全 文 ：· 综述与专论 ·
中草药超临界 O C:萃取产业化若千问题
陈 列 舟 刘柏钦
摘 要 详细论述了中草药超临界 O C:萃取产业化遇到的若千间题 , 提出 了超临界萃取装置设计
的总体要求 ,对关键设备萃取釜作了重点介绍 ,并评述了国 内高压萃取釜的现状 。 对萃取装里的转
产问题设计了可行的方案 。 文中提出了应加大力度开发的几个课题 。
美妞词 超临界 CO , 萃 取 分离提取 新技术
超临界流体技术是近 30 年来引起人们
极大兴趣 的化工新技术 ,在化学反应和分离
提纯领域开展 了广泛深人的研究 , 取得 了很
大进展 。 国际上每三年召开一次超临界流体
学 术会议 。 1 9 9 6 年 10 月 , 我 国召开了 “ 第 一
届全国超临界流体技术学术及应用研讨会 ” ,
第二届研讨会将于 1 9 9 8 年 n 月召开 。 作为
新一代化工分离技术 ,超 临界 CO : 萃取 已列
人 “ 八 · 五 ” 国家科技攻关计划 。 经过科技人
员 的努力 , 在医药 、 化工 、食 品 、 轻工及环保等
领域完 成了一批很有价值 的课题 ,初步形成
了一个新的产业 。
近 1 0 多年来 ,我们先后研究与开发了 4
套不同规模的工业化超临界 C O : 萃取装置 ,
已开发的产品包括青篙素浸膏 、 蛇床子浸膏 、
姜黄浸膏 、 艾叶浸膏 、 胡椒精油 、 广蕃香精油 、
肉豆范精油 、 花椒精油 、 姜精油 、 茉莉精油 、 小
麦胚芽油 、 深海鱼油精制等 。总结产业化的实
践经验提 出如下几个 问题与同行们探讨 。
1 装 t 的设计和规模
超 临界 流 体萃取装 置设计 的总体 要求
是 : 1) 工作条件下安全可靠 ,能经受频繁开 、
关盖 (萃取釜 ) ,抗疲劳性能好 ; 2) 一般要求一
个人操作 ,在 I O m in 内就能完成萃取釜全膛
的开启和关闭一个周期 , 密封性能好 ; 3) 结构
简单 , 便于制造 , 能长期连续使用 ( 即能三班
运转 ) ; 4) 设置安全联锁装置 。 高压泵有多种
规格可供选择 , 值得高兴 的是国产三柱塞高
压泵 能较好地满足超 临界 C O : 萃取产业化
的要求 , 但它的流量需要提高 ,有必要试制 比
40 M P
a 工作压 力更 高的新 型高压泵 , 要 搞
系列化和标准化 。 同时 , 国产的适用于 C O Z
流体的高压 阀 (包括手动和 自动 )也需进一步
研究和提高 。 加快软件开发 , 采用 P L C 实现
程序控制 , P C 机在线检测 , 提高装置的 自动
化和安全性 。
根据实践经验 , 结合我国的国情 , 我们认
为 , 超临界 C O : 萃取装置宜以 中小型较为实
际 。 大型装置如单釜大于 1 0 0 L 规模的就
不宜盲 目上马 。 每套装置配置 2一 3个萃取釜
效率会高一些 。有资料介绍旧 本几家拥有超
临界 CO : 萃取装置的公司其 中大部分是巾
小型装置 , 只有一家是大于 1 O 0 L 容积的 ,
详见表 1 。
在装置规模选择上建议注意如下两点 :
1
.
1 根据生产对象选型 : 超临界萃取装置是
一种分离技术的通用设备 ,作为一个企业 ,应
根据经营目标和经营范围确定规模 。例如 , 我
们曾在一家食 品公司工作 , 实践 中体会到 中
型超临界萃取装置基本可满足生产需要 。 对
陈 列 女 , 高级工程师 , 1 9 6 5 年毕业 于西安石油学院炼厂机械专业 。 1 9 8 8 年 2 月开蛤从事超临界 C旦2声平研究 与
开发 , 曾参 与“ 八 · 五 ” 国家重点攻关课题 的工作 . 获广州市科技 进步一等奖和国 内贸易部科技进步一等奖 。 联系 电 沽 (。 2。 ,
8 7 5 0 4 2 9 6
某些产品 , 例如茶 叶脱咖啡 因或者提取啤酒
花浸 膏则需大型装置 , 笔者 曾在瑞士参观过
一家公司拥有的 3 X 3 0 0 0 L 装置就是例证 。
公司名 设备制造厂
伍德公司
(德国 )
三菱化工机
三菱化工机
伍德公司
(德国 )
克虏伯公司
(德国 )
住友精化
住友重机
容积
( L )
设计压力
( M P a )
富士香料
Y A S U M A
高砂香料
长谷川
香 料
茂利制油
住友精化
武田药
品工业
2 0 0 X I
30 0 X I
10 0 X I
30 0只 1
萃取对象物
香烟用香料
食品用香料
辣椒油树脂
天然香料
月气怡1曰启j
.` -
八廿O口月ó左`,妇,自伪JQg
34.37四29
73 食品香料、 色
4 素、抗氧化剂
精油
120 0 X I 医药品、 脱溶剂
1
.
2 决定装 置规模 : 不仅要 考虑技术 上可
行 , 而且更要考虑经济上可行 。超临界萃取属
高压设备 , 投资费用 昂贵 , 规模越大 , 投 资费
用越高 ,这是一项风险投资 。 一般说来在 3一
5 生 内能够 回收投资就是 一个 成功 的项 目 ,
否则规模选择不 当会造成企业经营的一个包
袱 , 把好事办成坏事 。
2 萃取釜问题
按有 关资 料规 定 , 以 P N 1 0 . 0 ~ 1 0 0 . 0
M P a 为高压 。 目前 国产萃取釜最高工作压力
以 3 2 . 0 M P a 居多 ,但也有例外 , 我们正在设
计的最高工作压力为 50 M P a 的萃取装置是
为了提取某中药成分 的 。 对于不同形态物料
需选用不 同的萃取釜 。 萃取釜结构的一个重
要参数是长径比 ,对于固体形态物料 ,其长径
比约在 1 : 4一 1 , 5 之间 , 对于液体形态物料
其长径 比约在 1 : 10 左右 。 前者装卸料是 间
歇式的 ,后者进卸料可以连续式 。 中草药萃取
多 为固体 (切制成 片状或捣碎成粉粒状等 ) ,
将物料装人吊篮内 。 如果物料是液体 (例如传
统法人参提取液脱除溶剂 ) ,釜 内尚需装人不
锈钢环形填料 。
间歇式装卸料采用快开盖装置结构的釜
盖 。 目前 , 国内全膛快开盖装置常用的有三
类 : 一类是卡箍式 , 另一类是齿啮式 , 还有一
类是剖分环式 。 卡箍式快开盖装置又可分为
三种 , 一是手动式 , 即靠逐个拧紧或松开螺栓
《中草药 》 1 9 9 9 年第 3 0 卷第 1 期
螺母 ; 二是半 自动式 , 靠手柄移动丝杆驱动卡
箍 ; 三是全 自动式 , 靠气压 /液压装置驱动卡
箍沿导轨定 向滑动 。 齿啮式快开盖装置也有
两种 , 内齿啮式和外齿啮式 。
全 自动卡箍式快开盖装置完成一次操作
周期 ( 即开盖 、 取 出吊篮 、 放进装有物料 的另
一 吊篮 、 关 闭釜盖 ) 约需 s m i n ; 齿 啮式快开
盖装置完成一次操作周期约需 10 m in 。
萃取釜能否正常的连续运行在很大程度
上取决于密封结构的完善性 。 当介质通过密
封面的压力降小于密封面两侧的压力差时介
质就产生泄漏 , 萃取釜就无法正常工作 。 由于
C O
: 对橡胶的穿透性强 , 大多数用橡胶做密
封的萃取装置 ,不管是采用什么规格型号的
橡胶 ,通常只能使用 3一 5 次就要更新 。 对于
工业化萃取釜宜用卡箍结构釜盖 , 采用 自紧
式密封 。我们使用一种新 的密封材料 ,经过改
进的 O 形环密封圈 , 密封效果好 , 装拆方便 ,
便用寿命长 , 连续使用可达 30 次以上 。
吊篮与萃取釜之间的密封也是非常重要
的 , 它直接影响到 出品得率 。 设计萃取釜时 ,
还要考虑到 吊篮的装卸方便和安全问题 。 吊
篮可 以是组合式 的 。
萃取釜是超 临界萃取装置系统中的关键
设备 , 承受压力高 , 研制高强度特种钢材 , 减
小釜壁厚度 ,节省材料和费用很有必要 。 目前
世界 各国正在研究 的高纯度特 种钢就是例
证 。 与萃取釜配套的分离釜研究正同步进行
之中 , 以适应工业化生产的 目的 。分离釜可根
据分离 目的设置一级分离或多级分离 。 对于
中草药 , 有时要三级 、 四级分离 。 分离可结合
精馏 、 吸附等多种工序 ,达到提取 、 分离与纯
化的 目的 。
3 装里的转产
超 临界 C O : 萃取装 置存在一个转产 问
题 。 为了防止交叉污染 ,实验室装置的清洗是
容易实现 的 。 但是工业化装置的清洗就困难
多了 ,需要投人更多的人力 、 物力 、 财力 ,如果
不充分认识这一点的艰巨性和重要性 , 清洗
不彻底 ,可能会造成更大的浪费和损失 。
·
6 3
·
从工程设计考虑 , 为了防止高压泄漏 ,管
件连接形式尽可能采用固定的 , 即焊接连接 。
但从 生产实 际调整产 品结构考虑 , 尽可能采
用螺纹法兰连接也许是最适宜的 , 便于拆洗 。
清洗的方法要 根据不 同对象而选定 , 统
一不变的通用方法是没有 的 。 可供选择的方
法 如 下 : 1 ) 热 碱 水 一 自来 水 一 稀 酸 ( 如
H N O
3 , 但不 能用 H CI ) ~ 去离 子水 ; 2) 洗 洁
剂 ( 如 N in e X 2 4 + 偏 硅酸 钠 十 氢氧 化钾 十
水 ) ~ 去离子水 ; 3) 下列任何一种溶剂或它们
的几种溶 剂混合 物 ( 乙 醇 、 己烷 、 松节油 、 丙
酮 、 汽油 、 四氛化碳 )一去离子水 ; 4) 酒精 + 阿
摩 尼亚水 + 汽油 ~ 去离子水 ; 5 ) 加有改性剂
的 C O : 。
洗涤 溶液人 口 阀门设置在 装置 的最 高
点 , 出 口 为各釜的排放阀及管道的最低点 排
放阀 , 也可以用泵打循环的方法进行清洗 , 最
后用氮气吹扫 ,再转人下一轮新产品的萃取 。
对于 中草药全草萃取 , 必然会遇到叶绿
素 、 蜡质等 “ 杂质 ” 像 沥青一样粘着在设备和
管道 内壁 , 即使用上述方法清洗效果也不很
理想 ,我们采用碱性高压蒸汽冲洗 ,发现其效
果很好 , 不过需要添置辅助设备 。
工业化大型装置的清洗工作不是轻易就
能 搞好 的 , 要 费些 时 间 , 考虑 到经济上 的原
因 , 经 常转产会 使成本 提升 , 设备利 用率下
降 , 频繁转产是不可取的 。但是 , 即便不转产 ,
设备和管道也要每年至少清洗 1 次 。
4 C O
: 回收问题
超 临界 C O : 萃 取 技 术 的一 大 优 点 是
C O
: 可以循环使用 ,不仅可以降低成本 , 又可
避免污染环境 。但是 ,实际操作中不可能百分
之百地回收 C O Z 。 回收 C O : 最简单的方法是
采用压力平衡 的办法 , 把系统 中的高压 C O Z
输送到压力较低 的 C O : 贮罐中 , 如果要进一
步 回收 , 就要 加装压缩 机 , 而且 在 C O : 贮罐
的前 面要配置一个净化器 , 用户 当地 C O : 的
价格便宜的话 ,没有必要全部 回收 ,一般 回收
8 0%左右是合适的 , 也容易做到 , 不断地补充
一些新鲜的 CO Z , 有利于 萃取 完全 和工艺最
。
6 4
。
佳化 。
装置 中 C O : 的排放集 中到一放空管道 ,
并 引出室外 (排空 口 高于屋面 l m 以上 ) 排
放 。放空管道 的管径应比高压管至少大 2 倍 。
CO
: 由高压系统过渡到低压系统时其过渡形
式 为高低压异径管 , 材料一般 为 20 号钢 , 高
压端法兰为 35 号钢 。
5 关 于能耗 问题
有一 些专 著和文 章都推荐超临界 C O Z
萃取技术 的特点之一是节约能源 。 由于比传
统的溶剂萃取耗时短 ,步骤少 ,省去了某些产
品的精制过程 , 因而节约能源 。但是在工业化
过程 中 , 能源消耗 占产 品成本的 比例要作具
体分析 。 某 产品的成本组成如下 : 原料 费占
5
.
9%
,能耗 占 2 2 . 5% , C O 。 消耗 占 8 . 9% ,劳
务 费占 3 . 6% , 设备 折旧 费 占 2 . 4% , 易损
件及其它占 6 . 7 % , 由此可见 , 该产品萃取过
程中的相变需要消耗较大 的能源 。 我们认为 ,
深人研究节约能源 、 降低消耗 、 降低成本是关
系到这一新技术产业化的成败问题之一 。
节约能源 , 降低消耗必 须注意做好如下
几点 : 1) 优化工艺 , 严格控制操作条件 , 以提
高出品率 ; 2) 严格选用优质的中草药原料 ; 3)
确保设备完好率 ,合理安排生产 ,连续三班运
转 ,不要停停开开 ; 4 )引进节能技术 ,从质量
上提高装置的能量转化率和利用率 。
6 几个值得注意的问题
6
.
1 超临界 C O : 萃取装置管理和操作人员
应有必要的压力容器基本知识 , 搞清楚上作
压力与水压试验压力的区别 , 严禁在最高工
作压力 32 M P a 的萃取釜装置上进行超过允
许压力的生产运行 , 否则是很危险的 。 我国劳
动部颁发 的《压力容器安全管理规定 》不仅设
计者要学习 ,而且使用者也要学习 。操作人员
应持证上岗 。
6
.
2 超压泄放装置除了 安全阀外还应设置
爆破片 , 中草药某些带粘性的成分积 聚在安
全 阀的阀瓣上或者堵塞 阀的通道 , 可能影 响
安全 阀泄压装置的启动 ,所 以应该有双重保
险 。 我们看到有的工业化装置竟也忽视了这
一点 。 超 临界 C O : 萃取技术产业化呼唤标准
化工作要尽快跟上 。
6
.
3 夹带剂使用范围越来越宽 ,装置的腐蚀
问题应引起重视 。 不锈钠设备的腐蚀常常为
局部腐蚀 , 当处于钝态和活态边缘 ,在含有 卤
素离子 的夹带剂 中可能产生孔蚀 , 在含有对
应力腐蚀敏感离 子 (如 1C 一 、 O H 一等 ) 的夹带
剂 中 , 受应力 的部分 (如焊缝 附近 ) 则可能 产
生应力腐蚀 。
6
.
4 工业化生产不同于实验室试验 ,应将生
产 过程 的实况记录和设备运行记 录分 开 , 做
好技术档案和使用管理档案工作 。
6
.
5 生产过程 中 ,为了防止高压系统降压时
C O
: 中的微量水分或杂质因节流降温结冰而
造成堵塞 , 工艺条件的选择要全面权衡 ,设置
合理 。 生产中系统压力不正常往往是堵塞造
成的 。
超 临界 C O : 萃取法工艺简单 , 生产 中工
人们往往也简单地看待操作的严格性 , 因而
造成生产水平波动 ,产 品质量不稳定 。如变温
分离过程 , 在某一压力范围内 ,溶质 的气压起
主导作用 , 温度升高 , 溶解度增加 ; 在某一压
力范围内 ,超临界流体的密度起主导作用 ,温
度升高 ,溶解度变小 , 这就要求操作者正确掌
握某一产 品的工艺流程 。
超 临界 CO : 萃取在 中草药 应用上有潜
在前景 , 已有一些文章做过综述 ,笔者也进行
过 1 0 多 味中草药的提 取和分离 ,总 的来说 ,
中草药成分中低极性化合物如醋 、 醚 、 内醋和
含氧化合物较易萃取 , 尤其是如下几个方面
应加大力度 : 1) 具有手性碳原子的某些天然
化合物 , 由于他们具有光学活性 ,在提取与分
离过程 中 , 遇酸或碱后容易发生异构化 。其结
果不仅改变了其旋光性 ,而且其生理 活性也
难免受到影响 ,这些化合物如果是偏脂性的 ,
就 比较适宜用超临界 C O : 萃取 , 例如中草药
中 (及海洋生物中 )许多单菇类化合物均属此
列 。 2) 从 自然界植物 中提取具有抗癌作用的
有效成分意义重大 ,采用超临界 C O : 萃取将
会更有利于保 持其生理活性 , 例如 自鬼 臼属
植物 中提取鬼臼 毒脂素 ;从温获术中提取榄
香烯 ; 从长春花中提取新长春碱等等 , 它们都
具有抑制癌细胞增殖的作用 。 3) 中草药成分
复杂 , 同一味药 中的各化学 成分 的极性 、 沸
点 、 分子量 、 溶解度等特性有所不 同 ,如何采
用超临界 C O : 萃取技术进行分馏萃取 、 反 向
萃取和拓宽夹带剂范 围 ,做到充分利 用中草
药资源是大有文章可做的 。
( 1 9 9 8
一
0 6
一
1 7 收稿 )
天然药物抗癌有效成分研究进展
上海 医药工业研究院 ( 20 0 4 37) 聂 纯 奋
摘 要 恶性肿瘤 是 目前危害人民生命和健康的严重疾病之一 , 而化学合成 的抗癌药多半也对人
体正常细胞 产生毒副作用 , 因此从天然动 、 植物中寻找毒性低 、疗效高的抗癌 活性成分仍是近年来
国 内 、 外科学工作者研究的热点之一 。 作者综述 近年来国 内 、 外从天然产物 中发现的抗癌有效成分
的药理作用和临床应 用情况 ,从而 显示出从天然 产物 中开发抗癌新药 的巨大潜力 。
关健词 天然 产物 有效成分 抗癌作 用 临床应用
据世界卫生组织 (W H O )统计资料表 明 ,
全世界癌 症每 年发病约 1 0 0 万人 , 死亡约
70 0 万人 , 已成为仅次于心血管病 的人类第
二杀手 。 而化学合成的抗癌药多半也对人体
A d d r e s s
:
N ie C h u n
,
S h a n g h a i I n s t i t u t e o f P h a r m a e e u t i e a l I n d u s t r y
,
S h a n g h a i
《中草药 》 1 9 9 9 年第 3 0 卷第 1 期