超臨界二氧化碳萃取技術在中藥新藥中的應用
 
  http://www.cde.org.cn 發(fā)布時間：2003/10/12 09:45:33 AM
 
超臨界二氧化碳萃取技術
在中藥新藥中的應用

審評一部 韓 煒 周躍華

??超臨界二氧化碳萃取技術產(chǎn)生于二十世紀五十年代,，目前已經(jīng)廣泛應用于食品,、能源、醫(yī)藥,、化妝品及香料工業(yè),。隨著中藥、天然藥物新藥研究的發(fā)展和中藥現(xiàn)代化的不斷深入,，超臨界二氧化碳萃取技術在中藥,、天然藥物活性成分和有效部位的分離和純化中的應用研究越來越多。由于此項技術在我國起步較晚,，在中藥新藥中應用該項技術的品種較少,。為了促進與新藥研制單位的溝通和交流,，共同探討超臨界二氧化碳萃取技術在中藥新藥中應用的相關問題,，我們對超臨界二氧化碳萃取技術在中藥新藥研究中的應用談一些個人的看法，拋磚引玉,，僅供參考,。
一,、超臨界二氧化碳萃取技術在中藥中的應用概況
??超臨界二氧化碳萃取是以超臨界狀態(tài)（溫度31.3℃,，壓力7.15MPa）下的二氧化碳為溶劑,，利用其高滲透性和高溶解能力來提取分離混合物的過程。超臨界狀態(tài)下的二氧化碳,，其密度大幅度增大,導致對溶質溶解度的增加,在分離操作中,可通過降低壓力或升高溫度使溶劑的密度下降,引起其溶解物質能力的下降,可使萃取物與溶劑分離,。與一般液體萃取相比，超臨界二氧化碳萃取的速率和范圍更為擴大,，萃取過程是通過溫度和壓力的調節(jié)來控制與溶質的親和性而實現(xiàn)分離的。
超臨界二氧化碳萃取技術具有環(huán)境良好,、操作安全、不存在有害物殘留,、產(chǎn)品品質高且能保持固有氣味等特點,。從20世紀50年代起已開始進入實驗階段，70年代以來超臨界二氧化碳萃取技術在食品工業(yè)中的應用日趨廣泛，80年代超臨界二氧化碳萃取技術更廣泛地用于香料的提取,。進人90年代后，超臨界二氧化碳萃取技術開始運用于從藥用植物中提取藥用有效成分等,。我國對超臨界流體技術的研究始于20世紀70年代末80年代初，與國外相比雖起步稍晚,，但發(fā)展很快,，在超臨界流體萃取,、精餾,、沉析,、色譜和反應等方面都有研究，涉及了化工,、輕工,、石油、環(huán)保,、醫(yī)藥及食品等行業(yè),，不僅有基礎研究，而且有工藝,、工程開發(fā),。
早在20世紀70年代后期，德國人就采用超臨界二氧化碳萃取技術從黃春菊中萃取出有效活性成分,，產(chǎn)率高于傳統(tǒng)溶劑法,。日本學者用超臨界二氧化碳對蛇床子,、紫草,、甘草等進行提取。發(fā)現(xiàn)蛇床子中呋喃駢香豆精(furocoumarins)超臨界提取的最佳條件是溫度為40℃,，壓力為40MPa,，流速為6L／min，夾帶劑為乙醇,、水或甲醇,。不用夾帶劑的超臨界二氧化碳可將紫草中的紫紅色素提出來，并能從東北甘草或西北甘草中提出甘草素(1iquiritigenin),，但提不出帶有三個酚羥基的異甘草素(isoliquiritigenin),，不用夾帶劑能將甘草查耳酮A(1icochalconeA)提出,，而使用乙醇夾帶劑則可將甘草查耳酮B(1icochalconeB)提出。
我國研究人員用超臨界二氧化碳從丹參中提取丹參酮,，其提取率也比傳統(tǒng)的溶劑法大大提高,。用超臨界二氧化碳從沙棘籽中提取沙棘油，能得到質量高,、無殘毒的沙棘油,，成功地克服了現(xiàn)有提取方法所存在的缺點。紫杉醇是治療卵巢癌的有效藥物,，其惟一來源是紅豆杉屬樹木,，在高壓下并加入夾帶劑后,，從紅豆杉的根皮中用超臨界二氧化碳萃取紫杉醇,，效果優(yōu)于傳統(tǒng)乙醇萃取法,，且選擇性高,。近年來的研究還有：從人參葉中萃取人參皂苷，從蛋黃中萃取卵磷脂,，從當歸中萃取當歸精油,；從砂仁,、薄荷、紫蘇,、大蒜,、補骨脂等藥材中萃取有效成分；從益母草、川芎,、香附等幾十種藥材中萃取有效成分,。
上述研究對推動超臨界二氧化碳萃取技術在中藥新藥中的應用起到了重要的作用，很多成果已進人中試階段,。目前申報的中藥新藥中有當歸,、川芎、新疆紫草種子等,，主要提取揮發(fā)油類物質,。可見,，經(jīng)過多年的研究,，超臨界二氧化碳萃取技術在中藥新藥中的應用已初見端倪。

二,、超臨界二氧化碳萃取技術用于中藥新藥時需關注的問題
?1.適用范圍
??超臨界二氧化碳對不同物質的溶解能力差別較大,，與物質的極性、沸點和相對分子質量有密切的關系,，通過采用純超臨界二氧化碳萃取和夾帶劑改性的超臨界二氧化碳萃取可用于部分中藥品種,，可以萃取出全部的強親脂性成分（如揮發(fā)油、脂肪油,、蠟,、脂溶性色素、甾醇類,、某些苷元）和大部分的親脂性成分（如苷元,、生物堿、樹脂,、醛,、酮、醇,、醌,、有機酸、某些苷類）,，對于中等極性成分（如皂苷,、黃酮苷）或極性更大的成分等只能萃取出很少的部分。
作為一種新方法,，超臨界萃取有其特定的適用范圍,。在選擇中藥的提取方法時,，需考慮有效成分及共存雜質的性質,，考慮方法的成本、能耗、環(huán)保等因素,。一般情況下,，超臨界二氧化碳提取方法比較適合于具有明確生物活性的揮發(fā)油、內酯,、脂肪油等脂溶性成分,，提取極性較大成分時需要添加夾帶劑。對于有效成分不明確的復方制劑一般不宜采用該方法,。
?2. 主要影響因素
??首先應針對欲提取分離的成分進行分析,，確定是否確實適合采用超臨界二氧化碳萃取。此后,，需考慮萃取過程的影響因素,，如二氧化碳的溫度、壓力,、流量,、夾帶劑、萃取時間,；樣品的物理形態(tài),、粒度、黏度等,，包括被萃取物質成分的性質和超臨界二氧化碳所處的狀態(tài)等,。這些影響因素交織在一起使萃取過程變得較為復雜，在中藥新藥研究中需要重點考察,。研究表明二氧化碳壓力在8－200MPa范圍內,，溶質在二氧化碳中的溶解度與二氧化碳的密度相關，而密度又與溫度,、壓力有關,。
萃取的壓力是超臨界二氧化碳萃取過程中最重要的參數(shù)。萃取溫度一定時,，壓力增加,，液體的密度增大，在臨界壓力附近,，壓力的微小變化會引起密度的急劇改變,，而密度的增加將引起溶解度的提高。對于不同的物質,，其萃取壓力有很大的不同,。例如，對于碳氫化合物和酯等弱極性物質,，萃取可在較低壓力下進行,，一般壓力為7～10MPa,；對于含有—OH，—COOH基這類強極性基因的物質以及苯環(huán)直接與—OH,，—COOH基團相連的物質,，萃取壓力要求高一些，而對于強極性的配糖體以及氨基酸類物質,，萃取壓力一般要求50MPa以上才能萃取出來,。有人在研究乳香萃取物時，萃取溫度保持在50℃,，壓力為6MPa時,，乳香萃取物中的主要成分是乙酸辛酯和辛醇，高相對分子質量化合物和乙酸乳香醇酯所占比例很小,，當壓力升至20MPa時,，產(chǎn)物的主要成分是乳香醇和乙酸乳香醇酯，乙酸辛酯僅占3％左右,。
萃取溫度也是影響超臨界二氧化碳萃取的重要參數(shù),。溫度對溶解度的影響存在有利和不利兩種趨勢。一方面,，溫度升高,，超臨界流體密度降低，其溶解能力相應下降,，導致萃取數(shù)量的減少,；但另一方面，溫度升高使被萃取溶質的揮發(fā)性增加,，這樣就增加了被萃取物在超臨界氣相中的濃度,，從而使萃取數(shù)量增大。通過實驗,，人們還發(fā)現(xiàn)溫度對溶解度的影響還與壓力有密切的關系：在壓力相對較低時(45～28MPa這個范圍以下),，溫度升高溶解度降低；而在壓力相對較高時(45～28Mpa以上——此壓力數(shù)值的大小與物質的品種有關),，溫度升高二氧化碳的溶解能力提高,。
??流量的選擇需要和大生產(chǎn)的實際情況結合起來考察，在提取成分基本一致的情況下,，考慮大生產(chǎn)時的生產(chǎn)成本,，選擇較為適合的二氧化碳流量。
??超臨界流體萃取的溶劑大多數(shù)是非極性或弱極性,，對親脂類物質的溶解度較大,，對較大極性的物質溶解度較小。針對這一問題,，在純的超臨界流體如超臨界二氧化碳中加入一定量的極性成分(即夾帶劑)可顯著地改變超臨界二氧化碳流體的極性,，拓寬其適用范圍,。如丹參中的丹參酮難溶于二氧化碳流體，在二氧化碳中添加一定量的95％乙醇可大大增加其溶解度,。
樣品的性質：藥材的物理形態(tài)、粒度,、黏度等等對超臨界流體萃取的效果有明顯影響,。
目前申報的中藥新藥品種在因素考察方面存在以下問題：參數(shù)不明確，研究資料簡單而粗糙,，影響因素的交互作用未考慮,，對萃取條件與萃取物的成分種類和含量之間的關系未考察（大多依據(jù)參考文獻確定萃取條件）等等。與采用傳統(tǒng)提取方法申報的中藥新藥相比,，申報資料差異較大,，這可能與研究單位對超臨界二氧化碳的研究水平與生產(chǎn)實踐水平有關。
?3.與生產(chǎn)相關的問題
??目前,，我國超臨界萃取的設備規(guī)模相對較小,、生產(chǎn)成本較高，一般用于附加值較高的產(chǎn)品,。對于體積較大的花類,、葉類藥材，采用小體積的罐提取不夠經(jīng)濟,。采用超臨界二氧化碳萃取技術應重視中試條件的摸索,，小試優(yōu)選的工藝參數(shù)在大生產(chǎn)時往往有改動，尤其是壓力,，大生產(chǎn)時往往不能確定在某一點上,，然而工藝參數(shù)的改變直接影響到萃取物中所含成分的種類和數(shù)量，最終影響療效,。此外,，建議關注大生產(chǎn)時所用密封圈、高壓泵的選擇,，并注意更換品種時設備的清洗等,。

三、結語
??超臨界二氧化碳萃取技術具有常溫,、無毒,、環(huán)保、使用安全簡便,、萃取時間短,、產(chǎn)品質量高等特點。已經(jīng)在中藥有效成分的提取中顯示出其獨特的優(yōu)勢,。但對于具體新藥品種而言,，需要考慮該成分是否適合采用超臨界二氧化碳萃取,，考慮成本、設備等問題,。超臨界二氧化碳萃取技術的發(fā)展,，為中藥新藥的生產(chǎn)提供了一種新的技術，為中藥的現(xiàn)代化提供了一種新的手段,。相信在不久的將來,，隨著研究的深入，超臨界二氧化碳萃取技術的適用范圍會進一步擴展,，相關設備成本會進一步降低,，超臨界二氧化碳萃取技術在中藥新藥的開發(fā)中將有著良好的前景。