超临界流体萃取技术在制药领域中的应用

超临界流体萃取技术在制药领域中的应用摘要：在广泛文献检索的基础上，对超临界流体萃取的基本原理、特点、影响因素以及超临界流体的设备等进行了介绍，并对超临界流体萃取在烟草工业、食品工业、医药工业、化学工业、环境科学、天然色素的提取和分析化学中的应用进展进行综述，展示了超临界流体萃取技术在制药领域中的已有应用及以后的研究方向。关键词：超临界流体萃取制药领域应用正文一、技术介绍：超临界流体(SupereriticalFluid即SCF)即指的是物体处于其临界温度和临界压力以上状态时，向该状态气体加压，气体不会液化，只是密度增大，具有类似液体的性质。同时还保留气体性能。（一）、基本原理：超临界流体萃取分离是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和相对分子质量大小不同的成分萃取出来。（二）、特点：超临界流体萃取技术与一般液体萃取技术相比，SFE的萃取速率和范围更为理想。萃取过程是通过温度(D和压力(P)的调节来控制与溶质的亲和性而实现分离的。其特点：(1)通过调节T,P可提取纯度较高的有效成分或脱出有害成分；(2)选择适宜的溶剂(如CO2）可在较低温度或无氧环境下操作，分离、精制热敏性物质和易氧化物质；(3)SFE具有良好的渗透性和溶解性，能从固体或黏稠的原料中快速提取出有效成分：(4)降低超临界流体的密度，容易使溶剂从产品中分离，无溶剂污染，且回收溶剂无相变过程，能耗低；(5)兼有萃取和蒸馏的双重功效，可用于有机物的分离、精制。但是，SFE也存在缺陷：萃取率低、选择性不够高。1）超临界流体CO2萃取与化学法萃取相比有以下突出的优点：(1)可以在接近室温(35-40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着药用植物的全部成分，而且能把高沸点，低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来；(2)使用SFE是最干净的提取方法,由于全过程不用有机溶剂,因此萃取物绝无残留溶媒,同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染,是100%的纯天然；(3)萃取和分离合二为一，当饱含溶解物的CO2-SCF流经分离器时，由于压力下降使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取效率高而且能耗较少，节约成本；(4)CO2是一种不活泼的气体,萃取过程不发生化学反应,且属于不燃性气体,无味、无臭、无毒，故安全性好；(5)CO2价格便宜，纯度高，容易取得，且在生产过程中循环使用，从而降低成本；(6)压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。通过改变温度或压力达到萃取目的。压力固定，改变温度可将物质分离；反之温度固定，降低压力使萃取物分离，因此工艺简单易掌握，而且萃取速度快。2）从超临界流体性质看，其具有的特点：(1)萃取速度高与液体萃取，特别适合于固态物质的分离提取；(2)在接近常温的条件下操作，能耗低于一般精馏发，适合于热敏性物质和易氧化物质的分离；(3)传热速率快，温度易于控制；(4)适合于挥发性物质的分离。（三）、超临界流体的选择原则：用作萃取剂的超临界流体应具备以下条件：①化学性质稳定，对设备没有腐蚀性，不与萃取物发生反应。②临界温度应接近常温或操作温度，不宜太高或太低。③操作温度应低于被萃取溶质的分解变质温度。④临界压力低，以节省动力费用。⑤对被萃取物的选择性高(容易得到纯产品)。⑥纯度高，溶解性能好，以减少溶剂循环用量。⑦货源充足，价格便宜，如果用于食品和医药工业，还应考虑选择无毒的气体。到目前为止，已研究过作萃取剂使用的流体主要有乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、二氧化碳等。一般说来，氨的萃取温度范围较窄(133～150℃)，但极性较强，适合萃取极性化合物，如碱性氮化物等。但氨的溶解力很强，使用高压泵来压缩氨是较危险的，因为氨几乎能溶解泵的密封设施。乙烷极性较弱，应用不广。笑气(N20)具有和CO2相似的性能，萃取温度范围在(36～150℃)，极性中等，但N，0有麻醉作用。故目前应用最广范的SCF溶剂是CO2。二、超临界流体萃取的影响因素：1.物料的预处理方式物料是否需要预处理以及采用何种方式处理与萃取物料有关，关键在于物料的物理形态及含水量。一般说来，液体萃取物只要含水量不大则无需预处理而直接萃取，若萃取物是固体则需要粉碎或烘焙除水。2.萃取压力超临界流体的溶解能力与密度成正比，在临界点附近，压力稍有变化，其密度将产生相对大的变化。因此，对于许多固体或液体中的欲萃取物而言，若欲萃取物与溶剂不能无限互溶，则超临界流体的溶解能力与压力有明显的相关性，而且，不同萃取物受压力影响的范围不同。3.萃取温度在恒定压力下，超临界流体的溶解性可能随萃取温度变化而增加、不变或降低。这是由于温度升高，缔合机会增加，溶质的挥发性提高和扩散系数增大，但CO2密度降低、携带物质的能力降低。因此，萃取率的高低取决于此温度下何种状态占优势。压力较高时，CO2密度很大，压缩性很小，升温引起的分子间距增大和分子间作用力减弱与分子热运动的加速和碰撞结合机率增加的总和对溶解度的影响不大，当压力较低时，升温引起的溶质蒸汽压升高，不足以抵偿CO2流体溶解能力的下降，因而总的效果导致超临界流体中溶质浓度降低。对某种待萃取物存在着一个最佳压力条件下的最适萃取温度。4.CO2流量CO2流量可以明显地影响超临界萃取动力学。虽然在较低的CO2流速下萃取可以达到平衡，但由于黏度一定时传质系数的限制，故萃取率不高；而当CO2流量增加时，SC-CO2通过料层速度加快，与料液的接触搅拌作用增强，传质系数和接触面积都相应增加，促进了SC—CO2的溶解能力。但CO2流量过大时，SC—CO2在釜内的停留时间相对减少，使溶质与溶剂CO2来不及充分作用，导致CO2耗量增加。所以在实际处理过程中，必须综合考虑，通过一系列试验选择合适的CO2流量。5.萃取时间任何萃取过程都需要足够的停留时间。流量一定时，萃取初始，由于SC—CO2与溶质未达到良好接触，萃取量较少；随萃取时间延长，传质达良好状态，单位时间的萃取量增大，直至达其最大值；在此之后，由于萃取对象中待分离成分含量减少而使萃取率逐渐下降。6.夹带剂夹带剂，又称携带剂(entrainer)或共溶剂等。由于CO2是非极性物质，所以它对脂溶性物质有极大的溶解度，对极性物质溶解甚微。当欲萃取物为极性物质时，可考虑加入极性的夹带剂。它的少量加入往往能明显改变SCF体系的相行为，特别是可以增大某些在SCF中溶解度很小的物质的溶解度，同时也可降低SCF的操作压力或减少超临界流体的用量。7.分离压力和分离温度在分离压力不变时，随着分离过程温度的升高，CO2携带物质的能力降低，很容易将萃取物质分离出来，但分离选择性降低，不易得到较纯的单一物质；温度愈高，挥发性强的物质随CO2散失的可能性较大，对热敏性成分也不利。为了得到较纯净的萃取物或含挥发性成分较多的产物，以及保护热敏性物质，都需控制比较合适的分离温度。随着分离压力的降低，SC-CO2的密度下降，从而使已溶解在其中的萃取物在进人分离釜后会因压力的降低而实现分离，但随着分离压力的降低，分离率更易趋向平衡。分离压力不同，萃取物的化学组分也会有一定的差异。三、设备简介：超临界萃取装置有下列部分组成：纯度为≥99%的CO2气瓶、制冷装置、温度控显系统、压力控显系统、安全保护装置、携带剂罐、净化器、混合器、热交换器、贮罐、柱塞泵、萃取缸、分离器、精馏柱、电控柜、阀门、管件及柜架等组成。四、在制药领域中已有应用及以后研究方向：（一）已有应用：在医药工业中由于SFE技术具有比传统分离技术的优点而备受关注，从动植物中提取有效成分仍然是目前在医药工业中的一个很重要的方面，在抗生素生产中的原料药的浓缩，精制：在脂质混合物中分离脂肪酸，脑磷脂甘油等；中草药有效成分的提取：银杏黄酮、紫杉醇、青嵩素、人参皂甙、马钱子碱、阿托品、甘草等的提取、精制。（二）研究方向：超临界萃取作为一种全新的化工分离技术，也存在着一些弊端：分离过程在高压下进行，设备的一次性投资过大；萃取釜无法连续操作，造成设备的时空产率较低：过程消耗指标过高。迄今为止，有关超临界流体萃取过程的热力学及传质理论的研究还很不充分，其主要原因是高压条件下实验数据的测定比较困难。因此，应对现有的实验测试技术进行改进，以丰富和完善各种中药体系在超临界条件下的相平衡及传热、传质数据，并建立描述超临界流体萃取过程的热力学和动力学模型，从而为超临界流体萃取过程的设计和优化提供理论依据。随着研究的进一步深入，超临界流体萃取理论的不断完善，待萃取物在超临界流体中的溶解度数据库的建立以及萃取范围的拓宽等，相信超临界萃取技术将成为未来首选的绿色分离技术之一。