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中药提取新技术

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中药提取新技术

发布日期:2019-09-09 15:25 来源:http://www.kyzhy.com 点击:

2007年3月21日,中华人民共和国科学技术部、国家食品药品监督管理总局等国务院16部委制定发布的《国家中医药创新发展规划纲要( 2006—2020 年) 》( 简称《纲要》) 指出,中成药产品要达到“三效”( 高效、速效、长效) 、“三小”( 剂量小、毒性小、副作用小) 和“三方便”( 储存方便、携带方便、服用方便) 的要求。提取作为中药由原料药制成中成药的关键环节,提取技术直接影响着药品质量、药材资源利用率、生产效率及经济效益。传统的提取方法是以加热回流提取、渗漉提 取为主,然而,传统方法提取范围广、选择性差,容易浸出大量杂质,给后续工艺带来很大困难,并且有效成分容易分解或损失,转移率低。目前,生产上大多采用多能提取罐、渗漉罐、动态提取罐和热回流提取浓缩机组等间歇式提取设备,但存在有效成分损耗大、杂质多、效率低、能耗大等问题。
《纲要》中指出,中药制药工业生产工艺和工程化技术落后,生产效率和综合利用能力低下,缺乏标准化的专用制药工业装备,要加强符合中成药生产特点的新工艺、新技术、新装备的研究开发,提高中药制造业的现代化水平。近几十年来,出现了超声法、微波提取、超临界流体萃取、半仿生提取、酶法提取、动态逆流提取、减压沸腾提取等多种新技术,但大多还处于实验室研究、小试或中试阶段,还未广泛用于大规模工业化生产,没能改变传统提取方法为主导的生产现状。
1 提取新技术现状
1.1 超声提取法
早在 20 世纪 50 年代,人们就利用超声波来提取花生油、啤酒花中的苦味素以及鱼组织中的鱼油等。超声提取技术的原理是利用超声的空化效应、热效应和机械效应,超声的空化效应使植物细胞破裂,热效应使分散介质或药材的温度升高而促使有效成分溶解,机械效应使介质质点产生振动而强化介质的扩散与传质。与传统提取方法相比,超声法具有提取速度快、溶剂用量少、提取率高、不影响物质活性与化学结构的特点。超声提取可用于酸类、多糖类、黄酮类、皂苷类、蒽醌类等多种成分的提取。在生产设备上,超声提取可与超临界法、连续逆流等设备结合起来,辅助、强化提取效果,但要用于大规模生产,其设备自身的放大问题还需要突破。
1.2 微波提取法
1986 年,匈牙利学者 Ganzler 等首次报道利用微波能从土壤、种子、食品、饲料中分离各种类型的化合物。微波提取法的原理是极性分子接受微波辐射能量后,分子偶极旋转碰撞而产生热效应,使细胞内的水分子吸收微波而升温,进而使细胞内压增大,细胞壁破裂,细胞内有效成分自动流出,进入萃取溶剂中而被溶解。较于传统提取方法: 微波能使物质产生很强的内热效应,内外同时加热,无热阻,加热速度快,且不需要使用蒸气作为热源,节能效果显著; 提取温度60~70 ℃ ,提取时间短,使提取率和目标组分含量提高,药渣中有效成分残存量大大降低,药材利用率大幅度提高;微波是交变频电磁波,随电流而产生,其功率密度可调节控制,提取温度、时间、流量、压力等参数可通过传感器、变频器调节控制,利于实现自动化控制和连续化操作。但微波提取时,被提取物质必须是极性物质,才能吸收使微波能,使其转化为热能。在中药领域,微波已广泛用于从植物药材中提取多糖、多酚类、黄酮类、内酯类、挥发油、色素等的活性成分。在制药行业,微波的提取设备多用于大专院校、科研院所和企业小试、中试。微波还存在穿透深度有限、微波泄露等问题,对设备的密闭性和安全性以及周围环境的要求较高,如何保证微波辐射的能量密度、辐射安全,以及如何与连续逆流提取等其他技术的有机结合,是以后的研究热点。
1.3 超临界流体萃取法
超临界流体萃取技术是20世纪60年代兴起的一种新型分离技术,是世界范围内近几十年来新兴的研究热点。2003年,国家食品药品监督管理局批准超临界二氧化碳萃取中药有效成分的技术在江苏康缘药业有限公司开始产业化应用,2006 年,国家中医药管理局推荐的“超临界二氧化碳萃取中药有效成分产业化应用技术”获得国家技术发明二等奖。超临界流体( SCF) 是处于临界温度和临界压力以上的流体,流体既具有与气体类似的高扩散系数和低黏度,又具有与液体相近的密度和对物质良好的溶解能力。通过调节温度和压力可以改变超临界流体的溶解能力,选择性地把极性不同、沸点不同、相对分子质量大小不一的物质萃取出来。目前,CO2超临界流体萃取技术应用广泛,萃取温度低,适合于热敏性物质的提取,而且提取速度快、效率高、选择性好,无溶剂残留。超临界提取还存在一些局限性,与其他方法比较,其收率、化学成分存在很大差异,超临界法对极性大的物质或相对分子质量偏大的物质提取率差,需加入合适的夹带剂。超临界流体处于高压强状态,超临界萃取装置需要高压设备,其工程化面临着基础研究薄弱、设备压力高、投资大等问题,且设备容量有限,需间歇投料操作,频繁拆卸影响密封件的寿命和安全性,大规模推广应用的瓶颈还需
突破。
1.4 半仿生提取法
张兆旺等于1995年提出了“半仿生提取法”( 简称SBE法) ,该法突破了近半个世纪水煎醇沉的传统模式,将中药口服给药的传统与现代生物药剂学的理论相结合,模拟口服给药及药物经胃肠道转运的特点,为消化道给药中药制剂设计了一种新的提取工艺:将药料先用一定pH 的酸水提取,继以用一定pH的碱水提取,提取液分别滤过、浓缩,制成制剂。半仿生提取法既符合中医药学重视中药和方剂以综合发挥药效的传统理论和经验,又同西医药学重视单体有效成分和动物试验指标评价药效与安全性的现代科技接轨。但该法仍沿袭传统的高温煎煮法,有效成分易被分解破坏,目前对该法的研究基本上以考察指标成分与提取率为指标来评价提取效果,能否进行更大范围的推广应用,还需结合药品的安全、有效、稳定、可控来进行深入对比研究。目前还未见本法应用于生产的报道,这种工艺手段的采用将依据学科理论及制药条件、设备、工艺水平的发展而不断成熟与完善。
1.5 酶提取法
20 世纪 90 年代,国内学者开始将生物酶用于天然药物及中药的辅助提取,以达到提高有效成分浸出率的目的。在国内,上海中药一厂首先应用酶法成功的制备了生脉口服液。目前,酶法在动物类药材的提取应用方面较为广泛。纤维素酶主要用于以纤维素为主的中药材提取其有效成分,能提高有效成分的收率。侯嵘峤等首先将工业纤维素酶应用于中药及药渣中,将纤维素降解为β-葡萄糖,变渣为药。
生物酶解提取技术就是利用反应高度专一的酶来降解植物细胞壁的成分,破坏细胞壁而提高有效成分的提取率。生物酶法提高了提取收率,减低了溶剂消耗量; 中药制剂的杂质大多为淀粉、果胶、蛋白质等,酶解法对植物中大多数杂质进行选择性的降解,有利于提取分离,同时还综合利用药渣,变废为宝。但酶法对实验条件要求较高,酶的最佳温度和最佳 pH必须严格控制在很小的范围内,还需要考虑酶的浓度、底物的浓度、抑制剂和激动剂等对提取物的影响;酶解过程中还可能存在某些成分的变化,影响产物的纯度和得率,其对药效是否有影响还需进一步研究。
1.6 动态逆流提取
动态逆流提取技术是近10年来应用于中药提取领域的新技术之一。它是通过多个提取单元之间物料和溶剂的合理浓度梯度排列和相应的流程配置,结合物料的粒度、提取单元组数、温度和溶媒用量,循环组合,对物料进行提取的一种新技术。该技术与传统方法相比,具有显著的优点,提取收率和提取效率高、能连续生产、应用范围广、生产成本低。常见的有罐组式动态逆流提取设备、螺旋式连续逆流提取设备、U 型槽式逆流提取机、平转式连续提取器、千代田式L 型连续浸出器等,还可采用微波、超声波、电磁等手段进行强化以加速浸取过程。
罐组式动态逆流提取是将2个以上的动态提取罐机组串联,提取溶媒沿着罐组内各罐药料的溶质浓度梯度逆向地由低向高顺次输送通过各罐,并与药料保持一定提取时间并多次套用。该技术集萃取、重渗漉、动态和逆流技术为一体,具有多种用途,与传统提取方法比较,提取率高,生产能耗少,成本低,且对生产设备要求不高,大多数厂家通过对现有多功能提取罐进行设备改造,即可建成罐组式动态逆流提取设备。螺旋式连续逆流提取装置中,药材从加料口进入,被螺旋输送器缓慢推移到水平管,再推移到出料口,排除药渣,溶剂从出料口的下方逆向往加料口流动,渗漉液由加料口的下方引出收集。但存在溶剂用量大、周转量大等缺点,在规模放大时,螺旋输送器的轴功率需求和轴的直径都会大幅度增加。也有将超声波振荡器应用于连续逆流浸提设备,以进一步提高浸提效率。
1.7 减压沸腾提取法
近几年提出了减压提取法,并有用于中药提取的减压提取装置,为改进中药提取工艺开辟了新的路径。减压沸腾提取,根据理想气体状态方程式 P1V1T1= P2V2T2、拉乌尔定律及道尔顿定律等物理学原理,可以在普通真空机械差不多都能达到的真空条件下使提取溶剂的沸腾温度降低,水提温度在 55~100℃,醇提温度在42~78℃。减压提取法提高了热敏性有效成分的含量,提高了药材的利用率,节省物料,相对较低的提取温度使药材中的大分子无效成分难以水解,提取液中杂质含量大为减少。减压提取法并没有彻底改变传统工艺的煎煮方法,仍通过药材与溶媒共煎煮而溶解出有效成分,传承和保留了中医药的核心和精髓。而且不像其他新技术需要高成本投入。但是提取工艺的适宜性、减压提取物的药效、安全性等问题还需要进一步探讨。
1.8 超高压提取
超高压提取技术是将原料与溶剂混合液加压至100MPa以上,保持一定时间,使细胞内外液压力达到平衡,再瞬间释放压力,细胞内外渗透压力差忽然增大,细胞内有效物质流出。提取过程分为预处理、升压、保压、卸压、分离纯化等阶段。超高压提取技术在中药中已有应用于多糖类、黄酮类、皂苷类、生物碱、有机酸类等物质的提取的研究。其特点是提取时间短、提取率高、在常温下提取、操作简便。其研究还处于起步阶段,其技术的适应性、传质机制还有待深入研究。超高压设备包括超高压容器、高压泵、油槽、卸压阀以及超高压管道等部件,高压设备价格昂贵,一次性投资较大,间歇操作,设备的密封、强度、寿命等产业化难度大,超高压提取技术的产业化应用还亟需技术和理论研究。

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