中药提取分离新技术

中药提取分离新技术赵兵研究员中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京1000801、前言我国的中药生产水平与世界先进的天然药物提取水平差距甚大，影响了我国中药产品在世界药品市场的地位。中国已经加入WTO，国内中药和天然产物生产企业要想在竞争中赢得主动，必须采用先进的提取分离技术，才可能使我国中药产品生产和销售在国际市场占有更多的份额。因此，国家已将提取分离技术作为今后重点发展的技术之一。在发达国家，药材从投料开始，整个操作在连续封闭环境下进行，自动化程度高，经粉碎后的药材定时投入提取设备，提取液连续从提取罐中排出，药液和药渣均在封闭的管道中运行，保持了环境的整洁，提高了药材资源的利用率，其提取效率是常规的34倍。由于自动出渣离心机分离效率高，整个生产过程采用计算机控制，避免了由于人为因素造成的产品质量不稳定的情况。随着多学科互相渗透和对浸提原理及过程研究的深入，新的提取技术不断出现，提高了中药制剂的质量。因此，我国在大力研发推广适宜于工业化应用的提取分离新技术、新设备的同时，应加强自主创新和技术集成，提高生产自动化控制水平，才能使我国中药提取技术水平和产品整体大幅度提高，增强在国际市场的竞争力，将资源优势转变成经济效益。2、浸提技术浸提是将需要提取的成分转移至相应溶煤中的过程。浸提过程直接影响到产物的收率、成本。常规浸提方法主要有煎煮法、回流法、浸渍法、渗漉法等，它们使用方便，但存在周期长、工序多、提取率低、成本高等缺陷。各种浸提新技术的应用对提高中药资源的利用率、降低能耗、减少环境污染、提高产品质量等均起到了显著的作用。21超临界流体萃取超临界流体萃取(SCFE)技术已较广泛应用于中药有效成分的提取分离。超临界流体在一定压力范围内其密度与其溶解能力成比例，因此SCFE可以通过控制体系的压力和温度使其选择地萃取其中某组分，然后通过温度或压力的变化，降低超临界流体的密度，对所萃取的物质进行分离，超临界流体可以循环使用。目前广泛使用的是超临界C02萃取。SCFE由于可通过调控压力和温度，选择性地萃取某些成分，可以兼具提取和分离的功能，因此特别适用于提取分离挥发性成分、脂溶性物质、高热敏性物质，产品基本无有机溶剂残留，产品纯度较高。它较适用于亲脂性、分子量较小物质的萃取，但对极性大、分子量大的物质如苷类、多糖类，需要加夹带剂，一般常用的夹带剂有水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等)，在夹带剂的使用上还缺乏足够的理论方面的研究，可测性差，主要靠实验摸索，操作在很高的压力下进行，设备属高压设备，一次性投资较大，运行成本较高。22循环超声提取超声波已广泛应用于实验室少量样品处理，由于缺乏有效的工程放大手段未能在大规模生产中应用。虽然目前国内逐渐有越来越多的超声提取设备出现，但真正能够适于工业大生产的超声提取装备仍然很少，本文仅对循环超声提取技术和设备作简要介绍。循环超声提取技术提出了物料和超声场之间“模拟移动”，通过流体流动和混合给予每个物料颗粒“相同机会”，最大限度地提高超声场的利用率，解决局部过度超声处理和超声波在介质中的快速衰减问题。目前已形成了从O5升到8000升有效容积的实验室SY、中试t-IF、生产SC三大系列产品，数二十个品种，已在北京同仁堂、北京大学药学院等数十家大学、研发机构及生产企业使用。对数十种中药材的循环超声提取结果表明：提取时间仅为常规提取方法的几分之一到几十分之一，因而效率高；一般均在室温下提取，无需加热，因而能耗仅为常规加热提取的50以下；由于提取时间短、温度低，产品中杂组份含量减少，提高了提取产品质量；通过超声波的空化作用，使有效成份得以充分释出，甚至有些用常规方法难于提出的组份亦能快速提取出来，因而提取率高；不受溶剂性质、提取物分量大小、极性等限制，适用范围广，可以实现提取一纯化的耦合集成，用于超声分散、乳液制备、缓释药物超微胶囊和纳米胶囊制备等；可进行间歇提取或多级连续提取，有顺流和逆流两种方式可供选择、易于实现自动化，符合GMP要求；产品价格大大低于超临界萃取和进口设备，设备占地面积小。目前需要加强与之配套的成套生产线和自动控制等方面的研发。23微波萃取微波萃取是根据不同物质吸收微波能力的差异使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使被萃取物质从基体或体系中进人到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中，达到提取的目的。微波萃取具有时间短、设备简单、适用范围广、萃取效率高等特点。但微波提取一般适用于热稳定性的物质，对热敏性物质，微波加热易导致它们变性或失活。微波提取时要求物料有良好的吸水性，否则细胞难以吸收足够的微波能将自身破碎，产物也就难以释放出来。微波提取对组分的选择性较差。24酶法提取酶法提取是利用酶反应将植物组织分解，从而最大限度地从植物体内提取有效成分。酶法提取要求酶有极高的活性、高度的专一性和温和反应条件。在植物药用成份提取中酶可以作为浸提辅助剂，在动物药提取中可以作为激活剂和脱毛剂，药渣再利用的催化剂等。纤维素酶用于以纤维素为主的中药材提取有效成分能提高有效成分的收率。酶法提取的效果主要取决于酶的种类、用量、酶解时间、温度、酸碱度、物料细度、搅拌强度等多种因素。酶法提取要拓宽其应用领域，还需要进一步系统深人探讨酶的浓度、底物的浓度、温度、酸碱度、抑制剂和激动剂等对提取物有何影响。25半仿生提取半仿生提取法(SBE)是从生物药剂学的角度，模拟口服给药及药物经胃肠道转运的原理，为经消化道给药中药剂设计的一种新的提取工艺。它应用于中药提取中坚持了“有成分论，不唯成分论，重在机体的药效学反应”。这种新提取法可以提取和保留更多的有效成分，能缩短生产周期，降低成本。但SBE的有效成分利用率较低。3、分离纯化技术传统的液一固分离方法主要有沉降、过滤、离心，传统的纯化方法主要有水提醇沉法(水醇法)、醇提水沉法(醇水法)、酸碱法、盐析法、离子交换法和结晶法等。新的分离纯化方法主要有絮凝沉淀法、大孔树脂吸附法、超滤法、高速离心法等。31絮凝沉淀絮凝沉降是在混悬的提取液或提取浓缩液中加入一种絮凝沉淀剂以吸附架桥和电中和方式与蛋白质果胶等发生分子间作用，使之沉降，除去溶液中的粗粒子，以达到精制和提高成品质量的目的。目前使用的絮凝剂主要有鞣质、明胶、蛋清、101果汁澄清剂、ZTC澄清剂、壳聚糖等。在絮凝沉淀过程中可以加人交流电场或直流电场强化絮凝过程，即电场絮凝。电场絮凝可以大大降低絮凝剂的用量，增加絮凝体的大小和强度，缩短絮凝时间。电场絮凝不但可以用于混悬液的液固分离，还可以部分代替传统的沉淀分离过程。32高速离心分离通过离心机的高速运转，使离心加速度超过重力加速度成百上千倍，从而使沉降速度增加，以加速药液中杂质沉淀并去除的一种方法。沉降式离心机分离药液具有省时、省力，药液回收完全，有效成分含量高、澄明度高等特点，更适于分离含难于沉降过滤的细微粒或絮状物的悬浮液。33超滤分离超滤(Ultrafiltration)是以压力为推动力，根据体系中分子的大小和性状，通过膜的筛分作用，在分子水平上进行分离，可分离分子量为1000道尔顿1000000道尔顿的物质，起到精制、富集及浓缩的作用。影响超滤效果的主要因素包括膜的选择性、料液预处理方式、压力、流速、温度、浓度、pH值、时间、膜再生方式等。目前，超滤主要用于浓缩、分级、大分子溶液的净化等。应用时主要应考虑膜的寿命、膜面污染的防治、清洗及膜的再生方式等因素。34大孔吸附树脂大孔吸附树脂可用于多种药用成份的分离纯化，还可用于含量测定前样品的预分离。应用大孔吸附树脂富集药物有效成分，具有分离度好、专属性强及重现性好、无杂质干扰、灵敏度高、易于实现规模化等特点。大孔吸附树脂是不含离子交换基团的由许多微观小球组成的多孔球状交联聚合物，是由有机单体加交联剂、致孔剂、分散剂等添加剂聚合而成，其理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶媒，不受无机盐类及强离子低分子化合物存在的影响。依据其表面性质的差异可分为非极性、极性和中性大孔吸附树脂。大孔吸附树脂是吸附性和筛选性原理相结合的分离材料。它具有的吸附性是由于范德华力或产生氢键的结果。它具有的筛性原理是由其本身的多孔结构所决定。大孔吸附树脂根据孔径、比表面积及构成类型被分为许多型号，一般根据所需分离纯化物质的分子大小及极性强弱，选用与之相适应的大孔吸附树脂，才能取得较好的分离效果。影响大孔吸附树脂分离效果的主要因素包括比表面积、孔径、粒径、强度、溶胀系数、孔的三维结构等。在实际应用中，要达到满意的分离效果，必须根据化合物的结构特点并综合考虑各种影响因素，设计合适的分离条件，在必要情况下，可通过预试验来确定适宜的分离条件。35分子蒸馏分子蒸馏(molecular distillation)分离纯化是基于在一定的温度和真空度下不同物质的分子平均自由程差异，即液体混合物各分子受热后会从液面逸出，如果在离液面小于轻分子平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一个冷凝面，使轻分子不断逸出，而重分子达不到冷凝面，从而打破动态平衡而将混合物中的轻重分子分离。在分子蒸馏过程中，物料处于高真空、相对低温的环境，停留时间短，损耗极少，故分子蒸馏技术特别适合于高沸点、低热敏性物料。目前该技术已广泛应用于石油化工、医药、食品、化妆品等行业。对于一些热敏性极强的物料(如二十八烷醇和三十烷醇的分离)、天然维生素E等分子蒸馏均取得良好的分离纯化效果。由于有关分子蒸馏基础理论的研究还极少，分子蒸馏器的设计还缺乏理论指导，主要依靠经验，而且仅局限于对降膜式分子蒸馏器和离心式分子蒸馏器液膜内流动状态、传热、传质及汽相分子的运动状况的研究，因为很多情况下降膜式和离心式分子蒸馏器内液膜的流动状况可以看成是稳态层流，而刮膜式分子蒸馏器内的液膜流动为非稳态的湍流流动。国内对分子蒸馏技术的研究起步较晚，基础较弱，现在还处于消化吸收及小试研究阶段。分子蒸馏技术目前面临的主要课题是扩大应用领域，尤其是对一些分离难度大的天然药物的应用。4、结束语提取分离技术的落后是我国中药生产技术落后的重要表现。在中药制剂生产中，传统的提取分离方法主要有煎煮法、回流法、浸渍法、渗漉法、水提醇沉法(水醇法)、醇提水沉法(醇水法)、酸碱法、沉降、过滤、离心、盐析法、离子交换法和结晶法等。目前中药研发生产中应用的提取分离新技术主要包括：超临界流体萃取技术、超声循环提取技术、微波萃取技术、酶法提取、半仿生提取法、絮凝沉淀、膜分离、高速离心、分子蒸馏、大孔吸附树脂等。这些新技术的推广应用，降低了生产成本、提高了产品质量，推动了中药的现代化进程，为我国的中药走向国际市场奠定了基础。主要参考文献：1、徐世民，王军武，许松林，新型蒸馏技术及应用，化工机械，2004，31(3)：1831872、赵美丽，刘太昂，谭桂霞，陆文雄，超临界流体技术的应用研究进展，山东师范大学学报(自然科学版)，