超臨界流體萃取法從薯蕷屬植物中提取薯蕷皂素的製作方法
2023-09-22 08:07:25
專利名稱：超臨界流體萃取法從薯蕷屬植物中提取薯蕷皂素的製作方法
技術領域：
本發明屬於從天然植物中提取分離環戊烷並(a)-氫化菲骨架與雜環稠合的甾族化合物-薯蕷皂素的方法。
薯蕷皂素(Diosgenin)又名薯蕷皂甙元，化學名稱為Δ，3-羥基，25R-螺甾烯。其結構式見附
圖1。它是本世紀三十年代中期，日本學者藤井勝也等人從山蓖蘚(Dioscorea tokoro Makino)中分離得到的。由於其結構和甾體激素類藥物相近似，因此是合成甾體激素類藥物的重要起始原料。已有的從薯蕷屬植物中提取薯蕷皂素的方法(1)Ind.Eng.Chem.1957，49186.Rothrok J.W首創的直接酸水解法生產薯蕷皂素的工藝，它是把原料浸泡粉，用酸加熱水解後用汽油提取，這種傳統方法收率較低，約2％左右。(2)中草藥通訊1977，417-20北京醫學院藥學系報導的一種預發酵(也稱自然發酵)提取薯蕷皂素的方法。它是先將薯蕷植物浸溼，讓其自然發酵數天至十多天後進行酸水解，再用有機溶劑如汽油、石油醚等提取，這種方法收率有所增加。用盾葉薯蕷，俗稱黃姜為原料，收率可達3.3％，但產品的質量差，生產周期長。(3)中草藥1985，16(7)15-17陝西省鳳翔縣衛東化工廠報導的用分離法提取薯蕷皂素。它是用薯蕷植物浸泡帶水磨碎分離後，液體用液化酶和糖化酶酶解分離，再酸水解，再用汽油提取薯蕷皂素，其收率有所提高。用穿山龍薯蕷為原料，收率可達3.61-4.17％，但其工藝繁瑣，生產周期長。(4)CN 1111250 A 1995年10月8日公開廈門同安皂素廠發明的水解後用乙醇作提取溶劑，經加熱回流，直接提取薯蕷皂素，其收率為3.08-3.28％，純度為94.8-97.9％，但需用大量的乙醇。以上幾種工藝均存在如下缺點(1)收率低；(2)生產周期長；(3)均需用大量的有機溶劑，生產存在易燃易爆的危險，同時帶來環境汙染。
本發明的目的是尋找一種生產成本低、收率高、安全可靠的可用於工業生產的提取薯蕷皂素的新工藝。
超臨界流體萃取(SFE)技術是近十幾年來迅速發展起來的一種高新萃取分離技術，它是利用超臨界流體作溶劑進行萃取，其原理是在超臨界狀態的某些物質如CO2、O2、H2O、C2H4等處於一定壓力時，既近似於氣體，具有較低的粘度，又近似於液體，具有較高的密度，有良好的溶劑特性，可作為溶劑進行萃取，把天然物中的主要組份提取出來。同時，利用流體在臨界點附近有微小的壓力變化，就會引起溶解度的陡然變化，將混合組分分離。
本發明就是應用這一原理，用一種理想的流體，選擇合適的工藝條件從薯蕷屬植物中提取薯蕷皂素。
本發明是這樣實現的可用作超臨界流體的化合物質文獻報導有很多，如甲烷、乙烷、丙烷、二氧化碳、乙烯、丙烯、乙醚、丙酮、甲醇、水、甲苯、苯等。由於二氧化碳(CO2)有無毒、無臭、無味、無腐蝕性、不易燃燒、化學穩定性高、來源廣、價格低等優點，並具有良好的萃取選擇性，故本發明選用超臨界二氧化碳(CO2)作為提取溶劑從薯蕷屬植物中提取分離薯蕷皂素。
下面結合附圖詳述本發明的提取工藝。
附圖1，是薯蕷皂素的結構式。
附圖2，是超臨界二氧化碳提取薯蕷皂素的工藝流程示意圖。
圖中，
勾熱交換器，
表示閥門。
本發明的工藝操作方法見附圖2。稱取薯蕷屬植物如黃姜(D.zingiberensis，又叫盾葉薯蕷)或穿山龍(D.nipponica，又叫穿山龍薯蕷)或黃山藥(D.panthaica)水解後(水解物簡稱乾燥物)裝入萃取釜，打開CO2氣瓶通入貯罐中，打開冷機將冷箱進行冷卻，打開熱交換器分別對萃取釜、解析釜和分離柱進行加熱。當達到所預設的溫度時，打開進入萃取釜、解析釜和分離柱的閥門。打開高壓泵，對系統進行加壓，當萃取釜、解析釜和分離柱分別達到所預定的壓力時，關閉CO2氣瓶，同時打開迴路上的閥門，並通過閥門和高壓泵的頻率控制，調節二氧化碳的流量，開始循環萃取，在恆定的流量下，開始循環萃取2-4小時後停機，關閉有關閥門。打開解析釜的出料閥門出料，得到的是薯蕷皂素粗品，用乙醇或丙酮精製，即可得純度為94.9-98.7％，熔點≥195℃，乾燥失重＜0.5，符合產品質量標準的薯蕷皂素。
薯蕷皂素能否用超臨界二氧化碳來提取並取得較滿意的收率，關鍵在於工藝條件的選擇。不同物質在超臨界二氧化碳流體中溶解度是不同的，且與系統的壓力和溫度及二氧化碳流量、提取時間有直接關係。一般來說，隨著萃取壓力的提高，粗品收率會提高，但過高的壓力，使萃取的選擇性相對降低，粗品中薯蕷皂素的含量減少，給粗品的精製帶來了難度，且增加壓力，設備成本會明顯上升。適於本發明提取薯蕷皂素的萃取壓力是15-35MPa、解析壓力是5.5-15MPa，分離柱壓力是10-20MPa，較佳的壓力條件是萃取壓力為25-32MPa，解析壓力為6-11MPa，分離柱壓力為14-18MPa。
萃取溫度和解析溫度的選擇對薯蕷皂素的提取收率影響也很大，溫度的影響有雙重性，溫度提高，流體粘度下降，加快分子運動速度，有利於萃取；另一方面，溫度的增加，流體密度減小，溶質溶解度會下降，不利於萃取。而且，過高的溫度會帶來更多的能源消耗。本發明可在35-80℃的萃取溫度、40-70℃的解析溫度、50-90℃的分離柱溫度下循環萃取。較佳的溫度條件分別為萃取溫度50-60℃、解析溫度45-65℃、分離柱溫度為60-75℃。
萃取時間和二氧化碳流量對薯蕷皂索提取收率的影響一般來講，循環萃取時間越長，收率越高，但到了一定的時間薯蕷皂素的萃取率接近恆定，再延長時間會增加雜質的含量，同時也延長了生產周期，增加生產成本。二氧化碳流量的增加，流體的停留時間減小，使流體不能達到萃取平衡，從而增加二氧化碳的用量，而另一方面是流量的增加，強化了傳質，有利於萃取速率的提高，結果是增大流量，相同時間內的萃取率是提高了，但單位質量流體的萃取率卻下降了。然而流量過大，能耗加大，但流量過低，萃取時間會增加，設備利用率下降。因此，本發明可用18-30Kg/h/Kg原料的二氧化碳流量，循環萃取2-4小時，最佳是用25-30Kg/h/Kg原料的流量下，循環萃取3小時。
為了提高萃取收率和純度，可以在開始循環萃取的同時，打開夾帶劑貯罐，並開啟計量泵加少量的乙醇或丙酮。這些被稱為助溶劑或夾帶劑的有機溶劑加入系統與二氧化碳一起循環萃取。
本發明從小試到中試經大量的實踐證明，用超臨界二氧化碳流體萃取法，以黃姜為原料，收率可達4.50-5.93％，比傳統汽油法的3.3％左右可提高36.36-79.70％；以黃山藥為原料收率可達2.33％-3.00％，比傳統汽油法收率的1.33％左右提高了75.19-125.56％；用穿山龍為原料，收率可達5.0％以上，比傳統汽油法的收率3.61-4.17％提高了38.50-19.90％，且提得的薯蕷皂素產品質量較好，mp≥195℃，熔距≤10℃，純度94.9％以上，乾燥失重≤0.5。
本生產工藝流程操作周期短，全流程共需5小時便可完成，且節約大量的有機溶劑，避免了易燃易爆的危險，減少三廢汙染，工藝簡便，節約大量勞動力，本工藝完全可適用於工業生產。
實施例1，見附圖2。
稱取黃姜乾粉15Kg，水解乾燥後，投入萃取釜，料裝好後開始對萃取釜、解析釜、分離柱加熱，同時開啟二氧化碳入貯罐，開冷箱冷卻。當萃取釜、解析釜、分離柱及貯罐溫度分別達50℃、45℃、70℃及5℃時，開啟高壓泵，對系統進行加壓，當萃取釜、解析釜、分離柱壓力分別達到28MPa、6MPa、15MPa時，關閉CO2氣瓶，打開循環閥開始循環，使CO2流量為25Kg/h/Kg原料，同時開啟夾帶劑貯罐和計量泵，向系統加入少量乙醇(95％)作助溶劑，又稱夾帶劑，與CO2同時循環，並通過循環閥的控制，保持在以上恆定參數下萃取3小時後，停機，開啟解析釜出料閥出料得薯蕷皂素粗品，用乙醇重結晶即得薯蕷皂素精品890g，mp196-198℃，純度95.5％，本品與薯蕷皂素標準品比較，混合熔點(mmp)不下降，兩者TLC行為一致，乾燥失重為0.45，符合皂素產品標準，產品收率為5.93％。
實施例2同例1原料和操作，夾帶劑貯罐中裝有丙酮，開始循環時通過計量泵向系統注入丙酮作為夾帶劑。投料15Kg。萃取釜、解析釜、分離柱的壓力和溫度分別為28MPa、6.5Mpa、17Mpa和50℃、55℃、65℃，CO2的流量為30Kg/h/Kg原料，提取2小時後停機，從解析釜中出料得粗品，用乙醇精製，乾燥得薯蕷皂素875g，mp196-198℃，純度95.6％，收率為5.83％，乾燥失重為0.5，符合皂素產品標準。
以下實施例操作方法同實施例1，其工藝條件歸納列表如下
權利要求
1.一種從薯蕷屬植物提取薯蕷皂素的方法，其特徵是用超臨界二氧化碳作溶劑，在萃取壓力15-35MPa、萃取溫度35-80℃；解析壓力5.5-15MPa、解析溫度40-70℃；分離柱壓力10-20MPa、分離柱溫度50-90℃下通入二氧化碳，流量為18-30Kg/h/Kg原料，循環萃取2-4小時，萃取分離得到薯蕷皂素粗品，粗品用乙醇或丙酮精製得薯蕷皂素。
2.根據權利要求1所述的提取薯蕷皂素的方法，其特徵是在萃取壓力25-32MPa，萃取溫度50-60℃；解析壓力6-11MPa，解析溫度45-65℃；分離柱壓力14-18MPa，分離柱溫度60-75℃下通入二氧化碳，流量為25-30Kg/h/Kg原料，循環萃取3小時提取薯蕷皂素。
3.根據權利要求1或2所述的提取薯蕷皂素的方法，其特徵是通入二氧化碳的同時向循環系統加入乙醇或丙酮作為夾帶劑。
全文摘要
超臨界流體萃取法從薯蕷屬植物中提取薯蕷皂素,是採用超臨界二氧化碳作溶劑,在萃取壓力15—35MPa、萃取溫度35—80℃;解析壓力5.5—15MPa、解析溫度40—70℃;分離柱壓力10—20MPa、分離柱溫度50—90℃下通入二氧化碳,循環萃取2—4小時提取薯蕷皂素。此法具有提取收率高,可達5.93%;純度高,達94.9%以上;操作簡單、工藝安全、生產周期短等優點。
文檔編號C07J21/00GK1240791SQ9811326
公開日2000年1月12日 申請日期1998年6月29日 優先權日1998年6月29日
發明者葛發歡, 史慶龍, 輝國鈞, 童新華, 黃芳, 李菁, 譚曉華, 林秀仙 申請人:廣州市醫藥工業研究所