中药有效成分的提取分离

中药有效成分的提取分离

几千年来，中医药的有效分布和有效组成部分是中国传统中医药治疗疾病的物质基础。植物体内成分极为复杂,目前认为纤维素、叶绿素、树胶、鞣质及无机盐等为无效成分,有效成分有生物碱、黄酮类、有机酸、氨基酸、香豆素等。提取分离有效成分及有效群体有利于降低原药物毒性,提高药物疗效;改进剂型,控制生产质量;扩大中草药资源:进行化学合成或结构改造;探索中草药治病的原理;对促进中药新药研究及现代化方面都有重要意义。中药制剂工业生产中的重要步骤是中药有效成分的提取和分离,它直接关系到中药制剂的质量、疗效和产量。中药提取分离是依据中药有效成分及有效群体的存在状态、极性、溶解性等,设计一条科学、合理、可行的工艺,采用一系列分离技术来完成。近年来,随着现代工业的飞速发展,中药工程技术也不断发展,我国中药生产状况大有改进。伴随着现代化工技术的迅猛发展,一些现代分离技术不断被应用到中药生产中来,大大促进了中药产业的发展,随着“中药现代化”进程的加快,中药制药业在技术水平上达到一个新的高度。截止2000年,中药产值比1979年翻了五番,约占医药工业产值的30%以上。1传统中药提取工艺中药制药业中最关键的工序是对有效成分的提取和分离,而传统的提取分离方法,普遍存在着有效成分提取率低、杂质清除率低、能耗高、生产周期长等缺点,直接制约了中药制药产业的发展。传统中药提取方法有:溶剂提取法、水蒸气蒸馏法两种。溶剂提取法又分为:浸渍法、渗滤法、煎煮法、回流提取法以及连续提取法等。分离纯化的方法包括:系统溶剂分离法、两相溶剂萃取法、沉淀法、盐析法、透析法、结晶法及分馏法等。1.1热水浸提工艺在中国现有专利范围内,均有最佳的量控标准,但热水浸法只是在成文法工艺的一个含义,其温度和最佳量控标准,其造成了,是一种热水浸工艺,是一种热水浸水溶液,在司法行业即煎煮法,是中药有效成分提取最早、最常用的方法之一。中国药典1990年版一部和卫生部《药品标准》中药成方制剂1~9册,共收载中成药1945种,其中采用热水浸提工艺的多达826种,占总数的42.5%。但是热水浸提法基本上仍停留在经验水平上,其工艺参数,如浸泡时间、煎煮时间、煎出量(药液得量)等均无最佳量控标准,往往导致产品质量和疗效的显著性差异。有人提出应组织力量从多层次、全方位进行系统研究,选择出适合于各种成药品种的热水浸提工艺的最佳条件和质量控制标准。1.2在生药材中的应用其原理与热水浸提法基本相同,不同之处是用乙醇作溶剂浸出中药有效成分,该法可以有效减少药材中水溶性杂质(如淀粉、蛋白质、黏液质等)的浸出,对于这类杂质较多的药材尤为适宜。乙醇浸提法分为冷浸法(渗漏法)和热提法(回流法)两种。由于采用乙醇作为溶剂进行提取,某些溶解于乙醇的杂质(如树脂、油脂、色素等)也会被提取出来。对于这些杂质,可从醇提取液中回收乙醇,加水搅拌,冷藏一段时间,待完全沉淀后过滤除去。冷浸法一般用于提取热敏性成分,但乙醇用量多,回收溶剂量大,生产周期长。热提生产周期短,但杂质含量相对较高,给后继的分离工序增加了成本。2现代的分离方法2.1超临界流体萃取法超临界流体萃取是一种以超临界流体代替常规有机溶剂对目标组分进行萃取和分离的新型技术,其原理是利用流体(溶剂)在临界点附近某区域(超临界区)内与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡、行为和传递性能,且对溶质的溶解能力随压力和温度的改变而在相当大的范围内变动来实现分离的。萃取过程一般分为流体压缩—萃取—减压—分离四个阶段。利用超临界流体做溶剂可以从多种液态或固态混合物中萃取出待分离组分。与传统的提取分离法相比,超临界流体萃取技术最大的优点是可以在近常温条件下提取分离不同极性、不同沸点的化合物,几乎保留产品中全部有效成分,无有机溶剂残留,因此,其产品纯度高,而且收率高,操作简单、节能。通过改变萃取压力、温度、或添加适当的夹带剂,还可改变萃取剂的溶解性和选择性。利用SFE提取和分离中草药有效成分已引起国内外学者的广泛关注。根据中医药理论,中药复方中有效成分是彼此制约、协同发挥作用的。而超临界流体萃取技术不是简单地纯化某一组分,是将有效成分进行选择的分离,更有利于中药复方优势的发挥。近年来,日本学者在超临界流体萃取领域进行了大量的实验,为超临界萃取天然药物中难挥发亲水性物质提供了一种新的有效方法。超临界流体萃取技术在中药提取分离中的应用前景广阔,特别是对一些资源少、疗效好、剂量小、附加值高的产品极为适用。2.2sbe法:主要提取工艺和提取方法,从药料中分离环该方法即从生物药剂学的角度,将整体药物研究法与分解、分子药物研究法相结合,模拟口服给药后药物经胃肠道运转的环境,为经消化道给药的中药制剂设计提供新的提取工艺思路。由于SBE的提取条件不可能完全与人体消化道的微生态环境相同,仅部分相同(半仿生)而已,故称为半仿生提取法。此方法可提取和保留更多的化学活性成分。采用选定pH值的酸性水和碱性水依次连续提取,其目的是提取含指标成分高的活性混合物,它与纯化学观点的酸碱法是不能等同的,具体做法是以一种或几种有效成分总浸出物等做指标或主要药理作用做指标选择提取工艺,不拘泥于某化学成分或适合纯化学成分的药理模型,而是考虑到综合成分的作用。药料提取过程中有些成分可能相互作用,生成新的化合物,从药物代谢过程考虑,可能是体内发挥药效过程中的复合作用。“半仿生提取法”的基本操作首先包括优选SBE各煎用水的pH值和煎煮时间;其次是提取药材组合方式的优选和SBE提取液醇沉浓度的优选,最后进行四种提取方法的提取液(SBE、SBE+醇沉液、水煎提取液、水提醇沉液)不同极性部位HPLC多成分分析比较以及主要药效和毒性比较,以决定SBEM是否优于其他方法。SBE法的运用既体现了中医临床用药综合作用的特点,又符合口服药经胃肠道运转吸收的原理。同时不经乙醇处理,可以提取和保留更多有效成分,缩短生产周期,并可利用一种或几种指标成分的含量,控制制剂的内在质量。2.3超滤技术及膜分离技术超滤技术是上世纪60年代发展起来的一种以多孔性半透膜—超滤膜,作为分离介质的膜分离技术,具有分离不同分子量分子的功能。膜分离的的基本原理是:利用化学成分分子量差异而达到分离目的,在中药应用方面主要是滤除细菌、微粒、大分子杂质(胶质、鞣类、蛋白、多糖等)或脱色。该工艺与传统的醇沉工艺比较省去了醇沉工艺的多道工序,达到除杂的目的,仍然保持了传统中药的煎煮和复方配伍。具有浸膏干燥容易、吸湿性小、添加赋形剂少、节省大量乙醇和相应的回收设备、缩短生产周期、减少工序及人员,节省热能等特点。超滤膜分离的主要特点是:有效膜面积大、滤速快、不易形成表面浓度极化现象、无相态变化、低温操作破坏有效成分的可能性小及能耗小等。利用超滤膜进行分离的优势在于:减少工序、缩短周期、节省原料、降低成本及提高生产安全性;在保持原配方成分的基础上提高有效成分的含量;去杂质效果好,能显著提高注射剂和口服液的澄清度,改善储藏稳定性;除热原效果好,通过超滤去除很容易达到药典的要求;除菌效果好,用超滤代替加热灭菌,避免了药液受热沉淀,同时可除去部分色素。另外,在超滤工艺中可减少废水排放,保护环境,提高综合效益。近几年,国内外学者将超滤膜分离技术应用于中药提取液的分离纯化,效果良好,可与其他分离方法(如高速离心法、醇处理法等)结合用于中药液体制剂的分离、提取和浓缩,而且还可以用于除菌、除热原。超滤法对有机酸类及各种苷类成分影响较小,对混悬液成分影响明显。生物碱类成分对膜超滤有较强的选择性。结论为水溶性较大的成分可适用于超滤,而极性较小的成分损失较大,膜材质对各类成分也有一定影响。2.4吸附剂的筛选大孔树脂吸附分离技术是近代发展起来的一类有机高聚物吸附剂,上世纪70年代末逐步应用于中草药有效成分提取分离中,是以采用特殊的吸附剂从中药复方煎液中有选择地吸附其中的有效成分,祛除无效成分的一种提取精制的新工艺。此外,大孔吸附树脂还可应用于中药有效成分样品组成含量测定前的预分离。该方法具有设备简单、操作方便、生产周期短、能源省、成本低、产品纯度高、不吸潮及不加辅料等优点,因此大孔树脂吸附法在研究和生产中的应用日益广泛。将这种方法应用于中药有效成分的分离取得了相当显著的成果。2.5超声波提取法:提取药物过程中,细胞、提取药物的作用是提取中药有效成分的重要作用,主要通过超声波的作用进行提取,以提高中药的有效成分,有利于提取中药的提取工艺和质量,提高中药的提取效率超声波提取法是近年来应用到中草药有效成分提取分离的一种新手段。现普遍认为其空化效应、热效应和机械作用是超声技术在中药提取中的三大理论依据,此外还发现超声波能使悬浮于气体或液体中的微粒聚集成较大颗粒而沉淀,凝聚作用对提高提取率和缩短提取时间均起到重要作用。超声波提取的原理是利用超声波增大物质分子运动频率和速度,增强溶剂穿透力,提高药物溶出速度和溶出次数,缩短提取时间。另外超声波的级次效应也在分离中起到重要作用,如机械震动乳化、扩散、击碎、化学效应等,也能加速提取成分的扩散、释放并与溶剂充分混合而利于提取。因此,中药材的有效成分在超声波场的作用下不但作为介质质点获得自身巨大的速度和动能,而且通过超声波的“空化效应”获得强大的外力冲击,加上超声波的多级效应,所以能高效率并充分地提取中药的有效成分。超声波提取法的影响因素有:超声波频率;超声波强度;超声时间和提取率;溶剂浸渍时间等。该方法的主要优点有:提取效率高、提取时间短、不需高温、能耗低及适应范围广,且提取药液杂质少、有效成分易于分离纯化、提取工艺运行成本低、综合经济效益显著、操作简单易行及设备维护保养方便等。2.6微波辅助提取药物有效成分的技术微波是电磁波的一部分,是由电场和磁场两部分能量结合组成,中草药中除了个别矿物质存在极少量铁磁性物质外,绝大部分不会对微波中的磁场能量产生影响。微波强化技术是利用微波能量来提高提取效率。在微波场中,由于物质介电常数不同,物质吸收微波的能力也不同,使得提取体系中不同组分被选择性加热。因此微波提取具有较好的选择性,使目标组分直接从基体分离。另外,微波强化提取受提取溶剂亲和力的限制较小,因而可供选择的溶剂较多,而且,微波所具有的非热效应可以松弛氢键,击穿细胞膜,加速溶质分子对基体的渗透和目标组分的溶剂化,提高提取效率。在微波技术应用于药物有效成分提取的过程中应考虑以下因素:溶剂浸泡时间、物料厚度及微波辐照剂量等。天然植物中的有效成分往往包埋在有表皮保护的内部薄壁细胞或者液泡内,破壁非常困难。微波加热导致细胞内极性物质,尤其是水分子吸收微波能,产生大量热量,使细胞内温度迅速升高,液态水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破,形成微小孔洞,进一步加热导致细胞内部和细胞壁水分减少,细胞收缩,表面出现裂纹。孔洞和裂纹的存在使胞外液容易进入细胞内,溶解并释放细胞内有效成分。在含水的溶剂萃取极性化合物时,微波辅助提取显示出较大优势。因被萃取物细胞有水及极性有效成分的存在,在微波场中吸收大量能量,从而在内部产生热效应,被萃取物的细胞结构因产生的热效应而破裂。非极性溶剂则很少或不吸收微波能,没有自热现象,它可以起到冷却和溶解双重作用。细胞内部的物质因细胞的破裂直接与相对冷的溶剂接触,由于内外温度的差异加速目标产物由细胞内转移到萃取液中,从而强化有效成分的提取。在强化中草药有效成分的提取方面,微波强化技术具有操作时间短、溶剂消耗小、能耗低、药材有效成分损失小、目标组分得率高等优点,已作为一种新型技术应用于中药有效成分分析的样品制备过程中。2.7有利于中药液体制剂的澄清度和提取液的选择。在工艺设置酶工程技术是近几年来用于重要工业的一项生物工程技术。中草药成分复杂,有效成分不单一,并与蛋白质、果胶、淀粉、植物纤维等非需成分混杂。这些成分一方面影响植物细胞中活性成分的浸出,另一方面也影响中药液体制剂的澄清度。传统的提取方法如煎煮、有机溶剂浸出醇处理方法等,提取时温度高、提取率低、浪费乙醇、成本高、不安全,而选用适当的酶,可以通过酶反应温和地将植物组织分解,加速有效成分的释放提取。选用相应的酶可将影响液体制剂澄清度的杂质如淀粉、蛋白质、果胶等分解祛除,也可促进某些极性低的脂溶成分转化成糖苷类易溶于水的成分而有利于提取。酶法在药物提取中有较大的应用潜力,但该技术也存在一定的局限性,酶提取法对实验条件要求比较高,为使酶发挥最大作用,需先通过实验确定,掌握最适合的温度、pH值及作用时间等。2.8中药有效成分溶出速度和起效速度的测定超微粉碎技术是利用超声粉碎、超低温粉碎技术,使生药中心粒径在5μm~10μm以下,细胞破壁率达到95%。药效成分易于提取也容易被人体直接吸收,这种新技术的应用,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,从而使药材有效成分的溶出和起效更迅速完全。中药有效成分的溶出速度与药物粉碎程度有关,实验结果表明,药物溶出量的大小顺序为:微粉>细粉>粗粉>颗粒。中药超微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中药,如西洋参、珍珠等的粉碎。这些滋补保健中药微粉化后可使利用率较传统方法大大提高。2.9留时间短、损耗小此技术属于一种高新技术。在分离过程中,物料处于高真空、相对低温的环境,停留时间短、损耗极小。故分子蒸馏技术特别适合于高沸点、低热敏性的物料,尤其是挥发油类、有效成分对温度极为敏感的天然产物的分离,如玫瑰油、藿香油等。该技术在我国处于起步阶段,但随着分子蒸馏技术的国产化,必将加快其推广和应用。2.10凝沉淀剂的应用絮凝分离技术是在混悬的中药提取液中加入一种絮凝沉淀剂吸附溶液中的悬浮物,以达到提高产品澄清度和质量的目的。该方法具有指标成分稳定性高、保留率高等优点,同时经济指标也优于同类工艺。2.11沉降效果分析该技术已广泛应用于中药水提液澄清分离,以其高速离心力使其超过重力速度上千倍,因此离心沉降效果远胜于重力沉降。研究表明,该法制备的中药口服液无论外观质量(澄清度、色泽)或内在质量(指标成分含量、其他有效成分及产品质量稳定性)都优于水醇法。结合运用多级过滤法,注射剂生产中预滤,可以大大提高滤速和效果,省时省力,且能提高注射剂的澄清度。2.12制备天然药物成分的应用高速逆流色谱分离技术是一种不用任何载体或支撑体的液一液分配色谱技术,该技术分离效率高,产品纯度高,不存在载体对样品的吸附和污染,具有制备量大和溶剂消耗少等优点,可广泛应用于生物工程、医学、医药、化工、食品等领域。上世纪80