1、液液萃取技術(shù)應(yīng)用實例-青蒿素的提取青蒿素是繼奎寧后最為有效的抗瘧藥物。人們正在試圖用生物技術(shù)通過組織、細胞培養(yǎng)來生產(chǎn)青蒿素，但是由于成本太高，而且效果不理想，所以目前藥用青蒿素主要依賴青蒿提取物，即菊科植物黃花蒿的葉和花蕾中獲得的。在青蒿素的提取中主要存在兩個問題，1、青蒿素在黃花蒿中的含量不高，一般低于1%，而且黃花蒿的自然資源不是很豐富；2、青蒿素藥用成分多為胞內(nèi)產(chǎn)物，提取時有效成分從胞內(nèi)釋放，擴散進入提取介質(zhì)比較慢，影響提取效率，增加操作成本。問題：通過查閱文獻，根據(jù)青蒿素的性質(zhì)，選定有效的分離純化方法，確定工藝路線，對設(shè)定的工藝路線進行分析比較，不僅要求技術(shù)上的可行性，還要體現(xiàn)經(jīng)濟性、

2、環(huán)保性。已知(Known)：根據(jù)案例所給的信息，待分離的物質(zhì)是青蒿素，先要查找青蒿素的性質(zhì)，根據(jù)青霉素的性質(zhì), 選定幾種有效的分離純化方法。青蒿素的特性，青蒿素具有弱極性，易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酯和苯，可溶于乙醇、乙醚，微溶于冷石油醚，幾乎不溶于水。因其具有特殊的過氧基團，對熱不穩(wěn)定，易受熱、濕和還原性物質(zhì)的影響而分解。尋找關(guān)鍵(Find)：青蒿素提取的關(guān)鍵是尋找合適的提取工藝，提高提取率，充分利用寶貴的有限資源。提取工藝選擇原則：根據(jù)青蒿素的理化性質(zhì)，選取合適的萃取劑；強化傳質(zhì)縮短提取周期，從而降低成本，提高經(jīng)濟收益；盡量避免或減少青蒿素的受熱分解。工藝設(shè)計(Schematic)：青霉素的

3、三種提取工藝青蒿素易溶于氯仿、丙酮、乙酸乙酷和苯,可溶于乙醇、乙醚,微溶于冷石油醚,幾乎不溶于水。因此可用有機溶劑提取植物中的有效成分,然后，用柱層析或重結(jié)晶等方法分離精制得到青蒿素。1. 有機溶劑浸提法依據(jù)案例內(nèi)容，有機溶劑浸提法的提取工藝流程如圖1所示。黃花蒿葉粉碎乙醇重結(jié)晶青蒿素冷卻結(jié)晶粗品活性炭脫色，過濾濃縮液萃取液醇相石油醚含苯石油醚乙醇萃取，去除蠟質(zhì)乙醇萃取液浸膏物質(zhì)減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)石油醚提取液石油醚提取圖1 青蒿素的有機溶劑浸提工藝流程將黃花蒿的葉子和花蕾用石油醚浸泡，減壓蒸餾濃縮，然后進行脫蠟，即加入乙醇（95%），4050以下攪拌混勻，加入活性炭脫色后過濾，濃縮后冷卻結(jié)晶得到粗品

4、，再重結(jié)晶得到青蒿素。趙兵等采用20KHz，90W超聲波，在50下，單次作用20min后繼續(xù)攪拌至30min時，提取率可達83%，而用超聲波處理6次，每次處理2min共計12min提取相同時間，提取率可達81%,該研究對改進現(xiàn)有石油醚萃取工藝，提高產(chǎn)率有一定幫助。2. 大孔吸附樹脂提取青蒿素大孔吸附樹脂提取青蒿素的提取工藝流程如圖2所示。60%乙醇浸泡6h，滲漉粉碎黃花蒿粗粉黃花蒿葉滲漉液活性炭脫色，抽濾上ADS-17樹脂柱濾液60以下減壓回收溶劑90%乙醇 流速2BV/h 洗脫樹脂粗品洗脫液青蒿素70%乙醇 重結(jié)晶圖2 青蒿素的大孔吸附樹脂提取工藝流程黃花蒿粗粉用60%乙醇室溫浸泡6h后，開

5、始滲漉。ADS-17 樹脂為二乙烯苯氫鍵型吸附樹脂，它具有表面吸附和氫鍵吸附的雙重作用。樹脂對青蒿素具有較大的吸附量，而且易于解吸，是較為理想的樹脂。以ADS-17 樹脂上柱，吸附、解吸流速均為2BV/h（BV/h即每小時流過床層的流動相的體積為樹脂床體積Bed Volume的倍數(shù) ）用90%乙醇作洗脫劑，青蒿素得率和提取率分別高達到0.3%和75%以上，其含量大于99%。3. 超臨界CO2萃取工藝本案例中，采用超臨界CO2萃取的工藝流程圖如圖3所示。預(yù)熱器緩沖罐CO2高壓泵冷凍裝置預(yù)熱器萃取器預(yù)熱器分離器取樣流量器青蒿素分離器放空圖3 青蒿素的超臨界CO2萃取的工藝流程圖黃花蒿草經(jīng)粉碎篩分后

6、裝入萃取器。從鋼瓶出來的CO2冷卻成液態(tài)，再由高壓泵壓縮后進入緩沖罐，經(jīng)預(yù)熱器進入萃取器，與原料黃花蒿進行接觸和傳質(zhì)。溶有溶質(zhì)的超臨界CO2 經(jīng)兩級預(yù)熱、兩級減壓后，進入分離器和分離器。從分離器頂部出來的CO2 (壓力約為5 MPa) 經(jīng)流量計測量流量后放空（或循環(huán)使用）。預(yù)熱器、萃取器和分離器溫度均由恒溫水浴控制恒定溫度。假設(shè)(Assumption)：如果將萃取劑石油醚換成丙酮，對萃取分離會產(chǎn)生什么影響。分析(Analysis)：工藝路線的分析比較：有機溶劑法提取青蒿素，工藝路線成熟，易于工業(yè)化，但是需要多次萃取濃縮，能耗高，周期長，成本高，部分溶劑逃逸造成環(huán)境污染；大孔樹脂提取，優(yōu)點具有吸附容量大，選擇性好，易解吸，易再生，成本低，效率高等特點，克服了其他方法消耗溶劑油多，不甚安全和嚴重污染環(huán)境的缺點；超臨界流體萃取，采用CO2作用溶劑，價格低，無毒，不燃，可以循環(huán)使用，生產(chǎn)不造成環(huán)境污染， CO2萃取工藝簡單，周期短，操作溫度接受常溫，青蒿素幾乎不發(fā)生熱裂解等化學(xué)反應(yīng)。通過改變CO2 密度和操作參數(shù)可改變CO2對青蒿素的溶解性。缺點是一次性設(shè)備投資大。評價(Comments)：目前藥用青蒿素的主要來源還是從中草藥黃花蒿中提取，而青蒿素?zé)岱€(wěn)定性差，必須嚴格控制提取的溫度，避免青蒿素被破壞從而影響產(chǎn)率。青蒿素的生產(chǎn)工藝有多