超临界CO_2萃取技术在医药领域的应用

医学研究与教育

MedicalResearchandEducationVol.27No.5

2010Oct.2010

超临界CO2萃取技术在医药领域的应用

丁良，李静

（河北大学基础医学院，河北保定071000）

摘要：介绍了超临界流体萃取技术的特点和发展概况及超临界CO2萃取技术在药物提取分离方面的优越性，综述了近年来该技术在中草药有效成分提取分离及药物化学成分分析中的应用，并展望了该技术在医药领域的应用前景。关键词：超临界CO2萃取技术；中草药；成分分析中图分类号：O652.62

文献标志码：A

文章编号：（2010）1674-490X-05-0071-07

ApplicationofSupercriticalCO2extractioninmedicineanddrugsDingliang,LiJing

（CollegeofBasicMedicalScienceofHebeiUniversity,Baoding071002,China）

Abstract：ThisarticleintroducessomecharacteristicsanddevelopmentoverviewofsupercriticalCO2extractiontechnique,anditsadvantagesinpharmicextractionandseparation.ApplicationofsupercriticalCO2extractioninChinesetraditionalmedicineandchemicalcomponentsanalysisarereviewed,andmeanwhile,theapplicationprospectofthetechnologyinmedicineanddrugsispredictedtoo.Keywords：CO2-SFE;Chinesetraditionalmedicine；componentsanalysis

超临界流体（supercriticalfluid，）是SCF或SF）和临界压力（PC）以上，以流体指在临界温度（TC形式存在的物质。超临界流体同时具有液体的高密度和气体的低黏度的双重特性，有很大的扩散系数，对许多化学成分有很强的溶解性。

超临界流体萃取（supercriticalfluidextraction，）技术是20世纪60年代兴起的一种新型分离SFE

精制技术，是利用流体在超临界状态时具有密度大、黏度小、扩散系数大等优良的传质特性而成功开发的，具有提取率高、产品纯度好、流程简单、能无污染、无溶剂残留等优点，并且其操作温度耗低、

低，系统密闭，尤其适合不稳定、易氧化的挥发性成

收稿日期：2010-03-12

作者简介：丁良（1961—），女，天津人，教授，博士，硕士生导

师，主要从事中草药中微量元素及有效成分的分离、分析及药理研究。

分和脂溶性、分子量小的物质的提取分离，为此类成分的提取分离提供了目前最先进的方法[1]。

SFE技术在很多领域得到了广泛的重视和开同时，随着对SCF性质认识的深入，超临界微发。

粒化、超临界条件下的化学反应、超临界色谱等超临界流体新技术也得到了迅速发展，所涉及的应用范围也在迅速扩大，遍及化工、能源、燃料、医药、食香料、环保、海洋化工、石油化工、生物化工、分品、

析化学等众多领域，近年来又拓展到印染、微电子和清洗领域，成为当今国际高科技研究的前沿与热点[2]。

可作为超临界萃取的溶剂种类很多，如二氧化乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、甲醇、乙醇、氨和水等。碳、

目前研究较多、最常用的超临界流体是二氧化碳。研究表明，用超临界CO（）作溶剂对药物、2SC-CO2食品等的提取分离有以下独到的优点：（1）SC－CO2

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的临界温度（31.1℃）接近室温，在温和条件下提取可防止热敏性物质的降解，使高沸点、低挥发度的物质远在其沸点之下萃取出来，几乎不会破坏产品中的有效成分；（2）CO2的临界压力（7.38MPa）处于中等压力，就目前工业水平其超临界状态一般易于达到，操作安全；（3）CO2无色、无毒、无味、不易燃易爆、不腐蚀，萃取产品无溶剂残留，故能满足对药物、

食品等溶剂残留控制质量指标，不造成对人体健康的危害和对环境的污染；（4）SC-CO2具有抗氧化作用，有利于保证和提高产品质量；（5）萃取速度快，效率高，且操作参数易于控制，因而能使产品质量稳定；（6）耗能低，SC－CO2与萃取物分离后，只要重新压缩就可循环利用，耗能大大降低，节约成本；7

）工艺流程简单，耗时少，几乎不产生新的“三废”，真正实现生产过程绿色化[1-3]；（8）该技术选择性好，且可通过控制压力和温度来改变SC-CO2的密度，进而改变其对物质的溶解能力，有针对性地萃取中草药中的某些成分；（9）从萃取到分离可一步完成，在加入夹带剂的情况下，可通过分离或简单浓缩的方式来实现；（10）超临界CO2萃取还可以提取某些常规传统方法所不能提取出来的物质，因而易从中药中发现新成分；此外，该技术还可与现代分析技术如薄层色谱、

气/液相色谱、气/液质联用仪等相结合，因而更能高效、快速进行成分分析[4]。

本文将从超临界CO2萃取技术在中草药有效成分提取分离和在药物化学成分分析中的应用这两方面进行介绍，藉以说明超临界CO2萃取技术在医药领域具有广阔的应用前景。

1超临界CO2萃取

（CO2-SFE）技术在中草药有效成分提取分离中的应用

超临界CO2萃取技术用于中草药有效成分的提取分离是目前医药领域最广泛的应用之一。目前已有大量论文报道了直接利用纯超临界CO2萃取中草药中的活性成分，涉及的中草药在百种以上。与传统方法相比，超临界CO2萃取仅需调整很少的参数就可实现中草药的提取，分离得到的有效成分纯度高、杂质少、无有机残留，这些优点对资源稀缺-72-

的天然中草药提取尤为重要[5]。超临界CO2萃取能够用于挥发油、生物碱类、香豆素和木脂素类、黄酮类、萜类、多糖和皂苷类、醌类等多种中草药有效成分的提取。1．1

挥发油及挥发性成分

挥发油是中药中常见

的一类有效成分，具有发汗、解表、止咳、祛风、镇痛、杀菌等多种功效[1]。以其分子量小、亲脂性、低沸点、

溶解性好的性质成为一类最适合应用超临界CO2萃取的成分。

张冲等[6]报道，采用超临界CO2萃取的迷迭香精油（突尼斯/摩洛哥型）达到了国际标准。

吴素香等[7]采用超临界CO2萃取技术提取并分析了白术中的挥发油成分，结果表明，在试验确定的最佳萃取工艺条件下，白术超临界CO2提取物的挥发性成分在化合物的组成及其含量上，明显高于文献报道的水蒸气蒸馏提取物，并且表明，超临界萃取法具有耗时少、

效率高、提取完全、没有有机溶剂残留等优点。蛇床子具有躁湿、祛风、杀虫等功效，有效成分是以蛇床子素为主的香豆素及挥发油类，采用超临界CO2提取，收率比传统提取方法提高近1倍，

且生产周期大大缩短，质量稳定，不仅保持了传统中医的用药效果，而且减少了提取过程中的污染问题[8]。近年来，超临界流体萃取技术已用于几十种挥发油的提取，如当归、木香、柴胡、薄荷、荆芥、川芎等[9-14]。1.2生物碱类

生物碱是自然界中广泛存在的一

类天然含氮有机化合物，有比较特殊而显著的生理活性，是许多药用植物的有效成分，如从罂粟中提取的吗啡具有强烈的镇痛作用，麻黄中的麻黄碱具有平喘作用[15]。

由于生物碱的极性偏大，超临界CO2萃取法萃取时往往需要加压或使用夹带剂来增强流体的溶解能力或提高其选择性。如在益母草总生物碱的提取中，经过碱化后的益母草加入夹带剂后，进行超临界CO2萃取，可以极大地提高生物碱的萃取率，这比常规法的萃取率高10倍[16]。李新社等[17]通过研究发现，

超临界CO2流体萃取技术在最佳条件下萃取百合中的秋水仙碱时，粗提物中秋水仙碱含量可达到6.38%，且较溶剂法更为快速、简便、准确，可用于秋水仙碱原料、制剂及其他植物中

（5期丁良等：超临界CO2萃取技术在医药领域的应用

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秋水仙碱含量的测定。苏乐群等[18]采用超临界CO2萃取法萃取延胡索中有效成分延胡索乙素，结果表明，提取的固含物较少，有效成分含量高，延胡索乙素提取率高达89.30%。从文献可以看出，超临界CO2萃取法提取效率较高，

且大大减少了酸性或碱性试剂的用量，对生物碱的提取值得做进一步的探索研究。1.3

香豆素和木脂素类

超临界CO2萃取对于香

豆素和木脂素类成分是一种比较有效的方法。如果是游离态、极性小的成分，只需用纯超临界CO2萃取即可；如果是分子量较大或极性较强的成分，有时需加入适当的夹带剂增加溶解度。刘红梅等[19]采用超临界CO2萃取出白芷中的15种香豆素类成分，并用GC-MS进行了分析，主要成分为氧化前胡素、欧前胡素、异欧前胡素，其相对含量分别达到42.40%、22.14%和12.12%。李晓光等[20]采用超临界CO2萃取海风藤中的木脂素成分，并对其工艺进行了优化。

此外，川芎中川芎内酯、茵陈蒿中滨蒿内酯、桑白皮中桑白素、五味子中五味子甲素等都可以采用超临界CO2萃取分离[15]。1.4

黄酮类

黄酮类化合物广泛存在于植物中，

资源丰富，活性强，具有降血压降血脂等作用。超临界萃取通过加入合适的夹带剂，可克服传统的提取方法存在的排污量大、提取效率低、分离过程麻烦、成本高等缺点。萃取分离一步完成，提高萃取率，并保证产品质量。何扩、孙婷等[21-22]采用超临界CO2萃取银杏叶中的药用活性成分银杏黄酮和内酯，质量高于国际公认的标准，并与乙醇浸提方法进行比较，实验表明在最佳提取条件下，黄酮类化合物的提取率达到2.61%，

纯度达到27.7%，其纯度是直接用乙醇提取的2.43倍，且银杏叶中的有毒物质银杏酚类的含量得到了较好的控制。梁晓原等[23]以85%的乙醇为夹带剂，采用超临界CO2萃取在40℃下萃取灯盏花中总黄酮成分，

萃取时间3h，并与水提醇沉法进行了比较，结果表明，超临界CO2萃取法具有速度快、收率高的优点。李秋红等[24]采用超临界CO2萃取杜仲叶总黄酮，并用紫外分光光度法进行定量分析，在优化工艺条件后，黄酮提

取率为73.26%，产品纯度为19.82%。1.5

萜类

萜类化合物中超临界CO2萃取应用比

较成功的案例是青蒿素和丹参酮。

青蒿素是我国科学工作者从菊科植物黄花蒿（artemisiaannua）中分离出的具有抗疟、抗菌、解热、免疫调节等药理活性的倍半萜类物质，对解决疟原虫的耐药性非常有效[1]。

钱国平等[25]采用了超临界CO2萃取-硅胶柱层析的提取工艺从黄花蒿中提取得到的青蒿素萃取率在95%以上，萃取物纯度在10%以上，纯度高、

杂质少、产品质量好、收率高，该法避免了传统工艺需多次萃取浓缩、

能耗大、时间长、成本高、杂质（蜡状物）含量高、青蒿素精制步骤多、难度大、有效成分含量较低的缺点。丹参酮为常用中草药丹参中的三环二萜类脂溶性有效成分。

用超临界CO2萃取法提取，可以减少丹参酮的降解，提取率达90%以上，比传统的醇提工艺大大提高，可直接用于制剂生产，综合评价高于醇提工艺[26-28]。紫杉醇是短叶红豆杉树皮中的具有抗癌活性的二萜类化合物，采用含夹带剂的超临界CO2萃取法对紫杉醇进行萃取，萃取效果比传统工艺方法提高1.29倍[29]。1.6

多糖和皂苷类

多糖和皂苷类分子量较大，

羟基多，极性大，用纯超临界CO2萃取产率低，必须加大压力和加入适当夹带剂，必要时需考虑梯度SFE法。

采用超临界CO2萃取从藏药雪灵芝中提取出了总皂苷和多糖类成分，已用于治疗肺热、咳嗽和高血压等常见疾病[30]。华小黎等[31]采用超临界CO2萃取菝葜中的薯蓣皂苷元，

结果表明，菝葜的超临界CO2萃取物中，薯蓣皂苷元的含量最高可达1.96%，

收率较药典常规酸水解法（0.02%）和传统氯仿萃取法（1.16%）有显著提高。1.7

醌类

醌类化合物是一类含有不饱和环二酮

结构的天然色素，以游离态或苷的形式存在于大黄、何首乌、紫草、虎杖、决明子、芦荟等药材中[1]。由于极性较大，在对其进行超临界流体萃取时常需加入夹带剂并提高压力。

未作君等[32]采用超临界CO2萃取对大黄中的游离蒽醌类物质

（5种有效蒽醌类物质：大黄酚、大黄素、芦荟大黄素、大黄酸和大黄素甲醚）进行了提取，通过实验确定了最佳的

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5期医学研究与教育第27卷

萃取条件，并用高效液相色谱法对萃取物进行了分析，结果表明，在最佳的萃取条件下，大黄中游离蒽醌的萃取可达1.15%。

超临界CO2萃取新疆紫草中的紫草素及其衍生物，不仅产品色泽好、产率高、无氧化现象，还可提取出一些新成分[33]。何首乌为蓼科何首乌的块根，蒽醌类是其重要的活性成分，采用超临界CO2萃取法提取，以甲醇为夹带剂，结合反相高效液相色谱法进行分离测定。结果表明，超临界CO2萃取法比超声波法提取时间短，提取效率高，后处理简单[15]。

据不完全统计，国内外应用超临界CO2萃取技术对中草药有效成分提取的小试研究已达数百个品种，中试及工业化应用也有不少产品在进行中。

2超临界CO2萃取技术在药物化学成分分

析中的应用

2.1

药物分析

中药是一个天然组合的化学库。

超临界CO2萃取技术进行中药化学成分的研究具有节省有机溶剂、

简化提取步骤、耗时少、准确、效率高、提取完全的优点，可避免简单将中药某一成分作为有效成分或唯一有效成分的问题;有时还会发现许多常规方法无法得到的新成分，这些都为新药的研发奠定了必要的物质基础[34]。

王洪伦等[35]采用超临界CO2萃取藏药波棱瓜种子油，结果发现，其主要含有各类不饱和脂肪酸，其中亚麻酸、亚油酸、油酸的相对含量分别为12.271%、20.149%和52.282%。

王杉等[30]采用超临界CO2萃取菌草灵芝孢子油中三萜类物质，提取率为24.82%；三萜类物质含量为30.25%；

菌草灵芝孢子油主要以三酰甘油形式存在，共检出15种脂肪酸，不饱和脂肪酸占61.15%。

将超临界萃取原理用于仪器分析的超临界色谱（supercriticalfluidchromatography，SFC）被认为是一种比较理想的药物分析分离方法。

与气相色谱GC）和高效液相色谱（HPLC）相比，它兼有两者的优点：高分析速度、高分离效率、高选择性、能与多种检测器联用。从而可从复杂的机体中有效分离与检测天然物质中的待测组分，有些样品甚至不需要-74-

进一步纯化。近年来SFC在分析胺类、芳香油、鸦片碱等的应用日益广泛[2]。2.2

中药质量评价

严格的市场准入制度要求中

药的研制过程必须遵循国际认可的标准。超临界CO2萃取技术的引入为质量评价方法的发展提供了一定的可行性。实践表明，超临界CO2萃取技术与GC、IR、HPLC、MS等检测手段的联用技术是一种快速、

高效的分析手段，将其用于中药的质量分析能够客观地反映中药有效成分的真实含量。与传统评价方法相比，该技术建立的质量评价体系具有样品用量少、省时、条件容易控制的优点[34]。2.3

中药材中重金属及农药残留物检测和清除控制中药材中的重金属和农药残留量是控制中药材质量的关键因素之一。

超临界CO2可实现大多数杀虫剂和农药如有机磷、有机氯、拟除虫菊酯、氨基甲酸酯等的检测和清除，且不存在任何有毒溶剂残留，这无疑为中草药杀虫剂和农药残留的清除提供了有效的途径[36]。Quan等[37]采用超临界CO2萃取对人参中六六六等农药残留量进行了检测与脱除研究，结果表明，超临界CO2萃取率高，使用溶剂少，分离步骤少，明显优于传统方法。此外，超临界CO2萃取技术还可以用来清除重金属杂质和微生物的污染。

张晖芬等

[38]

以二乙基二硫代氨基甲酸钠

DDC-Na

）为金属络合剂，用超临界CO2萃取技术净化熟地黄中的重金属。结果表明，在最佳萃取条件下，重金属净化率达到85%以上，中药材有效成分的损失低于5%。

此外，张晖芬等还将此法应用于黄芪、

淫羊藿中重金属的净化[39-40]。值得一提的是，超临界CO2萃取技术对去除有毒、有害杂质与灭菌工作可同步完成，虽然这方面的工作才刚开始，但该技术的应用为中药的质量控制提供了一定的思路和方法。2.4

生物样品的药物、毒物分析

目前，分析型超

临界萃取用于对生物样品的痕量药检样品的前处理正在逐步代替某些传统方法，该方法已发展成为一种常规方法，展示了诱人的应用前景。相对于其他传统制备技术，分析型SFE显示了快速、安全、

（（5期丁良等：超临界CO2萃取技术在医药领域的应用2010

经济及环境无害的优越性[2]。超临界CO2萃取技术能够实现10-9级样品的痕量萃取，其方法直接、

准确、快捷，可实现生物样品中药物残留物、农药、杀虫剂、生物毒性物质的分离、分析和药代动力学的研究。Arancibia等[41]采用超临界CO2萃取技术检测吸烟人群头发镉含量，测定值可以达到40～48μg，

依此能够得出吸烟者较非吸烟者头发镉含量偏高的结论，且结果与SWASV和SWAdSV法测定相近。超临界CO2萃取技术还可用于法医学[42]、临床医学的检测等。

3前景展望

3.1

超临界CO2萃取和其他分离技术的联用

单

纯超临界CO2作为萃取剂在一定程度上制约着超临界CO2萃取技术产业化的发展。改变溶媒（超临界多元流体、

添加夹带剂）和与其他现代先进的技术联用（如HPLC、GC、毛细管电泳仪、质谱仪以及各种药物分子的结构鉴定波谱仪器和相应的分离分析技术等），将成为超临界CO2萃取技术发展的必然趋势[34]。3.2

超临界萃取强化技术的开发和应用

超临界

CO2萃取作为一种新技术有其局限性，

因为本法中所采用的萃取剂为脂溶性的，所以较适合于亲脂性的和相对分子质量较小的物质的萃取，对极性偏大或相对分子质量偏大的有效成分的提取效率较差，超临界萃取强化技术如夹带剂、超声波、电场等高新技术与超临界CO2萃取耦合既可以显著提高萃取效率、降低萃取条件、减少能耗，又保有绿色无污染的优点，因此，此技术的开发和完善对超临界流体的现代化发展具有深远的意义[43]。3.3

难溶性、极性大分子的提取和加工

超临界

CO2存在对极性大分子溶解能力差的问题，利用反胶团中微水池所提供的强极性微环境溶解在超临界CO2中难溶的物质，通过控制系统参数，使提取、分离一体化，可有效地提高超临界CO2的溶解性，实现生物大分子的萃取、分离和纯化[44]

。

3.4

开发研究水溶性超临界提取

国外在超临界

萃取中已经采用了全氟聚醚碳酸胺（PEPE）[45]，这使

得SFE技术的应用已扩展到水溶性成分，鉴于中草药的提取多采用水煎煮的方式，所以开发研究水溶性超临界提取具有极其重要的实际意义。3.5

复方中药研究与中药现代化

复方中药的研

究工作将成为今后中药现代化研究的主攻方向。利用超临界CO2萃取技术从复方中药中提取有效成分和有效部位的活性成分后进行药理筛选或对现行生产的名优中成药工艺进行改进或二次开发，发现新成分和开发新药，将会大大提高新药筛选速度，给复方中药的研究工作带来革命性的进展[34]。3.6

手性药物的拆分

超临界CO2手性药物的拆

分的最大优点就是分析时间短、柱平衡快、流动相

体系简单[46]。

一些先进的国家已将发展超临界CO2条件下的酶催化手性药物作为重要研究项目。3.7

医疗器械的清洗

超临界CO2精密清洗具有

对污染物去除效率高、

溶剂和能量消耗低、工艺中无有机溶剂的挥发、不涉及有毒和易燃溶剂、无需干燥和溶剂后处理工序、

低成本CO2循环使用和不产生溶剂废液和废水等优点，充分展示了其在医疗器材清洗方面的优势[47]。

此外，超临界CO2还可能用于骨移植、血液脱脂、精制抗生素、提取菌体产物、制备脂溶性维生素等方面。

近年来，SFE技术在医药领域的应用正日益受到重视。

随着超临界流体技术的应用基础研究、技术设备及工程化研究、技术标准的制定和我国药政法规建设等方面的不断加强和完善，这一绿色技术必将在医药领域展现出更深入广阔的应用前景。

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（本栏目责任编辑：刘俊华）

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