天然產(chǎn)物的提取一一水蒸氣蒸餾法、升華法和超臨界流體萃取法
化學(xué)先生 / 2019-07-25
1:水蒸氣蒸餾法(steam ditillation)
水蒸氣蒸餾法適用于能隨水蒸氣蒸館而不被破壞的天然化合物的提取,被提取的化合物與水不相混落或僅微容,在約10C時(shí)應(yīng)有一定的蒸氣壓, 當(dāng)水加熱沸騰時(shí),產(chǎn)生的水蒸氣能將該物質(zhì)帶出。植物中的揮發(fā)油,”些小分子物質(zhì)如麻黃堿煙堿和檳榔堿等生物堿,丹皮險(xiǎn)、香豆素和內(nèi)陸類成分等酸性或中性物質(zhì)均能采用本法提取,對(duì)于一些在水中溶解度較大的揮發(fā)性成分可采用蒸餾液重蒸館方法,收集最先流出部分分出揮發(fā)油,也可采用鹽析法將蒸餾液中揮發(fā)性成分用低佛點(diǎn)非極性溶劑如己烷石油醚、乙醚等萃取出來(lái)。水蒸氣蒸餾法的主要缺點(diǎn)是熱不穩(wěn)定成分面臨被降解的危險(xiǎn)。
2:升華法(sublimation)
升華指某些固體物質(zhì)如水楊酸苯甲酸和樟腦等受熱時(shí),在低于其熔點(diǎn)的溫度下,可不經(jīng)熔化直接變成氣態(tài),遇冷后又凝結(jié)成原來(lái)固體的現(xiàn)象。天然產(chǎn)物中凡具有升華性質(zhì)的化合物均可應(yīng)用此法進(jìn)行提取純化。
升華法簡(jiǎn)單易行,但往往分離不完全,并常伴有成分的分解現(xiàn)象,產(chǎn)率低。采用減壓加熱升華可避免分解,但該法很少用于大規(guī)模制備。
3:超臨界流體萃取法(supercritical fluid extraction, SFE)
一種流體(氣體或液體), 當(dāng)溫度和壓力均超過(guò)相應(yīng)臨界點(diǎn)時(shí),則稱該狀態(tài)下的流體為超臨界流體。超臨界流體具有以下特性;①超臨界流體的密度接近液體,由于溶質(zhì)在溶劑中的溶解度般與溶劑的密度成正比,使超臨界流體與液體溶劑有相近的提取能力:②流體在臨界點(diǎn)附近的壓力或溫度的微小變化都會(huì)導(dǎo)致流體密度相當(dāng)大的變化,從而使溶質(zhì)在流體中的溶解度也產(chǎn)生相當(dāng)大的變化;③超臨界流體的擴(kuò)散系數(shù)介于氣態(tài)與液態(tài)之間,其黏度也接近氣體,因此總體上超臨界流體的傳質(zhì)性質(zhì)更類似于氣體;④當(dāng)流體狀態(tài)接近于臨界區(qū)時(shí),蒸發(fā)熱會(huì)急劇下降,至臨界點(diǎn)時(shí),氣液相界面消失,蒸發(fā)焓為零,比熱也變?yōu)闊o(wú)限大。因此,在臨界點(diǎn)附近進(jìn)行分離比在氣液平衡區(qū)進(jìn)行分離更有利于節(jié)能。
SFE操作時(shí),將欲進(jìn)行提取分離的原料裝人提取器,排出所有雜質(zhì)氣體后,注入超臨界流體,在壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)下,使其在提取器和分離器之間循環(huán)。溶有提取物質(zhì)的超臨界流體自提取器頂部離開,經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流,降壓析出溶質(zhì),進(jìn)人分離器,溶質(zhì)自分離器底部排出,超臨界流體則進(jìn)人壓縮機(jī)經(jīng)壓縮后進(jìn)人提取器循環(huán)使用。在SFE操作中,提取器內(nèi)的溶質(zhì)溶解于超臨界流體的過(guò)程是自發(fā)的,不耗能:節(jié)流閥上的節(jié)流膨脹屬于等焓過(guò)程,不消耗能量,如用膨脹機(jī)代替節(jié)流閥,還能回收部分能量:分離器則僅系機(jī)械分離操作,也不消耗能量。在流程中主要的能耗是壓縮機(jī),壓縮機(jī)的功率決定于壓縮比與流體的循環(huán)量。常用的壓縮比一般不會(huì)很大,而流體的循環(huán)量則取決于超臨界流體對(duì)溶質(zhì)的溶解能力,溶解度越大,所需超臨界流體的循環(huán)量就越小,能耗越低。若有溶劑氣體在臨界點(diǎn)附近液化,對(duì)原料做近臨界流體提取(near critical fluid extraction),這時(shí)需要將提取相的溶劑蒸出供循環(huán)使用。
在這種情況下,因臨界點(diǎn)附近流體的氣化潛熱很小,所以蒸發(fā)所需的熱量就很少,且溶劑與溶質(zhì)間的揮發(fā)度差異很大,分離十分方便,操作所需的能量也低。
該方法提取速度快,通過(guò)改變壓力及加入改性溶劑,可以調(diào)整溶劑的溶出能力。選擇適當(dāng)?shù)膲毫蜏囟饶芴岣咛崛〉倪x擇性能并獲得更干凈的提取物。該方法無(wú)需使用大量有機(jī)溶劑,常用的超臨界流體為二氧化碳,具有顯著的安全性。在不加改性溶劑時(shí),植物中的大量葉綠素不會(huì)被提取出來(lái)。與其他任何一種提取分離技術(shù)樣, 超臨界流體萃取有自己的適用范圍和局限性。由于CO2為非極性分子,因此超臨界CO,對(duì)低分子量、低極性或親脂性的成分如油脂、萜、醚和環(huán)氧化合物等表現(xiàn)出優(yōu)秀的溶解性,適用于對(duì)熱及化學(xué)不穩(wěn)定的化合物的提取,以及從混合物中提取低極性的組分;但對(duì)極性較大、分子量較高的化合物,如皂苷類、黃酮類和多糖類等的提取較為困難。因此,單一的超臨界萃取技術(shù)在應(yīng)用范圍上受到限制。天然產(chǎn)物種類繁多,各類成分的化學(xué)性質(zhì)差異極大。為保證提取完全,就必須有針對(duì)性地將超臨界流體萃取與其他提取技術(shù)配合使用。