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天然产物的提取一一水蒸气蒸馏法、升华法和超临界流体萃取法


化学先生 / 2019-07-25

  1:水蒸气蒸馏法(steam ditillation)

    水蒸气蒸馏法适用于能随水蒸气蒸馆而不被破坏的天然化合物的提取,被提取的化合物与水不相混落或仅微容,在约10C时应有一定的蒸气压, 当水加热沸腾时,产生的水蒸气能将该物质带出。植物中的挥发油,”些小分子物质如麻黄碱烟碱和槟榔碱等生物碱,丹皮险、香豆素和内陆类成分等酸性或中性物质均能采用本法提取,对于一些在水中溶解度较大的挥发性成分可采用蒸馏液重蒸馆方法,收集最先流出部分分出挥发油,也可采用盐析法将蒸馏液中挥发性成分用低佛点非极性溶剂如己烷石油醚、乙醚等萃取出来。水蒸气蒸馏法的主要缺点是热不稳定成分面临被降解的危险。
 
    2:升华法(sublimation)
 
    升华指某些固体物质如水杨酸苯甲酸和樟脑等受热时,在低于其熔点的温度下,可不经熔化直接变成气态,遇冷后又凝结成原来固体的现象。天然产物中凡具有升华性质的化合物均可应用此法进行提取纯化。
 
    升华法简单易行,但往往分离不完全,并常伴有成分的分解现象,产率低。采用减压加热升华可避免分解,但该法很少用于大规模制备。
 
    3:超临界流体萃取法(supercritical fluid extraction, SFE)
 
    一种流体(气体或液体), 当温度和压力均超过相应临界点时,则称该状态下的流体为超临界流体。超临界流体具有以下特性;①超临界流体的密度接近液体,由于溶质在溶剂中的溶解度般与溶剂的密度成正比,使超临界流体与液体溶剂有相近的提取能力:②流体在临界点附近的压力或温度的微小变化都会导致流体密度相当大的变化,从而使溶质在流体中的溶解度也产生相当大的变化;③超临界流体的扩散系数介于气态与液态之间,其黏度也接近气体,因此总体上超临界流体的传质性质更类似于气体;④当流体状态接近于临界区时,蒸发热会急剧下降,至临界点时,气液相界面消失,蒸发焓为零,比热也变为无限大。因此,在临界点附近进行分离比在气液平衡区进行分离更有利于节能。
 
    SFE操作时,将欲进行提取分离的原料装人提取器,排出所有杂质气体后,注入超临界流体,在压缩机驱动下,使其在提取器和分离器之间循环。溶有提取物质的超临界流体自提取器顶部离开,经节流阀节流,降压析出溶质,进人分离器,溶质自分离器底部排出,超临界流体则进人压缩机经压缩后进人提取器循环使用。在SFE操作中,提取器内的溶质溶解于超临界流体的过程是自发的,不耗能:节流阀上的节流膨胀属于等焓过程,不消耗能量,如用膨胀机代替节流阀,还能回收部分能量:分离器则仅系机械分离操作,也不消耗能量。在流程中主要的能耗是压缩机,压缩机的功率决定于压缩比与流体的循环量。常用的压缩比一般不会很大,而流体的循环量则取决于超临界流体对溶质的溶解能力,溶解度越大,所需超临界流体的循环量就越小,能耗越低。若有溶剂气体在临界点附近液化,对原料做近临界流体提取(near critical fluid extraction),这时需要将提取相的溶剂蒸出供循环使用。
 
    在这种情况下,因临界点附近流体的气化潜热很小,所以蒸发所需的热量就很少,且溶剂与溶质间的挥发度差异很大,分离十分方便,操作所需的能量也低。
 
    该方法提取速度快,通过改变压力及加入改性溶剂,可以调整溶剂的溶出能力。选择适当的压力和温度能提高提取的选择性能并获得更干净的提取物。该方法无需使用大量有机溶剂,常用的超临界流体为二氧化碳,具有显著的安全性。在不加改性溶剂时,植物中的大量叶绿素不会被提取出来。与其他任何一种提取分离技术样, 超临界流体萃取有自己的适用范围和局限性。由于CO2为非极性分子,因此超临界CO,对低分子量、低极性或亲脂性的成分如油脂、萜、醚和环氧化合物等表现出优秀的溶解性,适用于对热及化学不稳定的化合物的提取,以及从混合物中提取低极性的组分;但对极性较大、分子量较高的化合物,如皂苷类、黄酮类和多糖类等的提取较为困难。因此,单一的超临界萃取技术在应用范围上受到限制。天然产物种类繁多,各类成分的化学性质差异极大。为保证提取完全,就必须有针对性地将超临界流体萃取与其他提取技术配合使用。
 

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