CN1935810A - 富集式超临界流体萃取青蒿素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富集式超临界流体萃取青蒿素的工艺方法，其特点在于以黄花蒿为原料，经水浸润，用微波辐射，磨碎，二次微波辐射，提取，压滤，干燥；将干燥物提取分离富集，脱色过滤，结晶干燥得成品。由于提取分离采用超临界CO₂萃取纯化分离，以排除粉末和其它杂质对分离效果的干扰，故能大幅提高收得率，加之选用价廉而用量又小的乙醇为溶剂，故而大幅降低生产成本，与传统工艺相比，生产成本下降40％。而且原料中青蒿素含量在0.35％以上都具工业生产价值，实现资源利用最大化。同时，利用超临界萃取排放的CO₂废气，用于料库内原料贮存中的抗氧剂，有效地延缓青蒿素因氧化而造成的损失，使加工企业四季生产常态化得以实现。

Description

富集式超临界流体萃取青蒿素的方法

技术领域

本发明涉及从黄花蒿植物中提取具抗疟作用的倍半萜内酯化学结构的天然产物——青蒿素的工艺方法。

背景技术

黄花蒿(Artemisia Qnnua L·)除印度和越南有零星分布外，主产于中国，从中提取青蒿素(Qing haosu·arteannuin)以及制成药物制剂并用于抗疟治疗是中国首创。因抗疟作用强，具高效，速效、低毒等优点，于2004年被世界卫生组织(WHO)认可为新型抗疟药物，并列入“击退疟疾”实施计划采购名单中，其药用价值和经济价值凸现很明显。

疟疾、艾滋病、肺结核是危害人类健康最大的三大传染病。据WHO公布的消息，全球有上百个国家，25亿人口生活在疟疾传染疫区之中，其中绝大部分是在非洲撒哈拉以南贫困地区。每年患者3亿人以上，因病死亡高达数百万人，危害极大。为解除疟疾给人类带来的苦难，世界卫生组织于1998年制定一项“击退疟疾”实施计划。当时主要用药是氯喹类传统药物，因药疟原虫具抗药性，实施结果患者死亡人数不降反升，于是把用药的希望转向中国，黄花蒿便成为“国宝”级特产，给中国壮大青蒿素产业带来难得的发展机遇。

青蒿素作为中国特有产业，其工艺先进程度对全球疟疾患者用药价格产生重要影响。因此，通过技术创新，从原料种植、提取加工、药物制剂、产品开发等，夯实青蒿素产业链各相关环节，使之做强做大，做到物美价廉，易被世卫组织及国际有关采购机构所接受，进一步提高竞争力，使之可持续发展，这对促进我国国家经济技术合作交流，提高我国声誉，均具积极意义。

除此外，扩大青蒿素衍生物制剂的临床应用，已成为许多国家研究的热点。经初步探索发现，青蒿素药物对艾滋病、恶性肿瘤、血吸虫、黑热病、红斑狼疮、涤虫、弓形虫等治疗，均具良好的应用前景。有的科学家誉为是人类用药发现青毒素之后的第二大发现。

在上述背景推动下，中国近年青蒿素种植、提取加工业发展很快。纵观其技术方法，以采用溶剂类型分，可分为三类：

(1)以汽油或石油醚为溶剂，这种技术方法现占主导地位。其工艺流程是：

原料经适当粉碎后，用原料量5倍的溶剂冷浸三次，除渣，合并提取液，减压回收溶剂得小体积提取液，加2％NaOH·乙醚，分离除去含酸性成份的碱水层得中性乙醚层，经硅胶柱色谱吸附，用石油醚·乙酸乙酯混合液洗脱，减压回收洗脱液得粗品。溶剂残留物挥发至尽得成品。收率80％。

此法优点是收率高于乙醇提取法，经硅胶柱色谱吸附后，洗脱液挥发至尽即取得成品。缺点是溶剂不仅价格高，用量大，且易挥发，损耗量大，以致成本高居不下。同时溶剂易燃易爆，时刻存在重大生产安全隐患；此外，环境污染无法从根本上得到有效消除。

近年国内新研制的青蒿素提取设备，其立足点是改进以石油产品为溶剂的合理应用。鉴于石油是不可再生能源，对于我国人口众多，面临石油短缺日趋严峻的国度来说，大量使用石油产品为溶剂，有悖于国家产业发展政策导向，故本工艺拒绝石油消费，因而具有不可比性。

(2)以乙醇为溶剂，原料6倍量的稀醇浸泡24小时后开始渗漉或迴流提取三次，提取液用原料量4％活性炭搅拌脱色，过滤，滤液在60℃以下减压回收乙醇至原体积1/5，静置24小时以上，倾去上清液，取下层浸膏加一倍乙醇热溶，静置48小时以上，过滤得粗品，经多次重结晶得成品。收率70左右。

此法优点：乙醇是可再生清洁能源，对环境无污染，价格较便宜，大量使用可拉动我国酒精酿造业发展，对农民增收有利。同时这一工艺方法投资较小。

缺点：溶剂用量大，工效慢、收率低、成本高、资源浪费严重。

由于收率高低对生产成本关系极大，故上述两种提取方法对原料含量选用条件较为苛刻，对于含量低于0.5％以下都不能采用，资源无法得到有效利用是个严峻的问题。

(3)超临界CO₂萃取法，广州汉方药业拥有的ZL931016143.1技术专利，收率与传统法比高达1.9倍，目前无人能超越。超临界CO₂萃取是现代高新分离技术，是国际公认的环境友好的生产技术方法。但该项技术也有缺陷，一是设备贵，投资大；二因是原料直接萃取，其成本受原料含量制约的因素较大，三是设备使用规格有限，超过300立升以上需附设加热锅炉，会大幅增加生产成本。

发明内容

本发明旨在通过工艺创新，使上述方法存在的缺陷得到较好克服，取得高效、节能、环保、安全的工艺效果，降低生产成本，提高收得率，实现资源利用最大化。

本发明所采取的技术方案是：

以黄花蒿为原料，经水浸润，用微波辐射，磨碎，二次微波辐射，提取，压滤，干燥；将干燥物提取分离富集，脱色过滤，结晶干燥得成品。

所述的提取为加入乙醇加热提取。

所述的提取分离可采用超临界CO₂萃取设备萃取；并将CO₂废气经管道输入密封型料库中作驱氧剂。提取分离还可采取加入甲醇溶解、过滤，再乙醇溶解、过滤。

其工艺流程如图1。

具体方法如下：

1、原料浸润、微波辐射

青蒿素提取技术难点，在于能否把存在于植物细胞内的目标物充分转移到溶剂中来，细胞膜的阻隔便是难以彻底消除的屏障。以往生产实践证明，采用单一的破壁方法，效果不很理想。为提高收率，本发明采用多种技术方法联合并用，互为补充，改静态提取为动态提取，以期取得最好的提取效果。具体操作方法是，利用青蒿素不溶于水的性质，将原料置于适宜容器中，用常水浸润过夜，使植物组织充分吸水膨胀后，用可移动的微波发生器进行辐射，辐射频率为2300～2600MHZ，功率为3000W～6000W，辐射时间120～240S(以水温不超过60℃为限)，这次辐射目的不是提取，而是利用微波每秒十几亿次的高速振动所产生的热能，经水介质传导，使植物细胞内温度迅速上升，水汽化产生的压力将细胞膜冲破形成孔洞，利于目标物溶出，创造有利提取条件。

2、机械破碎，磨成浆液

操作方法是：用可调式大型农用钢磨机，以原浸润水为润滑剂，边加水边磨。其目的有二，一是将植物组织彻底破坏，有利于目标物转移到溶剂中来，二是将原料由蓬松状态变为密实的浆料，以减少溶剂用量。

将磨得的浆料，静置一小时后，排除上层多余水，使浆料露出液面，再用上述方法微波再辐射一次。

3、搅拌撞击，热溶提取

经微波二次辐射后，装入电热装置的夹层锅容器中，加入95％乙醇，使质量浓度达70％。通电对夹层锅水进行加热，调整水温控制器达56℃时止；启动可升降搅拌器，进行加热搅拌提取4小时。此时的溶剂量高出青蒿素所需溶解度需要量50～60倍，在56℃热溶下，已完全溶解，剩下的问题是渣液能否彻底分离的问题了。

4、趁热压滤，渣液分离

具体操作是将热溶提取后的物料，装入大型板框式压滤机中，用80～100目滤网，压滤至干。再用原料一倍量的新溶剂，经充分搅拌后作第二次压滤。如此操作以致在药渣中几乎检测不出青蒿素存在为止。收率就可以达95％左右。

5、低温减压，回收溶剂

合并压滤液，减压回收溶剂宜在恒温56℃水浴锅中进行。滤液中带有在压滤时渗出的粉料不必过滤分出，这一步最后由超临界CO₂萃取分离纯化来解决。

6、静置放冷，排出废水

当溶剂回收量达4/5时，从减压容器下方排放口收集提取物，静置放冷12小时以上，排除上层水，即得下层湿膏物。

7、恒温干燥、除去水份

取下层湿膏物薄摊于烘盘中，置于恒温56℃水浴盘中或真空干燥，当水份降低至6％左右时，即可装入小型(50L×2或24L×2)超临界CO₂萃取装置中进行纯化分离萃取。

8、提取分离

(1)超临界CO₂萃取分离  黄花蒿原料经过上述1～7步操作后所得的干燥物，其中青蒿素从天然含量百分之零点几富集到15％以上，待分离的是有效效成份富集料，为使用投资额仅为大型超临界CO₂萃取设备(1000L×2)的1/10-1/18(50L×2或24L×2)的小型超临界CO₂萃取设备的使用创造有利条件。因为小型萃取设备勿需附设燃气锅炉，用电量也不多。因所用温度和压力都不高，萃取时压力18MPa，温度达45℃已达到工艺要求，因此，电机功率在6KW/h～10KW/h之间即可，经济而实用，收到如下积极效果：①不受上游工艺影响，提取完全，纯化程度高；②投资小，分离速度快，产量大；③CO₂废气再利用，变废为宝；一般每釜萃取时间3～4h便可完成，完毕后须将CO₂向大气排放改为经管道向密封型料库排放，取得经济效益明显，即A：使料库中CO₂气体始终保持在正压状态，起到驱氧作用，有效地延缓黄花蒿原料在贮存过程中因氧化变成脱氧青蒿素而造成的损失，使常年开工成为可能，解决了困绕企业多年因原料有效成份降低过快无法做到生产常态化的难题。B：CO₂气体能有效地抑制需氧微生物的繁殖和生长，尤其在春夏季节，CO₂气体在料库中吸潮剂的共同作用下，防霉防虫效果明显。C：CO₂是无毒无味的惰性气体，是料库中最好的防火剂。

(2)所得湿膏物也可不必经干燥后用超临界CO₂萃取，而直接加入甲醇溶解，加入活性炭脱色、过滤、减压回收溶剂至近干，再用70％乙醇溶解，过滤，静置结晶得成品。

9、脱色过滤  经采用超临界CO₂萃取分离而得的青蒿素，带有少量色素杂质，可用活性炭除去。其方法是先用适量甲醇使之完全溶解，加入4％活性炭充分搅拌后，加热片刻(以不超过60℃为限)，趁热过滤，收集滤液，减压回收溶剂后浓缩至近干。

10、结晶精制  将脱色后得到的青蒿素用适量70％乙醇溶解，静置使之结晶，过滤干燥即得成品。

综上所述，本发明主要优点是：

(1)高效

①在提取过程中，通过快速检测进行操作控制，青蒿素收率可提高到95％，增效明显。②利用排放的CO₂废气变为向料库中输入抗氧剂，延缓有效成分因氧化过快而造成的损失，解决以往原料不能久存的难题，使加工企业四季生产常态化得以实现。③简化工序，缩短工时，从传统工艺全流程120小时缩至约66小时。④投入小，产出高。据计算，日加工原料6000kg，年产青蒿素10吨计，库房、厂房、设备等全部投资约合580万元，投入产出比为1∶13～15。⑤资源利用最大化。目前，由于生产成本原因，国内几乎所有加工企业都把原料含量低于0.5％以下的不再利用，当垃圾焚烧。而本发明能使含量在0.35％以上的原料都具工业生产价值。

(2)节能

①目前，国内大部份青蒿素提取企业，都以汽油或石油醚为溶剂，不仅用量大，损耗高，价格也较高，收率有限，故生产成本高居不下；况且，石油是不可再生能源，大量石油消费，除非不得已，不应是我们首选的经济生产方式，故本发明拒绝石油消费，符合国家产业政策导向。②乙醇是可再生清洁能源，大量采用可促进国内乙醇工业生产，有利于农民增收。③不用设锅炉，减少煤炭消耗和有害废气排放。④本发明与传统乙醇提取法相比，溶剂用量节省近60％。

(3)环保

①乙醇不仅价格便宜，又是可再生绿色清洁能源，对环境无污染。②本发明在工艺源头上把95％以上有机物有效分离掉，废水中造成污染的有机物含量已控制到最小程度，不仅节约废水净化投资，又因废水量小，有机物含量也低，对环保实施十分有利。

(4)安全

在所有提取青蒿素溶剂种类中，乙醇不仅价廉易得，而70％的乙醇是最安全的。本发明从溶剂选择上，杜绝了因意外原因、因溶剂燃爆而造成重大生产安全事故发生的可能。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

取黄花蒿筛去枝梗，检测青蒿素含量0.35％，以日加工原料6000kg，每班称取2000kg置于池中，加入常水过料面，浸渍过夜，次日用移动式微波发生器辐射一次，微波发生器功率为400w，辐射频率2450MHZ，辐射时水温会升高，辐射时间以水温不得超过60℃为限，一般为120～240s，然后连同浸泡水送入农用钢磨机中磨碎，边加水边磨，将磨得的细料置于池中或适宜容器中静置1h。排放上层水，使磨料显露于水面，再用第一次微波辐射的方法再辐射一次，经过微波二次辐射后的磨料，移入电控56℃的夹层锅中，加入95％乙醇，使质量浓度70％，启动搅拌器，在恒温56℃中搅拌提取4h，从夹层锅底部排料口收集提取料，趁热送入板框式压滤机以100目进行压滤，滤渣再用一倍量70％乙醇在56℃下搅拌调匀后，再压滤一次。收集滤液及连其中的细粉固体物，置于电控恒温水溶槽上减压回收乙醇，当提取液体积缩至1/5时，停止回收乙醇作业，将带水提取料置于沉淀缸中，冷却静置沉淀12h以上，排去上层清水即得下层湿浸膏物，薄摊于烘盘中，置＜60℃以下进行干燥，当水份约达6％左右时，即可进行超临界CO₂纯化分离萃取。

将上述方法所得的干燥物装入50L×2超临界CO₂萃取釜中，通电对萃取系统加热的同时，也对CO₂循环系统冷却器进行冷却，当萃取釜和分离釜温升分别达45℃和35℃时，打开CO₂输入阀向系统输入CO₂，启动空气高压泵以0.8～1.0L/min流速对萃取系统进行加压，当萃取釜压力升到18mpa，分离釜压力达5.0MPa时，关闭CO₂输入阀，启开CO₂循环阀，让其自动循环萃取4h，停止高压泵转运，打开排气阀，将萃取系统内CO₂通过管道向密封型料库中排放。待萃取系统稍待冷却后，从分离釜中取出提取物。

将超临界CO₂萃取所得的青蒿素用甲醇溶解，加4％活性炭充分搅拌，加热至56℃维持10分钟，过滤去炭，滤液减压回收溶剂至近干。加入70％乙醇(质量浓度)适量至完全溶解，静置结晶，过滤去母液，置于＜60℃下干燥即得成品6546g，青蒿素收得率为93.5％。

以含量0.35％为原料，按原料收购8元/kg计，生产成本3330元/kg，这仍略低于目前国内企业生产成本均价水平。如原料收购为6元/kg，则生产成本2723元/kg。

实施例2

取黄花蒿原料筛除梗枝后，称取2000kg，经检测青蒿素含量0.53％，按上述实施例1的操作步骤方法。制得成品10048g。青蒿素收得率94.8％，以黄花蒿收购价8元/kg计，生产成本2165元/kg，比目前国内企业生产成本明显降低。

实施例3

取筛去梗枝后的黄花蒿500kg，经检测青蒿素含量0.75％，按实施例1的操作步骤和方法，制成成品14192g，青蒿素收得率94.6％，按原料收购价8元/kg计，生产成本1548元/kg，若原料收购价10元/kg，则生产成本1829元/kg。

通过上述实施例可以看出，原料中素蒿素含量越低，生产成本越高，反之亦然。以往，原料来源以采集野生黄花蒿为主，因而可以以较低价格便能买到，但因黄花蒿原料最佳采集季节与种子成熟落地时间不同步，野生种子越来越少，自然资源匮乏日趋严峻，为满足国际市场需求，大面种人工种植原料势在必行。产地药农渴望通过种植黄花蒿经济收入高于种植其它作物，以达到致富的目的；加工企业希望得到最大的利润，原料收购设法压级压价，以规避市场风险。此法必然挫伤农民种植积极性，不利于青蒿素产业健康持续发展，要使加工企业和原料种植者取得互利双赢，通过技术创新才是正确的途径。本发明青蒿素提取生产成本远低于国内企业生产成本，为黄花蒿原料种植者提供增收空间的同时，也为青蒿素提取企业创造利润空间。

Claims (4)

1、一种富集式超临界流体萃取青蒿素的方法，其特征是：

以黄花蒿为原料，经水浸润，用微波辐射，磨碎，二次微波辐射，提取，压滤，干燥；将干燥物提取分离富集，脱色过滤，结晶干燥得成品。

2、根据权利要求1所述的富集式超临界流体萃取青蒿素的方法，其特征是：所述的提取为加入乙醇加热提取。

3、根据权利要求1所述的富集式超临界流体萃取青蒿素的方法，其特征是：所述的提取分离可采用超临界CO₂萃取设备萃取；并将CO₂废气经管道输入密封型料库中作驱氧剂。

4、根据权利要求1所述的富集式超临界流体萃取青蒿素的方法，其特征是：所述的提取分离可采取加入甲醇溶解、过滤，再乙醇溶解、过滤。