1、亞臨界水萃取及其應用,河南省亞臨界萃取工程技術 研究中心 ,亞臨界水又稱超加熱水、高壓熱水或熱液態水，是指在一定的壓力下，將水加熱到100以上臨界溫度374以下的高溫，水體仍然保持在液體狀態。亞臨界狀態下流體微觀結構的氫鍵、離子水合、離子締合、簇狀結構等發生了變化，因此亞臨界水的物理、化學特性與常溫常壓下的水在性質上有較大差別。常溫常壓下水的極性較強，亞臨界狀態下，隨著溫度的升高，亞臨界水的氫鍵被打開或減弱，從而使水高到低萃取出來。這樣就可以通過控制亞臨界水的溫度和壓力，使水的極性在較大范圍內變化，從而實現天然產物中有效成分從水溶性成分到脂溶性成分的連續提取，并可實現選擇性提取。此外，由于亞臨

2、界水萃取是以價廉、無污染的水作為萃取劑，因此，亞臨界水萃取技術被視為綠色環保、前景廣闊的一項變革性技術。,亞臨界水參數 水的臨界壓力及臨界溫度分別為221 MPa和374，在f374，p221 MPa條件下，水的介電常數為515。在比3742和221MPa稍微低一些的低溫壓下成液體狀態的水稱為“亞臨界水”，英文為：subcritical water。,亞臨界水萃取應用 亞臨界水萃取技術是近10年來剛剛發展起來的新型技術，該技術最早應用于土壤、沉積物、淤泥等環境樣品中有機污染物的萃取。1998年，英國的Basile等第一次用超加熱水提取迷迭香葉子中的揮發油，隨后，該技術逐步被應用于其他天然產物及

3、食品的萃取中。由于技術優勢明顯，該技術很快作為從天然產物中萃取有效成分的新方法而得以迅速發展。,丸散膏丹，傻大黑粗？,一、現代中藥的傳統提取技術,浸漬法 冷浸，雜質少，簡便易行 費時、浸出率低 滲漉法：冷浸，雜質少 煎煮法：水提取，最傳統的中藥提取方法 回流提取法：最常用 動態連續提取法 實驗室：索氏提取器，多用于分析 工業生產：多功能濃縮提取器,二、較新的提取技術,連續逆流萃提取 (continuous countercurrent extraction, CCE) 微波萃取 (microwave-assisted extraction, MAE) 超聲提取 (ultrasound-assi

4、sted extraction, UAE) 液泛法提取 (flooding extraction, FE) 壓榨提取 (press extraction, PE) 組織破碎提取法 (smashing tissue extraction, STE) 免加熱提取 (heating-free extraction, HFE) 空氣爆破提取 (air explosion extraction, AEE) 常溫超高壓提取 (ultra-high pressure extraction, UHPE) 酶法提取 (enzymatic treatment extraction, ETE) 半仿生提取 (sem

5、i-bionic extraction, SBE) 超臨界流體萃取 (supercritical fluid extraction, SFE),1、連續逆流萃提取 (CCE),特點 使萃取劑與藥材在設備內接觸并呈逆向流動 任意一個截面上的傳質推動力都是最大的 優點 提取速度快 收率高 無反混現象 連續運行 可結合離心、超聲等技術 技術已經成熟 缺點 對藥材物性形狀粒度要求較高 清洗問題沒有徹底解決,2、微波萃取技術 (MAE),原理 在微波場中,吸收微波能力的差異使物質的某些區域萃取體系中的某些組分被選擇性加熱 從而,使得被萃取物質從基體或體系中分離,進入到介電常數較小,吸收能力相對差的萃取劑

6、中 優點 選擇性高 操作時間短 溶劑消耗量少 有效成分得率高 不產生噪音 適用于熱不穩定物質 影響微波萃取效率的因素 萃取劑：之為非極性或弱極性的,如己醇、己烷等 藥材含水量：吸收微波升溫,3、超聲提取技術 (UAE),原理 利用超聲波的空化作用加速植物有效成分的溶出 超聲波的次級效應，如機械振動、乳化、擴散、擊碎、化學效應等也能加速要提取成分的擴散釋放并與溶劑充分混合 優點 提取時間短 提出率相對較高、純度較高 低溫提取利于有效成分保護 缺點： 對容器厚薄及位置要求較高，否則影響藥材浸出效果 現狀：該法已用于小規模少量提取中,4、液泛法,原理 利用溶劑蒸汽，增加液相湍動，提高溶質擴散速率 因

7、為不斷有冷凝液加入，保持了溶質與溶劑間的濃度梯度，明顯提高了相間的傳質推動力 與索氏提取器的區別 缺點 需要較高溫度,1. 三口燒瓶 2. 止回閥 3. 緩沖瓶 4. 虹吸管 5. 支管 6. 反應管 7. 冷凝管 8. 篩板,5、壓榨提取 (PE),靠機械外力的作用直接擠壓植物組織,使細胞破裂,液體(油脂或汁液) 流出 適用于多汁液或多油脂的植物 柑桔籽油、柑桔皮、沙棘籽油、芹菜黃酮、山蒼子油、溫莪術揮發油等 與傳統溶劑萃取等方法相比 不需溶劑,保持原汁原味,避免溶劑殘留,產物更安全;壓榨速度快,生產效率高 壓榨工序少,操作簡單,減少后處理工序 與超臨界萃到相比 生產設備簡易,造價低 可進行

8、連續生產,螺旋式壓榨提高工作效率 加工能力強,生產成本低,6、組織破碎提取技術,原理：通過對植物材料在適當的溶劑中,充分破碎而達到提取的目的 優點 操作簡單，避免高溫加熱 提取時間極短 缺點 提取物收率不是最高 研究數據積累不夠 現狀 已有中試型產品 要應用于大生產,還需進一步研究 可靈活應用：破碎滲濾,7、免加熱提取 (HFE),原理： 對溶媒施加交變壓強強制植物細胞形狀改變細胞在擠壓和擴張中溶劑反復滲入、滲出有效成分置換到細胞外 優點：常溫或低溫條件下進行 缺點：操作復雜化和設備安全問題,8、空氣爆破法,藥材組空氣：壓縮突然減壓 “爆米花” 沖破植物細胞壁，撕裂植物組織，利于溶劑滲入藥材內

9、部 來源：造紙工業的制漿工藝 適用：多纖維藥材 不宜用于短纖維和高含淀粉的藥材,9、常溫超高壓提取 (UHPE),原理 常溫下用1001 000 MPa 的流體靜壓力作用于事先預處理(干燥、粉碎、脫脂、浸泡) 過的藥材(即升壓階段,一般幾分鐘) 保壓一段時間(即保壓階段,一般幾分鐘) ,使細胞內外壓力達到平衡 然后迅速卸壓(即卸壓階段,一般幾秒鐘) 使細胞內外滲透壓力差突然增大,胞內有效成分穿過細胞的各種膜,轉移到細胞外的提取液中,達到提的目的 優點：效率高、提取時間短、低溫 缺點：高壓設備昂貴,10、酶法,雜質：淀粉、果膠、蛋白質，酶水解除去 細胞壁是由纖維素(-D-葡萄糖苷鍵連接)，用纖維

10、素酶破壞糖苷鍵，破壞細胞壁 例：纖維素酶、果膠酶和蛋白酶按一定比例組成的復合酶提取姬松子實體多糖,11、半仿生提取法(SBE),模擬口服給藥經胃腸道轉運的原理 藥料先用一定pH 的酸水提取，繼以一定pH 的堿水提取 體現中醫臨床用藥的綜合作用特點，符合口服給藥經胃腸道轉運吸收的原理 仍用高溫煎煮法，長時同高溫煎煮會影響許多有效活性成分，降低藥效 有人建議將提取溫度改為近人體的溫度，并且引進酶催化,12、超臨界液體萃取技術(SFE),原理：在液氣臨界點附近，體系溫度和壓力微小的變化可導致溶解度發生幾個數量級的突變 優點：同時完成萃取和蒸餾兩步操作，分離效率高，操作周期短，滲透力強，蒸發潛熱低，選

11、擇性易于調節 超臨界CO2(SFE-CO2)萃取技術優點： CO2臨界度低(31.1，7.1 Mpa)可常溫操作 化學隋性，可有效防止熱敏、化學不穩定成分氧化分解 無毒，無溶劑殘留 價廉易得，安全 適用：主要用于脂溶性物質的提取,關于超臨界CO2的溶解能力,非極性溶劑 壓力：壓力密度滲透性、溶解力 弱極性化合物：710 MPa 含OH、COOH化合物：50 MPa 夾帶劑：乙醇等極性強的溶劑,增加對極性物質的溶解能力 溫度 壓力較低時 (2845 Mpa)：T溶解力 壓力較高時 2845 Mpa：T溶解力,提取罐，CO2密度大，溶解力強,分離罐，通過升溫或降壓使CO2密度減小，溶解力下降,SF

12、E設備,SFE在非極性成分提取中的應用,對中等極性物質，需要加入夾帶劑,對較大極性物質 多糖、皂苷、黃酮苷等 SFE無能為力!,三、亞臨界水提取,Subcritical Water Extraction，SBWE 升高水的溫度和壓力 水的極性降低 (介電常數10) 對脂溶性組分溶解能力增加 對中等極性乃至非極性的組分具有良好的提取能力 SBWE是SFE的最好補充,超臨界流體/亞臨界流體,臨界溫度 使物質由氣相變為液相的最高溫度叫臨界溫度 在這個溫度以上，無論怎樣增大壓強，氣態物質不會液化 臨界壓力 在臨界溫度時使氣體液化所需要的最小壓力 超臨界流體 溫度及壓力處于臨界溫度及臨界壓力以上的流體,

13、它的物理性質介于氣體和液體之間 (基本屬于氣體) 亞臨界流體 是指壓力和 (或) 溫度在其臨界值之下的附近區域的液體,亞臨界CO2萃取,超臨界CO2萃取技術 萃取壓力高 設備投資大 儀器運行消耗的能源和CO2費用高 亞臨界CO2萃取技術 降低設備投資和生產成本,八角果實及枝葉亞臨界CO2萃取揮發油化學成分的GC-MS分析 中國中藥雜志，2008，33 (9)：1090-2,超臨界水/亞臨界水,超臨界水 (Supercritical Water, SCW) 產生條件苛刻 (Tc=374,Pc=218atm) 具腐蝕性，會使一些化合物分解 無法當作一種萃取劑使用 亞臨界水 (Subcritical

14、 Water, SBW) 條件較溫和 (T：50250,適當壓力) 具有較低的極性 可以用亞臨界水代替乙醇和甲醇,亞臨界水的極性,SBWE設備,食品科技. 2010, 35 (3): 215-8,SBWE: “環境友好”的綠色提取技術,SBWE應用實例,丹參脂溶性成分 有機溶劑提取 (OSE): 95% EtOH (1.5, 1.5, 2hr) SBWE: 180, 5MPa, 2min6 (12 min),丹參酮A,丹參酮A,OSE,SBWE,黃芩苷,OSE: 70%乙醇 SBWE 130，5MPa,OSE,SBWE,大黃中游離蒽醌,OSE 乙醚 SBWE 190（230），5MPa,OSE

15、,SBWE 190,SBWE 230,黃連生物堿,小檗堿、巴馬汀、黃連堿和藥根堿 SBWE最佳條件 溶劑樣品比為0. 08 mlmg- 1 140、5MPa提取5 min2,華西藥學雜志. 2008, 23 (6): 675-6,SBWE與其它提取技術的合用,SBWE+UAE 脫脂葡萄籽中原花青素 145 提取壓力14MPa 提取時間18 min 得率為4.08%,中國中藥雜志. 2010, 35 (8): 967-72,超聲波換能器,SBWE+MAE,利用MAE的對水加熱特性 紅景天多糖的微波- 亞臨界水法提取 儀器：微波消解儀、SC-60 單體消解罐、XY-I 型消解罐冷卻機，上海新儀微波

16、化學科技有限公司 最佳條件 微波功率600 W 料液比130 提取時間11 min 壓強1.0 MPa 紅景天多糖的含量：14.01 ,食品研究與開發. 2010, 31 (2): 45-7,四、亞臨界水色譜,亞臨界水可作為RP-LC的流動相 水的程序升溫能起到與LC梯度洗脫類似的作用。,壓力阻尼調整,常規HPLC系統,GC程序升溫裝置,1、關于檢測器,UV 水在UV低波長下吸收弱 對一般樣品的檢測波長能夠低至190 nm FID 水在氫火焰離子化檢測器 (FID)上無響應，可用 為HPLC 提供了一種通用型高靈敏檢測器,2、關于色譜柱選擇,空心毛細管柱 為GC中所采用的色譜柱，固定相為涂敷形式 更具耐熱性 但柱容量小，固定液易流失 填充柱 硅膠基質固定相 ODS等 但耐熱性差，固定液易流失 鋯或其他金屬氧化物基質固定相 具有更好的熱穩定性