中药材的提取及设备.ppt

提取及设备 本部分主要介绍中药提取方法及提取设备 中成药生产工艺设备概述1 中医药作为中华民族的祖传瑰宝 几千年来为民族的繁衍昌盛和人类医药科学作出了重大的历史贡献 发展至今 中医药却正在失去其优势 甚至不如东洋的 汉药 归结原因 差距只在加工的手段 工艺和设备 合理的工艺和正确的设备能提高有效成分的提取率和药用植物的利用率 可提高药物的集体吸取率和生物利用度 反之则增加成本浪费资源 概述 这些年来 中药制剂的开发研究 在发扬中医药特色 引进高科技手段 挖掘秘方 验方 改进中药剂型方面取得十分可喜的进展 但在实现产业化 规模化 且进行制药装备上的配合等工作 则仍需医药工程及设计人员做大量的工作 为推广新技术和新装备以降低建设费用 提高产品质量 有以下几方面的问题需要了解 粉碎工艺对产品质量的影响1 中药绝大多数是以天然植物 动物或矿物的药用部位为原料 入药前均需加工 经炮制粉碎或提取制成粉末或流膏 以供不同剂型作原料 粉碎目的 便于提取 以利于药物中有效成分的浸出 增加药物的表面积 利于药物的溶解与吸收 进而提高药物的生物利用度 以增加其疗效 对散剂 片剂等需药物和颗粒成型的剂型 奠定制备基础 粉碎工艺对产品质量的影响2 物体的形成依赖于分子间的内聚力 物体因内聚力的不同显示出不同的硬度和性能 因此粉碎时必须借助外力来部分地破坏物质分子间的内聚力 才能把固体药物粉碎 粉碎工艺对产品质量的影响3 粉碎后的药物表面积增加 引起表面能增加 故不稳定 表面能都有趋向于最小的倾向 即已粉碎的粉末有重新结聚的倾向 为避免此倾向 可将不同的药物混合粉碎 一种药物适度地掺入另一种药物中间 使分子内聚力减少 粉末表面能降低而减少药粉的在结聚 粘性药物与粉性药物混合粉碎 能缓解其粘性 也有利于粉碎 注意 氧化性或还原性药物必须单独粉碎 否则会引起爆炸 含有共溶性混合粉碎 可产生潮湿甚至液化现象 粉碎工艺对产品质量的影响3 植物药材尤其是根茎类药物 其有效成分存在于植物纤维中 其粉碎细度对药物含量 质量 剂量都有重大影响 矿物药材同样 在传统方法上 用于直接入药制成丸剂 散剂 片剂 胶囊剂或软胶囊剂等剂型的粉体 其细度均在100 120目之间 因而剂量大 吸收慢 浪费大 改以超微粉碎技术 纳米工艺进行中药加工 肯定可以达到意想不到的效果 粉碎工艺对产品质量的影响4 由于药物的有效成分存在于植物纤维的细胞壁内 直接入药的药材 其粉体进入消化道内 得通过溶化浸润方能吸收 而较粗的植物纤维还未完全把内部的有效药用成分释放即经肠道排泄 因而生物利用度大大降低 药物起效时间 作用强度 持续时间与药物存在的状态及药物粒度有关 故粉体加工应根据药材的特性 工艺要求 质量标准来确定细度 选择粉碎设备 粉碎工艺对产品质量的影响5 药物粉碎的难易 与其本身的结构和性质有关 按固体分子排列结构的不同 可分为晶体与非晶体 晶体药物具有一定的晶格 如石膏 硼砂有相当的脆性 较易粉碎 非晶体药物呈不规则排列 宜采用低温粉碎 而植物药材系由多种组织和成分组成 性质甚为复杂 又含有一定的水分 具有韧性 难以粉碎 所以 洗晾后干燥或炮制再粉碎 则水分少 质地变脆便于粉碎 粉碎中的 概念 1 粉碎借助机械力将大块固体药物制成适宜程度的碎块或细粉的操作过程 是中药生产中的基本操作之一 也是药剂制备的基础 据产品的粉碎程度分 粗碎 粒径在数十到数毫米之间 中碎 粒径在数毫米到数百微米之间 细碎 粒径在数百至数十微米之间 超细碎 粒径在数十微米以下 粉碎中的 概念 2 粉碎度 又称粉碎比 药物粉碎前的粒径和粉碎后的粒径之比 为检查粉碎操作效果的一个重要指标 粗碎的粉碎度为3 7 中碎的粉碎度为20 60 细碎的粉碎度一般在100以上 超细碎的粉碎度可达200 1000 粉碎机理 药物被粉碎时 受到外加作用力 其内部相应产生应力 当内应力超过药物本身的分子间力时 即可引起药物的破碎 不过 药物粉碎的实际破坏程度往往比理论程度低 原因是药物内部存在结构上的缺陷及裂纹 在外力作用下 会在缺陷 裂纹处应力集中 使药物沿脆弱面破碎 通过实验测得 药物粉碎时所受实际破坏强度仅为理论值的1 1000 1 100 粉碎方法1 根据被粉碎药物的性质和使用要求 可采用以下几种方法 循环粉碎和开路粉碎粉碎产品中 若含有尚未充分粉碎的药物 通过筛分设备将粗颗粒分出 再返回继续粉碎 则为循环粉碎 若药物只通过粉碎设备一次 即为开路粉碎 开路粉碎适用于粗碎或为进一步细碎作准备的粉碎 粉碎方法2 干法粉碎和湿法粉碎将药物通过不同干燥途径 使水分降低到一定限度再粉碎的方法 干法 药物中加入适量水或其他液体的粉碎方法 称为湿法粉碎 采用湿法粉碎可防止粉碎过程中粒子产生凝聚作用 对于药物要求特别细度 或者有刺激性 毒性者 宜用湿法粉碎 粉碎方法3 单独粉碎和混合粉碎氧化性或还原性药物必须单独粉碎 否则会引起爆炸 贵重药物及刺激性药物也应单独粉碎 这既可减少损耗 又便于劳动防护 两种以上的药物同时粉碎的操作称为混合粉碎 粘性药物与粉性药物混合粉碎 能缓解其粘性 也有利于粉碎 并且可使粉碎和混合操作同时进行 粉碎方法4 低温粉碎药物在低温时脆性增加 利用药物低温性脆的特点 在粉碎之前或粉碎过程中将药物进行冷却的粉碎方法 多用于熔点低 常温下有热可塑性 或为保留挥发性有效成分的药物 粉碎设备1 切药机 将药材均匀放到传送带上 随着带的运动 药材进入两对刻有网纹的给料辊的间隙中被挤压 并向前推出适宜的长度 切刀由曲柄连杆机构带动上下往复运动 切断药材 被切碎的药材 通过出料槽而落入容器 该机可将中草药的药用部分切成片 段 细条或碎块 主要用于根 茎 叶 草等的切制 不适用于颗粒状 块茎的切制 粉碎设备 腭式破碎机1 为一种粗碎和中碎设备 主要由固定腭板 活动腭板及传动机构组成 固定腭板被固定在机架上 活动腭板则通过轴悬挂在机架上 偏心轴通过轴承座置于机架 套在偏心轴上的连杆机构用以带动活动腭板往复摆动 破碎机工作时 药物由上部进入两腭板的空隙 这时活动腭板作周期性往复运动 靠近时药材被挤压而破碎 离开时被压碎的药物则落下 粉碎设备 腭式破碎机2 该机处理物料块度的范围较大 生产能力变化范围大 但构件摆动的惯性力大 零件承受负载大 对机器的基础要求高 且粉碎度不大 主要用于坚硬的药物原料如雄黄 赭石等 粉碎设备 锤击式粉碎机1 为一种中碎和细碎设备 由钢壳 筛板及鼓风机等组成 系利用高速旋转的锤头借撞击和锤击作用的粉碎设备 药物自加料斗加入 经螺旋加料器进入粉碎室 粉碎室上部装有衬板 下部装有筛板 回转盘高速旋转 带动其上活动锤头对药物进行强烈锤击 药物被粉碎到一定细度后自筛板分出 经吸入管 鼓风机及排出管排入集粉袋 不能通过筛板的粗颗粒则继续在室内粉碎 它适用于粉碎脆性药物 但不适于粘性药物 特点 粉碎能耗少 粉碎度大 设备结构紧凑 操作安全 生产能力大 锤头磨损快 筛板易堵塞 过度粉碎的粉尘较多 柴田式粉碎机 该机粉碎能力大 目前在中药厂应用普遍 结构 在粉碎机的水平轴上装有甩盘 甩盘上装有打板和挡板 在轴的后端装有风轮 药物由加料口进入机内 当转轴高速旋转时 药物受到打板的打击 剪切和衬板的撞击作用而粉碎 通过风扇 细粉被空气带到出口排出 适用于植物药 动物药和强度不太大的矿物类药物 万能粉碎机 结构如图 药物自加料斗加入 借抖动装置以一定的速度连续由加料口进入粉碎室 在粉碎室内有若干圈钢齿 由于惯性离心力作用 药物从中心部位被甩向外壁 其间受钢齿的冲击而被粉碎 细粉经位于粉碎机底部的筛板排出 粗粉继续在粉碎机内重复粉碎 操作时 应先关闭塞盖 开动机器空转 当高速转动后再加入待粉碎的药物 以免药物阻塞于钢齿间 增加电机启动时的负荷 适用适用范围广 宜用于干燥的非组织药物和中草药的根 茎 皮和干浸膏的粉碎 但不宜于腐蚀性药 毒剧药及贵重药 另外由于在粉碎过程中发热 也不宜于含有大量挥发性成分和软化点较低且具有粘性的药物 球磨机1 为一种细碎设备 主体结构为由不锈钢或瓷制的圆筒罐 内装一定数量和大小的钢球或瓷球 球磨罐以适当的速度转动 可使圆球沿壁行至最高点而落下 罐内药物受球的连续研磨 撞击和滚压而碎成细粉 罐的转速如果过慢 圆球不能达到一定的高度即沿筒壁滚下 或转速过快 圆球受离心力作用 超过圆球重力 沿筒壁旋转而不落下 均会减弱或失去粉碎作用 球磨机2 特点 可用于干磨和湿磨 粉碎度高 在密闭圆筒内进行药物粉碎 扬尘少 操作条件好 研磨体价廉 且便于更换 对于易燃易爆药物 可在惰性气体下粉碎 体积庞大 笨重 运转时有强烈的振动和噪声 工作效率低 能耗大 流能磨1 为一种超细碎设备 原理 利用高速气体使药物颗粒之间以及颗粒与器壁之间碰撞而产生粉碎作用 工作过程 在空气室内装有数个喷嘴 高压气体由喷嘴以超音速喷入粉碎室 药物由加料口经高压气体引射进入粉碎室 在粉碎室内互相碰撞而被粉碎 细粉由气体夹带通过分级涡从内管出料 粗粉则被气流吸引继续粉碎 流能磨2 特点 在粉碎过程中温度几乎不升高 设备简单 可得到5 10微米以下的超微粉 但功率消耗大 噪声大 有振动 超微粉碎1 近年来 超微细粉化技术在中药粉碎中的应用日趋增多 运用超声粉碎 超低温粉碎等现代超细微加工技术 可将原生药从传统粉碎工艺得到的中心粒径150 200目的粉末 75 m以下 提高到现在的中心粒径为5 10 m以下 在该细度条件下 一般药材细胞的破壁率 95 超微粉碎2 这种新技术的采用 不仅适合于各种不同质地的药材 而且可使其中的有效成分直接暴露出来 从而使药材成分的溶出和起效更加迅速完全 由于超微细粉化技术是采用超音速气流粉碎 冷浆粉碎等方法 与以往的纯机械粉碎方法完全不同 在粉碎过程中不产生局部过热 且在低温状态下进行 粉碎速度快 因而最大程度地保留了中药材中生物活性物质及各种营养成分 提高了药效 超微粉碎3 将中药珍珠 炉甘石分别采用气流超细和球磨粉碎的方法 并从粉碎时间 粒度上加以比较 结果气流超细粉碎的粉碎时间仅为原来的1 30左右 而粒度则增加了3倍左右 将两种不同粉碎技术加工的原生药材制成的治疗痛经中药制剂 诚年月泰和治疗糖尿病的糖泰胶囊进行了药效学比较研究发现 在镇痛 改善微循环 降血糖等方面采用微粉技术加工原生药制成的作用强度显著大于传统粉碎技术加工原生药制成的制剂 超微粉碎4 中药有效成分的溶出速度往往与药物粉碎度有关 而中药有效成分的溶出速度与药物在体内的生物利用度之间常存在着一定的相关性 对不同粉碎度的三七进行了体外溶出度试验 结果表明三七药材45min溶出物含量和三七总皂甙溶出量大小顺序为 微粉 细粉 粗粉 颗粒 中药超细粉化的研究开发刚刚起步 常用于一些作用独特的传统名贵细料中药 如 西洋参 珍珠等的粉碎 这些滋补保健中药经微粉化后可使利用率大大增加 超微粉碎技术 为一种先进技术 具有低温粉碎 提高细度 节约药源 降低成本 保护环境 优化操作等优点 用其粉体加工成的药物剂量少 疗效高 周期长 毒副作用低 贵州三力制药公司引进TN超音速气流超微粉碎分级成套设备 包括气源处理系统 粉碎系统 超微粉碎系统 分级系统及自控系统等 并引进成套微粉碎质量检测设备 中药超微粉碎专用包装设备如抽气 充氮 以及配套的干燥系统如温热干燥 冷冻干燥 微波干燥等 提取 主要介绍提取工艺 提取技术及设备 提取概念 提取 应用溶剂将固体物中可溶性的有效组分提取出来的过程 可以用来获取有价值的固体物质的溶液 或者用来除去不溶性固体物中所夹带的可溶性物质 固液提取在中药制药工业中应用广泛 尤其是从中草药等植物药中提取有效成分 因此 它是中药制药生产中的一个不可或缺的重要环节 提取新技术 超临界液体萃取技术超声波提取技术微波提取技术生物酶解技术半仿生提取技术 提取常用溶剂 水 乙醇 中药材中的大部分成分 如 生物碱盐 苷 有机酸盐 氨基酸 多糖等易溶解于水和醇 相对来说 醇提时 可减少生药中粘液质 淀粉 蛋白质等杂质的浸出 醇提时 不同的乙醇浓度适用于不同的有效成分浸出 见下表 提取速率公式1 提取是一个传质过程 以扩散理论为基础 当药材在罐内浸泡 处于静止状态时 属于分子扩散过程时 扩散速率由菲克第一定律求算 菲克第一定律反映双组份混合物系的组分A在组分B中扩散时 单位时间内组分A通过垂直于浓度梯度方向的单位截面的摩尔扩散量 提取速率公式2 当液体运动为湍流状态 由湍动和涡流引起物质的扩散为涡流扩散 分子扩散和涡流扩散同时进行 则扩散速率为 提取速率公式3 上两式中 J 扩散速率 kmol m2 s dc dx 浓度梯度 为扩散推动力 即物质浓度c在x方向上的变化率 kmol m4 D 分子质量扩散系数 m2 s De 涡流扩散系数 m2 s C 组分摩尔体积浓度 kmol m3 爱因斯坦公式1 扩散系数D是物质特性常数之一 物质的扩散系数可由实验测得 或从有关资料中查得 也可由爱因斯坦公式求得 即 爱因斯坦公式2 上式 各项意义 R 气体常数 8 31J mol K T 热力学温度 K 溶质粘度 Pa s r 溶质粒子半径 m N 阿佛加德常数 6 06 1023mol 1 k0 常数 m2 Pa k 菲克 爱因斯坦公式 将菲克定律与爱因斯坦公式综合 得 显然 单位时间内物质扩散量 可视为提取速度 故提高提取速度可有以下方面 增加提取温度 减少溶剂粘度 增大物料表面积 减少扩散距离 增加浓度差 不过 实际提取时 由于细胞壁存在阻碍扩散作用 溶质成分复杂等原因 扩散过程更为复杂 但总的趋势不变 提取原理1 提取过程实质上是溶质从药材固相中传递到溶剂液相中的传质过程 按扩散原理 可分为相互联系的四个阶段 浸润阶段 药材与溶剂混合后 溶剂首先附着于药材表面使之润湿 然后通过毛细管和细胞间隙进入细胞组织内部 因此浸润与溶剂表面张力 药材表面积和其所附气膜有关 溶解阶段 溶剂进入细胞后 可溶性成分逐渐溶解 溶质转入到溶剂中 水能溶解晶体及胶质 故其提取液多含有胶体物质而呈胶体液 乙醇提取液含胶质少 亲脂性提取液则不含胶质 提取原理2 扩散阶段 溶剂进入细胞组织内逐渐形成浓溶液 具有较高的渗透压 溶质向细胞外不断地扩散 以平衡其渗透压 新的溶剂又不断地进入细胞组织 直到达平衡为止 置换阶段 提取的关键在于浓度差 没有浓度差 固液间的界面积 扩散系数和扩散时间均将失去作用 因此采用搅拌装置 或不断更新溶剂 都能使提取顺利进行 提取原理3 没有细胞结构的药材 或已然粉碎至破膜 破壁的药材 其有效成分则可直接扩散或溶解分散在溶剂中 提取方法1 四种 煎煮法 用水为溶剂 将中药材饮片或粗粉加热煮沸一定时间 以浸出药材药效成分的方法 适用于有效成分能溶于水 且对湿 热较稳定的药材 提取方法2 浸渍法 用定量的溶剂 在选定的温度下 将药材饮片或颗粒浸泡一定的时间 以浸出药材成分的方法 依浸渍温度的不同 分 冷浸渍法 室温下操作 温浸渍法 40 60 范围的操作 热浸渍法 加热到沸点以下的浸渍 提取方法3 依每批药材的浸渍次数 浸渍法也分 单次浸渍法和重浸渍 浸渍法适用于粘性药材 无组织结构的药材 价格低廉的芳香性药材 渗漉法 将润湿的药材粗粉置于渗漉器中 从渗漉器上部连续加入溶剂 渗漉液不断从渗漉器底部流出 从而浸出药材有效成分的方法 提取方法4 渗漉分 单渗漉 渗漉液不用作渗漉溶剂 重渗漉 渗漉液用作渗漉溶剂 渗漉适用于 贵重药材 毒性药材或有效成分含量低的药材 回流法 用易挥发的有机溶剂提取药材有效成分 在提取过程中 对放出的提取液加热蒸发 蒸发出来的溶剂蒸汽冷凝后 再回流到提取器中充分浸出药材成分 提取方法5 回流法按照提取过程的温度分为 回流冷提法 室温操作 回流温提法 40 60 范围的操作 回流热提法 加热到沸点以下 提取的其它分类方法1 根据药材在提取过程中的运动状态 分 静态提取 固体药材静止不动 包括单级提取 索氏提取 罐组提取等 动态提取 采用机械搅拌 螺旋输送等方式 使固体药材处于运动状态 如 动态间歇提取的强制外循环式提取 搅拌提取 动态连续提取的螺旋推进连续提取 履带式连续提取 提取的其它分类方法2 根据溶媒相对于药料溶质浓度的运动方向 提取分 顺流提取 溶媒沿药料溶质浓度下降的方向而运动 逆流提取 溶媒沿药料溶质浓度上升的方向而运动 混流提取 在整个提取过程中 既有顺流提取 又有逆流提取 提取工艺流程1 单级单次提取 为简单一级提取 将药料和溶剂一次性加入提取罐中 一般在常压下经一定时间提取后 放出提取液 并排出药渣 工艺简单 提取效率不高 常用于小批量 价值低的药材提取 提取工艺流程2 单级多次提取 对同一批药材在同一提取罐内提取2 3次 每次提取后都将提取液放出 重新加入新鲜溶剂 该法提取率高 工艺简单 但溶剂用量大 所收集的提取液平均浓度低 增加了浓缩工序成本 应用广泛 多为单级二次提取 提取工艺流程3 回流冷浸法 用于中药醇提 将颗粒或饮片与一定量溶剂置于提取罐1中 使药材全部润湿 并排出空气 进行常温提取 提取液不断送入缓冲罐3 提取之初 提取液浓度低于要求值 须经泵4通过阀门2送回提取罐 待提取液浓度达到要求值后 提取液再经泵通过阀门5输送到浓缩罐6浓缩 浓缩蒸汽经分离器7 冷凝器10 冷却器9成常温液体进入贮罐8 不断回补提取罐中 反复浸提 提取工艺流程4 特点 回流浸渍法采用溶剂回流工艺 节省溶剂 提取过程中药材不断接触新鲜溶剂 使药材外部表面周围的溶液和细胞组织内溶液有效成分之间保持最大浓度差 从而增大扩散速率 提高提取率 但提取液有时杂质含量高 给分离带来困难 提取工艺流程5 回流温浸法 工艺流程与回流冷浸法基本相似 只是提取罐夹套内须通入加热蒸汽 使罐内温度温度介于40 60 范围 特点 生产周期较短 但操作较复杂 提取工艺流程6 回流热浸法 提取罐须经夹套加热 控制罐内温度为65 90 范围 本工艺还可以使用油水分离器6进行挥发油的提取 其中放出的含油水 应再回流到提取罐 提取工艺流程7 强制外循环提取 采用浸渍法动态间歇提取 将药材颗粒和饮片与一定量的溶剂置于提取罐中 提取液在泵4的作用下进行强制外循环流动 固液两相边界表面不断更新 提高了提取率 为使循环顺利进行 该法要求液固比大 溶剂用量大 提取工艺流程8 螺带式搅拌桨提取 过程 工艺采用浸渍法进行动态间歇式提取 将中药材原料与一定量的溶剂置于提取罐1中 罐内安装了一个螺带式搅拌桨 药材在螺带式搅拌桨的作用下从罐的底部向上运动 固液两相边界层表面不断更新 提高了提取速率 工艺同时兼有回流提取和强制外循环提取的特点 提取工艺流程9 加压提取 有升温加压和不升温加压两种 加压提取可提高提取速率 缩短提取时间 节省蒸汽消耗量 提取液浓度可获得一定的提高 适用于质地坚实的药材 升温后若导致有效成分被破坏的药材 则不宜升温 提取工艺流程10 罐组提取 一般由三个或三个以上提取罐组成 各罐串联操作 且每一时刻都依次有一个罐和提取系统分离而进行加料与卸料 提取时 润湿的药材装入各罐 溶剂先送入首罐 由首罐产生的提取液顺次通入后面各罐 提取液浓度逐渐升高 提取液浓度和提取速率较高 适于大批量药材提取 罐组提取2 如上图所示 为R1为首罐 R5为末罐 此时11 13 23 33 43 52各阀门打开 其余关闭 若换以R2为首罐 R6为末罐 则21 23 33 43 53 62各阀门打开 其余关闭 问题 R3为首罐 R1为末罐时 各阀门的状态 罐组提取3 采用罐组渗漉提取 新溶剂总是从药材有效成分含量低的罐体加入 浸提液总是从有效成分含量最高的罐体取出 使得提取液浓度和速率更高 提取工艺流程11 连续逆流提取 提取时 药材总体运动方向和溶液流动方向相反 药材和溶剂在连续不断地进入提取器时 药渣和提取液连续不断地排出提取罐 提取工艺流程12 连续混流提取 药材和溶剂在连续不断地进入提取器时 药渣和提取液连续不断地排出提取罐 但药材和溶剂的运动方向有同向顺流和反向逆流情况 浸出过程计算 平衡状态浸出 在提取过程中 当溶质从药材中扩散到浸出液的量和溶质从浸出液中扩散回药材中的量相等时 浸提液的浓度达到动态平衡 此时 药材内部的液体浓度等于药材外部药材浓度 非平衡状态浸出 在浸出时间比较短时 药材内外浸提液浓度尚未达到动态平衡的浸出 浸提量计算1 单级提取 设 浸提量计算2 以下标 1 表示浸提次数 则第一次浸提达到平衡状态时 有 或 浸提量计算3 上式中 浸提后 需将药材外的浸提液与药材分离 设与药材分离的浸提液量为 药材间所含的浸提液量为 浸液与药材的分离率为 则分离率为 浸提量计算4 为计算简便 假设药材外的浸液能够全部与药材分离 即 1 第二次提取时加入与所分离的浸液量同样数量的溶剂 剩余在药材中的浸液量满足 则平衡浸出状态下 有 浸提量计算5 或经n次提取后 剩余在药材中的可浸出成分量为 浸提量计算6 第n次提取后 可浸出成分的浸提总量为 第n次提取后 可浸出成分的总浸提率为 例题1 含有可浸出成分10 的某药材100kg 采用单级多次浸提 第一次加入溶剂500kg 每次全部分离药材外的浸提液 从第二次提取开始 每次加入的新溶剂量与上次全部分离的浸液量相等 设药材中剩余的溶液量约等于药材的初始量 100kg 试求浸提一次和浸提三次后药材中剩余的可浸出成分的量 药渣压榨工艺 药渣压榨 对每次提取后的药渣进行压榨 使剩余在药材中的浸提液量减少 可提高提取率 也缩短浸提时间 如本例中 对药材压榨后 使 50kg 9 则浸提率为0 9 比不压榨的0 8 提高了10 例题2 某药材200kg 可浸出成分含量占药材的15 用某种溶剂进行单级多次浸提 当可浸出成分含量的总浸提率约为0 963时 需浸提三次 每次可以全部分离药材外的浸液 从第二次提取开始 每次加入的新溶剂量与上次全部分离的浸液量相等 中药材中所剩余的溶液量约为药材初始量的1 5倍 试估算浸提溶剂的消耗量 罐组提取的浸提量计算1 设 罐组中总罐数为n 1 每罐 即每级 的级数将用第二个下标表示 药材提取之前 各罐药材内可浸出成分的量为 提取过程结束时药材内可浸出成分的量为 第n级 一个完整的提取过程 前n级的浸提量为 且以 罐组提取的浸提量计算2 所以 表示的是浸提结束时 该级罐的浸提液中提取的溶质量和剩余在药材中的溶质量的比值 对每一级罐做可浸出成分的物料衡算 如第一级 也或者是 罐组提取的浸提量计算3 同理 对第二级 有 对第三级 有 罐组提取的浸提量计算4 可见 若为第四级 则 第n级中剩余在药材中的可浸出成分量为 罐组提取的浸提量计算5 总提取率为 浸提时间确定1 对于静态浸渍法总浸提率 浸提时间关系式为 该式曲线为如下图 可见 浸提初始为快速阶段 后为慢速阶段 浸提时间确定2 初始浸提率为 例题 某药材在常温 常压下浸渍提取 其可溶出成分的浸出曲线符合前述公式 已知第一次浸提的 1 7364 0 0041 分离后的浸提率为76 3 第二次浸提时间与第一次相同 分离后的浸提率为18 8 药材外的浸液与药材的分离率为0 92 试写出第二次浸提时的浸提率与时间之间关系式 提取工艺参数1 药材粉碎的程度 粒径 被提取药材的粉碎程度越高 接触面积就越大 溶质从药材内部扩散到表面所通过的距离就越短 据扩散公式 两者均使提取速率提高 不过 实际生产过程中 药材不宜过细 因为过细反而会使提取液和药渣分离困难 而且 若为植物药的提取 药材被粉碎得过细 使大量细胞破裂 一些黏液和高分子物质进入溶液 使提取液变得浑浊 无效成分增加 影响产品质量 要求粒度适宜而均匀 如水为溶剂 以选用粗粉有利 叶 花 草类甚至不必粉碎 果实 种子类可按实际情况选用 根 茎 皮类选用薄脆的饮片 若以乙醇为溶剂 可选用较粗的粗粉 提取工艺参数2 温度 由于溶质在溶剂中的溶解度一般随温度提高而增加 同时扩散系数也随温度升高而增大 故使提取速率和提取收率均有提高 但温度升高 杂质混入越多 使热敏性组分分解破坏 也使易挥发组分损失加大 因此利用升高温度的方式来提高提取速率有一定的局限性 应注意的是 提取操作一般应将温度控制在沸点以下 提取工艺参数3 溶剂用量及提取次数 在溶剂定量的情况下 多次提取可提高提取收率 第一次提取溶剂的用量要超过药材溶解度所需要的量 不同药材的溶剂用量和提取次数要通过实验来确定 溶剂用量将直接影响提取效果 若其他操作条件不变 溶剂用量越大 提取次数可减少 提取速率可提高 但过大的溶剂用量使提取液变稀 给溶质回收带来困难 提取工艺参数4 提取时间 由提取公式可知 在一定条件下 时间越长 越有利于提取过程 不过 当扩散达到平衡时 时间将不再起作用 相反会使杂质增加 影响产品纯度 操作压强 药材组织坚实 溶剂较难浸润 提高提取压强有利于加速浸润 使药材组织内充满溶剂并形成浓溶液 使开始发生溶质扩散过程所需时间缩短 对组织松软 容易湿润的药材 加大压强 则效果不显著 提取工艺参数5 浓度差 浓度差指的是药材内部的浓溶液与其外面周围溶液的浓度差值 浓度差越大 提取速率越高 在选择提取工艺和设备时 以最大浓度差为基础 一般连续逆流提取 能保持浓度差 应用浸渍法时 搅拌或强制循环 均利于提取 提取工艺及相关设备1 单罐单级浸渍提取为简单一级提取 药材和溶剂一次性投入提取罐内 经过一段时间提取后放出提取液 并排出药渣 通常为常压提取 水提大多采用煮沸提取 醇提采用渗漉提取 此法工艺简单 但提取效率低 索氏提取1 主要用于中药醇提 流程如下页图 经粗碎或切片的中药材和一定量溶剂置于提取罐中 使药材全部润湿 并排出空气 然后进行常温提取 提取罐中提取液不断通过缓冲罐 泵 输入浓缩罐中不断浓缩 蒸出的酒蒸汽经冷凝器 冷却器及中间贮罐又不断回到提取罐中 每批料的操作周期近10小时 索氏提取2 该法的优点是 回流到提取罐内的酒精起到了添加新鲜溶剂的作用 使溶剂与药材组织内有效成分之间保持最大浓度差 从而提高了提取速率和提取收率 生产周期缩短 但是提取受热时间长 对热敏性药材是不适宜的 杂质也较多 给过滤 分离带来困难 一般用于药酒和含有挥发油类药材生产 温渍法1 流程如下页所示 药材经粗碎或切片后 投入提取罐中 并加入一定量的溶剂 在夹套中通入加热蒸汽或热水 使罐内温度控制在40 50 温渍时间约1小时 所产生的少量溶剂蒸汽 经冷凝器 冷却器 中间贮罐再回到提取罐中 夹套通入蒸汽将提取液浓缩 溶剂蒸汽经回收后又回到提取罐中 然后又开始继续进行温渍 依次重复 每批料操作周期8 9时 温渍法2 特点 生产周期较浸渍法短 溶剂耗量少 成本降低 使用效果良好 但操作较复杂 多用于药酒生产 热回流法 流程图如下页所示 经粗碎或切片的药材和一定量的溶剂 置于提取罐中 夹套中通入蒸汽加热 控制罐内温度为80 90 溶剂蒸汽经冷凝器 冷却器 中间贮罐再回提取罐中 溶剂可循环使用 一批料操作周期约2 3小时 特点 生产周期短 适用于易挥发溶剂的提取 多用于外用药和澄清度要求不高的酊剂 如用乙醇回流提取当归片 单级循环提取 流程图如下页所示 提取液由泵进行循环流动与药材接触 所以固液两相在提取器中有相对运动 使两相边界曾表面不断更新从而加速提取 该法获得的提取液的澄清度明显高于前述几种工艺 由于是密闭提取 温度低 溶剂蒸汽量也较少 但要求液固比大 溶剂量用量大 此法适用于要求澄清度高的药酒和酊剂生产 单罐错流提取 药材在提取罐被提取一次后 再加入新鲜溶剂 共提取2 3次 在中成药生产中应用最广 常用的是二次错流提取 该法提取率高 但收集提取液的平均浓度低 增加了浓缩工艺的负荷 能耗高 加压提取 有两种方式 升温加压 可缩短提取时间 减少用量 节省蒸汽消耗量 提取率也稍高 加压但不升温 与常压比较时 有效成分提取率相同时 提取时间则可缩短一倍以上 提取浓度也可以提高 提高提取压力可加速药材的浸润过程 对坚实难润的药材作用显著 对易渗透的固体药材 粉末类药材则作用不显著 加压升温提取 除压力外还加升温因素 提取速率更加提高 但对植物药来说 升温会导致有效成分的破坏 此法需慎用 半连续逆流提取1 也称罐组式逆流提取 由一定数量的提取罐串联而成 溶剂顺次通过并与药材保持一定的接触时间 溶剂与药材互成逆流 提取液在流动过程中浓度逐渐增高 药材出口处虽然浓度很低 但因和加入溶剂接触 能使其中有效成分浓度继续降低到最抵程度 所以既有较高的提取率 又能获得浓的提取液 半连续逆流提取2 用水加压逆流提取流程见下页图 半连续逆流提取串联的级数根据药材特性和实际需要来确定 可多可少 灵活性大 对于价值高 批量大的品种宜用较多逆流级数 品种多 批量少 价值低的药材宜用较少的逆流级数 适用于大批量的品种生产 但对于热敏性药材 以及药渣因受热会膨胀结团 导致堵塞筛网的药材不宜应用 如 用于甘草提取 效果良好 连续逆流提取 药材和溶剂作连续逆流提取 提取率高 提取液浓 装置紧凑 机械化程度高 且操作条件要求较严 药材要加工成一定形状 适用于大批量 单味药生产 连续混流提取 药材和溶剂在提取器中 有时并流 有时逆流连续流动接触 其特点和使用范围与连续逆流流程相仿 对中药厂的多品种复方生产 采用罐组式逆流提取较适宜 固液提取设备一 多能提取罐1 目前国内植物药生产应用最广泛的设备 罐体采用不锈钢材料制造 药材经加料口加入罐内 提取液从活底上的滤板过滤后排出 夹层可以通入蒸汽加热 或通入冷水冷却 排渣底盖 可用气动装置启闭 为了防止药渣在提取罐内胀实 因架桥而难以排出 罐内装有料叉 可借助于气动装置自动提升排渣 多能提取罐设计压力为147 1kPa 温度为120 固液提取设备一 多能提取罐2 多能提取罐可以作多种用途 如 水提 醇提 热回流法 水蒸气蒸馏提出挥发油 回收药渣中有机溶剂等 提取效率高 能耗少 操作方便 可以单独使用 也可以串联成罐组式逆流提取 微倒锥形多能提取罐 锥底呈倒锥形的多能提取罐 结构特点是底口大 可借助药渣自重顺利排渣 主要适用于如下植物药 有些植物药经过长时间高温提取后 质地变疏松 床层塌陷 高度显著降低 再加上药物的根 茎 枝 叶在床层空间内相互穿插 交叉 构成网状立体结构 在锥底处容易架桥阻塞 如 冬凌草罐组式逆流提取 翻斗式提取罐 罐体可旋转180 利用液压传动和机械传动 属于动态提取 有良好的传热 传质效果 提取率高 适用于中小型生产 搅拌式提取器 分卧式和立式搅拌提取器 如下页图 将加工成一定形状与大小的药材与溶剂一同投入提取器中 边搅拌 边提取 提取器型式根据处理药材的性质而异 此设备简单易行 但提取率低 提取液较稀 不适用于贵重和有效成分含量低的药材提取 连续提取器 该提取器的加料和排渣过程可连续进行 由于溶剂以连续方式与药材接触 在提取过程中浓度差较小 提取率高 提取速度也较快 是一种较先进的提取设备 它共有七种形式 如以下各页 U形螺旋式提取器1 结构 由进料管 出料管 水平管及螺旋输送器组成 各层均有蒸汽夹层 供加热用 工作过程 药材自加料斗进入加料管 再由螺旋输送器经水平管推向出料管 溶剂由相反方向逆流而来 将药材中有效成分提取 得到的提取液在提取液出口处收集 药渣自动排出管外 U形螺旋式提取器2 特点 该提取器属于密闭系统 适用于挥发性有机溶剂的提取操作 加料 卸料均为自动连续操作 劳动强度明显降低 且提取率高 用于甘草的提取 螺旋推进式提取器1 结构和工作 这种提取器上盖可以打开 以便于清洗和维修 而下部则带有夹套 其内可通入加热蒸汽进行加热 提取器安装时保持一定的倾斜角度 以便于提取液的流动 提取器内的推进器可以作成多孔螺旋板式 螺旋头数可以单头或双头 也可以用数十块桨片组成螺旋带式推进器 药材由螺旋板或螺旋桨推动 正试用于中药提取 肯尼迪式连续逆流提取器 这种提取器由多个具有半圆断面槽连续水平或倾斜排列构成 槽内有能够旋转的四片叶桨 通过它的旋转 带动药材沿槽顺序向前移动 并与溶剂发生接触而提取 改变桨的旋转速度和叶片数目 可适应不同品种药材的提取 婆尔曼式连续提取器1 该提取器又称蓝式连续提取器 是一种连续混流式提取器 提取器右边固液两相成并流 而左边固液两相成逆流接触提取 提取器内有许多悬于无端链上的篮子 篮子的底为多孔板或钢丝网 由链轮的转动 篮子成顺时针方向上下循环回转 固体药材在料斗由半浓液冲入蓝内 与篮子回转的同时 半浓液由上而下流动接触提取 提取液 全浓液 流入贮槽 并由管道引出 同时 溶剂由左边高位槽流入 与回转篮子内固体药材接触提取 篮子由下而上 后续 婆尔曼式连续提取器2 溶剂自上而下流动 半浓液集中于贮槽中 并用输送泵送到半浓液高位槽 再进行上述半浓液的提取 蓝内的固体药材经提取器右边被溶剂提取后 再转到提取器左上角 并有片刻时间使其淋干 随即自动翻转 将药渣倒进渣贮槽 并由桨式输送机排出 平转式连续提取器1 结构 该提取器有12个回转料格 由两个同心圆构成 回转料格由传动装置带动沿顺时针转动 在回转料格下面有筛底 其一侧与回转料格胶结 另一侧可以开启 借助底下的两个滚轮 分别支承内轨和外轨上 当格子转到出渣口 图中第11格 时 滚轮随内外轨断口落下 筛底随之启开排药渣 经一定时间后 滚轮随上坡轨上升 进入轨道 筛底 续 平转式连续提取器2 又重新回到原来水平位置 图中第10格为筛底复位格 提取液槽位于筛底之下 固定不动 承接提取液 提取液贮槽分10料格 图中1 2 3 4 5 6 7 8 9 12格下面 各格底有引出管 附有加热器 通过循环泵与喷淋装置相连接 喷淋装置由一个带孔的管和管下分布板组成 可将循环液喷淋到回转料格的固体药材进行提取 药材由第9料格进入 回转到第11格排出药渣 溶剂由第1 2格进入 提取液由该两格底贮液槽用泵送入第3格 按此过程到第8格 由第8格引出最后提取液 第9格是刚投入固体药材 用第8 后续 平转式连续提取器3 格出来的提取液的少部分喷淋于其上 起到润湿作用 提取液落入贮液槽并引出与第8格出来的提取液汇集在一起排出 第12格是淋干格 此格不喷淋液体 由第1格转过来的药渣中积存一些液体 在第12格让其落入贮液槽 并由泵送入第3格继续使用 药渣从第11格排出 特点 生产能力大 操作简便 易实现自动化 用于麻黄素 莨菪提取 履带式连续提取器1 工作 将固体药材装在螺旋式皮带输送机上 一边输送一边从上面喷淋溶剂 并用泵将溶剂逆流地输送 进行提取 被提取的固体药材经过回转阀进入装料漏斗 从漏斗落到带上 成为层状移动 料层厚度可通过挡板调节 一般为800 1200mm之间 接受料层的带是铺有合金钢丝网的钢板 在板上开有许多小孔 原料药材约需2h在带上一边 后续 履带式连续提取器2 提取一边移动 药渣从带上落下 用漏斗接受后 通过回转阀排出 新溶剂则加入到提取的最后部分 然后在料层中渗漉提取 溶剂落入带下面的接受槽中 用泵输送使固液两相成逆流流动接触 特点 能进行均匀而有效提取 千代田式L型连续提取器1 工作与结构 工作时 被提取的固体药材进入供料斗中 经调整原料层高度 横向移动环状钢网板制的皮带输送机上 其间通过提取液循环泵进行数次溶剂喷淋提取 当卧式提取终了时 固体药材便落入立式部分的底部 并浸渍于溶液中 然后用带孔可动底板的提蓝捞上来 在此一边受流下溶剂渗漉提取 一边上升 最后在溶剂入口上部排出药渣 新溶剂由提蓝式提取器上部加入 积存于底部 经过旋转过滤器进入卧式提取器 在此与固体药材成逆流流动 最后作为提取液排出 千代田式L型连续提取器2 特点 提取过程比较均匀 对原料的适应性较强 提取物干膏的细度要求1 提取物干膏的细度应根据剂型的工艺要求确定 用于渗漉 多能提取 动态提取时 粒径不同 用于散剂 片剂 胶囊剂 水丸 蜜丸的直接入药的药材 一般为100 120目 用于渗漉 乙醇溶媒 则在5 20或40目 以水浸提者则可为5mm的颗粒或切成药片 用于常规提取可切片为10mm左右的小段 提取物干膏的细度要求2 用于动态提取则粉碎成黄豆粒大小 植物的部位不同 粉碎细度也不同 叶 花 草等疏松药材宜粗 根 茎 皮则宜细 虽细度高有利于有效成分的提出 但过细因纤维细胞破裂 树脂 黏液质浸出量增加 给过滤 分层 纯化带来一定的难度 对渗漉而言 溶媒流动阻力增大 易堵塞或短路 使渗漉不完全 浸提工艺的沿革与新技术的应用 浸提概念 用适当的溶媒 从原料药材中将可溶性有效成分浸出的过程 浸提过程由湿润 渗透 解吸 溶解及扩散 置换等几个相互联系的作用交替进行 中药制剂有些剂型是利用提取物加工制成 如汤剂 流浸膏 浸膏 膏剂 药酒 冲剂 片剂 胶囊剂 注射剂等 中药制剂有单方和复方之分 尤其是复方 中医治疗上强调 君臣佐使 的疗效关系 药材为什么要浸提 药材中所含的成分十分复杂 概括起来有 有效成分 辅助成分 无效甚至有害成分等 故提取与分离 纯化是获取更多有效成分及提高纯度的重要手段 浸提过程就是要把药物的有效成分及辅助成分尽可能多地提制出来 而将无效 有害成分尽量分离 避免混入提取物中 浸提所用溶媒 浸提时 溶媒的选择是关键 对溶媒有如下要求 溶媒应对有效成分有较大的溶解度 而对无效成分难溶或不溶 且完全无毒 可回收利用 价廉易得 溶媒的作用原理是 相似相溶 原则 极性溶媒对离子型或极性化合物有较强的溶解能力 此类如 水 非极性溶媒对非极性化合物有较强的溶解能力 此类如 乙醚 氯仿 半极性溶媒 如 醇 酮等 表 常用溶媒及其溶解的溶质 对溶媒的处理 一种溶媒不能达到要求时 则 采用混合溶媒或借助酸 碱等调节 使之PH值合适 以达到提高提取率和纯度的目的 也可用表面活性剂来提高浸出效果 影响浸提的主要因素1 药物粉碎度 浸提温度 适当温度可增加溶解性成分的溶解 扩散 蛋白质凝固 酶的破坏 有利于浸出与质量稳定 但不宜过高 否则有效成分会分解 变质或挥发散失 浸取时间 达到扩散平衡即可 过长则成分破坏 杂质增加 对以水为溶媒者 易酶变 影响浸提的主要因素2 浓度差 渗漉宜用流动溶媒 提取则用机械或空气搅拌 PH值 酸性常提取生物碱 碱性常提取皂甙 浸提常用方法 浸提常用 浸渍法 如药酒 酊剂即用此法生产 渗漉法 煎煮的提取方法 常规多能提取 动态提取 超临界萃取 常规多能提取1 此工艺适于水提 醇提 提油 水提 醇提时用直接蒸汽加热或者夹层蒸汽加热 稳定在微沸状态 提油则只能夹层加热 为提高效率 加大药材与溶液的浓度梯度可采用强制循环 使药液从缸体下部经管道过滤器再打回缸内 此时 缸内产生的大量蒸汽经除沫器 冷凝器 冷却器 气液分离器又回到缸内 若有挥发油则在相应的沸距范围内 经冷凝冷却后还需进入油水分离器 分得油层 水层则又经气液分离器进入缸内 提取液的PH值按提取物成分而定 常规多能提取流程图 常规多能提取2 单级热回流 在原多能提取系统中 增加一套外循环蒸发器 以浓缩提取液 同时将产生的二次蒸汽送回提取罐作热源及新溶剂 维持罐内沸腾 具体过程 资料来源 森博企业 将药材投入提取罐 加药材的5 10倍的溶剂量 如水 乙醇等 开启提取罐直通和夹套蒸汽阀门 使提取液加热到沸腾 20 30分钟后 用抽滤管将1 3提取液抽入浓缩器 关闭提取罐直通和夹套蒸汽 开启加热器阀门对料液进行浓缩 而产生二次蒸汽 此二次蒸汽送入提取罐 常规多能提取2 单级热回流 续 返回提取罐的二次蒸汽将继续上升 经冷凝器冷凝成冷却液 回落到罐内成为新溶剂而加到药面上 新溶剂自上而下高速通过药材层到提取罐底部 药材中的可溶性有效成分溶解于提取罐内溶剂 提取液 中药产业现代化技术之一 超临界流体技术1 中药产品现代化的重点可简单地用8个字来描述 即 有效 量小 安全 可控 实际上 它涉及范围十分广泛 要解决的问题比较复杂 但首先最关键的问题就是要提取分离工艺 制剂工艺现代化 质量控制标准化 规范化 为此 许多医药专家多次提出要采用超临界流体技术 分子蒸馏技术 膜分离技术 冷冻干燥技术 微波辐射诱导萃取技术 缓控释制剂技术 各种先进的色谱 光谱分析等先进技术 进行中药研究开发及产业化 中药产业现代化技术之一 超临界流体技术2 在国家有关部门的主持下 1998年3月底 来自全国及香港20多个单位的60多位专家学者聚集厦门大学 探讨了中药现代化问题 特别是中药复杂体系中重大科学基础问题 超临界流体技术 分子蒸馏技术 液质联用等同时也被提出来 超临界萃取特点 超临界萃取 SFE 是近年来发展很快 应用很广的一种新的样品前处理技术 它克服了传统的索氏提取 液体溶剂提取 费时费力 回收率低 重现性差 污染严重等弊端 使样品的提取过程更加快速简便 特别是基本消除了有机溶剂对人体和环境的危害 超临界流体由于密度大 粘度低 扩散率高等固有的特点 使超临界流体萃取作为样品制备与前处理的技术具有其他经典方法无法比拟的优点 它可以缩短处理时间1 2个数量级 避免使用大量有毒溶剂 降低了产生污染的可能性 超临界萃取与其他方法联用 避免了样品转移的损失 对减少人为误差 提高方法的灵敏度和精确性具有重要意义 超临界流体1 超临界流体 SupercriticalFluid 简称SF或SCF 是指超临界温度 Tc 和临界压力 Pc 状态下的高密度流体 超临界流体具有气体和液体的双重特性 其粘度与气体相似 但扩散系数比液体大得多 其密度和液体相近 超临界流体对物质进行溶解和分离的过程就叫超临界流体萃取 SupercriticalFluidExtraction 简称SFE 超临界萃取基本原理0 其基本原理为 CO2的临界温度 Tc 和临界压力 Pc 分别为31 05 和7 38MPa 当处于这个临界点以上时 此时的CO2同时具有气体和液体双重特性 它既近似于气体 粘度与气体相近 又近似于液体 密度与液体相近 但其扩散系数却比液体大得多 是一个优良的溶剂 能通过分子间的相互作用和扩散作用将许多物质溶解 超临界萃取基本原理1 同时 在稍高于临界点的区域内 压力稍有变化 即引起其密度的很大变化 从而引起溶解度的较大变化 因此 超临界CO2可以从基体中将物质溶解出来 形成超临界CO2负载相 然后降低载气的压力或升高温度 超临界CO2的溶解度降低 这些物质就沉淀出来 解析 与CO2分离 从而达到提取分离的目的 不同的物质由于在CO2中的溶解度不同或同一物质在不同的压力和温度下溶解状况不同 使这种提取分离过程具有较高的选择性 1 超临界萃取基本原理2 超临界流体的溶剂强度取决于萃取的温度和压力 利用这种特性 只需改变萃取剂流体的压力和温度 就可以把样品中的不同组分按在流体中溶解度的大小 先后萃取出来 在低压下弱极性的物质先萃取 随着压力的增加 极性较大和大分子量的物质与基本性质 所以在程序升压下进行超临界萃取不同萃取组分 同时还可以起到分离的作用 超临界萃取基本原理3 温度的变化体现在影响萃取剂的密度与溶质的蒸汽压两个因素 在低温区 仍在临界温度以上 温度升高降低流体密度 而溶质蒸汽压增加不多 因此 萃取剂的溶解能力时的升温可以使溶质从流体萃取剂中析出 温度进一步升高到高温区时 虽然萃取剂的密度进一步降低 但溶质蒸汽压增加 挥发度提高 萃取率不但不会减少反而有增大的趋势 超临界萃取基本原理4 除压力与温度外 在超临界流体中加入少量其他溶剂也可改变它对溶质的溶解能力 其作用机理至今尚未完全清楚 通常加入量不超过10 且以极