我國地域遼闊,復雜的地理環境與多變的氣候條件造就了我國物種的多樣性,尤其是具有醫療保健作用的特種油脂、香精香料、色素等天然資源相當豐富,如銀杏、丁香、生姜、大蒜、洋蔥、枸杞籽、沙棘、紅辣椒、花椒、桂花、玫瑰花和茉莉花等。
天然產物的提取物可被廣泛地用于醫藥、食品、化妝品、保健品及生物制品等產品中。受到特別的重視和青睞,尤其是植物藥在國際市場上發展迅速。據統計全球的植物藥市場產值已經接近400億美元,市場前景看好。作為中醫藥發源地的中國,生產的天然植物藥產品只占國際市場3%,而在這極為有限的出口額中,絕大多數還是原料初級品,其主要原因是在我國存在生產工藝技術落后,工程化水平低,裝備現代化程度低等問題。
天然產物有效成分萃取技術研究、開發現狀
根據天然產物原料中各種組分的化合物在不同溶劑中的溶解性質,按照“相似相溶”的原理,選用對所需活性成分溶解度大,對不需要溶出成分溶解度小的溶劑,將有效成分從原料組織內溶解出來,然后蒸餾回收萃取溶劑,以完成提取、分離加工過程。傳統的提取溶劑有強極性溶劑水以及極性有機溶劑乙醇、甲醇、丙酮等,以乙醇最常用;親脂性的有機溶劑,如石油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、二氯乙烷,丙烷、丁烷流體以及超臨界CO2流體。
天然產物有效成分的傳統提取方法
傳統的提取方法系將原料裝入適當的容器中,加入適宜的溶劑,如乙醇、水或CO2流體等,通過控制原料粒度、提取時間、提取溫度、提取壓力等工藝條件,以溶出其中有效成分。普遍使用的方法有:
A.浸出提取法:浸漬法、滲漉法、煎煮法、回流提取法及連續回流提取法等;
B.水蒸氣蒸餾法:將原料與水在一起加熱,當其蒸氣壓和水的蒸氣壓總和為一個大氣壓時,液體開始沸騰,水蒸氣將揮發性物質一并帶出。例如揮發油,某些小分子生物堿,以及某些小分子的酚類物質;
C.升華法:固體物質加熱直接氣化,冷凝后凝固為固體化合物,利用升華原理直接自原料中提取目標成分。例如樟木中升華的樟腦,茶葉中的咖啡堿等。
浸漬法、滲漉法、煎煮法、回流提取法及連續回流提取法等傳統工藝方法,萃取能力強,選擇性強,但在萃取、分離過程中,工藝溫度均需超過50℃
以上,易造成“熱敏性”有效成分不同程度的分解或變性,使得產品發生次生化;親脂性的有機溶劑萃取所生產的產品中的溶劑殘留高,降低了產品的品質,并且可選取的有機溶劑多屬易燃品,生產過程的安全隱患難以消除。水汽蒸餾法、升華法由于其針對性過強,影響了該方法的應用領域。
天然產物有效成分提取新方法
近幾年,國內外也廣泛采用超聲波、微波輔助提取法和超臨界二氧化碳流體萃取法。超聲波提取法,即利用超聲波的“空化”作用,以達到激化提取溶媒滲透、溶解、擴散活性的提取工藝。超臨界二氧化碳流體萃取法,需控制CO2處于臨界溫度(31.05℃
)和臨界壓力(
7.38MPa)以上,使得CO2處于超臨界溫度和超臨界壓力狀態并具有氣體和液體的雙重特性,以其為溶劑,通過分子間的相互作用和擴散作用溶解原料的目標成分,形成超臨界CO2負載相,然后降低載氣的壓力或升高溫度,使超臨界CO2的溶解度降低,從而達到提取分離的目的。
超聲波提取法對傳統工藝方法有較大改進,具有較好的經濟性和廣泛的適應性,但只是一種輔助手段,需要與其它萃取技術結合才能發揮作用。超臨界CO2萃取法具有萃取能力強,提取率高,選擇性強,產品品質好等優勢。但是,CO2必須在25MPa
以上的超高壓狀態下才能夠進行萃取加工,極高的壓力限制了設備有效容積的放大,也制約了該技術在天然產物生產中的工業化應用。