本发明属于来源植物的材料制备倍半萜内酯化合物的技术。青蒿素(Arteannuin)是从黄花蒿(Artemisia annua L.)中提取分离到的一个含过氧基团的倍半萜内酯化合物,其结构式见附图1。青蒿素经大量药理临床证明,对于治疗恶性疟、脑型疟及抗氯喹株疟等病具有速效低毒的特点。以青蒿素为原料可制备其衍生物蒿甲醚、蒿乙醚、青蒿酯钠、还原青蒿素等,它们具有同等或更好的抗疟效果。 科研人员对从黄花蒿中提取分离青蒿素的工艺进行了大量研究,已有技术归纳起来,均属有机溶剂常压提取。在期刊《中草药通讯》1979,No 1,P5-12报导的“抗疟药青蒿的研究”介绍的是用稀乙醇作溶剂提取,青蒿素的全流程提取率只有38~40%。在期刊《中草药通讯》1979,No 12,P11-15报导的“黄花蒿素(青蒿素)生产工艺的研究”是采用汽油或石油醚作溶剂,常压静置浸提和转动浸提,青蒿素的全流程提取率最高不超过80.48%,转动浸提法较好,以黄花蒿的枝、叶、花果混合原料提取青蒿素的全流程提取率平均为72.22%±2.78,以小枝叶混合原料提取青蒿素的全流程提取率为75.61-80.47%,平均为78.31%±1.1。上述溶剂法提取过程中需要大量的有机溶剂,故成本高,提取时间长,稀乙醇法需6天左右,而汽油法至少需要60小时;在回收大量的溶剂时,由于青蒿素不稳定易造成损失使提取率降低。另外,由于用到大量地有机溶剂,易燃易爆,造成严重的环境污染。
本发明的目的是寻找一种成本低、收率高、可用于工业生产的从黄花蒿植物中提取青蒿素的新工艺。
超临界流体萃取(Supercritical Fluid Extraction,简称SFE)技术是近十年来迅速发展的一种新技术。它是利用超临界流体作溶剂进行萃取,其原理为在超临界状态的某些物质,如CO2、O2、H2O、C2H4等处于一定压力时呈气体状态,具有较低的粘度,但其密度却又近似液体,具有较高的密度,具有良好的溶剂特性,可作溶剂进行萃取,把多种天然物从其混合组分中分离出来,形成超临界负载相,然后降低载气的压力或提高载气的温度,使其溶解力减小,萃取物就沉淀出来和载气分离,从而达到分离的目的。
本发明就是应用这一原理,寻找一种理想的流体和合理的工艺条件从黄花蒿植物中提取青蒿素。
本发明是这样实现的:可用作溶剂的超临界流体文献报导有很多,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,由于二氧化碳(CO2)有无毒、无臭、无味、无腐蚀性、不易燃、化学稳定性高、来源广、价格低等特点,并具有良好的萃取选择性,故本发明选用超临界CO2作为提取溶剂。下面见附图2,详述本发明的提取工艺。
附图2为超临界CO2萃取工艺流程图。
[1]提取釜,[2]解析釜,[3]冷却釜,[4]CO2气体瓶,[5]、[6]、[7]均为热交换器,[8]压缩泵,[9]调压阀。
[1]和[2]上分别装有压力表和温度显示仪及安全阀等附件。
操作方法:将原料黄花蒿粉碎过筛后装入[1],开启[4],同时开启[5]、[6]、[7]进行加热或冷却。当[1]、[2]、[3]达到所需的温度时,开启[8]并控制CO2的流速,使[1]和[2]内分别达到所需的压力,打开[9]开始循环萃取,同时关掉[4]。随时调节[9]使[1]和[2]保持恒定的压力循环萃取。当萃取达到选定时间时,停机,打开[2]的出料阀即得青蒿素的粗品。然后将粗品用有机溶剂进行重结晶,常用的有机溶剂甲醇、乙醇、异丙醇、氯仿、石油醚等均可进行重结晶。为了降低毒性和成本,用甲醇和乙醇作溶剂重结晶较佳,且重结晶时可以加活性炭脱色处理。
青蒿素能否用超临界CO2来提取并取得较好的提取率,关健在于工艺条件的选择,不同物质在超临界CO2中溶解度不同,且与系统的压力和温度两因素有直接关系。本发明所选择的提取压力为8-32MPa,解析压力为4-8MPa,提取温度为30-70℃,解析温度为35-75℃,提取时间为0.5-5小时。压力是影响青蒿素提取率的一个关键因素。一般来说,提取压力愈高时,物质在CO2中的溶解度愈高,萃取速率也愈高,但萃取的选择性则相对降低。所以过低或过高的提取压力对青蒿素的提取率均有影响,且增加压力,设备成本明显上升,本发明可用8-32MPa的提取压力,4-8MPa的解析压力提取青蒿素,其提取率可达64.29%。较佳的条件是采用提取压力为10-20MPa,解析压力为4-7MPa,在此压力下,提取率可达90%以上。
提取温度和解析温度的选择对青蒿素的提取率影响很大,一般来说随着提取温度的升高,青蒿素的粗提物越多,但杂质含量也增多,影响到产品的质量。大于或小于室温的提取,常需较多的能量和额外设备,如热交换器、夹层锅、绝缘保温材料等。一般提取温度的上限不超过100℃,本发明采用提取温度30-70℃,解析温度35-75℃,较佳条件是提取温度为35-50℃,解析温度为45-70℃。
提取时间则与所通入CO2的流速、提取温度及青蒿素原料粉碎粒子的大小有关。增加CO2的流速,提高提取温度及将黄花蒿磨成小粒径投料,可减少提取时间。而CO2的流速又与提取釜和解析釜的体积大小、长度/直径比、原料装量多少、物料粒度、管路粗细有关。所以只有对特定的设备和特定的原料作多次实验才可得到最佳流速。流速上限是以不将提取釜中的出口滤板堵塞为限。只要选择一个较好的压力、温度和CO2的流速后,一般在0.5小时左右就可提取到较多的青蒿素。在5小时内基本可将青蒿素提取完全,提取率几乎可达100%。
本发明的青蒿素全流程提取率可达约83-99.5%,比已有技术溶剂常压法要高得多,比稀乙醇法提高约43-59%,比汽油法提高约11-27%。另外,提取时间也可大大缩短。一般全流程(包括重结晶)只需8小时即可完成。本工艺完全适用于工业生产。
实施例1
将原料黄花蒿晒干,粉碎过筛后称取2.5kg投入提取釜。料装好后开始对提取釜和解析釜加热,对冷却釜冷却,同时开启CO2贮瓶阀。当提取釜温度达到40℃,解析釜温度达60℃时,开启压缩泵,将CO2以0.87L/min的流速对提取釜和解析釜进行加压,当提取釜和解析釜的压力分别达到15MPa和5MPa时,打开调压阀开始循环,并通过调压阀的控制,保持以上参数恒定,提取4小时后,停机出料得70g青蒿素粗品。然后将此粗品用甲醇溶解过滤,加入活性炭搅拌片刻,滤去活性炭,回收甲醇至近干,加入稀乙醇加热溶解,放冷析晶得青蒿素精品。纯度为99.5%。mp:156.0-158.0℃。本品与云南植物药厂纯度为100%的青蒿素标准品比较,mmp不降,两者TLC行为一致,红外光谱一致,其特征的红外吸收峰如下(溴化钾压片,cm-1):1750(六元环内脂),1115,881,831(过氧基团)。全流程提取率为98%。
实施例2
同例1操作,投黄花蒿2.5kg,在提取压力12MPa、解析压力5MPa,提取温度36℃、解析温度48℃,CO2流速0.87L/min下提得65g的青蒿素粗品。用石油醚溶解重结晶得青蒿素精品,纯度为98.8%。全流程提取率为94%。
实施例3
同例1操作,称黄花蒿2.5kg,在提取压力15MPa、解析压力4.5MPa,提取温度42℃、解析温度65℃,CO2流速1L/min下提得68g的青蒿素粗品。用乙酸乙酯溶解重结晶得青蒿素精品,纯度为98.5%。全流程提取率为95%。
实施例4
同例1操作,称黄花蒿2.5kg,在提取压力22MPa、解析压力7.5MPa,提取温度35℃、解析温度45℃,CO2流速1.05L/min下提得61g的青蒿素粗品。用乙醇溶解重结晶得青蒿素精品,纯度为99.8%。全流程提取率为93%。
实施例5
同例1操作,称黄花蒿2.5kg,在提取压力30MPa、解析压力8MPa,提取温度30℃、解析温度50℃,CO2流速1L/min下提得70g的青蒿素粗品。用甲醇溶解重结晶得青蒿素精品,全流程提取率为91.5%。