專利名稱：一種用超臨界技術(shù)制備中藥有效成分納米顆粒的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應用化工分離和納米技術(shù)的中藥有效成分提取方法及設備，特別
是涉及一種利用超臨界流體技術(shù)從中藥材中直接制備有效成分納米顆粒制備工藝及其裝置。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及的技術(shù)名詞如下 超臨界狀態(tài)是指流體處于其臨界溫度和臨界壓力以上的狀態(tài)。超臨界流體具 有許多優(yōu)良的性質(zhì)，如相對液體而言粘度低，擴散系數(shù)大，而且在近臨界區(qū)有超常的導熱系 數(shù)。超臨界流體萃取的典型區(qū)域，即0. 95 < Tr < 1. 2， 1 < Pr < 5， C02在該區(qū)域表現(xiàn)高度 可壓縮性，密度對溫度或壓力變化敏感。 超臨界流體萃取(Supercritical Fluid Extraction, SFE):根據(jù)相似相溶原理， 利用超臨界流體密度及溶解能力可以調(diào)節(jié)的性質(zhì)，有選擇性的溶解目的溶質(zhì)組分，并可改 變條件后將其分離析出溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度與超臨界體的密度正相關(guān)，超臨界 流體的密度與液體密度相當且可根據(jù)溫度壓力調(diào)節(jié)。利用這一性質(zhì)，可在較高壓力下，使溶 質(zhì)溶解于超臨界流體中，然后降壓或升溫，溶質(zhì)因超臨界流體密度的下降而析出。
超臨界溶液快速膨脹技術(shù)(Rapid Expansion Supercritical Solution, RESS): 主要是利用超臨界流體的性質(zhì)對溫度和壓力變化十分敏感這一特性，改變溫度和壓力可以 顯著的改變超臨界流體的溶劑化能力。超臨界流體在RESS過程中作為溶劑使用，其基本原 理為先將溶質(zhì)溶解于一定溫度和壓力的超臨界流體中，然后是超臨界溶液在非常短的時 間(10-15s)內(nèi)通過一個特制的噴嘴(25-80 ym)進行減壓膨脹，并形成一個以音速傳遞的 機械擾動。由于在很短的時間內(nèi)溶液達到高度過飽和狀態(tài)，過飽和度可達105-108，使溶質(zhì) 在瞬間形成大量的晶核，并在較短的時間內(nèi)完成晶核的生長，從而生成大量微小的、粒度分 布均勻的超細微粒。 RESS的顯著特點是快速推進的機械擾動和快速降壓所產(chǎn)生的極高過飽和度，機械 擾動和降壓使得微粒粒度均一、粒徑分布較窄，極高的過飽和度使得微粒粒徑很小。RESS過 程使用的超臨界流體在常態(tài)下通常為氣體，因而所獲得的產(chǎn)品中溶劑的殘留極少，它的結(jié) 晶過程僅通過改變體系的壓力而實現(xiàn)，無需添加其他物質(zhì)，避免了其他雜質(zhì)對產(chǎn)品的污染； 不涉及大量有機溶劑的使用，減少了廢水排放和溶劑回收所需要的能耗；超臨界流體一般 只需再壓縮即可循環(huán)使用，大大簡化了工藝流程；可獲得粒度分布狹窄的晶體并且易于調(diào) 整。影響微粒形態(tài)和尺寸的主要因素有原料的性質(zhì)和組成、操作溫度、壓力降、噴嘴大小 等，其中RESS過程的噴嘴是決定流體膨脹特性，并最終決定產(chǎn)物形態(tài)和質(zhì)量的關(guān)鍵部件。
Quan [Chinese Journal of Chemical Engineering, 17 (2) (2009) ， 344—349等矛艮 道了根據(jù)目標成分類胡蘿卜類的極性，選用不同原理的超臨界流體技術(shù)即超臨界流體抗溶 劑結(jié)晶技術(shù)以及超臨界流體快速膨脹技術(shù)來分別制備榭皮素以及蝦青素兩種類胡蘿卜素，其中超臨界二氧化碳分別起到抗溶劑和溶劑的作用，與傳統(tǒng)的結(jié)晶技術(shù)進行了對比研究，
結(jié)果表明超臨界流體技術(shù)制備的納米顆粒具有尺度小且粒徑分布均勻等優(yōu)點。QuanChromatogr即hia， 70 (2009) ， 247-251還等報道了利用加速溶劑萃取技術(shù)
選擇性萃取蝦皮中有效成分蝦青素的方法，并與傳統(tǒng)有機溶劑萃取技術(shù)進行了對比研究，
結(jié)果表明加速溶劑萃取具有快速、溶劑用量小、綠色環(huán)保等優(yōu)點。 ReverchonJ. of Supercritical Fluids, 37 (2006) ， 1-22綜合報道了各種不同 原理的超臨界流體技術(shù)應用于納米顆粒的制備研究，并對各種技術(shù)進行了對比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題就是傳統(tǒng)中藥材有效成分的納米顆粒制備技術(shù)復雜問題。本
發(fā)明的納米顆粒收集器，將超臨界流體萃取技術(shù)與超臨界流體快速膨脹結(jié)晶技術(shù)耦合起 來，實現(xiàn)在一套裝置上從中藥材中直接制備得到有效成分的納米顆粒制備。本發(fā)明之一的用超臨界技術(shù)制備中藥有效成分納米顆粒的方法是這樣實現(xiàn)的 所述的方法通過超臨界流體萃取技術(shù)和超臨界流體快速膨脹技術(shù)組合制備中藥
材中有效成分的納米顆粒。
在實施中 ①所述的超臨界流體的溶劑是處于超臨界流體狀態(tài)的二氧化碳； ②所述的有效成分包括中藥材中非極性或弱極性的脂溶性有效成分； ③所述的有效成分在超臨界狀態(tài)下可溶于超臨界二氧化碳流體中或加入一定比
例的有機溶劑的超臨界二氧化碳流體中； ④所制備的納米顆粒具備超臨界快速膨脹技術(shù)的尺寸小，且粒徑分布窄的特征。
所述的方法是將超臨界流體萃取技術(shù)與超臨界流體快速膨脹流體技術(shù)耦合在同 一條工藝上進行，所述的中藥有效成分先經(jīng)超臨界流體萃取再直接經(jīng)超臨界快速膨脹形成 納米顆粒；該方法包括如下步驟 a.對中藥材進行預處理，預處理的步驟包括脫水、干燥、粉碎； b.將經(jīng)過步驟a處理后的原料加入到超臨界C02流體中，使用超臨界流體萃取技 術(shù)萃取原料中的有效成分； c.經(jīng)過步驟b后，對含有有效成分的超臨界C02流體通過納米噴嘴進行超臨界流 體快速膨脹技術(shù)處理，得到中藥有效成分納米顆粒。
所述的納米噴嘴的噴嘴孔徑為1 100納米。
在具體操作中 所述的納米噴嘴可以選用色譜用的毛細管柱，也可以按照孔徑的要求自制；
所述的步驟a中的預處理方法為低溫風干、冷凍干燥的方法，并將經(jīng)脫水、干燥、 粉碎預處理后的中藥材粉料放入高壓釜中。 所述的步驟b中，二氧化碳原料依次經(jīng)過冷凍機降溫、高壓泵加壓后成為超臨界 的二氧化碳流體，進入高壓釜對中藥材粉料進行超臨界流體萃??； 在步驟c中，將步驟b的超臨界流體萃取得到的有效成分，經(jīng)納米噴嘴霧化后，在 納米顆粒收集器上部通過壓力降低快速析出、在納米收集器上部成核結(jié)晶，再經(jīng)過濾在納 米收集器底部收集得到有效成分納米顆粒；
所述的納米收集器為立式的封閉容器，設置在容器中部的過濾器將其內(nèi)部分為上 下兩部分，上部連接所述的納米噴嘴，下部連接尾氣收集部分；中部過濾器的孔徑為50 500納米。 本發(fā)明之二的制備中藥有效成分納米顆粒的裝置，是這樣實現(xiàn)的
所述的設備依次包括 二氧化碳冷凍機2，高壓泵4，高壓釜6，納米噴嘴12，納米顆粒收集釜9，恒溫箱
10 ; 所述的高壓釜6、納米噴嘴12和納米顆粒收集釜9放置在恒溫箱10中。
本發(fā)明的方法詳細說明如下 ①中藥材原材料的預處理中藥材中大量水分的存在，會影響該工藝的整體效果， 對于含水量較高的中藥材原料需要經(jīng)干燥處理大部分水分。為加快整個過程的速度，還需 要對中藥材進行粉碎處理。 ②超臨界流體輸送該工藝過程主要的溶劑是超臨界狀態(tài)下的二氧化碳，為此需 要使用高壓泵、高壓釜、冷凍機、加熱控溫等裝置，確保可以調(diào)節(jié)超臨界流體的溫度、壓力以 及溶劑的極性。 ③有效成分的超臨界萃取中藥材中目標有效成分在超臨界流體中經(jīng)選擇性萃 取。 ④有效成分納米顆粒的制備經(jīng)過步驟③萃取得到的有效成分，經(jīng)納米噴嘴霧化 并在納米收集器上部快速成核結(jié)晶，形成納米顆粒。 ⑤有效成分納米顆粒的收集在納米收集器上部成核結(jié)晶形成的納米顆粒，經(jīng)過 濾在納米收集器底部收集，得到有效成分的納米顆粒。
⑥超臨界流體廢氣的排空超臨界流體經(jīng)過納米收集底部出口后，在快速流體的 作用下，仍會夾帶少量的有效成分排空，經(jīng)廢氣收集后，可進行檢測分析。
在具體實施中， 所述的步驟①中，采用低溫風干、冷凍干燥等技術(shù)，除去中藥材中較高含量的水 分，同時避免有效成分的損失； 所述的步驟②中，采用流速穩(wěn)定、精密可控的高壓泵，輸送二氧化碳，同時利用低 溫冷凍機冷卻二氧化碳，使系統(tǒng)中的二氧化碳為液態(tài)。 所述的步驟③中，通過控制溫度、壓力，保證中藥材中的目標有效成分能夠溶解于 二氧化碳中并被萃取出來。 所述步驟④的有效成分納米顆粒的制備利用該工藝中的納米顆粒收集器，經(jīng)納 米噴嘴霧化并在納米收集器上部快速成核結(jié)晶，形成納米顆粒。納米顆粒收集器下部設計 一個過濾裝置，該裝置可用于收集目標有效成分的納米顆粒。 綜上所述，本發(fā)明的利用超臨界流體技術(shù)從中藥材中直接制備有效成分納米顆粒 的技術(shù)具有高度選擇性、適用于弱極性或非極性的有效成分，該工藝耦合了超臨界流體萃 取技術(shù)和超臨界快速膨脹技術(shù)，具有操作簡便、快捷，研制工藝簡單等優(yōu)點，解決了目前傳 統(tǒng)中藥材有效成分的納米顆粒制備技術(shù)復雜的局限。


圖1本發(fā)明流程示意圖 其中，1 :二氧化碳鋼瓶；2 :冷凍機；3 :入口閥；4 :高壓泵；5 :出口閥；6 :高壓釜；7 :出口閥；8 :背壓閥；9 :納米顆粒收集釜；10 :恒溫箱；11 :廢氣收集；12 :納米噴嘴。
圖2制備的典型有效成分納米顆粒掃描電鏡圖
具體實施例方式
本發(fā)明主要內(nèi)容 中藥材中有效成分納米顆粒的直接制備利用該工藝中的納米顆粒收集器，將經(jīng)處理好的中藥材原材料放入其中，利用高壓泵輸入超臨界二氧化碳溶劑，可選擇性快速超臨界萃取出中藥材中的有效成分，萃取后的有效成分經(jīng)納米顆粒收集器納米噴嘴霧化，在納米顆粒收集器上端成核結(jié)晶，在其下部經(jīng)過濾收集，得到目標有效成分的納米顆粒。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述利用超臨界流體技術(shù)從中藥材中直接制備有效成分納米顆粒工藝及其裝置。 該制備工藝及其核心裝置的實驗設備主要包括壓縮機升壓系統(tǒng)、C02冷卻系統(tǒng)、樣品萃取系統(tǒng)以及納米顆粒收集系統(tǒng)。來自鋼瓶的C02經(jīng)吸附凈化柱凈化后，進入冷凍系統(tǒng)(冷卻劑為乙二醇)，壓縮機提供壓力驅(qū)動C02輸送泵，將一定壓力C02送入萃取系統(tǒng)與原料接觸，高壓下溶解其中的萃取物經(jīng)背壓閥降壓析出，然后被適當?shù)募{米顆粒收集器中收集。主要操作步驟如下。 ①開啟冷凍機使其冷卻溫度降至-l(TC左右；
②檢查并確保恒溫箱進口閥關(guān)閉； ③操作前約15-20分鐘開啟恒溫箱主電源并設定出口閥溫度；
④開啟壓縮機升壓，觀察壓力表確認壓力符合要求； ⑤打開C02鋼瓶閥，升壓至6MPa左右，開啟恒溫箱進口閥，稍放氣以便確認C02氣路通暢，再關(guān)閉進口閥； ⑥將裝填好經(jīng)過預處理的中藥材粉料物料的高壓釜放入恒溫箱支架上并接好連接管路(注意螺紋方向及密封)，卡好熱電偶棒；裝填物料時在高壓釜的兩端放上玻璃棉以防物料被C02帶出，裝填時應壓實物料，如物料用量小時，須用玻璃棉等惰性材料填充高壓釜空余體積盡量減少死體積提高傳質(zhì)效率，如圖1所示。 ⑦設定好高壓釜溫度，開啟升溫按鈕，使高壓釜溫度穩(wěn)定達到設定溫度；
⑧開啟進口閥使C02進入高壓釜中； ⑨緩慢升壓至實驗設定壓力，同時注意恒溫箱溫度的變化，確保實驗壓力與溫度均在期望值； ⑩待壓力與溫度穩(wěn)定在期望值適當時間，待靜態(tài)萃取完成后，打開背壓閥前的出口閥，然后小心調(diào)節(jié)背壓閥至期望的sc-co2流速(觀察流量計小球)，萃取后的有效成分，經(jīng)納米噴嘴霧化后，動態(tài)收集納米顆粒過程即開始； 口待過程完成后，關(guān)閉升溫升壓系統(tǒng)以及C02進口閥，并用有機溶劑將出口管路清洗干凈至樣品瓶中以備分析。
實施例1
7
超臨界流體技術(shù)從迷迭香中直接制備鼠尾草酸 ①開啟冷卻槽使其冷卻溫度降至-l(TC左右； ②檢查并確保恒溫箱進口閥關(guān)閉； ③操作前約15-20分鐘開啟恒溫箱主電源并設定出口閥溫度； ④開啟壓縮機升壓，觀察壓力表確認壓力符合要求； ⑤打開C02鋼瓶閥，升壓至6MPa左右，開啟恒溫箱進口閥，稍放氣以便確認C02氣路通暢，再關(guān)閉進口閥； ⑥將裝填好實驗原料的高壓釜放入恒溫箱支架上并接好連接管路(注意螺紋方向及密封)，卡好熱電偶棒；裝填迷迭香物料時在高壓釜的兩端放上玻璃棉以防物料被C02帶出，裝填時應壓實物料，如物料用量小時，須用玻璃棉等惰性材料填充高壓釜空余體積盡量減少死體積提高傳質(zhì)效率，如圖1所示。 ⑦設定好高壓釜溫度，開啟升溫按鈕，使高壓釜溫度穩(wěn)定達到設定溫度；
⑧開啟進口閥使(A進入高壓釜中； ⑨緩慢升壓至實驗設定壓力，同時注意恒溫箱溫度的變化，確保實驗壓力與溫度均在期望值； ⑩待壓力與溫度穩(wěn)定在期望值適當時間，待靜態(tài)萃取完成后，打開背壓閥前的出口閥，然后小心調(diào)節(jié)背壓閥至期望的sc-co2流速(觀察流量計小球)，動態(tài)收集納米顆粒過程即開始； 待過程完成后，關(guān)閉升溫升壓系統(tǒng)以及C02進口閥，并用有機溶劑將出口管路清洗干凈至樣品瓶中以備分析。
8
權(quán)利要求
一種用超臨界技術(shù)制備中藥有效成分納米顆粒的方法，其特征在于所述的方法通過超臨界流體萃取技術(shù)和超臨界流體快速膨脹技術(shù)組合制備中藥材中有效成分納米顆粒。
2. 如權(quán)利要求1所述的制備中藥有效成分納米顆粒的方法，其特征在于① 所述的超臨界流體的溶劑是處于超臨界流體狀態(tài)的二氧化碳；② 所述的有效成分包括中藥材中非極性或弱極性的脂溶性有效成分；③ 所述的有效成分在超臨界狀態(tài)下溶于超臨界二氧化碳流體中或加入一定比例的有 機溶劑的超臨界二氧化碳流體中；④ 所制備的納米顆粒具備超臨界快速膨脹技術(shù)的尺寸小，且粒徑分布窄的特征。
3. 如權(quán)利要求2所述的制備中藥有效成分納米顆粒的方法，其特征在于所述的方法是將超臨界流體萃取技術(shù)與超臨界流體快速膨脹流體技術(shù)耦合在同一條 工藝上進行，所述的中藥有效成分先經(jīng)超臨界流體萃取再直接經(jīng)超臨界快速膨脹形成納米 顆粒；該方法包括如下步驟a. 對中藥材進行預處理，預處理的步驟包括脫水、干燥、粉碎；b. 將經(jīng)過步驟a處理后的原料加入到超臨界C02流體中，使用超臨界流體萃取技術(shù)萃 取原料中的有效成分；c. 經(jīng)過步驟b后，對含有有效成分的超臨界C02流體通過納米噴嘴進行超臨界流體快 速膨脹技術(shù)處理，得到中藥有效成分納米顆粒。
4. 如權(quán)利要求3所述的制備中藥有效成分納米顆粒的方法，其特征在于 所述的納米噴嘴的噴嘴孔徑為1 100納米。
5. 如權(quán)利要求4所述的制備中藥有效成分納米顆粒的方法，其特征在于 所述的步驟a中的預處理方法為低溫風干、冷凍干燥的方法，并將經(jīng)脫水、干燥、粉碎預處理后的中藥材粉料放入高壓釜中。
6. 如權(quán)利要求4所述的制備中藥有效成分納米顆粒的方法，其特征在于 所述的步驟b中，二氧化碳原料依次經(jīng)過冷凍機降溫、高壓泵加壓后成為超臨界的二氧化碳流體，進入高壓釜對中藥材粉料進行超臨界流體萃取。
7. 如權(quán)利要求4所述的制備中藥有效成分納米顆粒的方法，其特征在于 在步驟c中，將步驟b的超臨界流體萃取得到的有效成分，經(jīng)納米噴嘴霧化后，在納米顆粒收集器上部通過壓力降低快速析出、在納米收集器上部成核結(jié)晶，再經(jīng)過濾在納米收 集器底部收集得到有效成分納米顆粒。
8. 如權(quán)利要求5所述的制備中藥有效成分納米顆粒的方法，其特征在于 所述的納米收集器為立式的封閉容器，設置在容器中部的過濾器將其內(nèi)部分為上下兩部分，上部連接所述的納米噴嘴，下部連接尾氣收集部分；中部過濾器的孔徑為50 500納 米。
9. 如權(quán)利要求5所述的制備中藥有效成分納米顆粒的方法，其特征在于 所述的步驟b中，二氧化碳原料依次經(jīng)過冷凍機降溫、高壓泵加壓后成為超臨界的二氧化碳流體，進入高壓釜對中藥材粉料進行超臨界流體萃??；在步驟c中，將步驟b的超臨界流體萃取得到的有效成分，經(jīng)納米噴嘴霧化后，在納米 顆粒收集器上部通過壓力降低快速析出、在納米收集器上部成核結(jié)晶，再經(jīng)過濾在納米收集器底部收集得到有效成分納米顆粒；所述的納米收集器為立式的封閉容器，設置在容器中部的過濾器將其內(nèi)部分為上下兩 部分，上部連接所述的納米噴嘴，下部連接尾氣收集部分；中部過濾器的孔徑為50 500納 米。
10.如權(quán)利要求1 9之一所述的制備中藥有效成分納米顆粒的裝置，其特征在于 所述的設備依次包括二氧化碳冷凍機(2)，高壓泵(4)，高壓釜(6)，納米噴嘴(12)，納米顆粒收集釜(9)，恒 溫箱(10);所述的高壓釜(6)、納米噴嘴(12)和納米顆粒收集釜(9)放置在恒溫箱(10)中。
全文摘要
本發(fā)明為一種用超臨界技術(shù)制備中藥有效成分納米顆粒的方法及裝置。所述的方法是將超臨界流體萃取技術(shù)與超臨界流體快速膨脹流體技術(shù)耦合在同一條工藝上進行，所述的中藥有效成分先經(jīng)超臨界流體萃取再直接經(jīng)超臨界快速膨脹形成納米顆粒。本發(fā)明的方法具有高度選擇性、適用于弱極性或非極性的有效成分，該方法耦合了超臨界流體萃取技術(shù)和超臨界快速膨脹技術(shù)，具有操作簡便、快捷，研制工藝簡單等優(yōu)點，解決了目前傳統(tǒng)中藥材有效成分的納米顆粒制備技術(shù)復雜的局限。
文檔編號A61J3/00GK101780113SQ20091025067
公開日2010年7月21日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者全燦, 劉軍, 黃挺 申請人:中國計量科學研究院