超临界CO2萃取三七中挥发油及皂苷的工艺研究

(1.安徽中医学院·安徽省中药研究与开发重点实验室;2.安徽中医学院第一附属医院药学部,安徽 合肥   230031)

三七为五加科植物三七(Panax notoginsen(Burk.)F.H. Chen.)的干燥根及根茎,有散瘀止血、消肿止痛的功效。在我国民间具有悠久的药用历史,也是我国著名成药“云南白药”的主要有效成分。林琦等从三七中分离出人参炔醇;三七皂苷具有保护心肌、保护脑组织等多方面的药理活性。传统提取工艺温度高、受热时间长,致使某些成分含量降低或损失殆尽。超临界流体萃取技术具有分离效率高,操作周期短等优点。因此运用超临界流体萃取技术来改良三七挥发油和皂苷的提取工艺,具有重大意义。

1  实验材料

三七购自安徽省立药业公司(产地为云南文山),经安徽中医学院中药鉴定学教研室鉴定为五加科植物三七(Panax notoginsen(Burk.)F.H. Chen.)的干燥根;薄层层析用硅胶G(青岛海洋化工集团公司);人参炔醇对照品(本实验室自制,含量为99.2%);三七总皂苷对照品(中国药品生物制品检定所,批号为870—200501);超临界CO2萃取仪(浙江省杭州华黎泵业,5L/50MPa—II CWQ); BP211D型电子天平(德国赛多利斯电子天平有限公司);CO2(江苏省南京市气体化工有限公司,纯度99.95%);所用试剂均为分析纯。

2 实验方法

2.1 实验程序

将一定量三七干粉投入萃取釜中,对萃取釜、解析釜分别进行加热或冷却。当达到所选温度时,开启CO2气瓶对系统加压,当达到所选压力时,关闭气瓶,循环萃取,并保持恒温恒压,当达到所选萃取时间后,从分离釜出料口出料,即得。计算萃取率,萃取率=萃取物质量/原料质量。

2.2 萃取物中挥发油和皂苷成分鉴别

挥发油成分鉴别:以人参炔醇为对照品,正己烷一乙酸乙酯(85:15)为展开剂,展开,取出,晾干,喷以5%香草醛硫酸溶液,105℃加热至斑点显色清晰,即得 (见图1);皂苷成分鉴别:以三七总皂苷为对照品,以三氯甲烷一乙酸乙酯一甲醇一水(15:40:22:10) 10℃以下放置的下层液为展开剂,展开,取出,晾干,喷以硫酸溶液(1 —10),105℃加热至斑点显色清晰,即得 (见图2)。

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3 结果

3.1 各因素对挥发油收率的影响

3.1.1 萃取压力的影响

15~35 MPa收率随压力升高而增加,达到25 MPa时,收率几乎达最大值。

3.1.2 萃取温度的影响

实验结果表明,30~40℃收率呈下降趋势。40~60℃收率呈上升趋势。

3.1.3 萃取时间的影响

实验结果表明,收率前2 h增加显著,2.5 h后几乎不再增加。

3.1.4 解析条件的影响

解析温度的影响两级解析。固定 I级解析温度为40℃左右,则Ⅱ级解析温度变化对总提物收率影响不大,只是影响各级提取物的量和含量;解析压力的影响固定Ⅱ级压力为6 MPa左右,则I级解析的压力变化影响同上。本实验由于只要分离总挥发油,纯度要求不高。较佳条件为:I级解析压力和温度为9 MPa和40℃;Ⅱ级解析压力和温度为6 MPa和35℃。

3.1.5   CO2流量的影响

实验结果表明,CO2流量对三七挥发油收率影响不大。

3.2 正交实验表

为了找出利用超临界二氧化碳从三七中提取挥发油的适宜工艺条件,对萃取压力、萃取温度、萃取时间、CO2流量作了四因素三水平的正交实验,结果见表1,2。由正交表可知,挥发油得率与萃取压力影响最大,其次为萃取时间,萃取温度和CO2流量。通过数据分析得出最佳组合为A3B2C1,即萃取压力30 MPa,萃取温度45℃,萃取时间2.5 h,CO2流量25 kg·h-1。

3.3   各因素对三七皂苷类极性成分收率的影响

萃取挥发油后,提高系统温度和压力并加入夹带剂,通过TLC法对萃取物检测,知可将皂苷类成分萃取出来。萃取压力、萃取温度和夹带剂对收率影响如下。

3.3.1   萃取压力的影响

20~35 MPa时三七皂苷的收率随着压力升高而升高,压力为35 MPa时,收率达最大值,随后压力增大,收率降低,萃取压力选择35 MPa。

3.3.2   萃取温度的影响

实验结果表明,35~45℃三七皂苷收率下降,当超过45℃时,收率随着萃取温度的增加而升高。从皂苷收率(%)、能耗等方面考虑,萃取温度55℃左右为宜。

3.3.3 夹带剂类别和用量的影响

选用了甲醇和不同浓度的乙醇作夹带剂,比较收率,95%乙醇做夹带剂时收率最高,因此选择95%乙醇为夹带剂,随着夹带剂用量增加,皂苷萃取率逐渐提高,当夹带剂用量超过500 ml后,萃取率增加缓慢。夹带剂的适宜用量为500 ml。

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4 小结

SFE-CO2萃取三七挥发油的较佳条件是:萃取压力30MPa,温度45℃;解析釜I压力为9 MPa,温度40℃;解析釜Ⅱ压力为6 MPa,温度35℃,萃取时间2.5 h,CO2流量为2.5 kg·h-1;萃取三七皂苷粗品的较佳条件是:萃取压力35 MPa,温度55℃;解析釜I的压力8 MPa,温度45℃;解析釜Ⅱ的压力5MPa,温度40%;CO2流量为25 kg·h-1,萃取时间4 h,夹带剂为95%乙醇,用量为500 ml。本实验为三七中挥发油和皂苷的提取方法及其应用与发展提供了一定的参考。由TLC图知,三七挥发油中含有人参炔醇,皂苷成分中含有总皂苷类成分。

5 讨论

由实验结果知萃取压力对三七挥发油和皂苷收率有显著性影响,其影响趋势并非越高越好,原因可能在于随着萃取压力增加,到达一定数值时成分已被提取完全,盲目增大压力只是消耗能量 ;萃取温度对三七萃取物收率也有较大影响,需根据单因素考察结果,结合多方面因素确定萃取温度。

CO2流量增大有利于被萃取物从物料中向超临界流体中扩散,使萃取率增加,随着CO2流量达到25 kg·h-1以上,萃取率明显降低,可能是由于流速过快,使流体与物料接触不充分,被萃取物未来得及在解析釜中析出就被冲回萃取釜中而使萃取率下降,因此本实验选用的CO2流量为25 kg·h-1。

由于SFE-CO2萃取温度较低,且整个过程在暗场中进行,避免了常规提取过程中经常发生的分解、沉淀等各种变化,最大程度地保持了各组分的原有特性,因此所得到的产物均具有颜色自然、香气纯正等特点,从而为高选择性萃取提供了可能。