā)生革命性的改進(jìn),。
咖啡中含有的咖啡因,，多飲對(duì)人體有害，因此必須從咖啡中除去,。工業(yè)上傳統(tǒng)的方法是用二氯乙烷來提取,，但二氯乙烷不僅提取咖啡因，也提取掉咖啡中的芳香物質(zhì),，而且殘存的二氯乙烷不易除凈,，影響咖啡質(zhì)量。西德Max-plank煤炭研究所的Zesst博士開發(fā)的從咖啡豆中用超臨界二氧化碳萃取咖啡因的專題技術(shù),，現(xiàn)已由西德的Hag公司實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),，并被世界各國(guó)普遍采用。這一技術(shù)的是取代了原來在產(chǎn)品中仍殘留對(duì)人體有害的微量鹵代烴溶劑,，咖啡因的含量可從原來的1%左右降低至0.02%,，而且CO2的良好的選擇性可以保留咖啡中的芳香物質(zhì)。
美國(guó)ADL公司最近開發(fā)了一個(gè)用SCFE技術(shù)提取酒精的方法,，還開發(fā)了從油膩的快餐食品中除去過多的油脂,，而不失其原有色香味及保有其外觀和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的技術(shù)，且已申請(qǐng),。
(2-1). 在醫(yī)藥保健品方面的應(yīng)用
西德Saarland大學(xué)的Stahl教授對(duì)許多藥用植物采用SCFE法對(duì)其有效成分(如各種生物堿,，芳香性及油性組分)實(shí)現(xiàn)了滿意的分離。
在抗生素藥品生產(chǎn)中,，傳統(tǒng)方法常使用丙酮,、甲醇等有機(jī)溶劑，但要將溶劑*除去,，又不使藥物變質(zhì)非常困難,，若采用SCFE法則*可以符合要求。美國(guó)ADL公司從7種植物中萃取出了治療癌癥的有效成分,，使其真正應(yīng)用于臨床,。
許多學(xué)者認(rèn)為攝取魚油和ω-3脂肪酸有益于健康。這些脂類物質(zhì)也可以從浮游植物中獲得,。這種途徑獲得的脂類物質(zhì)不含膽固醇,，J.K.Polak等人從藻類中萃取脂類物質(zhì)獲得成功,，而且葉綠素不會(huì)被超臨界CO2萃出，因而省去了傳統(tǒng)溶劑萃取的漂白過程,。
另外,，用SCFE法從銀杏葉中提取的銀杏黃酮，從魚的內(nèi)臟,，骨頭等提取的多烯不飽和脂肪酸（DHA,，EPA），從沙棘籽提取的沙棘油,，從蛋黃中提取的卵磷脂等對(duì)心腦血管疾病具有*的療效,。日本學(xué)者宮地洋等從藥用植物蛇床子、桑白皮,、甘草根,、紫草、紅花,、月見草中提取了有效成分,。
(2-2). 中草藥有效成分提取方面的應(yīng)用
1、中藥產(chǎn)業(yè)化形勢(shì)及應(yīng)用新技術(shù)的意義
中藥為我國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)藥,，用中藥防病治病在我國(guó)具有悠久的歷史,。由于化學(xué)藥品的毒副作用逐漸被人們所認(rèn)識(shí)及合成一個(gè)新藥又需巨大的投資，西醫(yī)西藥對(duì)威協(xié)人類健康的常見病,、疑難病的治療藥物還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足臨床的需要,，因此，范圍內(nèi)掀起了中醫(yī)中藥熱,。面對(duì)科學(xué)技術(shù),，特別是醫(yī)藥工業(yè)的迅猛發(fā)展，國(guó)際間醫(yī)藥學(xué)術(shù)交流活動(dòng)的日益頻繁以及藥品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈,，實(shí)現(xiàn)中藥現(xiàn)代化,，與國(guó)際接軌，已成為中醫(yī)藥工作者的共識(shí),。改革開放到黨的十五大,，我國(guó)明確了中藥發(fā)展的戰(zhàn)略方向和思路，提出“科教興業(yè)"的戰(zhàn)略主體目標(biāo),，中藥的發(fā)展向前邁進(jìn)了一大步,。中藥生產(chǎn)中的大桶煮提、大鍋蒸熬及匾,、勺,、缸類生產(chǎn)器具當(dāng)家的狀況大為改善，進(jìn)而出現(xiàn)不銹鋼多功能提取罐、外循環(huán)蒸發(fā),、多效蒸發(fā)器,，流化干燥器等設(shè)備，中成藥的劑型也有較大的發(fā)展,，由丸,、散、膏,、丹劑為主發(fā)展成為具有顆粒劑,、片劑、膠囊劑,、口服液及少量粉針等劑型。中藥產(chǎn)值比1979年翻了五番,，約占醫(yī)藥工業(yè)產(chǎn)值的30％以上,。然而，我國(guó)現(xiàn)階段創(chuàng)制的中成藥還難以在國(guó)外注冊(cè),、合法銷售與使用,。從目前天然藥物的貿(mào)易額來中國(guó)僅占l%左右，與天然藥物主產(chǎn)國(guó)的地位極不相稱,。其原因主要是產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代工程技術(shù)水平不高,，制備工藝和劑型現(xiàn)代化方面還很落后；生產(chǎn)過程的許多方面缺乏科學(xué)的,、嚴(yán)格的工藝操作參數(shù),，不僅導(dǎo)致了消耗高、效率低,，而且還出現(xiàn)有效成分損失,、療效不穩(wěn)定、劑量大服用不方便,、產(chǎn)品外觀顏色差,、內(nèi)在質(zhì)量不穩(wěn)定；同時(shí)還出現(xiàn)缺少系統(tǒng)的量化指標(biāo),，大多數(shù)產(chǎn)品缺乏療效基本一致的內(nèi)在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),；許多復(fù)方制劑還難以搞清楚其作用的物質(zhì)基礎(chǔ)?！巴?、散、膏,、丹,，難辨" 的狀況尚未根本改變。要改變這種現(xiàn)狀,，讓西方醫(yī)藥界接受中藥,，增強(qiáng)中藥在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)地位,，主要途徑是，以中藥理論為指導(dǎo),，采用先進(jìn)的技術(shù),，實(shí)現(xiàn)中藥現(xiàn)代化。中藥產(chǎn)品現(xiàn)代化的重點(diǎn)可簡(jiǎn)單地用8個(gè)字來描述,，即“有效,、量小、安全,、可控",。實(shí)際上，它涉及范圍十分廣泛,，要解決的問題比較復(fù)雜,，但首先最關(guān)鍵的問題就是要提取分離工藝、制劑工藝現(xiàn)代化,，質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)化,、規(guī)范化。為此,，許多醫(yī)藥專家多次提出要采用超臨界流體技術(shù),、膜分離技術(shù)、冷凍干燥技術(shù),、微波輻射誘導(dǎo)萃取技術(shù),、緩控釋制劑技術(shù)、各種先進(jìn)的色譜,、光譜分析等先進(jìn)技術(shù),，進(jìn)行中藥研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。在國(guó)家有關(guān)部門的主持下,，1998年03月底,，來自全國(guó)及香港20多個(gè)單位的60多位專家學(xué)者聚集廈門大學(xué)，探討了中藥現(xiàn)代化問題,，特別是中藥復(fù)雜體系中重大科學(xué)基礎(chǔ)問題,，超臨界流體技術(shù)同時(shí)也被提出來。美國(guó) EPA己逐步將超臨界流體萃取技術(shù)作為替代溶劑萃取的標(biāo)準(zhǔn)方法,。盡管如此,，超臨界流體技術(shù)也僅僅是多種可用于中藥現(xiàn)代化中的先進(jìn)技術(shù)之一。
2,、超臨界流體萃取技術(shù)在中藥現(xiàn)代化中應(yīng)用的*性
在超臨界流體SCF技術(shù)中,，與中藥現(xiàn)代化關(guān)系較密切的是超臨界流體萃取SFE技術(shù)， CO2是的超臨界流體。用超臨界CO2萃取技術(shù)進(jìn)行中藥研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化,，和中藥傳統(tǒng)方法相比,，具有許多*的優(yōu)點(diǎn)：
2.1 萃取能力強(qiáng)，提取率高,。用超臨界CO2提取中藥有效成分,，在最佳工藝條件下，能將要提取的成分幾乎*提取,，從而大大提高產(chǎn)品收率和資源的利用率,。同時(shí)，隨著超臨界CO2萃取技術(shù)的不斷進(jìn)步,，全氟聚醚碳酸銨(PEPE）的應(yīng)用,，把超臨界CO2萃取擴(kuò)展到水溶液體系使得難以提取的強(qiáng)極性化合物如蛋白質(zhì)等的超臨界CO2提取已成為可能。
2.2 萃取能力的大小取決于流體的密度,，最終取決于溫度和壓力,，改變其中之一或同時(shí)改變,都可改變?nèi)芙舛龋梢杂羞x擇地進(jìn)行中藥中多種物質(zhì)的分離,，從而可減小雜質(zhì)使中藥有效成分高度富集。便于減小劑量和質(zhì)量控制,，產(chǎn)品外觀大為改善,。
2.3 超臨界CO2臨界溫度低，操作溫度低,，能較完好地保存中藥有效成分不被破壞,，不發(fā)生次生化。因此,，特別適合那些對(duì)熱敏感性強(qiáng),、容易氧化分解破壞的成分的提取。
2.4 提取時(shí)間快,、生產(chǎn)周期短,。超臨界CO2提取（動(dòng)態(tài)）循環(huán)一開始,，分離便開始進(jìn)行,。一般提取10分鐘便有成分分離析出，2一4小時(shí)左右便可*提取,。同時(shí),，它不需濃縮等步驟，即使加入夾帶劑,，也可通過分離功能除去或只是簡(jiǎn)單濃縮,。
2.5 超臨界CO2萃取，操作參數(shù)容易控制，因此,，有效成分及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,。
2.6 超臨界CO2還可直接從單方或復(fù)方中藥中提取不同部位或直接提取浸膏進(jìn)行藥理篩選，開發(fā)新藥,，大大提高新藥篩選速度,。同時(shí)，可以提取許多傳統(tǒng)法提不出來的物質(zhì),，且較易從中藥中發(fā)現(xiàn)新成分,，從而發(fā)現(xiàn)新的藥理藥性，開發(fā)新藥,。
2.7 超臨界CO2還具有抗氧化,、滅菌作用，有利于保證和提高產(chǎn)品質(zhì)量,。
2.8 超臨界流體萃取應(yīng)用于分析或與GC,、IR、MS,、LC等聯(lián)用成為一種高效的分析手段,。將其用于中藥質(zhì)量分析，能客觀地反映中藥中有效成分的真實(shí)含量,。
2.9 經(jīng)藥理,、臨床證明，超臨界CO2提取中藥,，不僅工藝上*,，質(zhì)量穩(wěn)定且標(biāo)準(zhǔn)容易控制，其藥理,、臨床效果能夠保證或更好,。
2.10 超臨界CO2萃取工藝，流程簡(jiǎn)單,，操作方便,，節(jié)省勞動(dòng)力和大量有機(jī)溶劑，減小三廢污染,，這無疑為中藥現(xiàn)代化提供了一種高新的提取,、分離、制備及濃縮新方法,。
另外,，超臨界流體結(jié)晶技術(shù)中的RESS過程、GAS過程等可制備粒徑均勻的超細(xì)顆粒,，從而可制備控釋小丸等劑型,，可用來制備中藥新劑型,。
3、超臨界流體技術(shù)在中藥現(xiàn)代化中的應(yīng)用及前景
在超臨界流體技術(shù)中,，研究及開發(fā)應(yīng)用較多的是超臨界流體萃取技術(shù),，SFE技術(shù)是一種新型的提取分離技術(shù)，由于其自身的特點(diǎn),，國(guó)內(nèi)外己廣泛應(yīng)用于食品,、香料等領(lǐng)域，而在中藥領(lǐng)域,，國(guó)外或國(guó)內(nèi)大多數(shù)從事SFE技術(shù)的單位研究開發(fā)應(yīng)用雖有報(bào)道,，但缺乏系統(tǒng)性，大多只停留在中藥有效成分或中間原料提取方面,，這僅僅是用于中藥的一個(gè)方面,。中藥的研究與開發(fā)具有特殊性，即必須具有藥理臨床效果,，因此,，SFE技術(shù)用于中藥必須結(jié)合藥理臨床研究。只有工藝上*,，藥理臨床效果又保證或更好,，SFE技術(shù)在該領(lǐng)域的生命力或潛力才能真正體現(xiàn)。
(3). 天然香精香料的提取
用SCFE法萃取香料不僅可以有效地提取芳香組分,，而且還可以提高產(chǎn)品純度,，能保持其天然香味，如從桂花,、茉莉花、菊花,、梅花,、米蘭花、玫瑰花中提取花香精,，從胡椒,、肉桂、薄荷提取香辛料,，從芹菜籽,、生姜，莞荽籽,、茴香,、砂仁、八角,、孜然等原料中提取精油,，不僅可以用作調(diào)味香料,，而且一些精油還具有較高的藥用價(jià)值。
啤酒花是啤酒釀造中*的添加物,，具有*的香氣,、清爽度和苦味。傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的啤酒花浸膏不含或僅含少量的香精油,，破壞了啤酒的風(fēng)味,，而且殘存的有機(jī)溶劑對(duì)人體有害。超臨界萃取技術(shù)為酒花浸膏的生產(chǎn)開辟了廣闊的前景,。美國(guó)SKW公司從啤酒花中萃取啤酒花油,已形成生產(chǎn)規(guī)模,。
(4). 天然色素的提取
目前國(guó)際上對(duì)天然色素的需求量逐年增加，主要用于食品加工,、醫(yī)藥和化妝品,，不少發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)規(guī)定了不許使用合成色素的最后期限，在我國(guó)合成色素的禁用也勢(shì)在必行,。溶劑法生產(chǎn)的色素純度差,、有異味和溶劑殘留，無法滿足國(guó)際市場(chǎng)對(duì)高品質(zhì)色素的需求,。超臨界萃取技術(shù)克服了以上這些缺點(diǎn),，目前用SCFE法提取天然色素(辣椒紅色素)的技術(shù)已經(jīng)成熟并達(dá)到水平。
(5). 在化工方面的應(yīng)用
在美國(guó)超臨界技術(shù)還用來制備液體燃料,。以甲苯為萃取劑,，在Pc=100atm, Tc=400-440℃條件下進(jìn)行萃取，在SCF溶劑分子的擴(kuò)散作用下,，促進(jìn)煤有機(jī)質(zhì)發(fā)生深度的熱分解,，能使三分之一的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)物。此外,，從煤炭中還可以萃取硫等化工產(chǎn)品,。
美國(guó)最近研制成功用超臨界二氧化碳既作反應(yīng)劑又作萃取劑的新型乙酸制造工藝。俄羅斯,、德國(guó)還把SCFE法用于油料脫瀝青技術(shù),。
(6). 生物工程方面的應(yīng)用
近年來的研究發(fā)現(xiàn)超臨界條件下的酶催化反應(yīng)可用于某些化合物的合成和拆分。另外在超臨界或亞臨界條件下的水可作為一種酸催化劑,，對(duì)纖維素的轉(zhuǎn)化起催化作用,，使其迅速轉(zhuǎn)化為葡萄糖。
1988年Bio-Eng.Inc.開發(fā)了超臨界流體細(xì)胞破碎技術(shù)（CFD）,。用超臨界CO2作介質(zhì),，高壓CO2易于滲透到細(xì)胞內(nèi)，突然降壓,，細(xì)胞內(nèi)因胞內(nèi)外較大的壓差而急劇膨脹發(fā)生破裂,。超臨界流體還被用于物質(zhì)結(jié)晶和超細(xì)顆粒的制備當(dāng)中,。