2022-04-18
超临界CO2萃取降香叶中药用有效成分及与水蒸气蒸馏法比较研究
植物百科2022-04-18 09:09:29
摘要：降香提取物作为一种中药复方组分，可以用来治疗心血管疾病。一般采用水蒸气蒸馏法，从降香植物的根或茎中提取，本研究采用超临界CO2流体萃取技术从降香叶中提取其药用有效成分，通过正交实验，得到最佳工艺工条件是：萃取压力30MPa，萃取温度40℃，夹带剂量400mL，原料粒度0.8mm，而采用水蒸气蒸馏法产物收率极低。表明超临界CO2萃取法优于水蒸气蒸馏法。
中图分类号：R284.2 文献标识码：A 文章编号：1673-7717（2008）04-0767-02
随着人们对可持续发展战略认识的不断加强，清洁生产技术受到越来越广泛的重视，人们正在致力于寻找和开发各种节能、环保型的“绿色化学技术”。而拥有近30年发展历史的超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，简称SFE）技术作为一种独特、高效、清洁的新兴分离方法，在天然产物有效成分提取与分离方面展现出了勃勃生机[1-2]。加强对SFE技术的研究和推广，对我国实现中药产业现代化，促进中草药资源的开发均具有重要的理论和现实意义。
降香提取物是一种有价值的中药成分，用降香提取物和丹参制成香丹注射液具有行血活气、止痛、止血、扩张血管、增进冠状动脉血流量等作用，适用于治疗心血管、脑血管、心绞痛等疾病。传统方法都是以降香的根或茎为原料，用水蒸气蒸馏法提取，但收率低，成本高。葛发欢等人采用超临界CO2萃取技术从降香植物的茎和根中提取进行了研究[3]。本研究探索以降香叶为原料，采用SFE技术提取其具有药用价值的成分——挥发油、降香黄酮、桂皮酰酚类、原儿茶醛等（用GC-MS-DS法分析），这对扩大降香原料来源，探索新型清洁提取方法，具有重要的理论和实用价值[4]。
1、实验
1.1主要仪器HL－2L/50MPa－ⅡBQW型超临界CO2萃取装置（杭州华黎实业有限公司）；水蒸气蒸馏装置一套（天津玻璃仪器厂）；上分1102气相色谱仪一套（上海分析仪器厂），HP5988A气相色谱质谱联用仪（美国惠普公司）等。
1.2原材料降香叶：产于海南岛，由安格集团提供；CO2（A.R）：广州金珠江化工厂产品，纯度>99.5％；无水乙醇（A.R）：广州番禺力强化工厂等。
1.3实验方法分别用水蒸气蒸馏法和超临界CO2萃取法对降香叶有效成分进行提取。超临界CO2萃取的工艺路线简单示意见图1。
实验操作步骤：将粉碎的降香叶300g投入萃取釜中，封闭系统后，对蒸发器罐进行冷却，对萃取釜、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ进行加热，当温度分别达到预先设定值时，进行SFE-CO2萃取操作，打开CO2气瓶送气，并打开高压泵对萃取釜、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ加压，当压力分别达到实验所需值时，开始循环萃取，并注入夹带剂（无水乙醇），恒温横压萃取2.5h，出料。
超临界CO2萃取实验采用4因素3水平正交试验设计［5］。
水蒸气蒸馏法的操作按照参考文献[6]的方法进行。即取100g粉碎的降香叶，装入水蒸气蒸馏装置中，加入适量水，加热蒸馏，收集馏出物。
香丹注射液检测标准（由江苏安格药业有限公司提供）：取本品2mL，置分液漏斗中，加石油醚（30～60℃）10mL，振摇提取，分取石油醚层，残渣加5%香草醛硫酸溶液1～2滴，即显棕红色，放置后渐变紫红色。
2、结果与讨论
2.1正交试验影响因素的确定见表1。
由于SFE-CO2提取与分离一体化，可以通过合适的工艺设计将极性不同于目标组分的成分剔除，并且在整个提取过程中可以很方便地取样并对那些已知的有效成分进行跟踪分析，从而既可得到指标成分可控的制剂产品，又可避免因药材的来源不同而带来的种种困难。为确定超临界CO2萃取降香叶的最佳工艺条件，设计了4因素3水平的正交试验L9(34)[5]，具体见表1。夹带剂通过改变超临界流体极性和密度，可以大大促进超临界CO2流体对极性物质的溶解和萃取[7]。
2.2正交试验—超临界CO2萃取工艺参数的优化从表2可以看出，本实验的影响因素的次序为A>B>D>C,本实验的最优化工艺条件为:A3 B2 C3 D3，即萃取压力30 MPa，萃取温度40℃，夹带剂量400mL，颗粒度为0.8mm。
2.3降香SCF-CO2萃取液的鉴定结果根据香丹注射液标准做降香超临界-CO2萃取液的鉴别，结果均呈现正反应，但显色反应深浅不同，见表3。
由表3可以看出，本实验5＃、8＃与优化条件萃取液B的颜色与药用香丹注射液相同，均为紫红色，说明根据本研究而制定的最优超临界-CO2萃取条件，可以有效的将降香中药用有效成分提取出来，并且本研究的萃取率与药用有效成分之间存在正相关的关系。
2.4SFE提取与常规提取方法比较用SFE法和常规水蒸气蒸馏方法对比，采用水蒸气蒸馏法对降香叶进行提取只能得到很微量的产品，提取时间延长至8～9h，收效甚微（试验结果此略），这可能是由于提取温度高，在提取过程降香药用有效成分发生了水解、分解反应，造成收率极低的缘故。
而SFE法，萃取时间大大缩短（本实验为2.5h），而且萃取率显著提高（采用优化工艺可以打到4％以上），且提取温度接近室温，避免了水蒸气蒸馏可能发生的分解反应，保留了天然组分本身的特征和成分。
3、结论
影响超临界CO2萃取降香叶挥发油、降香黄酮等药用有效成分的主要因素依次为：萃取压力、萃取温度、颗粒度、夹带剂用量等因素，得出正交试验最佳工艺条件为A3 B2 C3 D3，即萃取压力30M/Pa、萃取温度40℃，夹带剂用量400mL，颗粒度为0.8mm。
利用SFE-CO2萃取降香叶中的药用有效成分，与传统的水蒸气蒸馏法相比，具有时间短，收率高，操作温度低，产品稳定性好等特点，是符合环境友好的绿色化工，同以SFE-CO2萃取降香植物的根茎相比，萃取率较高，同时又可以起到扩大原料来源，降低成本的目的。
参考文献
[1]朱自强.超临界流体技术——原理和应用[M].北京：化学工业出版社，2000：5-8.
[2]詹玉石,段惠茹,李党红,等. 超临界流体萃取技术在中药材提取中的应用［J］.北京中医，2004，23（3）：184-185.
[3]葛发欢，林秀仙，黄晓芬，等.复方丹参降香的超临界CO2萃取研究[J].中药材，2001，24（1）:46-48.
[4]Zhao Qian, Guo Jixian, Zhang Yunyi. Chemical and Pharmacological Research Progress of Chinese Drug “JiangXiang”(Lignum Dalbergia Odoriferae) [J]. Journal of Chinese Pharmacological Science，2000,9(1):1-5.
[5]北京大学数学力学系概率统计组.正交试验[M].北京：人民教育出版社，1976：207-234.
[6]张友兰.有机精细化学品合成及应用实验[M].北京：化学工业出版社，2005，245-247.
[7]胡爱军，丘泰球，梁汉华.超临界流体萃取强化技术及应用[J].精细化工，2001，18（12）：736-737.
中图分类号：R284.2 文献标识码：A 文章编号：1673-7717（2008）04-0767-02
随着人们对可持续发展战略认识的不断加强，清洁生产技术受到越来越广泛的重视，人们正在致力于寻找和开发各种节能、环保型的“绿色化学技术”。而拥有近30年发展历史的超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，简称SFE）技术作为一种独特、高效、清洁的新兴分离方法，在天然产物有效成分提取与分离方面展现出了勃勃生机[1-2]。加强对SFE技术的研究和推广，对我国实现中药产业现代化，促进中草药资源的开发均具有重要的理论和现实意义。
降香提取物是一种有价值的中药成分，用降香提取物和丹参制成香丹注射液具有行血活气、止痛、止血、扩张血管、增进冠状动脉血流量等作用，适用于治疗心血管、脑血管、心绞痛等疾病。传统方法都是以降香的根或茎为原料，用水蒸气蒸馏法提取，但收率低，成本高。葛发欢等人采用超临界CO2萃取技术从降香植物的茎和根中提取进行了研究[3]。本研究探索以降香叶为原料，采用SFE技术提取其具有药用价值的成分——挥发油、降香黄酮、桂皮酰酚类、原儿茶醛等（用GC-MS-DS法分析），这对扩大降香原料来源，探索新型清洁提取方法，具有重要的理论和实用价值[4]。
1、实验
1.1主要仪器HL－2L/50MPa－ⅡBQW型超临界CO2萃取装置（杭州华黎实业有限公司）；水蒸气蒸馏装置一套（天津玻璃仪器厂）；上分1102气相色谱仪一套（上海分析仪器厂），HP5988A气相色谱质谱联用仪（美国惠普公司）等。
1.2原材料降香叶：产于海南岛，由安格集团提供；CO2（A.R）：广州金珠江化工厂产品，纯度>99.5％；无水乙醇（A.R）：广州番禺力强化工厂等。
1.3实验方法分别用水蒸气蒸馏法和超临界CO2萃取法对降香叶有效成分进行提取。超临界CO2萃取的工艺路线简单示意见图1。
实验操作步骤：将粉碎的降香叶300g投入萃取釜中，封闭系统后，对蒸发器罐进行冷却，对萃取釜、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ进行加热，当温度分别达到预先设定值时，进行SFE-CO2萃取操作，打开CO2气瓶送气，并打开高压泵对萃取釜、分离釜Ⅰ、分离釜Ⅱ加压，当压力分别达到实验所需值时，开始循环萃取，并注入夹带剂（无水乙醇），恒温横压萃取2.5h，出料。
超临界CO2萃取实验采用4因素3水平正交试验设计［5］。
水蒸气蒸馏法的操作按照参考文献[6]的方法进行。即取100g粉碎的降香叶，装入水蒸气蒸馏装置中，加入适量水，加热蒸馏，收集馏出物。
香丹注射液检测标准（由江苏安格药业有限公司提供）：取本品2mL，置分液漏斗中，加石油醚（30～60℃）10mL，振摇提取，分取石油醚层，残渣加5%香草醛硫酸溶液1～2滴，即显棕红色，放置后渐变紫红色。
2、结果与讨论
2.1正交试验影响因素的确定见表1。
由于SFE-CO2提取与分离一体化，可以通过合适的工艺设计将极性不同于目标组分的成分剔除，并且在整个提取过程中可以很方便地取样并对那些已知的有效成分进行跟踪分析，从而既可得到指标成分可控的制剂产品，又可避免因药材的来源不同而带来的种种困难。为确定超临界CO2萃取降香叶的最佳工艺条件，设计了4因素3水平的正交试验L9(34)[5]，具体见表1。夹带剂通过改变超临界流体极性和密度，可以大大促进超临界CO2流体对极性物质的溶解和萃取[7]。
2.2正交试验—超临界CO2萃取工艺参数的优化从表2可以看出，本实验的影响因素的次序为A>B>D>C,本实验的最优化工艺条件为:A3 B2 C3 D3，即萃取压力30 MPa，萃取温度40℃，夹带剂量400mL，颗粒度为0.8mm。
2.3降香SCF-CO2萃取液的鉴定结果根据香丹注射液标准做降香超临界-CO2萃取液的鉴别，结果均呈现正反应，但显色反应深浅不同，见表3。
由表3可以看出，本实验5＃、8＃与优化条件萃取液B的颜色与药用香丹注射液相同，均为紫红色，说明根据本研究而制定的最优超临界-CO2萃取条件，可以有效的将降香中药用有效成分提取出来，并且本研究的萃取率与药用有效成分之间存在正相关的关系。
2.4SFE提取与常规提取方法比较用SFE法和常规水蒸气蒸馏方法对比，采用水蒸气蒸馏法对降香叶进行提取只能得到很微量的产品，提取时间延长至8～9h，收效甚微（试验结果此略），这可能是由于提取温度高，在提取过程降香药用有效成分发生了水解、分解反应，造成收率极低的缘故。
而SFE法，萃取时间大大缩短（本实验为2.5h），而且萃取率显著提高（采用优化工艺可以打到4％以上），且提取温度接近室温，避免了水蒸气蒸馏可能发生的分解反应，保留了天然组分本身的特征和成分。
3、结论
影响超临界CO2萃取降香叶挥发油、降香黄酮等药用有效成分的主要因素依次为：萃取压力、萃取温度、颗粒度、夹带剂用量等因素，得出正交试验最佳工艺条件为A3 B2 C3 D3，即萃取压力30M/Pa、萃取温度40℃，夹带剂用量400mL，颗粒度为0.8mm。
利用SFE-CO2萃取降香叶中的药用有效成分，与传统的水蒸气蒸馏法相比，具有时间短，收率高，操作温度低，产品稳定性好等特点，是符合环境友好的绿色化工，同以SFE-CO2萃取降香植物的根茎相比，萃取率较高，同时又可以起到扩大原料来源，降低成本的目的。
参考文献
[1]朱自强.超临界流体技术——原理和应用[M].北京：化学工业出版社，2000：5-8.
[2]詹玉石,段惠茹,李党红,等. 超临界流体萃取技术在中药材提取中的应用［J］.北京中医，2004，23（3）：184-185.
[3]葛发欢，林秀仙，黄晓芬，等.复方丹参降香的超临界CO2萃取研究[J].中药材，2001，24（1）:46-48.
[4]Zhao Qian, Guo Jixian, Zhang Yunyi. Chemical and Pharmacological Research Progress of Chinese Drug “JiangXiang”(Lignum Dalbergia Odoriferae) [J]. Journal of Chinese Pharmacological Science，2000,9(1):1-5.
[5]北京大学数学力学系概率统计组.正交试验[M].北京：人民教育出版社，1976：207-234.
[6]张友兰.有机精细化学品合成及应用实验[M].北京：化学工业出版社，2005，245-247.
[7]胡爱军，丘泰球，梁汉华.超临界流体萃取强化技术及应用[J].精细化工，2001，18（12）：736-737.
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