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  • SC-CO2在超临界萃取方面的应用
  • 2021/6/26 阅读次数:[423]
  • SC-CO2物理化学性质与在非临界状态的液体和气体有很大的不同。由于密度是溶解能力、粘度是流体阻力、扩散系数是传质速率高低的主要参数,因此超临界CO2的特殊性质决定了超临界CO2萃取技术具有一系列的重要特点。超临界CO2的粘度是液体的百分之一,扩散系数是液体的100倍,因而具有良好的传质特性,可大大缩短相平衡所需时间,是传质的理想介质;具有比液体快得多的溶解溶质的速率,有比气体大得多的对固体物质的溶解和携带能力;具有不同寻常的巨大压缩性,在临界点附件,压力和温度的微小变化会引起CO2的密度发生很大的变化,所以可通过简单的变化体系的温度或压力来调节CO2的溶解能力,提高萃取的选择性;通过降低体系的压力来分离CO2和所溶解的产品,省去消除溶剂的工序。

    超临界CO2萃取技术的应用:化学工业 香料工业 食品工业 医药工业 生物技术开发等。

    3.2.1医药工业

    在医药工业中,可用于中草药有效成份的提取,热敏性生物制品药物的精制,及脂质类混合物的分离,可防止中药有效组分的逸散和氧化,过程没有有机溶剂残留,可获得高质量的提取物并提高药用资源的利用率,可大大简化提取分离步骤,能提取分离到一些用传统溶剂法得不到的成分,节约大量的有机溶剂。

    1)红豆杉中的紫杉醇具有抗癌作用。对于红豆杉中紫杉烷类成分的提取分离,传统的植物化学分离要得到单体纯品难度较大,步骤较为繁琐,原料经多次浸提浓缩后,还需用有机溶剂多次萃取,再进行多次柱层析。此过程要用多种有毒的有机溶剂。采用超临界CO2萃取技术进行红豆杉的化学成分的研究,所得粗浸膏含杂质少,较易分离得到单体。

    2)螺旋藻含丰富的蛋白质和多种生物活性成分,采用传统的有机溶剂法会污染产品,且分离工艺复杂。超临界二氧化碳萃取技术可将螺旋藻中所含的具有生物活性和热不稳定性的物质提取出来并保持其天然特性,可提高螺旋藻产品的附加值,并可显著提高螺旋藻产业的经济和社会效益。

    3)丹参酮类是从唇形科植物丹参中提取的总酮类及其它成分的总称,是制备各种丹参制剂如复方丹参片、丹参酮磺酸钠注射液(主要用于心脑血管疾病)和丹参酮胶囊(主SC-CO2流体技术基本原理及其在高分子科学中的应用要用于抗菌消炎)原料的主要成分。传统的提取方法主要是乙醇热回流提取,然后浓缩成浸膏,用于各种制剂。由于提取能力差和长时间加热提取或浓缩,有效成分损失严重,难以达到标准。采用超临界CO2萃取技术进行工艺改革,收率高,生产周期缩短,有效成分可大大提高。

    4)采用超临界CO2提取紫苏子油的工艺,与传统的工艺(石油醚法)相比较,收率高,提取时间短,有效成分浓缩。毒性实验表明,超临界提取的紫苏子油具有较好的降血脂作用,且毒性较低,药理效果较好,有效成分高度浓缩,杂质少,质量容易控制,制剂的外观颜色好。

    5)蛇床子为伞形科植物蛇床的果实,传统的中医主要用于妇科炎症的治疗。采用超临界CO2萃取法提取蛇床子的有效部位,工艺上表现出有效成分收率高,提取时间短及有效成分高度浓缩等优越性,临床实验证明,蛇床子采用超临界CO2工艺提取有效部位进行新药开发,不仅工艺优越,质量稳定且容易控制,而且还能保持传统中医的治疗效果。

    6)青蒿素是来自菊科植物黄花蒿的一种半萜内酯类成分,是我国得到国际承认的抗疟新药。传统的汽油法存在收率低、成本高、易燃易爆等危险。采用超临界CO2萃取工艺用于青蒿素的生产,青蒿素产品符合中国药品标准。与传统的提取工艺相比,超临界CO2萃取工艺具有产品收率高、生产周期短、成本低等优点,可节省大量的有机溶剂汽油,避免易燃易爆等危险,减少了三废污染,大大简化了生产工艺。

    7)中药复方是传统中药的主要部分,也是中药与国际接轨的部分,用超临界CO2萃取技术对中药复方进行提取工艺的研究及新药开发还是一个空白。在对单方中药超临界CO2萃取研究的基础上结合传统中医理论对中药复方进行了研究,证明复方提取时,中药成分的提取由于互溶作用,促进了其它中药成分的提取。采用超临界CO2萃取技术,复方的有效成分高度浓缩,杂质少,外观颜色较好,批间重复性较好,有效部分具有传统中医要求的药效,且复方后具有协同补充效果。

    8)质量标准是影响中药进入国际市场的又一因素。采用先进、准确的分析方法进行中药质量控制有利于中药现代化。分析型超临界CO2萃取技术用于药物分析具有省时、样品用量少、条件易于控制、不分解也不污染产品等优点,特别适用于从复杂基体中分离、鉴定痕量组分,因此,对成分复杂的中药特别是复方中药的分析就特别适用。

    3.2.2食品工业

    在食品工业中,啤酒花的提取,色素的提取等。对各种天然抗菌或抗氧化萃取物的加工,如罗勒、串红、百里香、蒜洋葱、春黄菊、辣椒粉、甘草和茴香子等。大蒜注射液为临床上广泛应用的中药制剂,传统的生产工艺是水蒸汽蒸馏配制而成。采用超临界CO2萃取法对其进行工艺改革并用于临床证明,不仅工艺优越,而且还能提高疗效。单味中药制剂是传统中药制剂的一部分。采用超临界CO2萃取技术对单味中药进行提取工艺、药理毒理的研究及新药的开发过程,既需考虑有效部位的提取效率,还要考虑药理毒理效果。β胡萝卜素在增强人体的免疫能力等方面具有明显的作用,采用超临界CO2萃取技术用于β胡萝卜素的生产,具有萃取效率高,速度快,无污染,工艺简单,萃取物色味纯正等优点。

    3.2.3香料工业

    在香料工业中,天然及合成香料的精制。

    3.2.4化学工业

    在化学工业中,混合物的分离。许多碳氢高分子化合物不溶于CO2,只能采用非均相聚合(如分散聚合、沉淀聚合、乳化聚合等);而无定型的碳氟高聚物和硅酮高聚物能溶解于CO2,则可采用均相聚合。在液体或超临界CO2体系中进行高分子材料的合成与加工,其优点在于:不使用有机溶剂避免了对环境的污染;省去了脱溶及回收溶剂的工艺;可改进高分子材料的机械性能及加工性能;可按分子量的大小对产品进行分离;可回收未进行反应的单体并可去除次反应物及过反应物杂质;可通过超临界多元流体对高分子材料进行染色、加香及改性。

    3.2.5生物技术

    在生物技术开发中,(1)固定化酶的催化反应:超临界CO2是一种非极性反应溶剂,可代替脂溶性的有机溶剂,进行酶催化反应,脂溶性的反应物可溶于超临界CO2中,而酶则不溶解,并且有些酶的生物活性反而会有所提高,从而可提高反应速率,有利于产品的分离及精制。国内已在试验室研究开发了月桂酸丁酯、油酸香茅酯、油酸乙酯、油酸辛酯、油酸油酯、乙酸异戍酯等酯化反应技术。(2)淀粉及纤维素的水解:淀粉及纤维素是地球上太阳光合作用的可再生生物资源,可用于生产能源、化学品、食品和药品,传统的工艺是发酵及水解,存在着转化率低、三废难治理、纤维素的水解腐蚀性强等难以克服的缺点,采用超临界水进行非催化转化则可彻底克服这些缺点。

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