超臨界ＣＯ２萃取技術在中藥提取分離中的應用及產業化

劉春海　陳　亮

中藥的提取分離,是制劑過程中必不可少的關鍵工序,是改進藥物劑型,提高產品質量,增加藥物新品種,提高產品在市場上競爭力的關鍵環節, 超臨界流體萃取技術(Supercritical Fluid Extraction,簡稱SFE)作為一種清潔、高效及較好的選擇性的新型分離方法,在天然產物有效成分提取與分離,生產高經濟附加值產品方面展現出勃勃生機。

一、概述

超臨界流體是指超臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)狀態下的高密度流體,例如:二氧化碳、氨氣、乙烯、丙烷、丙烯、水等。與常溫常壓下的氣體和液體比較,超臨界流體具有兩個特性:其一,密度接近于液體,具有類似液體的高密度;其二,粘度又接近于氣體,具有類似氣體的低黏度。因此擴散系數約比普通液體大100倍。由于同時具有類似液體的高密度和類似氣體的低黏度,故超臨界流體既具有液體對溶質溶解度較大的特點,又具有氣體易于擴散和運動的特性,其傳質速率大大高于液相過程。中藥中的許多成分都能被其溶解,并且隨著壓力的增大,溶解度增加。超臨界流體可以是單一的,也可以是復合的。添加適量的夾帶劑可以大大增加其溶解性和選擇性。在能作為超臨界流體的化合物中,CO2由于其性質穩定、無毒、不易燃易爆、價廉以及較低的臨界壓力(7.37MPa)和較低的臨界溫度(31.05℃),在醫藥行業已經得到廣泛的應用。

二、在中藥提取分離中的優勢

用超臨界CO2進行中藥研究開發及產業化,和中藥傳統方法相比,具有許多獨特的優點:

一是提取完全,能充分利用中藥資源。由于超臨界CO2的溶解能力和滲透能力強,擴散速度快,且是在連續動態條件下進行,萃取出的產物不斷地被帶走,因而提取較完全,這一優勢在揮發油提取中表現得非常明顯。同時,隨著超臨界CO2技術的不斷進步,全氟聚醚碳酸銨(PFPE)的應用,把超臨界CO2擴展到水溶液體系,使得難以提取的強極性化合物如蛋白質等的提取已成為可能。

二是超臨界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,不發生次生化。因此,特別適合那些對熱敏感性強、容易氧化分解破壞的成分的提取,能最大程度地保持各組分的原有特性。

三是提取時間快、生產周期短。超臨界CO2提取循環一開始,分離便開始進行。一般提取10min便有成分分離析出,2—4h左右便可完全提取。同時,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單濃縮。

四是超臨界CO2提取,操作參數容易控制,因此,有效成分及產品質量穩定。

五是超臨界CO2還具滅菌作用,有利于保證和提高產品質量。

六是超臨界流體萃取應用于分析或與GC、IR、MS、LC 等聯用成為一種高效的分析手段。能夠實現中藥有效成分的高效、快速、準確分析。

七是與其他超臨界流體相比,CO2臨界壓力適中,在實際操作中,其使用壓力范圍有利于工業化生產。

三、在中藥提取分離中的應用

近年來,超臨界流體萃取研究開發仍主要集中于單味藥,而復方的研究與開發僅有少量報道。

(一)在單味藥提取分離中的應用

西德Saarland大學的Stahl教授對許多藥用植物采用SFE法對其有效成分(如各種生物堿,芳香性及油性組分)實現了滿意的分離。日本學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。目前為實現對中藥的生物堿、黃酮、皂苷類等極性大的有效成分的提取,添加夾帶劑及增加壓力而改善流體溶解性質的研究亦受到重視。

(二)在復方提取分離中的應用

傳統中醫藥理論是以整體觀念為指導思想,中藥在臨床上應用主要以復方形式給藥,復方應混合提取。復方中有效成分或有效部位組成復雜,提取難度較大,鑒別困難,如何將超臨界流體萃取應用到中藥復方的提取過程中還有一系列問題待進一步研究和探討。葛發歡等研究了復方丹參、降香的超臨界CO2萃取方法。郁威等研究了在不同工藝條件下用超臨界CO2萃取法分別對單味當歸、單味川芎和復方當歸川芎進行萃取,結果發現復方產物的提取率明顯高于單味產物的提取率之和。

四、在中藥提取分離中的產業化應用

最早將超臨界CO2萃取技術應用于大規模生產的是美國通用食品公司,之后法、英、德等國也很快將該技術應用于大規模生產中。上世紀90年代初,中國開始了超臨界萃取技術的產業化工作,發展速度很快。實現了超臨界流體萃取技術從理論研究、中小水平向大規模產業化的轉變,使中國在該領域的研究、應用已同國際接軌,在某些方面達到了國際領先水平。目前,超臨界萃取技術已應用于部分中藥材大批量萃取生產。現在國內已廣泛應用超臨界萃取技術從沙棘籽中萃取沙棘油,并有數個廠家形成年產20t以上沙棘油的生產能力。

五、結語

超臨界萃取技術具有傳統提取方法無法比擬的優勢,可以比較容易地從中藥中發現新成分,從而發現新的藥理活性成分,開發新藥。如能進一步加強在中藥復方制劑中的運用與開發,結合藥效物質基礎研究,推進超臨界提取工藝標準的制定,相信,超臨界流體萃取技術在中藥領域中將具有更廣闊的發展前景。

(作者單位:九芝堂股份有限公司)