中药提取工艺研究进展
中药提取工艺研究进展
中药提取工艺研究进展
近几十年来，中草药的生产实现了一定程度的机械化和半机械化。传统中药往往被认为有效成分含量低、杂质多、质量不稳定，因此用药多建立在经验的基础上，不能与现代医学接轨。为解决这个问题，中药必须走提取和纯化的道路。中药的提取包括浸出、澄清、过滤和蒸发等许多的单元操作。浸出是其中很重要的单元操作，是大多数中药生产的起点。浸出工艺的好坏，直接关系到中药材的利用率和后续加工的难易。浸出工艺可以视为中药生产现代化的重要环节，因此，研究并优化中药浸出工艺十分必要。
1 基本原理及影响因素
中药的浸取是溶剂进入药材，将有效成分从固相转移到液相的过程。一般认为，有效成分在药材中的扩散是决定浸出速率的主要步骤。影响浸出的因素主要有溶剂、温度、压力、固体药材粒度与液体的流动状态等。
溶剂的极性、粘度等物性影响到植物组织中不同物质的浸出速度和溶出度。水和乙醇是最常用的溶剂，两者的不同配比混合溶液对中药材的浸出影响很大。
温度和压力升高，扩散速度加快，浸出速度也加快。但温度过高可能会破坏热敏成分。传统中药生产采用的煎煮是在常压沸点下进行的。但也有报道认为，减压操作有利于提高药材吃水量，使组织疏松，有利于浸出。
药材粒度越小，比表面积越大，浸取速度越快。但粒度过小会使杂质浸出量增加，分离提纯困难。固液相对运动速率越高，溶液的湍动越强烈，会导致边界层变薄，更新加快，提高浸出速度。
2 研究现状及成果
传统工艺及设备的优化革新
针对中药提取工艺中能耗、物耗大，杂质多，效率低的状况，近年来，许多学者从不同角度对中药提取工艺进行了摸索与优化，在保持“中药特色”的前提下，逐步实现中成药生产的科学化、规范化和标准化。
传统工艺是经过大量生产与临床实践检验的，与中医理论联系极为紧密。对传统工艺的优化可得到最直接的效益，已有的工作多集中在这一方面。吴盛贵等以提取时PH值、提取时间、酸化时PH为变量，对穿心莲碱水提取工艺进行了优化。发现提取时的pH值对提取效果的影响最大，提取时间和酸化时PH值的影响则不明显。谢阳等对甘草酸粗品的制备工艺条件进行优选，给出了出汁量和酸化酸度均比老工艺高的新工艺，而浸渍时间仅为原工艺的1／12，收率也有显著提高。
林缎嫦等对水提、水提醇沉、稀醇提取和水提石灰乳沉淀的方法制备金银花提取物进行了比较研究，发现稀醇提取较水提效率高近40％，两者均耗18倍体积的溶剂，耗时4 h。醇沉法可回收绿原酸90％以上，远远优于石灰乳沉淀法的收率，原因主要是由于碱性条件下绿原酸的水解，同时与沉淀不完全、沉淀剂对产物有吸附作用也有关系。
张永红等研究了不同提取条件下大黄提取液中蒽醌的含量。将不同浓度的乙醇提取液中总蒽醌、游离蒽醌、结合蒽醌的百分含量对乙醇浓度进行了线性回归。发现结合蒽醌的百分含量与乙醇浓度有一定相关性，随乙醇浓度的提高有略微增加的趋势，而游离蒽醌随乙醇浓度的变化不大。醇提效果明显优于水提。由于长时间加热有些蒽醌类物质会被破坏，煎煮时间不能过长。 分别提取各组分后配制药物也是制药的一种方法。韦嘉松等探讨了田七茎叶总皂甙提取新工艺，将已有的乙醇回流、乙醚、汽油脱脂、正丁醇提取法及水煮醇沉、水饱和正丁醇提取法进行了比较，认为后者较好。主要原因是前法叶绿素溶出较多，当叶绿素沉淀析出时，吸附一部分皂甙而使收率降低。这一研究对药材综合利用有一定意义。
通过改变工艺流程可实现提高设备利用率或产物收率的目的。邵锡宸等以复方川贝精为例，分别进行单罐加压二次错流提取和五效加压逆流提取试验。结果表明在保持大致相等的出膏率的条件下，后者所得的提取液浓度大大高于前者，能耗物耗大大降低。
在优化传统工艺的同时，许多研究者提出了现有设备的结构改造和综合利用。以多能提取罐为例，对于其出渣门易阻塞、天热源的问题，一些厂家将出渣口改为柱形，在出渣门增设了蒸汽加热夹层，强化总体传热和料液传质，减轻了出渣受阻的程度。针对多能提取罐滤网易堵塞、过滤速度慢、药渣中溶剂回收不完全的情况，有研究者设计出双滤网式中药多能提取罐，在罐体上增设大面积的环型滤网及罐体排液口，滤网位置高、面积大，改善了过滤效果，排液快且完全。 在化工分离装置中，常采用添加内构件的方法改变物料的流动和接触状况，以强化提取和分离过程。这同样适用于中药的提取分离。倪力军等设计的浸取设备，即通过在普通提取釜内加一个由安装在旋转轴上的搅拌装与固定在釜内壁上的外挡板组成的内构件来提高收率和效率。其原理在于内构件的旋转搅拌破坏了银杏叶的纤维结构，对叶片充分揉搓、剪切、挤压，扩大了传质面积并使之不断更新，强化了叶内扩散。上海中药装备研究中心也已将高效往复筛板塔应用于SMZ生产和抗生素、天然药物及有机中间体提取等多个领域。
与操作条件优化相比，浸取设备的改进做得还是相当少的，目前也仅有少数设备有机械搅拌和气动搅拌装置，是急需加强的一个方面。
目前实际生产采用的仍主要是煎煮、回流提取工艺，有研究者对传统方法进行了一些改进，提出了一些新的提取方法。王杰等对利用这些不同方法从黄连中提取小檗碱的效果进行了比较。固液热提取法的实验装置。与回流提取法和连续回流提取法相比，固液热提取法从黄连中提取小檗碱，溶媒用量少，提取时间短，得率高，主要是因为该法是在沸点温度的三相传递过程，改变了加热和传质形式，导致传质系数和溶出量的大幅提高。
新方法的采用
近年来一些新分离技术已开始引入中药提取的研究和开发，如超临界流体萃取（SFE）、超声场强化、微波辅助提取技术等。许多研究结果表明，与传统方法相比，这些技术可能会有产率高、纯度高、速度快、物耗能耗少等特点，有着广阔的研究和应用前景。
超临界流体萃取（SFE）
超临界流体兼具气体的高度扩散性和低粘度液体的良好溶解性能，可以防止各种组分逸散和氧化，具有效率高，速度快等优点。超临界萃取过程通常在略高于萃取剂临界温度的条件下进行，减压分离产品，十分简便和安全，中药中易挥发组分或生理活性物质极少损失或破坏，没有溶剂残留，产品质量高。超临界流体已被广泛地应用于香料和油料的生产，在药物提取中的应用也开始为人们所重视。
上海中药工程中心已经成功地将其应用于生物碱、挥发油和内酯的提取和分离。常用的超临界萃取剂是二氧化碳，它的极性较弱，只适合挥发油、小分子萜类、部分生物碱的提取，对极性大的物质，提取应用受到一定限制。有研究者通过添加改性剂如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、水等及增加压力，改善流体溶解性质，使超临界流体萃取对生物碱、黄酮类、皂甙类等非挥发性有效成分的应用也日趋普遍。
超临界流体萃取也可应用于中药有效成分的测定。苟奎斌等对超临界流体萃取用于大黄素的定量测定进行了研究，发现萃取压力对测量灵敏度影响显著，改性剂量对灵敏度有一定影响，萃取温度对测量灵敏度几乎没有影响。超临界流体萃取不适于极性物质的提取分离，也不适于中药复方的提取，对生产设备的工艺要求较高，但高选择性、高收率、低毒害仍是其它方法不能比拟的。
超声波提取
超声波是一种高频机械波。频率范围在15～60
kHz的超声，常被用于过程强化和引发化学反应。超声场主要通过超声空化向体系提供能量，
瞬间空化可实现5000℃的高温和50
MPa的局部高压。超声波在有机物降解和天然物的有效成分提取等方面已有了一定的应用。超声波提取速度快，收率有可能大大超过索氏提取法，已被许多中药分析过程选为供试样处理的手段。
秦伟等从化学工程的角度分析，提出了超声场的湍动效应、微扰效应、界面效应和聚能效应等4
个附加效应。他们以姜黄素-乙醇水溶液的浸取过程为研究对象，研究了超声场介入对固液体系的浸取速率和提取率的影响，并与升温、机械搅拌进行了比较，发现超声波提取不仅加快了动力学过程，还提高了收率，即打破了原有的平衡。
郭孝武等研究了不同频率超声对提取黄芩甙成分的影响，比较在同一提取时间，频率分别为
20、 800、11 00
kHz时，从中药黄芩根中提取黄芩甙成分的得率，以20
kHz下得率最高，认为原因是该频率下超声空化效应强，加之粉碎化学效应，有利于有效成分转移和黄羊式与水的混合。他们进一步研究了该频率下不同提取时间对黄羊式提取率的影响，曲线存在极值，可能是由于超声波对提取物有一定的破坏作用。
赵越平等对从黄芩中提取黄芩甙的几种不同方法：浸泡法、超声法、回流法、索氏提流法进行了比较。他们认为回流法提取黄芩甙是快速、简便、高效的，而浸泡法和超声法提取率低，不能真实反映黄芩中黄芩甙的实际含量。这与其他文献是有出入的，原因可能也是超声场长时间作用下戚发生分解。超声作用的时间和强度需要一系列实验来确定，超声波发生器工作噪音比较大，需注意防护，工业应用有困难。
微波提取（MAE）
微波是一种非电离的电磁辐射，被辐射物质的极性分子在微波电磁场中快速转向及定向排列，从而产生撕裂和相互摩擦引起发热，同时可以保证能量的快速传递和充分利用。微波辅助提取的研究表明，微波辐射诱导萃取技术具有选择性高、操作时间短、溶剂耗量少、有效成分得率高的特点，已被应用于有机污染物的提取、天然化合物及生物活性成分的提取等方面。
王家强等报道了微波用于重楼中皂甙的提取，并与水浴加热回流法从时间、次数、含量进行对比。薄层色谱表明，常规和微波提取两种方法所得皂甙显示斑点完全一致，表明微波并未破坏药物的结构。微波辐照5min的效果基本与2h常规加热相同，而且杂质含量少。微波加热提取10min即可认为皂甙已提取完毕。银又新等利用MAE提取丹参中的丹参酮，对比了不同溶剂配比、微波剂量、原料粒度下的提取率，结果证实使用MAE在速度上有较大优势；但产品纯度不如超临界流体萃取（SFE），得率低于SFE和索氏提取。
微波提取要求药物有一定的含水量，提取介质的极性对提取效果影响很大。韩伟等用微波辅助提取三七中的有效成分Rgl，以正丁醇-水为萃取剂，考查了不同含水量下的提取效果，发现在较低含水量下提取效果随含水量增加而增加，在20％处存在极值。由于吸收等原因，在同样表观微波强度下，相对微波透明的弱极性的提取剂提取效果可能好于强极性提取剂。Pare等申请了微波辅助提取材料中有机物质的专利，利用微波透明介质作为冷却剂，使提出的有机物迅速冷却并转入主体相，达到了提高提取率、减少热破坏的目的。他们利用这一工艺对薄荷、洋葱中的挥发油进行了提取。
微波对某些化合物有一定降解作用，但也有学者认为由于微波提取时间很短，其破坏作用甚至可能比一般方法小，刘钟栋利用MAE提取桔皮果胶，显微观察发现微波使桔皮中的细胞膨爆，加速了内部组织的崩解，崩解速度可由传统酸解-提取所需的1h缩短为5min，两种方法提取果胶的存在形式也有明显不同，他们认为这是因为传统方法对果胶破坏作用较大的缘故。微波具有热效应和非热效应，尤以热效应特别明显，水、乙醇等中药提取常用溶剂在微波作用下均升温明显，同时微波泄露对操作者影响很大，这些对MAE的研究与应用带来了一定的困难，实验用微
波装置设计的好坏对能否得到有价值的结果影响甚大。
3 结论与展望
综上所述，中药提取分离工艺发展的滞后成为传统中医药发展和生存的瓶颈，必须对原有工艺进行优化、革新和强化。化工分离和传质的强化技术将为此提供有力的保证，实现中医药学科与化学工程的交叉，将有利于实现中药生产装备的现代化。
将化学工程的概念、理论引入中药提取分离过程。利用已有的研究成果，结合中药生产的具体情况，从基本影响因素的研究入手，对工艺流程、生产设备、操作条件作全面改造和细致摸索，给出可行的设计。
通过施加外场。采用新型提取工艺等方式进行提取过程强化，研究新工艺对不同药物及其不同组分提取的影响，在进行深入药理研究的基础上，寻找最佳操作条件和可能的作用机理，进而进行小型工业设备的设计。
现有工作主要是对特定工艺的简单改进，有很大的局限性，缺乏理论指导。而以上所述任何一种方式的研究，都有大量的工作要开展，这必将得到相关专业学者的日益广泛重视。 （清华大学化学工程系， 吕阳成，骆厂生，戴猷元）