全 文 ：2008 , Vol.25 No.3化学与生物工程
Chemistry &Bioengineering54　
基金项目:教育部高校科技创新工程重大项目培育基金资助项目(704027)
收稿日期:2007-10-30
作者简介:潘见(1955-),男 , 安徽金寨人 , 教授 ,博士生导师 , 主要研究方向为天然产物超级加工。 E-mail:x inxiang1@126.com。
夹带剂对超临界 CO2 萃取重结晶岩白菜素的影响
潘　见 ,高　杰 ,张文成 ,张　爽 ,赵华峰 ,薛秀恒
(合肥工业大学农产品生物化工教育部工程研究中心 ,安徽 合肥 230009)
　　摘　要:以 70%的岩白菜素为原料 ,采用超临界 CO2 萃取重结晶岩白菜素 ,考察了甲醇 、乙醇 、丙酮和乙酸乙酯 4 种
夹带剂对超临界 CO2 萃取重结晶岩白菜素的结晶率 、纯度 、形貌和 IR 图谱等的作用规律。结果表明 , 在萃取结晶压力
为 15 MPa、萃取温度为 55℃、萃取时间为 50 min、CO2 流量为 15 L· min-1的条件下 , 乙醇作夹带剂时重结晶纯化岩白
菜素的综合效果最好 ,结晶率达 60%以上 、重结晶纯度达 92%以上 ,且能保持晶体的优良晶型和结晶品质 ,综合评价后
优选乙醇为夹带剂。
关键词:夹带剂;超临界 CO2 ;萃取重结晶;岩白菜素
中图分类号:O 658.2　　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1672-5425(2008)03-0054-04
　　超临界流体技术近年的热点方向之一是超临界流
体结晶技术 ,研究表明超临界流体结晶技术在非挥发
性物质的干燥 、结晶与造粒等方面具有良好的应用价
值[ 1 , 2] ,其中新研发的超临界流体萃取结晶技术集萃
取 、结晶和吸附于一体 ,既具有超临界萃取技术的高效
性 ,又具有结晶的高分离特性 ,被应用于高效分离纯化
某些天然产物的有效成分[ 3] 。
岩白菜素 ,又名岩白菜内酯 、矮茶素 、佛手配质 ,是
虎耳草科植物岩白菜 、落新妇的有效成分 , 《中华人民
共和国药典》2005版收录为镇咳祛痰药 ,主要用于治
疗慢性支气管炎[ 4] ,具有抗炎 、护肝 、促进病变组织恢
复 、增强免疫力 、抗 HIV 病毒等功效[ 5 ～ 7] 。岩白菜素
的分子量为 328.28 ,属于异香豆素类化合物 ,其化学
结构式[ 8] 如图 1所示 。
图 1　岩白菜素结构
Fig.1　Structure of bergenin
在采用超临界 CO 2 萃取结晶技术重结晶岩白菜
素的研究过程中发现 ,影响结晶效果的因素除了压力 、
温度 、时间和超临界 CO 2 流量等工艺参数外 ,夹带剂
的协同作用也是一个重要的影响因素。岩白菜素本身
的分子量和分子极性较大 ,而超临界 CO 2 为非极性溶
剂 ,对目标物质的溶解能力差 ,因而直接采用超临界
CO 2 萃取结晶的效果较差 , 为此 ,作者选用甲醇 、乙
醇 、丙酮和乙酸乙酯为夹带剂协同超临界 CO2 作用 ,
以提高其对岩白菜素的溶解度和选择性 ,考察了不同
夹带剂对超临界 CO 2 萃取重结晶岩白菜素的结晶率 、
纯度和形貌等的作用效果 ,从中筛选得到了效果较好
的夹带剂 。
1　实验
1.1　材料 、试剂与仪器
岩白菜素(含量为 70%),合肥拓峰生物工程有
限公司;岩白菜素标准品 ,中国药品生物制品检定
所 。
二氧化碳(99.8%),食品级;乙醇 、丙酮 、甲醇 、乙
酸乙酯 ,分析纯 ,上海试剂厂。
HI-tachiX-650型扫描电子显微镜(日本日立);
Waters HPLC 系统:515型输液泵 , 2487 型紫外双波
长检测器;MAGNA-IR 750 型傅立叶变换红外光谱
仪;AG-135型电子天平(梅特勒-托利多公司)。
1.2　工艺流程
自制 40 MPa 超临界二氧化碳萃取结晶装置 ,工
潘　见等:夹带剂对超临界 CO2 萃取重结晶岩白菜素的影响/ 2008 年第 3 期 55　
艺流程如图 2所示。其中 1.6 L 梯度结晶釜的高径比
为 10∶1。
图 2　实验装置工艺流程
Fig.2　The flow chart of experimental apparatus
1.3　方法
(1)原材料预处理 ,即用夹带剂在超声波促溶条件
下溶解原材料 ,过滤;(2)将滤液通过料泵移入结晶釜
中;(3)用超临界 CO 2 萃取结晶滤液;(4)取样检测 、分
析 ,结晶率 A 按下式计算[ 9] :
A=m1 ×y 1
m0 ×y 0 ×100%
式中:A为结晶率 , %;m0为原料质量 , g;y0为原
料中岩白菜素的含量 , %;m1为结晶板上晶体质量 , g ;
y1为重结晶后岩白菜素的含量 , %。
1.4　分析与检测
岩白菜素的纯度采用高效液相色谱(HPLC)法检
测 ,色谱条件[ 10] :色谱柱:Waters Symmetry Shield C18
(5 μm ,4.6 mm×150 mm i.d.),流动相:甲醇∶水=
40∶60 ,流速:0.8 mL·min-1 ,检测波长:275 nm 。
岩白菜素的形貌考察采用扫描电子显微镜
(SEM)。
2　结果与讨论
2.1　夹带剂对岩白菜素结晶率的影响
取含量为 70%的岩白菜素晶体 ,萃取压力分别为
9 MPa 、12 MPa 、15 MPa 和 18 MPa , 在萃取温度为
55℃、萃取时间为 45 min 、CO2 流量为 15 L·min-1的
条件下 ,分别以甲醇 、乙醇 、丙酮 、乙酸乙酯作夹带剂 ,
协助超临界 CO 2 萃取重结晶 ,考察夹带剂对岩白菜素
结晶率的影响 ,结果见图 3。
由图 3可知 ,在选择的较低压力范围 ,即压力从 9
MPa增加到 12 MPa 时 ,乙酸乙酯协同超临界 CO 2 萃
取重结晶岩白菜素的结晶率最低 ,随着夹带剂极性的
增强 ,结晶率呈上升趋势 ,其中甲醇协同萃取重结晶的
作用最明显 ,可能是因为高极性的夹带剂增强超临界
CO 2 极性的能力更强 ,对岩白菜素的溶解性更高 ,所
以结晶率越大;随着压力的逐渐增加 , 当压力从 15
图 3　不同压力条件下夹带剂对岩白菜素结晶率的影响
Fig.3　Influence of entrainer on recrystallization rate
of bergenin under dif ferent pressures
MPa增加到 18 MPa时 ,几种夹带剂的萃取结晶率均
有所下降 ,其中乙醇在 15 MPa时达到最高的萃取结
晶率 ,这是因为 ,过高的萃取结晶压力虽然使萃取率得
到改善 ,但同时也削弱了晶体在结晶板上的结晶吸附
量 ,证实了在较高压力点处萃取与结晶存在着一个矛
盾点 ,同时也说明不同夹带剂对应的最佳萃取结晶压
力不同 ,鉴于本实验以结晶率为衡量指标 ,选择 15
MPa为萃取压力。
2.2　夹带剂对岩白菜素纯度的影响
取含量为 70%的岩白菜素晶体 ,在萃取压力为 15
MPa、萃取温度为 55℃、萃取时间为 50 min 、CO2 流量
为 15 L·min-1的条件下 ,分别以甲醇 、乙醇 、丙酮 、乙
酸乙酯为夹带剂协同超临界 CO2 萃取重结晶 ,采用
HPLC法检测所得结晶的纯度 ,在 0.8 ～ 4 μg 范围内 ,
以峰面积(y)为纵坐标 、进样量(x)为横坐标绘制标准
曲线 ,回归方程为:y =1.67×106 x +141471 , R2 =
0.9945。
夹带剂对岩白菜素纯度的影响见图 4 。
图 4　夹带剂对岩白菜素纯度的影响
Fig.4　Influence of entrainer on the purity of bergenin
由图 4可知 ,在萃取压力为 15 MPa 、其它条件相
同的情况下 ,乙醇协同超临界 CO 2 萃取重结晶得到的
岩白菜素晶体纯度最高 ,达 92%以上 ,甲醇次之 ,而乙
酸乙酯最低 ,基本符合结晶的纯度随夹带剂极性的增
潘　见等:夹带剂对超临界 CO2 萃取重结晶岩白菜素的影响/2008 年第 3 期56　
大而提高的规律;4组超临界 CO 2 萃取重结晶后的岩
白菜素晶体的纯度比处理前均有所提高 ,说明超临界
CO 2 萃取重结晶对提高岩白菜素晶体的纯度有效果。
根据岩白菜素晶体的理化性质分析 ,由于甲醇的极性
较大 ,在此压力条件下可能会同时溶解一部分与岩白
菜素晶体结构类似的异岩白菜素等物质 ,导致极性虽
然增强 ,但纯度反而有所下降 。
2.3　岩白菜素晶体形貌的考察
在萃取压力为 15 MPa 、萃取温度为 55℃、萃取时
间为 50 min 、CO 2 流量为 15 L·min-1的条件下 ,分别
以甲醇 、乙醇 、丙酮 、乙酸乙酯为夹带剂协同超临界
CO 2 对 70%的岩白菜素萃取重结晶 ,得到的岩白菜素
晶体的 SEM 图见图 5。
图 5　4 种夹带剂协同下所得岩白菜素晶体的 SEM 图
Fig.5　SEM of bergenin crystal obtained with four kinds of entrainer respectively
　　由图 5可知 ,在其它工艺参数相同的条件下 ,不同
夹带剂协同超临界 CO 2 萃取重结晶岩白菜素所获得
的晶体的形貌存在着一定差异。由结晶化学理论可
知 ,自然界中存在着同一元素或化合物在不同条件下 ,
形成结构 、形态乃至物性不同的晶体的现象 ,而不同夹
带剂与超临界 CO 2结合形成不同极性的结晶溶剂 ,由
于溶剂与溶质之间氢键 、范德华力等相互作用力的差
异 ,使晶体在不同结晶面上的生长速率不同 ,所以可
形成多种不同的结晶形貌 ,如甲醇为夹带剂时所得
晶体多为棒状 ,乙醇为夹带剂时多为立方体 ,丙酮为
夹带剂时多为长方体 ,而乙酸乙酯为夹带剂时则多
为三角形 。
同时由图 5还可知 ,乙醇和乙酸乙酯协同得到的
结晶颗粒比较均匀 ,乙醇为夹带剂时的颗粒度最小 ,
90%以上在 10 ～ 15 μm 范围 。考虑到药用结晶固体
颗粒需易于溶解 ,越小越均匀的晶体溶解速度越快 ,生
物利用度越好 ,因此 ,乙醇为开发生物制剂用首选夹带
剂。
2.4　夹带剂对岩白菜素 IR图谱的影响
由于 IR可带来吸光物质分子振动或转动能级的
信息 ,物质分子组成与结构的差别在红外光谱上有极
敏感的反映 ,其特征性较强 ,用于物质鉴定方面较紫外
光谱更为可靠 ,特别适用于化学结构比较复杂的药品
或化学结构相互之间差异较小药品的鉴别。近年来 ,
《中国药典》中采用 IR 鉴别的药品数量正逐渐增
多[ 11] 。
取含量为 70%的岩白菜素晶体 ,在萃取压力为 15
MPa、萃取温度为 55℃、萃取时间为 50 min 、CO2 流量
为 15 L ·min-1的条件下 ,分别以甲醇 、乙醇 、丙酮和
乙酸乙酯为夹带剂协同超临界 CO2 萃取重结晶 ,采用
KBr 压片法对所得岩白菜素晶体进行红外光谱鉴定 ,
并与标准品的 IR图谱进行对比 ,结果见图 6。
S.标准品　Ea、A、E和 M.分别是以乙酸乙酯 、丙酮 、乙醇和甲醇
为夹带剂所得样品
图 6　岩白菜素样品和标准品的 IR图谱
Fig.6　IR spectra of bergenin samples and standard
由图 6可知 ,岩白菜素标准品的 IR图谱中 , 3389
cm-1处的吸收表示含有羟基 , 1612 cm -1 、1528 cm-1 、
1463 cm
-1 、1348 cm-1处的吸收表示含有苯环 , 2996
cm-1 、2956 cm-1 、2894 cm-1 、1704 cm-1处的吸收表
示含有内酯环 , 1235 cm -1 、1128 cm-1 、1092 cm-1处的
吸收表示具有 C-O-C 结构;相比标准品的 IR图谱 ,
各夹带剂协同下获得岩白菜素样品的 IR谱图在峰
形 、峰的位置以及峰强上都没有发生变化 ,说明改变夹
带剂对超临界 CO 2 萃取重结晶得到的岩白菜素晶体
的分子结构没有任何影响 。
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3　结论
选择甲醇 、乙醇 、丙酮及乙酸乙酯 4种夹带剂协同
超临界CO 2 萃取重结晶含量为 70%的岩白菜素 ,得到
如下结论:
(1)在较低压力条件下 ,随着夹带剂极性的增强 ,
萃取结晶率也同时增加;当压力较高时 ,萃取结晶率逐
渐降低;萃取压力为 15 MPa 、乙醇为夹带剂时岩白菜
素的结晶率最高 ,达 60%以上。
(2)夹带剂协同超临界 CO2 萃取重结晶岩白菜素
能够明显提高其纯度 ,在萃取压力为 15 MPa 、萃取温
度为 55℃、萃取时间为 50 min 、CO2 流量为 15 L ·
min
-1 、乙醇为夹带剂的条件下效果最好 ,岩白菜素晶
体纯度达 92%以上。
(3)乙醇为夹带剂协同超临界 CO2 萃取重结晶岩
白菜素的结晶颗粒均匀 ,且粒径最小 , 90%以上在 10
～ 15 μm 。从提高生物利用度考虑 ,优选乙醇为开发
生物制剂用夹带剂。
(4)在实验条件相同的情况下 ,改变夹带剂对超临
界 CO 2 萃取重结晶的岩白菜素晶体的分子结构没有
任何影响 。
(5)在综合评价岩白菜素的结晶率 、纯度 、实验工
艺和减少溶剂污染的基础上 ,优选乙醇为协同超临界
CO 2 萃取重结晶岩白菜素的夹带剂。
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Influences of Entrainers on Supercritical CO2 Extraction
and Recrystallization of Bergenin
PAN Jian ,GAO Jie , ZHANG Wen-cheng ,ZHANG Shuang , ZHAO Hua-feng , XUE Xiu-heng
(Engineering Research Center of Bio-process , Ministry of Education , He fei Universi ty
o f Technology , He fei 230009 , China)
Abstract:With 70%bergenin as raw material , ext ract ion and recry stallization o f bergenin by supercri tial
CO 2 is carried out.The inf luences of ent rainers , including me thano l , e thano l , acetone and ethy lacetate on the
recry stalli zation rate , purity , cry stal surface and IR spect rum of bergenin cry stal are explo red.The resul ts
show that w ith the ex t raction pressure of 15 M Pa , ext racion temperature of 55℃, ex t raction t ime of 50 min ,
CO 2 f low of 15 L ·min-1 and ethanol as ent rainer , the purification effect is the best w ith recry stallizat ion rate of
above 60% and purity of above 92%, furthe rmore , the good cry stal form and quality can be kept.So , ethano l is
pro ved to be superio r and selected as entrainer fo r ex t raction and recrystallizat ion of bergenin by supercritical
CO 2 .
Keywords:entrainer;supercritical CO 2 ;ext raction and recry stallization;bergenin