乙醇夾帶劑在超臨界萃取中草藥活性成分中的應(yīng)用

蔡興東

摘要：綜述了近年來(lái)乙醇夾帶劑在超臨界CO2萃取中草藥活性成分中的應(yīng)用概況，并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了初步分析，旨在為進(jìn)一步開(kāi)展超臨界CO2萃取中草藥活性成分的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：乙醇；夾帶劑；超臨界CO2萃?。恢胁菟幓钚猿煞?/p>

中圖分類(lèi)號(hào)：O622.3；O658.2；R284.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）06-1245-04

Application of Ethanol Entrainer in Extracting Active Ingredients

of TCM with Supercritical CO2

CAI Xing-dong

（Chongqing Three Gorge Medical College，Chongqing 404020， China）

Abstract： The application of ethanol entrainer in extracting active ingredients of TCM with supercritical CO2 in recent years was reviewed. The mechanism of the effects of ethanol entrainer was analyzed. It will provide references for further studies on extracting active ingredients of TCM with supercritical CO2.

Key words： ethanol； entrainer； supercritical CO2 extraction； active ingredients of TCM

超臨界CO2萃取技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于植物油脂和香料等的提取[1-3]，近年來(lái)在中草藥活性成分提取分離方面的研究和應(yīng)用也在不斷增多。超臨界CO2流體對(duì)許多低分子、非極性、弱極性溶質(zhì)溶解性能優(yōu)良，但對(duì)含有極性基團(tuán)的物質(zhì)溶解性能較差，其應(yīng)用受到一定的限制，為擴(kuò)大其應(yīng)用范圍常加入夾帶劑來(lái)改善溶解度。夾帶劑也稱(chēng)為改性劑、攜帶劑、提攜劑等，是在超臨界流體中加入可與之混溶的，揮發(fā)性介于被萃取物質(zhì)與超臨界流體之間的，且與被萃取物親和力強(qiáng)的組分，以提高其對(duì)被萃取物質(zhì)的選擇性和溶解度為主要目的的一類(lèi)物質(zhì)，既可以是某種單一物質(zhì)，也可以是混合物[4，5]。不同種類(lèi)的夾帶劑對(duì)超臨界CO2萃取效能有不同的影響且差異較大。這主要取決于夾帶劑的性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)。夾帶劑與被萃取溶質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)越接近，溶解能力越強(qiáng)，反之溶解能力則越弱。

一般夾帶劑可分為三類(lèi)：極性?shī)A帶劑、非極性?shī)A帶劑和兩親性?shī)A帶劑。極性?shī)A帶劑包括水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸、氯仿、乙酸乙酯等；非極性?shī)A帶劑包括石油醚、環(huán)己烷、正己烷、苯等；兩親性?shī)A帶劑主要是指表面活性劑，其分子中既有親水基團(tuán)，又有親油基團(tuán)，能在超臨界CO2中形成微乳，從而增加某些極性物質(zhì)的溶解度[5，6]。在食品及醫(yī)藥工業(yè)中因考慮夾帶劑的毒性及成本等問(wèn)題，實(shí)踐中不同濃度的乙醇最為常用。本文就近年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者將乙醇作夾帶劑應(yīng)用于超臨界CO2萃取中草藥活性成分的情況進(jìn)行綜述，并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了初步分析，為進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究提供參考。

1 乙醇夾帶劑在超臨界CO2萃取中草藥活性成分中的應(yīng)用

由于乙醇無(wú)毒，易得，易回收，可與水任意比例混溶，且成本相對(duì)較低，因而在中草藥活性成分超臨界CO2萃取中作為夾帶劑應(yīng)用最多，可用于黃酮類(lèi)、蒽醌類(lèi)、香豆素類(lèi)、萜類(lèi)、生物堿類(lèi)、聚乙炔醇類(lèi)、酚類(lèi)、醇類(lèi)等化學(xué)成分的萃取。

1.1 黃酮類(lèi)成分的萃取

黃酮類(lèi)物質(zhì)的極性一般較大，單純的超臨界CO2流體萃取效果并不理想。在研究超臨界CO2萃取黃酮類(lèi)化合物的過(guò)程中，通常根據(jù)黃酮類(lèi)化合物的結(jié)構(gòu)或極性來(lái)選擇夾帶劑，提高萃取率。一般原則是隨著黃酮及其苷極性的提高，逐級(jí)加大夾帶劑的極性，但萃取率并不一定和夾帶劑的極性成線性關(guān)系。用不同濃度的乙醇作夾帶劑對(duì)某些黃酮可獲得較為滿(mǎn)意的萃取率。例如，在超臨界CO2萃取蜂膠黃酮的研究中[7]，不同極性的溶劑的萃取率不同，萃取率高低排序?yàn)椋捍枷祳A帶劑>混和夾帶劑>酯系夾帶劑>酮系夾帶劑>不加夾帶劑，動(dòng)態(tài)加入95%乙醇作為夾帶劑，在萃取壓力24 MPa，萃取溫度50 ℃，萃取時(shí)間3 h，CO2流速為10 L/min，夾帶劑用量為原藥材質(zhì)量10%的條件下，循環(huán)萃取，蜂膠黃酮含量與不加夾帶劑相比可由2.03%增加到6.23%。在超臨界CO2萃取甘草黃酮的研究中[8]，對(duì)不同濃度的乙醇作夾帶劑的萃取效果進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，90%乙醇>無(wú)水乙醇>80%乙醇>70%乙醇的效果。通過(guò)正交試驗(yàn)得出甘草黃酮的最佳萃取條件為：以90%乙醇為夾帶劑，萃取壓力32 MPa，萃取溫度50 ℃，萃取壓力32 MPa，萃取時(shí)間1.5 h，CO2流量為20 kg/h，在此條件下甘草黃酮的萃取率可達(dá)到2.40%，且所得甘草黃酮無(wú)異味、無(wú)溶劑殘留。翟碩莉[9]對(duì)馬齒莧中總黃酮的超臨界CO2萃取工藝進(jìn)行了研究，結(jié)果表明以無(wú)水乙醇為夾帶劑，萃取壓力30 MPa，溫度45 ℃，時(shí)間為2 h，夾帶劑用量4.0 mL/g，馬齒莧中黃酮萃取率可達(dá)到8.55%。肖奇志[10]以桑葉總黃酮得率為指標(biāo)，采用超臨界CO2 萃取桑葉總黃酮，對(duì)萃取溫度、萃取壓力、夾帶劑濃度和流量等影響因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果表明，在萃取壓力35 MPa，萃取溫度55 ℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%乙醇為夾帶劑，夾帶劑流量為0.01 mL/min的條件下桑葉總黃酮得率可達(dá)2.28%。

1.2 蒽醌類(lèi)成分的萃取

游離蒽醌類(lèi)苷元極性較小，一般溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿等有機(jī)溶劑，基本不溶于水；和糖成苷后極性顯著增大，易溶于甲醇和乙醇中，幾乎不溶于乙醚、苯、氯仿等極性較小的溶劑。在蒽醌類(lèi)成分的超臨界CO2流體萃取中，不同濃度的乙醇常被選為夾帶劑。在何首烏藥材蒽醌類(lèi)成分超臨界CO2流體萃取工藝研究中[11]，加乙醇為夾帶劑總蒽醌提取量遠(yuǎn)高于未加夾帶劑提取量，且加入180 mL 75%乙醇提取量最多，為未加夾帶劑提取量的5.1倍。通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)選的最佳萃取工藝條件為：以75%乙醇為夾帶劑，萃取溫度40 ℃，萃取壓力20 MPa，萃取時(shí)間1 h，夾帶劑用量為藥材量的1.8倍，在該條件下總蒽醌的提取率明顯高于傳統(tǒng)的煎煮法和回流法。謝偉雪等[12]的研究表明，以無(wú)水乙醇為夾帶劑超臨界CO2萃取大黃中游離蒽醌的最佳萃取條件為萃取溫度50 ℃，萃取壓力30 MPa，靜萃取時(shí)間30 min，動(dòng)萃取時(shí)間15 min，CO2流量為6 mL/min，夾帶劑用量0.2 mL/g，靜態(tài)加入，在此條件下大黃中游離蒽醌類(lèi)成分的提取率為1.12%。肖飛等[13]的研究表明，采用超臨界CO2流體萃取大黃總蒽醌，如不加夾帶劑則無(wú)法收集到萃取物，而以2倍藥材量的95%乙醇作為夾帶劑，萃取壓力18 MPa，萃取溫度60 ℃，萃取物中總蒽醌含量為8.39 mg/g，總蒽醌轉(zhuǎn)移率為33.83%，萃取物收率為2.65%。

1.3 香豆素類(lèi)成分的萃取

游離香豆素不溶于冷水，易溶于甲醇、乙醇、氯仿、乙醚等有機(jī)溶劑，香豆素苷溶于水、甲醇、乙醇，難溶于氯仿、乙醚。乙醇常作為夾帶劑應(yīng)用于超臨界CO2萃取香豆素類(lèi)成分。在補(bǔ)骨脂中香豆素類(lèi)成分超臨界CO2萃取工藝研究中[14]，以補(bǔ)骨脂素和異補(bǔ)骨脂素萃取率為指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)加入了乙醇夾帶劑比不加夾帶劑的萃取效果好，靜態(tài)加入夾帶劑比動(dòng)態(tài)加入效果好?？疾觳煌瑵舛鹊囊掖紝?duì)萃取效果的影響，結(jié)果表明無(wú)水乙醇的效果最佳。通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)選的最佳工藝條件為：以1.5倍量無(wú)水乙醇為夾帶劑，靜態(tài)加入，萃取溫度65 ℃，萃取壓力20 MPa，萃取時(shí)間2 h，補(bǔ)骨脂素和異補(bǔ)骨脂素轉(zhuǎn)移率分別達(dá)到75.12%和72.29%。周黎明等[15]以總香豆素得率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用星點(diǎn)設(shè)計(jì)—效應(yīng)面法優(yōu)化白芷中總香豆素萃取工藝條件，結(jié)果表明其最佳工藝條件為：萃取溫度54 ℃，萃取時(shí)間97 min，乙醇夾帶劑濃度43%，總香豆素得率為0.212%，與預(yù)測(cè)值相比偏差為-2.42%。

1.4 萜類(lèi)成分的萃取

萜類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，親脂性強(qiáng)，在醇和脂溶性有機(jī)溶劑中易溶，但具有苷的萜類(lèi)水溶性增加，能溶于熱水，易溶于甲醇、乙醇，不溶于親脂性有機(jī)溶劑。在超臨界CO2萃取某些萜類(lèi)化合物時(shí)，應(yīng)用乙醇作為夾帶劑也取得不錯(cuò)的效果。李國(guó)章等[16]比較了乙醇、丙酮、正辛烷3種不同夾帶劑對(duì)丹參中的丹參酮I、丹參酮IIA、隱丹參酮超臨界CO2流體萃取的影響，結(jié)果表明萃取釜溫度為45 ℃，壓力為25 MPa，分離釜I的溫度為35 ℃，壓力為5.5 MPa，萃取時(shí)間2 h，夾帶劑動(dòng)態(tài)加入，以95%乙醇為夾帶劑的萃取效果最好。孫紅梅等[17]認(rèn)為以95%乙醇為夾帶劑，夾帶劑總量和單次加入夾帶劑量對(duì)超臨界CO2萃取丹參中丹參酮ⅡA的萃取結(jié)果有顯著影響；以95%乙醇為夾帶劑，在萃取溫度65 ℃，萃取壓力35 MPa，解析溫度45 ℃，解析壓力6 MPa的條件下，萃取時(shí)間3 h，夾帶劑總用量為藥材量的2倍，每隔0.5 h加入一次夾帶劑，單次加入量分別是藥材量的0.5、0.4、0.4、0.4、0.2、0.1倍的條件下丹參酮ⅡA提取率在90%以上，丹參酮ⅡA在藥渣中殘留率僅6%左右。超臨界CO2流體提取川楝子中川楝素的研究表明在萃取溫度45 ℃，萃取壓力30 MPa，萃取時(shí)間4 h，原藥材粒徑24目，以75%乙醇為夾帶劑的提取效果最好，川楝素的提取率為0.522%[18]。陸慧等[19]優(yōu)選了超臨界CO2流體萃取白花蛇舌草三萜類(lèi)成分的最佳工藝條件為：以95%乙醇為夾帶劑，萃取壓力15 MPa，萃取溫度40 ℃，萃取時(shí)間1.5 h，夾帶劑用量2.0 mL/g；并采用MTT法測(cè)定白花蛇舌草不同提取工藝的提取物對(duì)A549細(xì)胞增殖的影響，結(jié)果表明超臨界CO2流體萃取物能有效抑制A549細(xì)胞的增殖。

1.5 生物堿類(lèi)成分的萃取

一般超臨界CO2難于直接提取極性較大的生物堿類(lèi)成分，通常要加入少量極性溶劑，以改善萃取效果。生物堿的溶解度與分子中N原子的存在形式、極性基團(tuán)的數(shù)目以及溶劑等相關(guān)，大多能溶于乙醇，因而以乙醇為超臨界CO2流體萃取生物堿的夾帶劑是不錯(cuò)的選擇。在超臨界CO2流體萃取荷葉總生物堿的研究中[20]，以無(wú)水乙醇為夾帶劑，動(dòng)態(tài)加入，萃取溫度55 ℃，萃取壓力20 MPa，夾帶劑流速0.2 mL/min，萃取時(shí)間2 h，荷葉總生物堿得率為318.45 μg/g，高于傳統(tǒng)的溶劑回流提取法。張玉紅等[21]認(rèn)為，超臨界CO2萃取黃檗中小檗堿過(guò)程中加入夾帶劑可顯著提高小檗堿的提取率，并能增加萃取產(chǎn)品的純度；不同夾帶劑萃取效果大小為乙醇>甲醇>氯仿>丙酮>乙酸乙酯，都遠(yuǎn)大于無(wú)夾帶劑組的提取率；通過(guò)優(yōu)化提取工藝條件為：以體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇為夾帶劑，萃取壓力25 MPa，萃取溫度50 ℃，萃取時(shí)間60 min，此條件下小檗堿的提取率可達(dá)67.56%。

在超臨界CO2萃取生物堿過(guò)程中有的原料需先用堿處理后再進(jìn)行萃取，可取得理想的效果。王麗杰等[22]將平貝母粉用2%氨水堿化處理后，運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)選出超臨界CO2萃取平貝總堿的最佳工藝條件為：動(dòng)態(tài)加入以95%乙醇為夾帶劑，萃取壓力22 MPa，萃取溫度48℃，夾帶劑用量323 mL，該條件下平貝總堿萃取率高達(dá)94.55%。

1.6 聚乙炔醇類(lèi)成分的萃取

人參須根中人參炔醇的超臨界CO2提取研究結(jié)果表明：以95%乙醇為夾帶劑，動(dòng)態(tài)加入，萃取溫度45 ℃，萃取壓力30 MPa，萃取時(shí)間80 min，人參炔醇萃取率為0.459‰，優(yōu)于傳統(tǒng)有機(jī)溶劑提取法[23]。

1.7 其他成分的萃取

在一些酚類(lèi)和醇成分的超臨界CO2萃取工藝中，乙醇也被用作夾帶劑。如在丁香中丁香酚的超臨界CO2萃取工藝中，以體積分?jǐn)?shù)90%乙醇為夾帶劑，萃取壓力25 MPa，萃取溫度55 ℃，萃取時(shí)間1 h，夾帶劑流量0.04 mL/min，藥粉粒徑100目，丁香酚萃取率可達(dá)到17.41%[24]。超臨界CO2萃取廣藿香中百秋里醇的工藝研究表明：以體積分?jǐn)?shù)90%乙醇為夾帶劑，萃取壓力22 MPa，萃取溫度40 ℃，夾帶劑流量0.07 mL/min，在該條件下百秋里醇提取率為1.88%，與預(yù)測(cè)值的相對(duì)誤差為1.57%[25]。

2 乙醇夾帶劑在超臨界CO2萃取中草藥活性成分中的局限性

許多中草藥成分的超臨界CO2萃取選擇不同濃度乙醇作夾帶劑，均取得了較好的效果。但必須指出的是乙醇作夾帶劑也存在一定的局限性，如人參皂苷Rh1、人參皂苷Rh2的超臨界CO2萃取，用乙醇作夾帶劑無(wú)法萃取，而乙酸乙酯則效果不錯(cuò)[26]。麥冬中高異黃酮類(lèi)物質(zhì)的超臨界CO2萃取，單獨(dú)用乙醇或乙酸乙酯作夾帶劑效果均不好，使用乙醇與乙酸乙酯（2∶1）混合夾帶劑，則總高異黃酮的萃取率明顯高于傳統(tǒng)溶劑提取法[27]。

3 小結(jié)與展望

選擇合適的夾帶劑能明顯提高超臨界CO2萃取的效能和應(yīng)用范圍。由于夾帶劑應(yīng)用的基礎(chǔ)理論研究不夠深入，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)尚需進(jìn)一步積累，可預(yù)測(cè)性差，還不能為選擇夾帶劑提供可靠的依據(jù)，研究中往往只能在試驗(yàn)中去不斷摸索，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

乙醇是具有強(qiáng)烈親核加成性質(zhì)的極性物質(zhì)[28]，其主要作用機(jī)理可能為：與被萃取物質(zhì)形成氫鍵或與被萃取物質(zhì)分子間的范德華力（色散力、誘導(dǎo)力和取向力）作用，在增加了萃取溶劑極性的同時(shí)也增加了被萃取物極性，從而增大了一些弱極性物質(zhì)的溶解度，提高了萃取率?；痉蟽?yōu)良的溶劑也是優(yōu)良的夾帶劑這一規(guī)律。

總之，超臨界CO2萃取技術(shù)作為一種新興技術(shù)，與傳統(tǒng)提取分離技術(shù)相比，具有提取溫度低、提取時(shí)間短、活性成分破壞少、弱極性成分萃取率高等優(yōu)點(diǎn)，在植物油脂提取、中草藥有效成分提取、食品、化工、香料等多個(gè)方面都得到了廣泛的應(yīng)用。隨著人們對(duì)超臨界CO2萃取中夾帶劑作用機(jī)理及規(guī)律研究的不斷深入，有望開(kāi)發(fā)出高效低毒的新型夾帶劑，進(jìn)一步擴(kuò)大超臨界CO2萃取技術(shù)的應(yīng)用范圍，這必將為中草藥資源開(kāi)發(fā)與利用產(chǎn)生重大的促進(jìn)作用。

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