青蒿素的提取

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1、NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OFCHEMICAL TECHNOLOGY(2013)届本科生天然产物有效成分提取大作业题目青蒿素的提取学院：理工院专业：化学工程与工艺学号：090101153 姓名：马鸿飞指导教师：刘雪凌教研室主任(负责人)：2012年6月5日天然色素的提取青蒿素提取马鸿飞化学工程与工艺化工0906班学号090101153指导老师：刘雪玲摘要研究了超临界CO提取青蒿素的工艺，考察了粒度、压力、温度、时2间、CO流量等影响因素.以萃取率为目标，综合考虑产品收率，优化了超临2界萃取工艺条件，得到较佳的操作条件:萃取压力20 MPa ,萃取温

2、度50 C,每千克原料CO质量流量1kg/h，分离器I的温度为60 C,压力为14 MPa.2在优化条件下萃取4 h，萃取率达到95 %以上，萃取物纯度在15 %以上.关键词：青蒿素超临界二氧化碳萃取黄花蒿-J前言超临界流体萃取是利用处于临界温度，临界压力之上的超临界流体具有溶解 许多物质的能力的性质，将SCF作为萃取剂，从液体或固体中萃取分离出特定的 成分的新型分离技术由于它具有低能耗、无污染和适合于处理易热分解和易氧化 物质的特性，因而在化学工业、能源工业和医药工业中引起广泛的兴趣和应用。SCF萃取剂特别是超临界CO流体与普通的有机溶剂相比，具有明显的优2势。它是环境友好型溶剂，对人畜无害

3、，不污染环境，也不会残留在产品中，而 且临界温度（31。1度）和临界压力（7.387MPa）较低，故操作条件相对较温和。 由于超临界CO流体密度接近于液体，因而具有很大的溶解能力，而粘度却接近2于气体，其扩散能力又比液体大100倍以上。并且，其溶解能力和选择性很方便 的通过改变压力和温度进行调节，萃取速率快，操作时间短，所以一直受到大家 的重视。SFE技术在食品、医药、香料和天然色素等领域的天然物提取分离上的应用 研究，一直是SFE技术研究最活跃的领域，受历史和传统习惯的影响，国外这方 面的研究主要集中在天然香味物、调味品和天然色素的提取上，而国内则多集中 在传统中药的有效成分的提取上，以适应

4、中药现代化的发展要求。但萃取原理， 都是从天然物中提取有效成分，其中，植物精油的提取占据了主导地位。传统的植物精油或其它有效成分的提取方法，有水蒸气蒸馏法和有机溶剂萃 取法。它们都有明显的缺陷。水蒸气蒸馏法由于温度较高，会引起精油中热敏 性成分的热分解和易水解成分的水解。所提取的精油还必需除去所夹带的水分， 以防止霉变，延长产品的储存和保质期。有机溶剂萃取法除了面临大量的溶剂筛 选工作外，萃取所得产品还必需经过一系列的脱溶剂操作，才能得到最终产品。 而且，产品中不可避免的会含有残余的有机溶剂，产品的使用范围受到很大的限 制。大量的实验研究证实SFE技术在天然物提取上优于传统的提取方法。所以，

5、SFE技术在天然物的提取上有取代上述两种方法的趋势。青蒿素的提取也可以用 这种方法。在过去的十几年中，天然物的SFE无论在技术上，还是在基础理论的研究上， 都取得了很大的进展。葛发欢和萧效良等人对SFE技术在香料工业和医药工业 上的应用作过综述，分析了 SFE技术在天然物提取上的优势和缺陷。但他们只是 对SFE技术在香料工业和医药工业上的各个具体产物提取的情况作了介绍。有关 近年来SFE技术提取天然物的实验方法和基础理论的研究进展，未见任何评述。 尽管超临界萃取技术的研究已经进行了二三十年，现在已有工业化的SFE 装置。但仍有许多与之相关的内容有待进一步研究。天然物组分更广泛和更可靠 的溶解度

6、数据仍有待测定，有关流体相和固相间的分离因子的数据更是缺乏。目 前，有关SFE过程设计的可靠资料十分零碎。描述过程的数学模型和过程模拟 的研究才刚刚起步。萃取后的天然物有效成分的进一步分离问题是SFE研究中 必须面临的新的领域。虽然工业化超临界设备的投资过高，使该技术风险较大。但由于该技术与 传统的方法相比，在保证产品的纯天然特征和生产过程中不产生污染物排放以及 能耗低等方面，具有明显的优势。所以，在精细化工和制药等生产高附加值产 品的行业受到广泛重视。尽管超临界技术只是提取分离天然物时的一种选择，对具体的过程也不一定 是唯一和最佳的选择。但是，由于对环境保护的日益重视，而限制有机溶剂的 使用

7、；以及人们对纯天然高附加值产品需求的增加，必将大力促进超临界技术的 研究开发向前发展。现在以青蒿素的萃取为例进行简介。黄花蒿又名青蒿，为菊料艾属植物的全草。它具有抗疟、抗菌、解热、免疫 等药理活性。青蒿素是我国科学工作者于70年代从黄花蒿中分离鉴定的含有过 氧基团的倍半萜内酯类化合物，治疗恶性疟疾及抗氯喹株疟疾等疾病具有高效、 速效、低毒等特点，是我国得到国际承认的唯一抗疟新药。以青蒿素为原料衍生 而成的蒿甲醚、青蒿酯钠、还原青蒿素、蒿乙醚等也具有较高的抗疟效果。青蒿 素结构中有一过氧基团，传统的溶剂提取法由于经过长时间的提取和浓缩，易使 青蒿素破坏损失，收率降低，且要浓缩大量的有机溶剂，易燃

8、易爆，污染大，提 取周期长，成本高。1材料与方法1. 1原料与设备1. 1. 1 原料 黄花蒿全草，自然晒干，粉碎、筛分，4060目和60 80目，石油醚索氏抽提法测得青蒿素质量分数为0.487 %，按中国药典(2000) 标准烘干法测得水的质量分数为11.3%，湖南华立(吉首)青蒿素制药有限公司 生产青蒿素标样，纯度99.8 %，美国Sigma公司提供；CO?纯度$99.9 %， 含水率W0.02 %，无异味，杭州明星工贸气体有限公司提供。1. 1. 2 仪器 HA1210 500 01型超临界萃取装置，萃取器容积1 L , 设计压力50 MPa ;两级分离器容积均为0. 6 L，设计压力3

9、0 MPa ,最高操作 温度75C，最大体积流量50 L/ h，南通华安超临界萃取有限公司制造。1. 2萃取流程CO钢瓶冷却系统高压泵萃取釜分离器（分离器I和分离器II） 2-冷却系统（循环）黄花蒿草经粉碎筛分后装入萃取器。从钢瓶出来的CO冷却成 液态，再由高压泵压缩后进入缓冲罐，经预热器进入萃取器，与原料黄花蒿进行接 触和传质，溶有溶质的超临界CO经两级预热、两级减压后进入分离器I和分2离器II。从分离器II顶部出来的CO （约为5 MPa）经冷却系统循环使用。预热器、 萃取器和分离器温度均由恒温水浴控制恒定温度。1. 3分析方法采用HPLCO UV法测定.由于青蒿素无紫外吸收，分析前需要和

10、酸、碱进行 衍生化反应，生成最大吸收波长为260 nm的Q260 ,再进行HPLC分析。色谱 分析条件为:Water s高效液相色谱仪系统，包括Waters 510高压泵、Waters 717自动进样器、C18反相色谱柱（4. 6 mm X25 cm ,5p m固定相）、486紫 外监测器；流动相：Na2 HPO4 （ 0. 9mmol/ L）ONaH2 PO4 （3. 6 mmol/ L ）缓 冲溶液（V（甲醇）：V冰）：V （乙腈）=45 : 45 : 10 ,p H =7. 76），体积 流量:0. 5 mL/ min.进样量：10L，检测波长:260 nm.柱温:30 C。实验测得标

11、准曲线为:A = 3. 43 X104 c，其中：A为青蒿素的峰面积（AUs） , c为青 蒿素质量浓度（U g/ mL）,线性相关度R = 0. 999 6 ,相对标准偏差1. 1 %, 加样回收率98. 9 %。2结果与讨论2. 1颗粒度的影响将原料粉碎，通过分级筛，收集不同粒度的组分进行萃取实验，结果如图1 所示可以看出，原料粒度的大小对萃取速度和萃取率有重要影响。青蒿素为植 物细胞内产物，提取时须从胞内释放，扩散进入超临界CO中，传质过程受植物2细胞内扩散控制.所以原料必须适当粉碎以增加溶质分子与超临界CO的接触，2减少固相传质阻力，但如果粉碎太细会增加超临界CO通过的阻力，使萃取效率

12、 2下降实验均采用粒度为6080目（即0. 250. 18mm）的黄花蒿原料进行实 验。萃取条件:萃取压力2D 1九;萃取温度咒C每于克原料CO2 质量流量1 kg/ h图I原料粉碎粒度对萃取率的影响2. 2原料含水量的影响实验考察了原料中水的质量分数对萃取率的影响。原料中初始水的质量分数 为11. 3 %,将原料在50 C下真空干燥，使得水的质量分数分别为6.0 %和 2.5 %作对比实验，结果如图2所示实验结果表明，在实验范围内原料中水的 质量分数越高萃取率越大。青蒿素具有极性,可能是原料中的水起“夹带剂”的 作用,增强了超临界co2的极性和溶解能力。水的质量分数对萃取选择性的影响 较复杂

13、，当水的质量分数很低时，青蒿素的萃取率低，使得提取物中青蒿素纯 度不高；水的质量分数增加，萃取率显著提高，萃取选择性随之增加；水的质量 分数再进一步增加，青蒿素萃取率提高，但极性杂质的溶解度增大，导致萃取 选择性反而下降。从工业化角度考虑，原料直接进行萃取较合适。tooffltCOj） : M（原料）萃取条件:萃取压力2。MP苏萃取温度呛匸;每千克原料（26质量流量1上尊h J泉料60KO S图2含水量对萃取率的影响2. 3流速的影响在0. 1621. 968 kg/ h范围内考察了 CO质量流量对萃取率的影响，结2果如图3所示。实验结果表明:在相同的萃取时间下，CO质量流量增大萃取2率增加。

14、质量流量增加，超临界流体通过料层的速度加快，因而与料的接触搅 拌作用相对增强，传质系数与传质面积均有增大，从而提高了传质速率，使萃 取能较快达到平衡溶解度，提高了萃取率；同时质量流量增加使超临界溶剂在萃 取柱内停留时间相应减小，出口处流体不易达到饱和，不利于提高萃取率，甚 至会出现相同时间或相同CO用量下，萃取率随质量流量增大反而降低的现象.。2实验选择了较为适宜的CO质量流量:0. 294 kg/ h，即每千克原料1 kg/ h。22. 4萃取压力的影响萃取压力是一个关键因素，对萃取率有重要影响实验压力范围：15. 229.7 MPa，结果如图4所示随着压力的增大，超临界CO的密度和扩散能力

15、也增2加，其溶解能力就提高，萃取率也就越高。在20 MPa以后继续提高压力，萃取 率变化不大虽然压力对流体密度的影响最为显著，且密度是影响超临界流体溶 解能力的主要因素，但不能为了提高产量而无限制地提高压力，致使设备投资 成倍增加所以选择压力应进行全面的经济衡算。因此，综合考虑萃取率、设备 费用和能耗几个因素，20 MPa为较佳的萃取压力。萃取条件：萃取压力2D苏萃取温度代 匸原料60-80 0图3流速对萃取率的影响萃取条件:萃取温度兀 匚每二克原料C6质量流量1 kg, h: 原料絶蛮B图4压力对萃取率的影响2. 5 萃取温度的影响温度是萃取过程的另一个重要参数，萃取温度提高，分子扩散系数增大， 流体粘度下降，致使流体分子与溶质的结合几率增加，传质效率增加；但温度升 高，流体密度降低，导致超临界CO2的溶解能力下降.温度对萃取率的影响如图 5所示.可以看出，在一定温度内（4060 C），温度升高萃取率显著提高.升 高萃取温度，有利于青蒿素的超临界CO萃取但温度上升，杂质溶解度也增2大，萃取选择性下降，萃取物中杂质含量也随之升高；同时温度过高，青蒿素还 会发生热裂解等化学变化因此，萃取温度不宜过高，50 C较为合适。2. 6萃取时间的影响随着萃取时间的延长，萃取率增加。由图5可见，在每千