超临界二氧化碳萃取技术在中草药提取上应用及产业化面临问题
超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction)技术(简称SFE)是近30年来发展起来的一项新型萃取和分离的技术。超临界流体(简称SF)具有和液体相近的密度，其粘度与气体相近，扩散系数为液体10～100倍，因此对许多物质有较好的渗透性和较强的溶解能力。SFE技术的原理是控制超临界流体在高于临界温度和临界压力的条件下，从目标物中萃取成分，当恢复到常压和常温时，溶解在超临界流体中的成分立即与气态的超临界流体分开。可以作为SF的物质很多，如二氧化碳、一氧化亚氮、六氟化硫、乙烷、庚烷、氨、二氯二氟甲烷等。由于二氧化碳的超临界温度(Tc=31.3℃)，接近室温，且无色、无毒、无味，不燃烧爆炸，对大部分物质不反应，不昂贵，易制成高纯度气体。所以二氧化碳是首先的超临界流体。由于超临界CO2具有较好的溶剂特性，用超临界CO2(简称SPE-CO2)萃取的天然产物具有较好的提取、分离效能，无残留溶剂等优点。近年来，国内外已应用于医药、化工、食品等领域，尤其是在医药工业上的应用发展很快，初步形成了一个新兴的产业。
1 超临界CO2萃取在中草药上的应用
利用SFE-CO2萃取技术从药用植物中提取有效成分，在70年代后期，德国学者应采用此法从春黄菊中萃取出有效成分，产率高于传统溶剂法。日本人也从药用植物蛇床子、黄连、苍术、茵陈蒿、桑白皮、甘草和紫草中萃取有效成分。紫杉醇是来源于红豆杉属树木的治疗卵巢癌的有效药物，用SFE-CO2萃取技术加入乙醇为夹带剂，从短叶红豆杉的根皮中萃取紫杉醇，效果优于乙醇萃取法[1]。单猪屎豆碱是一种有抗肿瘤和抗癌活性的生物碱，美国学者利用此法结合阳离子交换树脂，从植物美丽猪屎豆种子，萃取到纯度为95%以上的单猪屎豆碱[2，3]。在国内，我国学者葛发欢等用临界CO2萃取技术从青蒿中提取分离出来蒿素、十八醇等成分，提取率比传统工业生产中的溶剂法(汽油和稀乙醇)提高11%～59%，提取时间大为缩短，也降低了成本[4]。丹参是一味常用中药，丹参酮ⅡA是其脂溶性有效成分之一，用超临界CO2从丹参中提取丹参酮ⅡA，可以减少丹参酮ⅡA的降解，提取率比醇提工艺大大提高，可以达到90%以上[5]。将30.12%的胆红素粗品用超临界CO2进行萃取精制，产品纯度可以达90%以上(第1届全国超临界CO2萃取技术学术交流会论文材料，北京，1994)。紫苏子是目前发现的含α-亚麻酸最高植物资源，α-亚麻酸为人体所必需的不饱和脂肪酸，其有抑制癌症发生和转移作用。用SPE-CO2萃取技术提取得油率比传统的石油醚萃取法高[6]。中药材姜黄具很好的降血脂和抗菌作用，其主要有效成分姜黄油。利用超临界CO2萃取比传统的水蒸汽蒸馏法比收油率提高1.4倍，提取时间缩短[7]。珊瑚姜的挥发油成分对皮肤致病性和细菌有较强抑制作用，用以治疗真菌引起各种皮肤病。李金华等利用超临界CO2萃取珊瑚姜中的挥发组分，发现该法对不稳定化合物的提取转为优越[8]。银杏叶提取一般采用醇提过树脂柱的工艺，利用SPE-CO2法，可使萃取得率高出2倍，达3.4%，有效成分的质量高于国际公认质量标准[9]。当归挥发油具有镇静大脑，兴奋延髓中枢的作用，亦可弛缓子宫肌肉，治疗月经不调，痛经等症，用超临界CO2萃取技术比用水蒸汽蒸馏法收油率提高了4倍，达1.5%[10]。
2 影响超临界CO2萃取的主要因素
2.1 温度、时间、压力、药材的粉碎度和SFE-CO2萃取流量：在中草药的SFE-CO2萃取中，温度、时间、压力、药材的粉碎度和SFE-CO2萃取的流量均是影响萃取的重要因素。
2.2 夹带剂：在超临界状态下，CO2具有选择性溶解。SFE-CO2对低分子、低极性、亲脂性、低沸点的成分如挥发油、烃、酯、内酯、醚，环氧化合物等表现出优异的溶解性，像天然植物与果实的香气成分。对具有极性集团(-OH，-COOH等)的化合物，极性集团愈多，就愈难萃取，故多元醇，多元酸及多羟基的芳香物质均难溶于超临界二氧化碳。对于分子量高的化合物，分子量越高，越难萃取，分子量超过500的高分子化合物也几乎不溶。而对于分子量较大和极性集团较多的中草药的有效成分的萃取，就需向有效成分和超临界二氧化碳组成的二元体系中加入第三组分，来改变原来有效成分的溶解度，在超临界液体萃取的研究中，通常将具有改变溶质溶解度的第三组分称为夹带剂(也有许多文献称夹带剂为亚临界组分)。一般地说，具有很好溶解性能的溶剂，也往往是很好的夹带剂，如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯。
3.1 利用超临界CO2萃取技术提取中草药有效成分，没有残留的有机溶剂，故产品为纯天然的，可节能大量溶剂。
3.2 可以在低温下提取，特别适合于那些含有对湿热不稳定易氧化物质的中草药的萃取。
3.3 超临界CO2萃取速度快，可以缩短生产周期。
3.4 超临界CO2萃取，可提高收率，降低成本。
3.5 超临界CO2萃取技术，也有其局限性，如前所述，对于极性大，分子量超过500的物质的萃取，需加夹带剂或在很高的压力下进行，这就需选择合适的夹带剂或增加高压设备。
3.6 中草药中成分往往复杂，近似化合物多，单独采用SFE-CO2萃取技术往往满足不了纯度的要求，要与其他分离手段联用，如与色谱柱联用、或和精馏分离手段联用。
4 超临界CO2萃取在中草药产业化上所面临的问题
4.1 产品的选择：从国内外中草药的超临界CO2萃取来看，大多产品都为药用植物的挥发油或精油，最近几年才研究，提取植物的其他有效成分，而且都为单味中药，复方中药几乎没有研究，这就给产品的选择带来局限性。
4.2 超临界CO2萃取的生产工艺研究：大多学者用超临界CO2萃取技术进行中药材中的成分分析或质量控制，生产工艺的研究的不多。现已进行过生产工艺的研究的中药材有：银杏叶、青蒿、姜黄、珊瑚姜、丹参、蛇床子等。
4.3 超临界CO2萃取装置的萃取釜：超临界流体萃取装置是在高压下工作的装置，这就需要其在工作条件下安全可靠。尤其萃取釜，它是整个装置中的关键设备，它的制造钢材决定装置的最高工作压力，它的密封结构直接影响到整个装置是否长期使用即能三班运转。
4.4 超临界CO2萃取装置的规模[11]：超临界萃取装置属于高压设备，投资费用昂贵。规模越大，投资费用越高。如果规模选择不当就会给企业经营造成一个包袱，选择装规模一般根据自己企业经营范围和产品来确定。如从茶叶中提取咖啡因，则需要大型装置，一般容积大于1 000 L。对一般的提取、超临界CO2萃取装置宜中小型较为实际，每套装置配置2～3个萃取釜效率会高一些。有资料介绍日本几家拥有超临界CO2萃取装置的大部分是中小型装置。详见表1。
4.5 装置的清洗[11]：由于整个装置是在高压下工作，为防止泄漏，装置的管件尽可能采用焊接连接，而对于中草药的萃取，必会遇到叶绿素、蜡质等粘着设备和管道内壁，这就给清洗带来了不少麻烦，需要添置辅助设备来清洗。
1 超临界CO2萃取在中草药上的应用
利用SFE-CO2萃取技术从药用植物中提取有效成分，在70年代后期，德国学者应采用此法从春黄菊中萃取出有效成分，产率高于传统溶剂法。日本人也从药用植物蛇床子、黄连、苍术、茵陈蒿、桑白皮、甘草和紫草中萃取有效成分。紫杉醇是来源于红豆杉属树木的治疗卵巢癌的有效药物，用SFE-CO2萃取技术加入乙醇为夹带剂，从短叶红豆杉的根皮中萃取紫杉醇，效果优于乙醇萃取法[1]。单猪屎豆碱是一种有抗肿瘤和抗癌活性的生物碱，美国学者利用此法结合阳离子交换树脂，从植物美丽猪屎豆种子，萃取到纯度为95%以上的单猪屎豆碱[2，3]。在国内，我国学者葛发欢等用临界CO2萃取技术从青蒿中提取分离出来蒿素、十八醇等成分，提取率比传统工业生产中的溶剂法(汽油和稀乙醇)提高11%～59%，提取时间大为缩短，也降低了成本[4]。丹参是一味常用中药，丹参酮ⅡA是其脂溶性有效成分之一，用超临界CO2从丹参中提取丹参酮ⅡA，可以减少丹参酮ⅡA的降解，提取率比醇提工艺大大提高，可以达到90%以上[5]。将30.12%的胆红素粗品用超临界CO2进行萃取精制，产品纯度可以达90%以上(第1届全国超临界CO2萃取技术学术交流会论文材料，北京，1994)。紫苏子是目前发现的含α-亚麻酸最高植物资源，α-亚麻酸为人体所必需的不饱和脂肪酸，其有抑制癌症发生和转移作用。用SPE-CO2萃取技术提取得油率比传统的石油醚萃取法高[6]。中药材姜黄具很好的降血脂和抗菌作用，其主要有效成分姜黄油。利用超临界CO2萃取比传统的水蒸汽蒸馏法比收油率提高1.4倍，提取时间缩短[7]。珊瑚姜的挥发油成分对皮肤致病性和细菌有较强抑制作用，用以治疗真菌引起各种皮肤病。李金华等利用超临界CO2萃取珊瑚姜中的挥发组分，发现该法对不稳定化合物的提取转为优越[8]。银杏叶提取一般采用醇提过树脂柱的工艺，利用SPE-CO2法，可使萃取得率高出2倍，达3.4%，有效成分的质量高于国际公认质量标准[9]。当归挥发油具有镇静大脑，兴奋延髓中枢的作用，亦可弛缓子宫肌肉，治疗月经不调，痛经等症，用超临界CO2萃取技术比用水蒸汽蒸馏法收油率提高了4倍，达1.5%[10]。
2 影响超临界CO2萃取的主要因素
2.1 温度、时间、压力、药材的粉碎度和SFE-CO2萃取流量：在中草药的SFE-CO2萃取中，温度、时间、压力、药材的粉碎度和SFE-CO2萃取的流量均是影响萃取的重要因素。
2.2 夹带剂：在超临界状态下，CO2具有选择性溶解。SFE-CO2对低分子、低极性、亲脂性、低沸点的成分如挥发油、烃、酯、内酯、醚，环氧化合物等表现出优异的溶解性，像天然植物与果实的香气成分。对具有极性集团(-OH，-COOH等)的化合物，极性集团愈多，就愈难萃取，故多元醇，多元酸及多羟基的芳香物质均难溶于超临界二氧化碳。对于分子量高的化合物，分子量越高，越难萃取，分子量超过500的高分子化合物也几乎不溶。而对于分子量较大和极性集团较多的中草药的有效成分的萃取，就需向有效成分和超临界二氧化碳组成的二元体系中加入第三组分，来改变原来有效成分的溶解度，在超临界液体萃取的研究中，通常将具有改变溶质溶解度的第三组分称为夹带剂(也有许多文献称夹带剂为亚临界组分)。一般地说，具有很好溶解性能的溶剂，也往往是很好的夹带剂，如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯。
3.1 利用超临界CO2萃取技术提取中草药有效成分，没有残留的有机溶剂，故产品为纯天然的，可节能大量溶剂。
3.2 可以在低温下提取，特别适合于那些含有对湿热不稳定易氧化物质的中草药的萃取。
3.3 超临界CO2萃取速度快，可以缩短生产周期。
3.4 超临界CO2萃取，可提高收率，降低成本。
3.5 超临界CO2萃取技术，也有其局限性，如前所述，对于极性大，分子量超过500的物质的萃取，需加夹带剂或在很高的压力下进行，这就需选择合适的夹带剂或增加高压设备。
3.6 中草药中成分往往复杂，近似化合物多，单独采用SFE-CO2萃取技术往往满足不了纯度的要求，要与其他分离手段联用，如与色谱柱联用、或和精馏分离手段联用。
4 超临界CO2萃取在中草药产业化上所面临的问题
4.1 产品的选择：从国内外中草药的超临界CO2萃取来看，大多产品都为药用植物的挥发油或精油，最近几年才研究，提取植物的其他有效成分，而且都为单味中药，复方中药几乎没有研究，这就给产品的选择带来局限性。
4.2 超临界CO2萃取的生产工艺研究：大多学者用超临界CO2萃取技术进行中药材中的成分分析或质量控制，生产工艺的研究的不多。现已进行过生产工艺的研究的中药材有：银杏叶、青蒿、姜黄、珊瑚姜、丹参、蛇床子等。
4.3 超临界CO2萃取装置的萃取釜：超临界流体萃取装置是在高压下工作的装置，这就需要其在工作条件下安全可靠。尤其萃取釜，它是整个装置中的关键设备，它的制造钢材决定装置的最高工作压力，它的密封结构直接影响到整个装置是否长期使用即能三班运转。
4.4 超临界CO2萃取装置的规模[11]：超临界萃取装置属于高压设备，投资费用昂贵。规模越大，投资费用越高。如果规模选择不当就会给企业经营造成一个包袱，选择装规模一般根据自己企业经营范围和产品来确定。如从茶叶中提取咖啡因，则需要大型装置，一般容积大于1 000 L。对一般的提取、超临界CO2萃取装置宜中小型较为实际，每套装置配置2～3个萃取釜效率会高一些。有资料介绍日本几家拥有超临界CO2萃取装置的大部分是中小型装置。详见表1。
4.5 装置的清洗[11]：由于整个装置是在高压下工作，为防止泄漏，装置的管件尽可能采用焊接连接，而对于中草药的萃取，必会遇到叶绿素、蜡质等粘着设备和管道内壁，这就给清洗带来了不少麻烦，需要添置辅助设备来清洗。