亚临界水提取装置技术

南通仪创实验仪器有限公司

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一、现代中药的传统提取技术

浸渍法– 冷浸，杂质少，简便易行– 费时、浸出率低

渗漉法：冷浸，杂质少 煎煮法：水提取，最传统的中

药提取方法 回流提取法：最常用 动态连续提取法

– 实验室：索氏提取器，多用于分析

– 工业生产：多功能浓缩提取器

二、较新的提取技术

1. 连续逆流萃提取 (continuous countercurrent extraction, CCE)2. 微波萃取 (microwave-assisted extraction, MAE)3. 超声提取 (ultrasound-assisted extraction, UAE)4. 液泛法提取 (flooding extraction, FE)5. 压榨提取 (press extraction, PE)6. 组织破碎提取法 (smashing tissue extraction, STE)7. 免加热提取 (heating-free extraction, HFE)8. 空气爆破提取 (air explosion extraction, AEE)9. 常温超高压提取 (ultra-high pressure extraction, UHPE)10. 酶法提取 (enzymatic treatment extraction, ETE)11. 半仿生提取 (semi-bionic extraction, SBE)12. 超临界流体萃取 (supercritical fluid extraction, SFE)

1 、连续逆流萃提取 (CCE)

特点– 使萃取剂与药材在设备内接触并呈逆向流动– 任意一个截面上的传质推动力都是最大的

优点– 提取速度快– 收率高– 无反混现象– 连续运行– 可结合离心、超声等技术– 技术已经成熟

缺点– 对药材物性形状粒度要求较高– 清洗问题没有彻底解决

2 、微波萃取技术 (MAE)

原理– 在微波场中 , 吸收微波能力的差异使物

质的某些区域萃取体系中的某些组分被选择性加热

– 从而 , 使得被萃取物质从基体或体系中分离 , 进入到介电常数较小 , 吸收能力相对差的萃取剂中

优点– 选择性高– 操作时间短– 溶剂消耗量少– 有效成分得率高– 不产生噪音– 适用于热不稳定物质

影响微波萃取效率的因素– 萃取剂：之为非极性或弱极性的 , 如己

醇、己烷等– 药材含水量：吸收微波升温

3 、超声提取技术 (UAE)

原理– 利用超声波的空化作用加速植物有效

成分的溶出– 超声波的次级效应，如机械振动、乳

化、扩散、击碎、化学效应等也能加速要提取成分的扩散释放并与溶剂充分混合

优点– 提取时间短– 提出率相对较高、纯度较高– 低温提取利于有效成分保护

缺点：– 对容器厚薄及位置要求较高，否则影

响药材浸出效果

现状：该法已用于小规模少量提取中

4 、液泛法

原理– 利用溶剂蒸汽，增加液相湍动，提

高溶质扩散速率– 因为不断有冷凝液加入，保持了溶

质与溶剂间的浓度梯度，明显提高了相间的传质推动力

与索氏提取器的区别

缺点– 需要较高温度

1. 三口烧瓶2. 止回阀3. 缓冲瓶4. 虹吸管5. 支管6. 反应管7. 冷凝管8. 筛板

5 、压榨提取 (PE)

靠机械外力的作用直接挤压植物组织 , 使细胞破裂 , 液体 (油脂或汁液 ) 流出

适用于多汁液或多油脂的植物– 柑桔籽油、柑桔皮、沙棘籽油、芹菜黄酮、山苍子油、温莪术挥发油等

与传统溶剂萃取等方法相比– 不需溶剂 , 保持原汁原味 ,避免溶剂残留 , 产物更安全 ; 压榨速度快 ,

生产效率高– 压榨工序少 , 操作简单 ,减少后处理工序

与超临界萃到相比– 生产设备简易 ,造价低– 可进行连续生产 ,螺旋式压榨提高工作效率– 加工能力强 , 生产成本低

6 、组织破碎提取技术

原理：通过对植物材料在适当的溶剂中 , 充分破碎而达到提取的目的

优点– 操作简单，避免高温加热– 提取时间极短

缺点– 提取物收率不是最高– 研究数据积累不够

现状– 已有中试型产品– 要应用于大生产 ,还需进一步研究

– 可灵活应用：破碎→渗滤

7 、免加热提取 (HFE)

原理：– 对溶媒施加交变压强→强制植物细胞形状改变→细胞在挤压和扩张中溶剂反复渗入、渗出→有效成分置换到细胞外

优点：常温或低温条件下进行 缺点：操作复杂化和设备安全问题

8 、空气爆破法

药材组空气：压缩→突然减压 “爆米花”– 冲破植物细胞壁，撕裂植物组织，利于溶剂渗入药

材内部– 来源：造纸工业的制浆工艺

适用：多纤维药材 不宜用于短纤维和高含淀粉的药材

9 、常温超高压提取 (UHPE)

原理– 常温下用 100 ～ 1 000 MPa 的流体静压力作用于事先预处理 (干燥、粉碎、脱脂、浸泡 ) 过的药材 (即升压阶段 , 一般几分钟 )

– 保压一段时间 (即保压阶段 , 一般几分钟 ) , 使细胞内外压力达到平衡

– 然后迅速卸压 (即卸压阶段 , 一般几秒钟 ) 使细胞内外渗透压力差突然增大 ,胞内有效成分穿过细胞的各种膜 ,转移到细胞外的提取液中 ,达到提的目的

优点：效率高、提取时间短、低温 缺点：高压设备昂贵

10 、酶法

杂质：淀粉、果胶、蛋白质，酶水解除去细胞壁是由纤维素 (β-D-葡萄糖苷键连接 ) ，

用纤维素酶破坏糖苷键，破坏细胞壁

例：纤维素酶、果胶酶和蛋白酶按一定比例组成的复合酶提取姬松子实体多糖

11 、半仿生提取法 (SBE)

模拟口服给药经胃肠道转运的原理 药料先用一定 pH 的酸水提取，继以一定 pH

的碱水提取– 体现中医临床用药的综合作用特点，符合口服给药

经胃肠道转运吸收的原理– 仍用高温煎煮法，长时同高温煎煮会影响许多有效活性成分，降低药效

有人建议将提取温度改为近人体的温度，并且引进酶催化

12 、超临界液体萃取技术 (SFE)

原理：在液气临界点附近，体系温度和压力微小的变化可导致溶解度发生几个数量级的突变

优点：同时完成萃取和蒸馏两步操作，分离效率高，操作周期短，渗透力强，蒸发潜热低，选择性易于调节

超临界 CO2(SFE-CO2) 萃取技术优点：– CO2 临界度低 (31.1℃ ， 7.1 Mpa) 可常温操作– 化学隋性，可有效防止热敏、化学不稳定成分氧化分解– 无毒，无溶剂残留– 价廉易得，安全

适用：主要用于脂溶性物质的提取

关于超临界 CO2 的溶解能力

非极性溶剂 压力：压力↑→密度↑→渗透性、溶解力↑

– 弱极性化合物： 7~10 MPa– 含 OH 、 COOH 化合物： ~50 MPa

夹带剂：乙醇等极性强的溶剂 , 增加对极性物质的溶解能力 温度

– 压力较低时 (28~45 Mpa) ： T↑→ 溶解力↓– 压力较高时 >28~45 Mpa ： T↑→ 溶解力↑

提取罐， CO2密度大，溶解力强

SFE 设备

SFE 在非极性成分提取中的应用

对中等极性物质，需要加入夹带剂

对较大极性物质多糖、皂苷、黄酮苷等SFE 无能为力 !

三、亚临界水提取

Subcritical Water Extraction ， SBWE– 升高水的温度和压力– 水的极性降低 ( 介电常数 ε<10)– 对脂溶性组分溶解能力增加– 对中等极性乃至非极性的组分具有良好的提取能力

SBWE 是 SFE 的最好补充

超临界流体 / 亚临界流体

临界温度– 使物质由气相变为液相的最高温度叫临界温度– 在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化

临界压力– 在临界温度时使气体液化所需要的最小压力

超临界流体– 温度及压力处于临界温度及临界压力以上的流体 ,它的物理性质介于

气体和液体之间 ( 基本属于气体 )

亚临界流体– 是指压力和 ( 或 ) 温度在其临界值之下的附近区域的液体

亚临界 CO2 萃取

超临界 CO2 萃取技术– 萃取压力高– 设备投资大– 仪器运行消耗的能源和 CO2 费用高

亚临界 CO2 萃取技术– 降低设备投资和生产成本

八角果实及枝叶亚临界 CO2 萃取挥发油化学成分的 GC-MS 分析中国中药杂志， 2008 ， 33 (9) ： 1090-2

超临界水 / 亚临界水

超临界水 (Supercritical Water, SCW)– 产生条件苛刻 (Tc=374 ,Pc=218atm)℃– 具腐蚀性，会使一些化合物分解– 无法当作一种萃取剂使用

亚临界水 (Subcritical Water, SBW)– 条件较温和 (T ： 50 ～ 250 ,℃ 适当压力 )– 具有较低的极性– 可以用亚临界水代替乙醇和甲醇

亚临界水的极性

溶剂 ε( 常温常压 ) T ( )℃ 水的 ε(P=5 Mpa)

正已烷 1.89 50 71

环已烷 2.02 100 56

苯 2.27 150 45

CH2Cl2 8.93 200 35

丁酮 18.51 250 27

丙酮 20.7 300 22

甲醇 33 400 8

乙腈 37.5 超临界水(T>374 , P>22.1M ℃

Pa)

5~15

水 80

SBWE 设备

SBWE: “环境友好”的绿色提取技术

SBWE 应用实例

丹参脂溶性成分– 有机溶剂提取 (OSE):

95% EtOH (1.5, 1.5, 2hr)– SBWE: 180 , 5MPa, ℃

2min×6 (12 min)

丹参酮Ⅱ A

丹参酮Ⅱ A

黄芩苷

OSE:– 70%乙醇

SBWE– 130℃ ， 5MPa

OSE

SBWE

大黄中游离蒽醌

OSE– 乙醚

SBWE– 190℃ （ 230℃）， 5M

Pa

SBWE190℃

SBWE230℃

黄连生物碱

小檗碱、巴马汀、黄连碱和药根碱 SBWE 最佳条件

– 溶剂样品比为 0. 08 ml·mg- 1

– 140℃ 、 5MPa 提取 5 min×2

SBWE 与其它提取技术的合用

SBWE+UAE 脱脂葡萄籽中原花青素

– 145 ℃– 提取压力 14MPa– 提取时间 18 min– 得率为 4.08%

SBWE+MAE

利用 MAE 的对水加热特性 红景天多糖的微波 - 亚临界水法提取

– 仪器：微波消解仪、 SC-60 单体消解罐、 XY-I 型消解罐冷却机，上海新仪微波化学科技有限公司

– 最佳条件 微波功率 600 W料液比 1 30∶ 提取时间 11 min 压强 1.0 MPa

– 红景天多糖的含量： 14.01 ％

四、亚临界水色谱

亚临界水可作为 RP-LC 的流动相 水的程序升温能起到与 LC梯度洗脱类似的作用。

GC程序升温装置

1 、关于检测器

UV– 水在 UV 低波长下吸收弱– 对一般样品的检测波长能够低至 190 nm

FID– 水在氢火焰离子化检测器 (FID) 上无响应，∴可用– 为 HPLC 提供了一种通用型高灵敏检测器

2 、关于色谱柱选择 空心毛细管柱

– 为 GC 中所采用的色谱柱，固定相为涂敷形式– 更具耐热性– 但柱容量小，固定液易流失

填充柱– 硅胶基质固定相

ODS 等 但耐热性差，固定液易流失

– 锆或其他金属氧化物基质固定相 具有更好的热稳定性

– 石墨化碳固定相 不需表面涂层或修饰 可用于分离那些因亲水性太强，在 C18柱上不保留的物质 可以在 200℃以上应用 但机械强度较差，不耐高压

– 多孔聚合物固定相 如聚苯乙烯 可直接用于反相色谱分离 不需表面涂层或修饰 有很强的疏水保留性，对亲水性较强的化合物也有足够的保留 更适合用于以水为流动相的分离体系 可以在较高的温度和较宽的 pH范围内稳定使用

3 、流动相的洗脱特征

温度– T↑ ，洗脱力增强

压力– 水的极性受压力变化的影响不是很大– P↑ ，洗脱力增强

有机溶剂– 加入：甲醇、乙腈、 DMSO– 可用于分离极性更小的物质

流动相的洗脱特征