CN103393741A - 超声波辅助超临界二氧化碳连续萃取风车草叶有效成分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种超声波辅助超临界二氧化碳萃取技术提取风车草叶中有效成分的方法，其利用超声波对原料进行微粉碎及提取，再用超临界二氧化碳萃取，在萃取压力20~60MPa，萃取温度32~90℃，分离釜Ⅰ压力为5~12Mpa，温度为32~90℃，分离釜Ⅱ压力为4~6Mpa，分离釜Ⅱ温度为30~50℃下萃取1~4小时，得到安全无污染的高品质风车草叶提取物。本工艺可进行连续萃取，缩短生产周期，提取效率高，不破坏活性成分，可重复性高，工艺流程短，操作方便。

Description

超声波辅助超临界二氧化碳连续萃取风车草叶有效成分的方法

技术领域

本发明涉及一种植物有效成分的提取分离方法，特别是指利用超声波辅助超临界二氧化碳萃取技术连续提取风车草叶中有效成分的方法。

背景技术

风车草(Graptopetalum paraguayense)为景天科石莲花属多年生宿根多浆植物，别名莲花掌、仙人荷花。其既耐高温干旱，又较耐寒，生命力旺盛，适应性强，在民间可用于治疗减轻肝紊乱,利尿,缓解疼痛等。现代研究表明风车草叶片的主要有效成分为黄酮类化合物和多酚类化合物，具有保肝、抗炎、抑制高血压症、抗氧化、美白等功效。通过急性毒性试验表明，风车草叶提取物具有极高的生物安全性，在制药和化妆品领域具有广阔的运用前景。

目前，风车草叶有效成分提取主要采用水提取法和有机溶剂（如甲醇、乙醇、氯仿等）提取法，水提取法的缺点是能耗大，浓缩困难，活性成分破坏严重，产品外观气味差等，而有机溶剂提取法存在有机溶剂用量大，对环境影响大，工艺复杂繁琐，有毒有害溶剂残留严重、品质差等问题，而采用超声波辅助超临界二氧化碳萃取法可以有效解决上述问题，最大限度保护风车草叶中的活性成分不被破坏，且绿色环保、工艺简单。超声波提取法以其提取温度低、提取率高、提取时间短的独特优势被应用于中药材和各种动、植物有效含量的提取，是替代传统剪切工艺方法，实现高效、节能、环保式提取的现代高新技术手段。超声波能在提取溶媒中产生的‘空化效应’和机械作用，一方面可有效地破碎药材的细胞壁，使有效成分呈游离状态并溶入提取溶媒中，另一方面可加速提取溶媒的分子运动，使得提取溶媒和药材中的有效成分快速接触，相互溶合、混合，提高提取率。而超临界二氧化碳对不同天然产物具有不同的溶解作用，利用超临界二氧化碳的溶解能力对其密度的变化十分敏感，即可通过细微改变压力和温度对超临界二氧化碳的溶解能力产生影响。在超临界状态下，将超临界二氧化碳与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。通过控制萃取条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的。

针对目前工艺缺点，本发明将两者结合，即利用超声波对样品进行预处理，再用超临界二氧化碳进行萃取，可以很好地提升萃取效果。

发明内容

本发明的目的在于开发一种环境友好，简易高效的超声波辅助超临界二氧化碳连续萃取风车草叶有效成分的方法。先采用超声波对原料进行微粉碎，再采用超临界二氧化碳进行萃取，其萃取温度低，萃取效率高，对功效成分破坏小，且采用双萃取设计的超临界设备，可实现连续萃取，具有提取效果好、工艺简单、生产周期短等特点。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

超声波辅助超临界二氧化碳萃取风车草叶有效成分的方法，其具体为：

步骤1，预处理：去除风车草叶中杂质，干燥后粉碎至10~100目；

步骤2，超声波处理：将风车草叶粉末与浓度为60%~100%的乙醇按重量比为100:1~200（即100：1至100：200范围）的比例混合后，于20~70℃，20~80KHz下超声波处理5~120min；

步骤3，超临界萃取：将经超声波处理过的风车草叶粉置于萃取釜中，设定萃取条件：萃取压力20~60MPa，萃取温度32~90℃，分离釜Ⅰ压力为5~12Mpa，温度为32~90℃，分离釜Ⅱ压力为4~6Mpa，分离釜Ⅱ温度为30~50℃；

步骤4，先静态萃取0~1小时后，再动态萃取1~4小时，每30min收集风车草叶的功效成分，合并收集液，进行减压浓缩得到风车草叶提取物；

所述步骤2中乙醇的优选浓度为75%~95%，原料与酒精的优选重量比为100:10~100（即100：10至100：100范围）；

所述步骤2中超声萃取温度的优选条件为30~60℃，优选频率为30~60KHz，优选超声时间为20~60min；

所述步骤3中优选的超临界萃取条件为：萃取压力22~40Mpa，萃取温度为40~65℃，分离釜Ⅰ的优选条件分离压力为6~10Mpa，温度为40~70℃；

所述步骤4中萃取时间的优选条件为静态萃取0.5~1小时，动态萃取1~2小时。

本发明的优点是：

1、采用超声波进行预处理，可对原料进行高效微粉碎和初步萃取，保持有效成分活性，提高萃取率；

2、在近室温下进行萃取，不破坏活性成分；

3、萃取分离一步完成，工艺流程简单可靠；

4、溶剂用量少，无污染；

5、可连续萃取，生产周期短。

附图说明

图1为超临界二氧化碳萃取设备示意图。

图中：1-CO₂钢瓶，2-过滤器，3-制冷机，4-CO₂高压泵，5-加热器，7-萃取釜Ⅰ，10-萃取釜Ⅱ，13-分离釜Ⅰ，16-分离釜Ⅱ，6、8、9、11、12、14、15、17-阀门。

具体实施方式

本发明揭示的一种超声波辅助超临界二氧化碳萃取风车草叶有效成分的方法，其实施需配合超声波和超临界二氧化碳萃取设备方可实现。配合图1所示，该设备的具体工艺为：

先将风车草叶干燥后粉碎至10~100目，与60-100%食用乙醇混合后，（二者重量比为100:1~200），超声波处理0.5小时后，将原料取出装入超临界二氧化碳萃取设备的萃取釜Ⅰ7和萃取釜Ⅱ10中。

二氧化碳从CO₂钢瓶1中出来，经过滤器2过滤除去CO₂中的杂质，经过制冷机3，将温度下降到0℃以下确保CO₂为液态，先对萃取釜Ⅰ7进行萃取，开启阀门6关闭阀门8、9、11， CO₂高压泵4将液体CO₂泵入萃取釜Ⅰ7，此时经过热水机5，加热液体CO₂，使其温度达到设定温度（32~90℃），待液体CO₂压力达到设定压力（20~60MPa）时，开启阀门8，调节阀门12，确保萃取釜Ⅰ7的压力为设定压力（20~60MPa），调节阀门15，设定分离釜Ⅰ13的压力为5~12Mpa，温度为32~90℃，分离釜Ⅱ16压力为4~6Mpa，分离釜Ⅱ16温度为30~50℃。萃取1~4小时，通过阀门14和阀门17收集风车草叶的功效成分。待萃取釜Ⅰ7萃取完成后，将萃取釜Ⅰ7中的气体导入到萃取釜Ⅱ10中，对萃取釜Ⅱ10进行萃取，而萃取釜Ⅰ7则可以进行更换原料，待萃取釜Ⅱ10萃取完成后，将萃取釜Ⅱ10中的气体导入到萃取釜Ⅰ7中，这样可实现连续萃取，缩短生产周期，提高生产效率。

下面的实施例对本发明的新方法作详细描述，但不意味着限制本发明的范围。

实施例1：

将干燥的40目的风车草叶粉1kg与200ml的浓度为80%食用乙醇混匀后，（二者重量比约为100：17），置于35℃，53KHz的超声波仪器中超声波处理20min后，将原料取出放入超临界二氧化碳萃取设备的萃取釜Ⅰ7、萃取釜Ⅱ10中。设定萃取压力为35MPa，萃取温度为50℃，分离釜Ⅰ13温度为55℃、压力为10MPa，分离釜Ⅱ16压力为4.5Mpa，分离釜Ⅱ16温度为35℃。动态萃取2小时，收集提取液，浓缩得到57g的风车草浸膏。

实施例2：

将干燥的100目的风车草叶粉1kg与600ml的浓度为95%食用乙醇混匀后，（二者重量比约为100：48），置于60℃，37KHz的超声波仪器中超声波处理60min后，将原料取出放入超临界二氧化碳萃取设备的萃取釜Ⅰ7、萃取釜Ⅱ10中。设定萃取压力为22MPa，萃取温度为40℃，分离釜Ⅰ13温度为45℃、压力为8MPa，分离釜Ⅱ16压力为5Mpa，分离釜Ⅱ16温度为40℃。静态萃取1小时，动态萃取1小时，收集提取液，浓缩得到52g的风车草浸膏。

实施例3：

将干燥的60目的风车草叶粉1kg与1000ml的浓度为70%食用乙醇混匀后，（二者重量比约为100：87）置于40℃，40KHz的超声波仪器中超声波处理30min后，将原料取出放入超临界二氧化碳萃取设备的萃取釜Ⅰ7、萃取釜Ⅱ10中。设定萃取压力为40MPa，萃取温度为65℃，分离釜Ⅰ13温度为75℃、压力为6MPa，分离釜Ⅱ16压力为5Mpa，分离釜Ⅱ16温度为45℃。静态萃取0.5小时，动态萃取1.5小时，收集提取液，浓缩得到60g的风车草浸膏。

以下通过测定对比试验得到的风车草叶提取物中黄酮类化合物的含量，来观察本超声波辅助超临界CO₂萃取技术与现有技术（乙醇法）的优劣。

现有技术（乙醇法提取），将风车草碎成平均粒径为 60目的原料粉末，取原料粉末1kg，加浓度为95%乙醇10L，浸泡2~3天后，过滤，浓缩滤液，滤渣再采用浓度为95%乙醇10L浸泡，如此反复3次，合并收集的滤液，浓缩，得到采用乙醇法提取得到风车草叶提取物。

采用三氯化铝法测定样品中的黄酮类化合物，精密称取干燥芦丁对照品20mg，置100ml容量瓶中，浓度为60%乙醇溶解，定容，得标准对照液。精密移取不同体积的芦丁对照液置25ml容量瓶中，另取风车草叶浸膏10mg，置10ml容量瓶中，浓度为60%乙醇溶解，定容，精密移取5ml置25ml容量瓶中，各加入50g/L亚硝酸钠溶液0.75ml，摇匀，静置6min；再加100g/L硝酸铝溶液0.75ml，摇匀，静置6min；再加40g/L氢氧化钠溶液10ml，用60%乙醇稀释至刻度，摇匀，静置10min，以浓度为60%乙醇调零，测定500nm处的吸光值，以绘制标准曲线和测定样品中黄酮类化合物的含量。

实验结果与结论：

结果表明，本发明的超声波辅助超临界二氧化碳萃取法得到的风车草叶有效成分中黄酮类化合物的含量显著强于采用现有技术（乙醇法）得到的提取物，其浓度约为乙醇法的4倍，说明采用超声波辅助超临界二氧化碳萃取法可以更高效地萃取风车草叶中的有效成分。

Claims (4)

1.超声波辅助超临界二氧化碳连续萃取风车草叶有效成分的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，预处理：去除风车草叶中杂质，干燥后粉碎至10~100目；

步骤2，超声波处理：将风车草叶粉末与浓度为60%~100%的乙醇按重量比100:1~200的比例混合后，于20~70℃，20~80KHz下超声波处理5~120min；

步骤3，超临界萃取：将经超声波处理过的风车草叶粉置于萃取釜中，设定萃取条件：萃取压力20~60MPa，萃取温度32~90℃，分离釜Ⅰ压力为5~12Mpa，温度为32~90℃，分离釜Ⅱ压力为4~6Mpa，分离釜Ⅱ温度为30~50℃；

步骤4，先静态萃取0~1小时后，再动态萃取1~4小时，每30min收集风车草叶的功效成分，合并收集液，进行减压浓缩得到风车草叶提取物。

2.如权利要求1所述的超声波辅助超临界二氧化碳连续萃取风车草叶有效成分的方法，其特征在于：所述步骤2中乙醇的优选浓度为75%~95%，原料与酒精的优选重量比为100:10~100；所述步骤2中超声萃取温度的优选条件为30~60℃，优选频率为30~60KHz，优选超声时间为20~60min。

3.如权利要求1所述的超声波辅助超临界二氧化碳连续萃取风车草叶有效成分的方法，其特征在于：所述步骤3中优选的超临界萃取条件为：萃取压力22~40Mpa，萃取温度为40~65℃，分离釜Ⅰ的优选条件分离压力为6~10Mpa，温度为40~70℃。

4.如权利要求1所述的超声波辅助超临界二氧化碳连续萃取风 车草叶有效成分的方法，其特征在于：所述步骤4中萃取时间的优选条件为静态萃取0.5~1小时，动态萃取1~2小时。

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