专利名称：超临界流体萃取法从薯蓣属植物中提取薯蓣皂素的制作方法
技术领域：
本发明属于从天然植物中提取分离环戊烷并(a)-氢化菲骨架与杂环稠合的甾族化合物-薯蓣皂素的方法。
薯蓣皂素(Diosgenin)又名薯蓣皂甙元，化学名称为Δ，3-羟基，25R-螺甾烯。其结构式见附
图1。它是本世纪三十年代中期，日本学者藤井胜也等人从山蓖藓(Dioscorea tokoro Makino)中分离得到的。由于其结构和甾体激素类药物相近似，因此是合成甾体激素类药物的重要起始原料。已有的从薯蓣属植物中提取薯蓣皂素的方法(1)Ind.Eng.Chem.1957，49186.Rothrok J.W首创的直接酸水解法生产薯蓣皂素的工艺，它是把原料浸泡粉，用酸加热水解后用汽油提取，这种传统方法收率较低，约2％左右。(2)中草药通讯1977，417-20北京医学院药学系报道的一种预发酵(也称自然发酵)提取薯蓣皂素的方法。它是先将薯蓣植物浸湿，让其自然发酵数天至十多天后进行酸水解，再用有机溶剂如汽油、石油醚等提取，这种方法收率有所增加。用盾叶薯蓣，俗称黄姜为原料，收率可达3.3％，但产品的质量差，生产周期长。(3)中草药1985，16(7)15-17陕西省凤翔县卫东化工厂报道的用分离法提取薯蓣皂素。它是用薯蓣植物浸泡带水磨碎分离后，液体用液化酶和糖化酶酶解分离，再酸水解，再用汽油提取薯蓣皂素，其收率有所提高。用穿山龙薯蓣为原料，收率可达3.61-4.17％，但其工艺繁琐，生产周期长。(4)CN 1111250 A 1995年10月8日公开厦门同安皂素厂发明的水解后用乙醇作提取溶剂，经加热回流，直接提取薯蓣皂素，其收率为3.08-3.28％，纯度为94.8-97.9％，但需用大量的乙醇。以上几种工艺均存在如下缺点(1)收率低；(2)生产周期长；(3)均需用大量的有机溶剂，生产存在易燃易爆的危险，同时带来环境污染。
本发明的目的是寻找一种生产成本低、收率高、安全可靠的可用于工业生产的提取薯蓣皂素的新工艺。
超临界流体萃取(SFE)技术是近十几年来迅速发展起来的一种高新萃取分离技术，它是利用超临界流体作溶剂进行萃取，其原理是在超临界状态的某些物质如CO2、O2、H2O、C2H4等处于一定压力时，既近似于气体，具有较低的粘度，又近似于液体，具有较高的密度，有良好的溶剂特性，可作为溶剂进行萃取，把天然物中的主要组份提取出来。同时，利用流体在临界点附近有微小的压力变化，就会引起溶解度的陡然变化，将混合组分分离。
本发明就是应用这一原理，用一种理想的流体，选择合适的工艺条件从薯蓣属植物中提取薯蓣皂素。
本发明是这样实现的可用作超临界流体的化合物质文献报导有很多，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、不易燃烧、化学稳定性高、来源广、价格低等优点，并具有良好的萃取选择性，故本发明选用超临界二氧化碳(CO2)作为提取溶剂从薯蓣属植物中提取分离薯蓣皂素。
下面结合附图详述本发明的提取工艺。
附图1，是薯蓣皂素的结构式。
附图2，是超临界二氧化碳提取薯蓣皂素的工艺流程示意图。
图中，
勾热交换器，
表示阀门。
本发明的工艺操作方法见附图2。称取薯蓣属植物如黄姜(D.zingiberensis，又叫盾叶薯蓣)或穿山龙(D.nipponica，又叫穿山龙薯蓣)或黄山药(D.panthaica)水解后(水解物简称干燥物)装入萃取釜，打开CO2气瓶通入贮罐中，打开冷机将冷箱进行冷却，打开热交换器分别对萃取釜、解析釜和分离柱进行加热。当达到所预设的温度时，打开进入萃取釜、解析釜和分离柱的阀门。打开高压泵，对系统进行加压，当萃取釜、解析釜和分离柱分别达到所预定的压力时，关闭CO2气瓶，同时打开回路上的阀门，并通过阀门和高压泵的频率控制，调节二氧化碳的流量，开始循环萃取，在恒定的流量下，开始循环萃取2-4小时后停机，关闭有关阀门。打开解析釜的出料阀门出料，得到的是薯蓣皂素粗品，用乙醇或丙酮精制，即可得纯度为94.9-98.7％，熔点≥195℃，干燥失重＜0.5，符合产品质量标准的薯蓣皂素。
薯蓣皂素能否用超临界二氧化碳来提取并取得较满意的收率，关键在于工艺条件的选择。不同物质在超临界二氧化碳流体中溶解度是不同的，且与系统的压力和温度及二氧化碳流量、提取时间有直接关系。一般来说，随着萃取压力的提高，粗品收率会提高，但过高的压力，使萃取的选择性相对降低，粗品中薯蓣皂素的含量减少，给粗品的精制带来了难度，且增加压力，设备成本会明显上升。适于本发明提取薯蓣皂素的萃取压力是15-35MPa、解析压力是5.5-15MPa，分离柱压力是10-20MPa，较佳的压力条件是萃取压力为25-32MPa，解析压力为6-11MPa，分离柱压力为14-18MPa。
萃取温度和解析温度的选择对薯蓣皂素的提取收率影响也很大，温度的影响有双重性，温度提高，流体粘度下降，加快分子运动速度，有利于萃取；另一方面，温度的增加，流体密度减小，溶质溶解度会下降，不利于萃取。而且，过高的温度会带来更多的能源消耗。本发明可在35-80℃的萃取温度、40-70℃的解析温度、50-90℃的分离柱温度下循环萃取。较佳的温度条件分别为萃取温度50-60℃、解析温度45-65℃、分离柱温度为60-75℃。
萃取时间和二氧化碳流量对薯蓣皂索提取收率的影响一般来讲，循环萃取时间越长，收率越高，但到了一定的时间薯蓣皂素的萃取率接近恒定，再延长时间会增加杂质的含量，同时也延长了生产周期，增加生产成本。二氧化碳流量的增加，流体的停留时间减小，使流体不能达到萃取平衡，从而增加二氧化碳的用量，而另一方面是流量的增加，强化了传质，有利于萃取速率的提高，结果是增大流量，相同时间内的萃取率是提高了，但单位质量流体的萃取率却下降了。然而流量过大，能耗加大，但流量过低，萃取时间会增加，设备利用率下降。因此，本发明可用18-30Kg/h/Kg原料的二氧化碳流量，循环萃取2-4小时，最佳是用25-30Kg/h/Kg原料的流量下，循环萃取3小时。
为了提高萃取收率和纯度，可以在开始循环萃取的同时，打开夹带剂贮罐，并开启计量泵加少量的乙醇或丙酮。这些被称为助溶剂或夹带剂的有机溶剂加入系统与二氧化碳一起循环萃取。
本发明从小试到中试经大量的实践证明，用超临界二氧化碳流体萃取法，以黄姜为原料，收率可达4.50-5.93％，比传统汽油法的3.3％左右可提高36.36-79.70％；以黄山药为原料收率可达2.33％-3.00％，比传统汽油法收率的1.33％左右提高了75.19-125.56％；用穿山龙为原料，收率可达5.0％以上，比传统汽油法的收率3.61-4.17％提高了38.50-19.90％，且提得的薯蓣皂素产品质量较好，mp≥195℃，熔距≤10℃，纯度94.9％以上，干燥失重≤0.5。
本生产工艺流程操作周期短，全流程共需5小时便可完成，且节约大量的有机溶剂，避免了易燃易爆的危险，减少三废污染，工艺简便，节约大量劳动力，本工艺完全可适用于工业生产。
实施例1，见附图2。
称取黄姜干粉15Kg，水解干燥后，投入萃取釜，料装好后开始对萃取釜、解析釜、分离柱加热，同时开启二氧化碳入贮罐，开冷箱冷却。当萃取釜、解析釜、分离柱及贮罐温度分别达50℃、45℃、70℃及5℃时，开启高压泵，对系统进行加压，当萃取釜、解析釜、分离柱压力分别达到28MPa、6MPa、15MPa时，关闭CO2气瓶，打开循环阀开始循环，使CO2流量为25Kg/h/Kg原料，同时开启夹带剂贮罐和计量泵，向系统加入少量乙醇(95％)作助溶剂，又称夹带剂，与CO2同时循环，并通过循环阀的控制，保持在以上恒定参数下萃取3小时后，停机，开启解析釜出料阀出料得薯蓣皂素粗品，用乙醇重结晶即得薯蓣皂素精品890g，mp196-198℃，纯度95.5％，本品与薯蓣皂素标准品比较，混合熔点(mmp)不下降，两者TLC行为一致，干燥失重为0.45，符合皂素产品标准，产品收率为5.93％。
实施例2同例1原料和操作，夹带剂贮罐中装有丙酮，开始循环时通过计量泵向系统注入丙酮作为夹带剂。投料15Kg。萃取釜、解析釜、分离柱的压力和温度分别为28MPa、6.5Mpa、17Mpa和50℃、55℃、65℃，CO2的流量为30Kg/h/Kg原料，提取2小时后停机，从解析釜中出料得粗品，用乙醇精制，干燥得薯蓣皂素875g，mp196-198℃，纯度95.6％，收率为5.83％，干燥失重为0.5，符合皂素产品标准。
以下实施例操作方法同实施例1，其工艺条件归纳列表如下
权利要求
1.一种从薯蓣属植物提取薯蓣皂素的方法，其特征是用超临界二氧化碳作溶剂，在萃取压力15-35MPa、萃取温度35-80℃；解析压力5.5-15MPa、解析温度40-70℃；分离柱压力10-20MPa、分离柱温度50-90℃下通入二氧化碳，流量为18-30Kg/h/Kg原料，循环萃取2-4小时，萃取分离得到薯蓣皂素粗品，粗品用乙醇或丙酮精制得薯蓣皂素。
2.根据权利要求1所述的提取薯蓣皂素的方法，其特征是在萃取压力25-32MPa，萃取温度50-60℃；解析压力6-11MPa，解析温度45-65℃；分离柱压力14-18MPa，分离柱温度60-75℃下通入二氧化碳，流量为25-30Kg/h/Kg原料，循环萃取3小时提取薯蓣皂素。
3.根据权利要求1或2所述的提取薯蓣皂素的方法，其特征是通入二氧化碳的同时向循环系统加入乙醇或丙酮作为夹带剂。
全文摘要
超临界流体萃取法从薯蓣属植物中提取薯蓣皂素,是采用超临界二氧化碳作溶剂,在萃取压力15—35MPa、萃取温度35—80℃;解析压力5.5—15MPa、解析温度40—70℃;分离柱压力10—20MPa、分离柱温度50—90℃下通入二氧化碳,循环萃取2—4小时提取薯蓣皂素。此法具有提取收率高,可达5.93%;纯度高,达94.9%以上;操作简单、工艺安全、生产周期短等优点。
文档编号C07J21/00GK1240791SQ9811326
公开日2000年1月12日 申请日期1998年6月29日 优先权日1998年6月29日
发明者葛发欢, 史庆龙, 辉国钧, 童新华, 黄芳, 李菁, 谭晓华, 林秀仙 申请人:广州市医药工业研究所