中药提取新技术研究概述
作者：李军红 刘淑芝 金日显
【关键词】 中药提取 提取工艺 综述
中药材提取是中药生产过程中最基本和最重要的环节之一。中药提取的目的是最大限度地提取出药材中的目标物质,避免药效成分的分解流失,并且最低限度地浸出无效甚至有害的成分。药材的浸取过程是由湿润、渗透、解吸、溶解及扩散、置换等几个相互联系、相互交错的阶段所组成的。不同的提取技术影响到提取的不同阶段,对提取过程中溶剂对目标成分的溶解性、药材状态、浸取的温度、压力、浓度差、固液两相的相对运动速度等产生影响,导致不同的提取速度和效果,也直接影响到药材资源的利用率和生产效率及经济效益,最终影响的是药品质量。笔者现对近年研究较多的几种新技术新工艺在中药提取中的应用作一概述。
1 超临界CO2流体萃取技术
超临界流体萃取(SFE)是一种以超临界流体(SF)代替常规有机溶剂对中草药有效成分进行提取和分离的新型技术。超临界流体(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宽的范围内变动,利用这种SF作溶剂,可以从多种液态或固态混合物中萃取出所需成分。常用的SF为CO2,无毒无害、不易燃易爆、低粘度、低表面张力、低沸点、有较低的临界压力和温度,是最为常用的超临界流体。超临界CO2萃取法对于挥发性成分、脂溶性成分、小分子萜类及热敏物质等的提取较之传统方法有很多优越性,但CO2超临界流体限制了对分子量较大或极性较强物质的应用。加入夹带剂能够调节流体的极性,提高溶解能力,拓宽萃取目标组分的极性范围[1]。超临界CO2萃取法最大的优点是可以在近常温的条件下提取分离,几乎保留产品中全部有效成分,萃取效率高,无有机溶剂残留,选择性好,产品纯度高,节能, CO2价廉易得,并可循环利用,环境污染小。
影响超临界流体萃取效果的因素主要有：①萃取条件,包括压力、温度、时间、溶剂流量等；②原料的性质,如颗粒大小、水分含量、细胞破裂程度；③目标组分的极性；④夹带剂的性质及加入量。
超临界CO2流体萃取法已被研究用于挥发油、黄酮类、生物碱、香豆素及醌类等多类成分的提取和分析中。宋氏等[2]用超临界CO2流体萃取法从川芎中提取挥发油,萃取压力10～25 MPa、
萃取温度33～48 ℃、CO2流量2～4 L/min,并考察了萃取压力、温度、流量对萃取过程的影响,对萃取过程进行了模型描述。唐氏等[3]用正交试验优选了超临界流体萃取地鳖虫活性物质的工艺,并与水提物做了药效学比较,认为超临界流体萃取物剂量小,药效强,有应用的潜力。
刘氏等[4]优选了甲醇为夹带剂,用超临界CO2从云南红豆杉枝叶中萃取紫杉醇,药材粉碎至直径0.6～0.8 mm,萃取压力34 MPa,萃取温度40 ℃,较传统溶剂法提取率有所提高,且使用有机试剂少,有利于环境保护,高效省时。
蔡氏等[5]研究了超临界CO2流体萃取法提取藿香正气方挥发性成分,并以薄层色谱和GC-MS对照普通工艺制剂,认为超临界法能够较全面的提取藿香正气方的挥发性成分,作为中间体来说,该提取方法是可行的。
作为一项新技术,SFE法在中药中的应用也有其局限性。①对极性大或分子量偏大的有效成分提取效率较差,必须选用合适的夹带剂。②超临界CO2流体萃取对成分选择性过强,不符合中医复方多成分多靶点用药的特点。在中药复方中的应用研究尚未有详细的报道。对其在中药复方中的应用评价,应该以药效、临床评价为最终的依据。目前亦未见有行政许可生产的新药上市的报道,仅处于研究阶段,有待于进一步深入探讨[5-8]。③SFE萃取过程中工艺条件的控制方面等还有待进一步研究。④超临界CO2流体萃取技术的设备一次性投资较大,高压容器,操作复杂,要求高,给普及带来一定困难。但也有认为操作费用较传统方法低,产品质量高,后处理费用低,经济上仍是划算的。⑤高压设备容量有限,间歇投料、频繁拆卸影响密封件的寿命和安全,所以难以适应大规模生产。对于高附加值、高纯度要求的产品,如对照品的生产或分析检测应用比较适宜[9-10]。
2 微波强化提取技术
微波是一种非电离的电磁辐射。微波加热的原理有两个方面,一是通过“介电损耗”(或称为“介电加热”),具有永久偶极的分子在2 450 MHz的电磁场中所能产生的共振频率高达4.9×109次/s,使分子超高速旋转,平均动能迅速增加,从而导致温度升高；二是通过离子传导,离子化的物质在超高频电磁场中以超高速运动,做转向及定向排列,从而产生撕裂和相互摩擦引发热效应。在微波萃取物质时,辐射导致细胞内的极性物质尤其是水分子吸收微波能量产生大量的热量,使胞内的温度迅速上升,液态水气化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破,形成微小的孔洞。随后,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细胞外溶剂进入细胞内溶解并释放细胞内的物质[11]。
微波强化提取中的影响参数包括提取溶剂、微波功率和提取时间等,而溶剂pH值、物料含水量、温度等也对萃取效果产生影响,不同的中药所要求的提取工艺参数会有所不同。
目前,微波强化提取的研究已应用于黄酮、蒽醌、皂苷、多糖、萜类和挥发油、生物碱、有机酸等多类化学成分的提取。冯氏等[12]对葛根、罗布麻叶、紫花地丁等几种含黄酮类成分中药进行了微波萃取技术的应用考察,结果表明,微波萃取快速、高效,且分析显示与常规方法的提取物成分一致。王氏等[13]用微波辅助提取忽地笑中的生物碱,结果在微波功率为450 W、以甲醇为提取剂、时间为6 min时效果最佳。
郝氏等[14]、韩氏等[15]利用改良的微波萃取器间歇辐射提取黄花蒿中的青蒿素,优选了最佳溶剂；并且发现提取率随溶剂介电常数的增大而增大,趋势较为明显。与其它提取法相比,微波辅助能够大大提高提取速度。龚氏等[16]、陈氏等[17]的研究都认为,微波萃取比传统的煮提或回流节省溶媒、节约时间、节约能源,操作简单。
傅氏等[18]对含多糖类中药枸杞、麦冬、党参、玉竹、茯苓、五味子、女贞子等的研究发现,水煎法多糖溶出率高,而微波照射法易引起多糖糖链的裂解。认为微波萃取技术不利于中药中多糖的溶出,并有一定的破坏作用。但也从另一方面说明,在以多糖、黏液质为杂质的药材有效成分提取中,微波提取物可能会含杂质少、质量稳定。
微波辅助强化提取技术是一种很有潜力的萃取技术,在中药提取方面有着广阔的应用前景。微波萃取由于能对体系中的不同组分进行选择性加热,因而能使目标组分直接从基体分离,具有较好的选择性。微波辐射穿透力较强,内外同时均匀加热,因而热效率高,升温快速均匀,可以大大缩短萃取时间。另外,微波萃取具有溶剂耗量少、节省能源、有效成分得率高、杂质含量少的特点。但是从已有的研究看,微波辅助萃取也存在着一些问题：①微波萃取不适于热敏感的物质如蛋白质、多肽等,微波加热可能导致这些成分变性甚至失活。②目前微波萃取主要应用于单味药的提取,对于中药复方多成分的提取能否适用,需要进一步研究。③微波提取物与传统提取方法提取物的比较、提取成分有无变化、是否会对药理作用和临床疗效产生影响,未见相应报道。④目前,微波萃取中药成分多为实验室小样制备,设备多为家用微波炉、小型微波连续反应器等,工程的放大、大型工业微波萃取设备的设计开发需要深入的进一步研究。⑤大型微波设备微波泄漏问题有较大的危害,需要引起足够重视,在设计中予以避免。
3 超声强化提取技术
超声波是指频率20～80 kHz的机械波,一般认为其空化效应、热效应和机械作用是超声技术应用于植物有效成分提取的理论依据。超声作用可以使非常坚硬的固体被粉碎。控制一定的超声频率和强度,使细胞周围形成微流,可使植物药材细胞被击破,使细胞壁不完整,有利于溶剂浸入细胞中,以增加有效成分在溶剂中的溶解度。另外,超声波的次级效应如机械振动、乳化、扩散等也能加速欲提取成分的释放、溶解及扩散,利于提取；与常规提取法相比,其具有提取时间短、产率高、无需加热等优点；而且超声提取是一个物理过程,其间无化学反应,减少了生物活性物质的改变。
超声技术在中药提取中的应用已有一定的基础,研究较多。张氏等[19]研究超声波技术对大黄中蒽醌类成分提取率的影响,丁氏等[20]对香椿叶黄酮类化合物超声强化提取条件的研究,都表明超声法能提高产物收率,节省时间,提高效率。徐氏等[21]研究超声提取灵芝多糖的最佳工艺条件：10倍量水,50 ℃超声提取2次,每次20 min；与常规提取方法比,时间缩短5倍以上,收率提高60%以上。
目前许多研究采用超声清洗机等小型设备,为实验室结果,与生产还有一定的距离。但超声提取显示了一定的优势,受到日益重视。超声提取已经有大型生产设备的研究和生产[22-23],技术已趋于成熟。超声波的噪音是一个比较严重的问题,需要在设备的设计和生产中加以注意,提高防护。超声提取需要加强提取机制、应用参数的研究,使其能够更广泛的应用于中药的研究与生产。
4 酶法辅助提取技术
植物细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶质、木质素等物质构成的致密结构,而中药的有效成分往往包裹在细胞壁内,因此,植物细胞壁就成为中药有效成分提取的主要屏障。选用适当的纤维素酶、果胶酶等,可以使细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素、果胶质等物质降解,破坏细胞壁的致密构造,减小细胞壁、细胞间质等屏障对有效成分从胞内向提取介质扩散的传质阻力,从而有利于有效成分的溶出。
药材颗粒的大小影响酶法的提取；而酶的活性受pH值、温度、酶浓度及酶解作用时间的影响,对提取效率影响较大。
李氏等[24]考察了三七皂苷的提取；闫氏等[25]研究了黄芪多糖的提取,对酶的加入量、酶解pH、酶处理时间、温度等条件进行了优选。并且结果都表明纤维素酶提高了提取物的含量,而果胶酶对提取物的得率有较大的影响。
许氏等[26]利用酶将极性低的黄酮苷元转为黄酮苷,以提高总黄酮在醇水中的溶解率,提取率比未加酶对照组增加了44%。
酶反应条件温和,操作简便,成本低廉,并且能较大幅度提高药物有效成分的提取率,近年来受到重视,研究比较活跃。并且研究发现,酶法能够有选择地改变提取的目标成分的性质,加强药物的生理活性；能够去除体系内杂质,提高提取液的澄清度,改善质量；几种酶联用能够从不同方面提高提取效率。但酶法技术也存在着局限性：酶的最佳温度及最佳pH值必须严格控制在一个很小的范围内,对实验设备要求较高。酶法降解过程中可能存在某些成分的变化,进而是否会影响到药效作用的变化,需要研究。某些研究中酶解后仍采用高温提取,周氏等[27]的研究提供了一些思路：酶解后结合超声提取,操作简便,工艺条件稳定,有一定的优越性。对于中药复方的复杂性,酶法辅助是否适用于复方的提取,需要进行哪些方面的工作,未见相应报道。
5 其它
5.1 半仿生提取法
半仿生提取法是在“有成分论,不唯成分论,重在机体的药效学反应”的综合分析思维与系统思维下,考虑中医用药和口服给药的复方、多成分、多靶点的复杂特点下形成的提取新技术。张氏等[28]采用半仿生提取法对芍甘止痛颗粒剂、寒痛定泡腾颗粒剂、黄连解毒颗粒剂、复壮胶囊、华海乙肝方等多种复方制剂进行了实验研究,结果提示,半仿生提取法对传统水提取法有一定的优越性。但在高温煎煮过程中,酸、碱环境是否会促使药物中某些成分发生物理或化学变化？且没有考虑到消化道中环境酶、胆汁、生物菌丛等对中药溶解吸收的影响。