中藥提取分離新技術(shù)

1、中藥提取分離新技術(shù)趙兵研究員中國科學(xué)院過程工程研究所生化工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京1000801、前言我國的中藥生產(chǎn)水平與世界先進(jìn)的天然藥物提取水平差距甚大，影響了我國中藥產(chǎn)品在世界藥品市場(chǎng)的地位。中國已經(jīng)加入WTO，國內(nèi)中藥和天然產(chǎn)物生產(chǎn)企業(yè)要想在競(jìng)爭(zhēng)中贏得主動(dòng)，必須采用先進(jìn)的提取分離技術(shù)，才可能使我國中藥產(chǎn)品生產(chǎn)和銷售在國際市場(chǎng)占有更多的份額。因此，國家已將提取分離技術(shù)作為今后重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)之一。在發(fā)達(dá)國家，藥材從投料開始，整個(gè)操作在連續(xù)封閉環(huán)境下進(jìn)行，自動(dòng)化程度高，經(jīng)粉碎后的藥材定時(shí)投入提取設(shè)備，提取液連續(xù)從提取罐中排出，藥液和藥渣均在封閉的管道中運(yùn)行，保持了環(huán)境的整潔，提高了藥材資源的利

2、用率，其提取效率是常規(guī)的34倍。由于自動(dòng)出渣離心機(jī)分離效率高，整個(gè)生產(chǎn)過程采用計(jì)算機(jī)控制，避免了由于人為因素造成的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的情況。隨著多學(xué)科互相滲透和對(duì)浸提原理及過程研究的深入，新的提取技術(shù)不斷出現(xiàn)，提高了中藥制劑的質(zhì)量。因此，我國在大力研發(fā)推廣適宜于工業(yè)化應(yīng)用的提取分離新技術(shù)、新設(shè)備的同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)自主創(chuàng)新和技術(shù)集成，提高生產(chǎn)自動(dòng)化控制水平，才能使我國中藥提取技術(shù)水平和產(chǎn)品整體大幅度提高，增強(qiáng)在國際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變成經(jīng)濟(jì)效益。2、浸提技術(shù)浸提是將需要提取的成分轉(zhuǎn)移至相應(yīng)溶煤中的過程。浸提過程直接影響到產(chǎn)物的收率、成本。常規(guī)浸提方法主要有煎煮法、回流法、浸漬法、滲漉法等，它們使

3、用方便，但存在周期長、工序多、提取率低、成本高等缺陷。各種浸提新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)提高中藥資源的利用率、降低能耗、減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品質(zhì)量等均起到了顯著的作用。21超臨界流體萃取超臨界流體萃取(SCFE)技術(shù)已較廣泛應(yīng)用于中藥有效成分的提取分離。超臨界流體在一定壓力范圍內(nèi)其密度與其溶解能力成比例，因此SCFE可以通過控制體系的壓力和溫度使其選擇地萃取其中某組分，然后通過溫度或壓力的變化，降低超臨界流體的密度，對(duì)所萃取的物質(zhì)進(jìn)行分離，超臨界流體可以循環(huán)使用。目前廣泛使用的是超臨界C02萃取。SCFE由于可通過調(diào)控壓力和溫度，選擇性地萃取某些成分，可以兼具提取和分離的功能，因此特別適用于提取分離揮發(fā)性

4、成分、脂溶性物質(zhì)、高熱敏性物質(zhì)，產(chǎn)品基本無有機(jī)溶劑殘留，產(chǎn)品純度較高。它較適用于親脂性、分子量較小物質(zhì)的萃取，但對(duì)極性大、分子量大的物質(zhì)如苷類、多糖類，需要加夾帶劑，一般常用的夾帶劑有水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等)，在夾帶劑的使用上還缺乏足夠的理論方面的研究，可測(cè)性差，主要靠實(shí)驗(yàn)摸索，操作在很高的壓力下進(jìn)行，設(shè)備屬高壓設(shè)備，一次性投資較大，運(yùn)行成本較高。22循環(huán)超聲提取超聲波已廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室少量樣品處理，由于缺乏有效的工程放大手段未能在大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用。雖然目前國內(nèi)逐漸有越來越多的超聲提取設(shè)備出現(xiàn)，但真正能夠適于工業(yè)大生產(chǎn)的超聲提取裝備仍然很少，本文僅對(duì)循環(huán)超聲提取技術(shù)和設(shè)備作簡(jiǎn)要介紹。循環(huán)超

5、聲提取技術(shù)提出了物料和超聲場(chǎng)之間“模擬移動(dòng)”，通過流體流動(dòng)和混合給予每個(gè)物料顆?！跋嗤瑱C(jī)會(huì)”，最大限度地提高超聲場(chǎng)的利用率，解決局部過度超聲處理和超聲波在介質(zhì)中的快速衰減問題。目前已形成了從O5升到8000升有效容積的實(shí)驗(yàn)室SY、中試t-IF、生產(chǎn)SC三大系列產(chǎn)品，數(shù)二十個(gè)品種，已在北京同仁堂、北京大學(xué)藥學(xué)院等數(shù)十家大學(xué)、研發(fā)機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)企業(yè)使用。對(duì)數(shù)十種中藥材的循環(huán)超聲提取結(jié)果表明：提取時(shí)間僅為常規(guī)提取方法的幾分之一到幾十分之一，因而效率高；一般均在室溫下提取，無需加熱，因而能耗僅為常規(guī)加熱提取的50以下；由于提取時(shí)間短、溫度低，產(chǎn)品中雜組份含量減少，提高了提取產(chǎn)品質(zhì)量；通過超聲波的空化作用，

6、使有效成份得以充分釋出，甚至有些用常規(guī)方法難于提出的組份亦能快速提取出來，因而提取率高；不受溶劑性質(zhì)、提取物分量大小、極性等限制，適用范圍廣，可以實(shí)現(xiàn)提取一純化的耦合集成，用于超聲分散、乳液制備、緩釋藥物超微膠囊和納米膠囊制備等；可進(jìn)行間歇提取或多級(jí)連續(xù)提取，有順流和逆流兩種方式可供選擇、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，符合GMP要求；產(chǎn)品價(jià)格大大低于超臨界萃取和進(jìn)口設(shè)備，設(shè)備占地面積小。目前需要加強(qiáng)與之配套的成套生產(chǎn)線和自動(dòng)控制等方面的研發(fā)。23微波萃取微波萃取是根據(jù)不同物質(zhì)吸收微波能力的差異使基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱，從而使被萃取物質(zhì)從基體或體系中進(jìn)人到介電常數(shù)較小、微波吸收能

7、力相對(duì)差的萃取劑中，達(dá)到提取的目的。微波萃取具有時(shí)間短、設(shè)備簡(jiǎn)單、適用范圍廣、萃取效率高等特點(diǎn)。但微波提取一般適用于熱穩(wěn)定性的物質(zhì)，對(duì)熱敏性物質(zhì)，微波加熱易導(dǎo)致它們變性或失活。微波提取時(shí)要求物料有良好的吸水性，否則細(xì)胞難以吸收足夠的微波能將自身破碎，產(chǎn)物也就難以釋放出來。微波提取對(duì)組分的選擇性較差。24酶法提取酶法提取是利用酶反應(yīng)將植物組織分解，從而最大限度地從植物體內(nèi)提取有效成分。酶法提取要求酶有極高的活性、高度的專一性和溫和反應(yīng)條件。在植物藥用成份提取中酶可以作為浸提輔助劑，在動(dòng)物藥提取中可以作為激活劑和脫毛劑，藥渣再利用的催化劑等。纖維素酶用于以纖維素為主的中藥材提取有效成分能提高有效成

8、分的收率。酶法提取的效果主要取決于酶的種類、用量、酶解時(shí)間、溫度、酸堿度、物料細(xì)度、攪拌強(qiáng)度等多種因素。酶法提取要拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，還需要進(jìn)一步系統(tǒng)深人探討酶的濃度、底物的濃度、溫度、酸堿度、抑制劑和激動(dòng)劑等對(duì)提取物有何影響。25半仿生提取半仿生提取法(SBE)是從生物藥劑學(xué)的角度，模擬口服給藥及藥物經(jīng)胃腸道轉(zhuǎn)運(yùn)的原理，為經(jīng)消化道給藥中藥劑設(shè)計(jì)的一種新的提取工藝。它應(yīng)用于中藥提取中堅(jiān)持了“有成分論，不唯成分論，重在機(jī)體的藥效學(xué)反應(yīng)”。這種新提取法可以提取和保留更多的有效成分，能縮短生產(chǎn)周期，降低成本。但SBE的有效成分利用率較低。3、分離純化技術(shù)傳統(tǒng)的液一固分離方法主要有沉降、過濾、離心，傳統(tǒng)的

9、純化方法主要有水提醇沉法(水醇法)、醇提水沉法(醇水法)、酸堿法、鹽析法、離子交換法和結(jié)晶法等。新的分離純化方法主要有絮凝沉淀法、大孔樹脂吸附法、超濾法、高速離心法等。31絮凝沉淀絮凝沉降是在混懸的提取液或提取濃縮液中加入一種絮凝沉淀劑以吸附架橋和電中和方式與蛋白質(zhì)果膠等發(fā)生分子間作用，使之沉降，除去溶液中的粗粒子，以達(dá)到精制和提高成品質(zhì)量的目的。目前使用的絮凝劑主要有鞣質(zhì)、明膠、蛋清、101果汁澄清劑、ZTC澄清劑、殼聚糖等。在絮凝沉淀過程中可以加人交流電場(chǎng)或直流電場(chǎng)強(qiáng)化絮凝過程，即電場(chǎng)絮凝。電場(chǎng)絮凝可以大大降低絮凝劑的用量，增加絮凝體的大小和強(qiáng)度，縮短絮凝時(shí)間。電場(chǎng)絮凝不但可以用于混懸液的

10、液固分離，還可以部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沉淀分離過程。32高速離心分離通過離心機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使離心加速度超過重力加速度成百上千倍，從而使沉降速度增加，以加速藥液中雜質(zhì)沉淀并去除的一種方法。沉降式離心機(jī)分離藥液具有省時(shí)、省力，藥液回收完全，有效成分含量高、澄明度高等特點(diǎn)，更適于分離含難于沉降過濾的細(xì)微?；蛐鯛钗锏膽腋∫骸?3超濾分離超濾(Ultrafiltration)是以壓力為推動(dòng)力，根據(jù)體系中分子的大小和性狀，通過膜的篩分作用，在分子水平上進(jìn)行分離，可分離分子量為1000道爾頓1000000道爾頓的物質(zhì)，起到精制、富集及濃縮的作用。影響超濾效果的主要因素包括膜的選擇性、料液預(yù)處理方式、壓力、流速、溫度

11、、濃度、pH值、時(shí)間、膜再生方式等。目前，超濾主要用于濃縮、分級(jí)、大分子溶液的凈化等。應(yīng)用時(shí)主要應(yīng)考慮膜的壽命、膜面污染的防治、清洗及膜的再生方式等因素。34大孔吸附樹脂大孔吸附樹脂可用于多種藥用成份的分離純化，還可用于含量測(cè)定前樣品的預(yù)分離。應(yīng)用大孔吸附樹脂富集藥物有效成分，具有分離度好、專屬性強(qiáng)及重現(xiàn)性好、無雜質(zhì)干擾、靈敏度高、易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化等特點(diǎn)。大孔吸附樹脂是不含離子交換基團(tuán)的由許多微觀小球組成的多孔球狀交聯(lián)聚合物，是由有機(jī)單體加交聯(lián)劑、致孔劑、分散劑等添加劑聚合而成，其理化性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于酸、堿及有機(jī)溶媒，不受無機(jī)鹽類及強(qiáng)離子低分子化合物存在的影響。依據(jù)其表面性質(zhì)的差異可分為非極性、

12、極性和中性大孔吸附樹脂。大孔吸附樹脂是吸附性和篩選性原理相結(jié)合的分離材料。它具有的吸附性是由于范德華力或產(chǎn)生氫鍵的結(jié)果。它具有的篩性原理是由其本身的多孔結(jié)構(gòu)所決定。大孔吸附樹脂根據(jù)孔徑、比表面積及構(gòu)成類型被分為許多型號(hào)，一般根據(jù)所需分離純化物質(zhì)的分子大小及極性強(qiáng)弱，選用與之相適應(yīng)的大孔吸附樹脂，才能取得較好的分離效果。影響大孔吸附樹脂分離效果的主要因素包括比表面積、孔徑、粒徑、強(qiáng)度、溶脹系數(shù)、孔的三維結(jié)構(gòu)等。在實(shí)際應(yīng)用中，要達(dá)到滿意的分離效果，必須根據(jù)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并綜合考慮各種影響因素，設(shè)計(jì)合適的分離條件，在必要情況下，可通過預(yù)試驗(yàn)來確定適宜的分離條件。35分子蒸餾分子蒸餾(molecul

13、ar distillation)分離純化是基于在一定的溫度和真空度下不同物質(zhì)的分子平均自由程差異，即液體混合物各分子受熱后會(huì)從液面逸出，如果在離液面小于輕分子平均自由程而大于重分子平均自由程處設(shè)置一個(gè)冷凝面，使輕分子不斷逸出，而重分子達(dá)不到冷凝面，從而打破動(dòng)態(tài)平衡而將混合物中的輕重分子分離。在分子蒸餾過程中，物料處于高真空、相對(duì)低溫的環(huán)境，停留時(shí)間短，損耗極少，故分子蒸餾技術(shù)特別適合于高沸點(diǎn)、低熱敏性物料。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于石油化工、醫(yī)藥、食品、化妝品等行業(yè)。對(duì)于一些熱敏性極強(qiáng)的物料(如二十八烷醇和三十烷醇的分離)、天然維生素E等分子蒸餾均取得良好的分離純化效果。由于有關(guān)分子蒸餾基礎(chǔ)理論的

14、研究還極少，分子蒸餾器的設(shè)計(jì)還缺乏理論指導(dǎo)，主要依靠經(jīng)驗(yàn)，而且僅局限于對(duì)降膜式分子蒸餾器和離心式分子蒸餾器液膜內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)、傳熱、傳質(zhì)及汽相分子的運(yùn)動(dòng)狀況的研究，因?yàn)楹芏嗲闆r下降膜式和離心式分子蒸餾器內(nèi)液膜的流動(dòng)狀況可以看成是穩(wěn)態(tài)層流，而刮膜式分子蒸餾器內(nèi)的液膜流動(dòng)為非穩(wěn)態(tài)的湍流流動(dòng)。國內(nèi)對(duì)分子蒸餾技術(shù)的研究起步較晚，基礎(chǔ)較弱，現(xiàn)在還處于消化吸收及小試研究階段。分子蒸餾技術(shù)目前面臨的主要課題是擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是對(duì)一些分離難度大的天然藥物的應(yīng)用。4、結(jié)束語提取分離技術(shù)的落后是我國中藥生產(chǎn)技術(shù)落后的重要表現(xiàn)。在中藥制劑生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的提取分離方法主要有煎煮法、回流法、浸漬法、滲漉法、水提醇沉法(水醇

15、法)、醇提水沉法(醇水法)、酸堿法、沉降、過濾、離心、鹽析法、離子交換法和結(jié)晶法等。目前中藥研發(fā)生產(chǎn)中應(yīng)用的提取分離新技術(shù)主要包括：超臨界流體萃取技術(shù)、超聲循環(huán)提取技術(shù)、微波萃取技術(shù)、酶法提取、半仿生提取法、絮凝沉淀、膜分離、高速離心、分子蒸餾、大孔吸附樹脂等。這些新技術(shù)的推廣應(yīng)用，降低了生產(chǎn)成本、提高了產(chǎn)品質(zhì)量，推動(dòng)了中藥的現(xiàn)代化進(jìn)程，為我國的中藥走向國際市場(chǎng)奠定了基礎(chǔ)。主要參考文獻(xiàn)：1、徐世民，王軍武，許松林，新型蒸餾技術(shù)及應(yīng)用，化工機(jī)械，2004，31(3)：1831872、趙美麗，劉太昂，譚桂霞，陸文雄，超臨界流體技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展，山東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，18(4)：34373、郭勝民，范曉雯