天然产物的提取分离技术研究进展

天然产物的提取分离技术研究进展

摘要：本文对天然药物化学成分的传统提取和分离技术进行了简单的介绍，并对近些年来发展起来的新技术，新方法加以总结。

关键词：天然药物中药提取分离

Progress in the Techniques of Separation and Extraction of the

Natural Products

Abstract：This paper has introduced the natural products chemistry of traditional extraction and separation technology briefly，and summarized the new techniques and new methods developed in recent years.

Key words：Natural products；Chinese medicine ；extraction and separation

1引言

中药作为我国传统文化重要的组成部分，在华夏五千年源远流长的文明中起着不可替代的作用，中医传统用药强调炮制和复方，中药的功效在长期的生活实践中被证明是稳定有效的。在当下日益加快的生活节凑中，西药由于其快速、便捷的特点，使其成为人们治疗疾病的首选。但是随着绿色养生的生活理念逐渐走入人们的生活中，中药被更多地现代人所应用。为了使中药能够走出国门，我们对于中药的研究方法必须加以改进和完善，进而更好的为世人服务，而从中药中提取天然产物是中药现代化的一个重要组成部分。天然产物是药物研发中极具潜力的原料资源，分离纯化天然产物中具有独特生物活性的物质是中药研究的重要基础工作。

天然产物中的有效成分复杂，含量低，难于富集，用传统的分离方法不仅步

骤繁琐，能源及材料消耗大，而且产率及纯度不高，尤其难以分离结构和性质相似的组分。随着中药现代化的发展，高新技术不断在天然药物的提取分离中推广和应用。在此就中药的提取分离技术以及方法进行综述。

2提取方法

提取是为了有效的得到活性部位（药效团），有效的得到有效成分。在提取过程中物料中的溶质由固相传递到液相的传质过程，由湿润、渗透、解析、溶解、扩散、置换等过程组成。提取的要求是尽可能的提尽所需要的化学成分，留下不需要的化学成分。一般影响提取效果的因素有物料的粉碎度，溶媒的选择，提取所用的时间，提取时的温度，提取工艺，所用提取设备，提高溶质和溶剂的接触几率等。影响提取效果的因素主要有两个方面一是溶质与溶剂接触的速度和几率，二是细胞膜内外溶质的浓度差。

2.1常规提取方法

2.1.1溶剂法

溶剂法分为浸渍法、煎煮法、渗漉法、回流提取法、连续回流提取法。溶剂法是中药化学成分提取的常用方法，在中药化学成分的研究中起着重要的作用，但由于费时，费工，同时浪费大量的溶剂，在工业上应用较少，但在实验室中是中药化学成分的主要提取方法。

2.1.2水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法系指将含有挥发性成分的药材与水共蒸馏，使挥发性成分随水蒸气一并馏出，经冷凝分取挥发性成分的浸提方法。该法适用于具有挥发性、能随水蒸气蒸馏而不被破坏、在水中稳定且难溶或不溶于水的药材成分的浸提，常用于精油的提取。刘婷等[1]采用水蒸气蒸馏法提取了薰衣草中的精油并取得了成功。

2.1.3升华提取法

升华法是一种操作比较简单的提取方法，含有可以升华成分的生药可以采用此方法提取其中的化学成分，叶海亚等[2]采用升华法从红茶中成功提取了天然咖啡因，且操作简单易行。

2.2提取新技术

2.2.1微波提取法

微波加热是利用微波场中介质的偶极子转向极化与界面极化的时间与微波频率吻合的特点，促使介质转动能级跃迁，加剧热运动，将电能转化为热能[3]。由于微波具有穿透力强、选择性高、加热效率高等特点，所以被应用于中药化学成分的提取分离中。在实际生产过程中具有安全、节能的潜力。但是这种方法也有一定局限性，一是只适用于对热稳定的产物．如寡糖、多糖、核酸、生物碱、黄酮、苷类等中药成分，对于热敏性物质，如蛋白质、多肽、酶等，微波加热容易导致它们变性失活；二是要求被处理的物料具有良好的吸水性，或者说待分离的产物所处的位置容易吸水，否则细胞难以吸收足够的微波能将自身击破，产物也就难以迅速释放出来。戴玉锦等[4]采用微波提取法从柚皮中成功得到了黄酮类化合物，与传统水浴法比较，微波提取法的优点在于黄酮得率高，所需时间短，大大降低了成本，也减少了环境污染。

2.2.2超声提取法

超声提取法是利用超声波的空化作用、机械效应和热效应等加速胞内有效物质的释放、扩散和溶解，显著提高提取效率的提取方法。李钟玉等[5]采用超声波法从灵芝中提取灵芝多糖，表明在灵芝干粉中加入62.5倍的水，在pH 2.0的条件下用超声波提取45min得到的灵芝多糖的量最多。

2.2.3组织破碎提取法

组织破碎提取法的基本原理是在室温和适当溶剂存在下，将药用植物在数秒钟内破碎至细微颗粒，同时通过实现高速搅拌、振动、负压渗滤三种因素的最佳

结合，使有效成分迅速达到药材组织内外平衡，通过滤过达到提取目的[6]。刘延泽等[7]采用破碎混合器，通过对植物材料在适当溶剂中充分破碎达到提取目的。经对六种植物材料进行提取试验，并与回流提取法进行比较，结果表明，该法具有显著优点，可以达到快速、充分的目的，同时避免了加热，从而可以节约大量的时间、溶剂和能源。

2.2.4半仿生提取法

半仿生提取法(Semi-bionic Extraction Method，SBE) 模拟口服给药及药物经胃肠道转运的过程，是一种适合中药和复方药效物质提取的新技术[8]，模仿口服药物在胃肠道的转运过程，采用选定pH值的酸性水和碱性水，依次连续提取得到含指标成分高的活性混合物的中药和方剂[9]。张慧等[10]采用半仿生提取技术，测定了复方金钱草复方金钱草中广金钱草、路路通、车前子三种君药半仿生提取最佳条件为: 温度100 ℃、料液比1g∶35 mL，提取3次，3次提取液pH 值分别为4.0、7.0 和8.5，总提取时间为 2.5 h。在此条件下，总黄酮质量分数为9.91 mg / g，总糖质量分数为62. 38 mg / g，浸膏得率为13. 86 % 。

2.2.5酶法提取

中药中的大多数为植物药，其有效成分多存在于植物细胞的细胞质中，在有效成分的提取过程中，溶剂需要克服来自细胞壁及细胞间质的传质阻力。细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶质等物质构成的致密结构，选用合适的酶(如纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶)对中药材进行预处理，能够在一定程度上破坏细胞壁的结构，产生局部的坍塌、溶解、疏松，减少溶剂提取时来自细胞壁和细胞间质的阻力，加快有效成分溶出细胞的速率，提高提取效率[11]。王晓等[12]采用酶法提取工艺提取山楂叶中的总黄酮，与传统工艺相比，提取率提高了16.9%，为山楂叶总黄酮提取提供了一种新方法。

2.2.6超临界流体萃取法

超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，SFE），是随着科技的发展近代化工分离中出现的一种新兴技术，也是目前国际上较为先进的一种物理萃

取技术，近年来，在许多工业领域得到了广泛用[13]。它是以高压、高密度的超临界流体（Supercritical Fluid，SCF）为溶剂[14]，从液体或固体中溶解所需的组分，然后采用升温、降压、吸收（吸附）等手段将溶剂与所萃取的组分分离，最终得到所需纯组分的操作。SFE是通过超临界流体的溶解能力与其密度的关系进行提取分离的，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响。超临界流体密度和液体相近，黏度只是气体的几倍，远低于液体，扩散系数比液体大100倍左右，因此更有利于传质，对物料有较好的渗透性和较强的溶解力。超临界流体的溶解能力可以通过调节温度和压力来进行控制，使其有选择性地溶解。然后通过减压、升温等方法可以使被萃取物质分离出来，从而获得目标提取物。

超临界CO2萃取技术用于中草药有效成分的提取分离是目前医药领域最广泛的应用之一。佟若菲等[15]利用超临界CO2从黄连中提取生物碱，最佳萃取工艺条件为萃取压力30 MPa，物料粒度40-60目，萃取温度60℃，萃取时间 1.5h。此条件下黄连中生物碱萃取率为14.24%。

2.2.7逆流提取法

动态逆流提取(Dynamic Countercurrent Extraction，DCE)是指药材与溶剂在浸出容器中沿相反方向运动，连续而充分地进行接触提取的一种方法[16]。逆流提取能够充分利用固液两相的浓度梯度，逐级将有效成分扩散至起始浓度较低的套提溶液中，使出料的提取液达到较高的平衡浓度[17]。逆流提取的关键是保证在提取过程中物料周围始终存在最大的浓度差。韩平等[18]采用传统GMP提取方法和逆流提取法分别提取二参健脾和胃合剂，记录各自在能源及生产适应性等方面的数据，比较两种提取方法的不同，以便改进提取工艺，实验结果表明逆流提取工艺节约了大量的水、蒸汽、工时和电力，且收膏下降较少，提取成本降低，质量的可控性也有保证，较GMP提取方法更适用于生产。

3分离方法

分离的目的是有效的得到目标成分，去粗取精有效得到目标活性部位。对目标产物进行分离主要依据所分离物质的溶解度差异、在两相中的分配比不同，吸附性差异，分子大小差异，离解度差异等进行分离。

3.1结晶

结晶和重结晶是利用物质在某种溶剂中冷热时溶解度不同进行分离的方法，是提纯化合物的一种重要方法。许文林等[19]采用结晶和重结晶法实现了对β-谷甾醇和豆甾醇的精制和纯化，结晶法与化学法分离提纯豆甾醇和β-谷甾醇相比，具有操作步骤少、工艺过程简便、溶剂容易回收以及对环境的污染较小等优点。

3.2萃取法

萃取法是根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离，是天然药物化学成分分离常用的一种方法，萃取分离的效果和萃取溶剂的选择和萃取的次数直接相关。其所选用的萃取溶剂要选择两相溶剂互不混溶，分配系数相差较大，且要保证两相溶剂有一定的密度差，形成一定的界面张力。经典的萃取方法有液-液萃取法，随着科学发展根据物质在两相溶剂中的分配比不同进行分离所兴起的方法有逆流分溶法，液滴逆流色谱法，液-液分配色谱法，气液分配色谱法，高速逆流色谱法等。Seger等[20]利用液－液萃取和Sephadex LH-20浓缩得到粗提物，再利用高速逆流色谱分离纯化得到腐败菌素A、B 和E，纯度大于98.0％，总收率大于40.0 %。

3.3大孔吸附树脂

大孔吸附树脂是一类不含交换基团且具有大孔结构的高分子吸附剂。它具有良好的大孔网状结构和较大的比表面积，根据树脂的表面性质可分为非极性，中极性和极性三类。非极性吸附树脂是由偶极距很小的单体聚合制得的不带任何功能基，孔表的疏水性较强可通过与小分子内的疏水部分的作用吸附溶液中的有机物，最适于由极性溶剂（如水中）吸附非极性物质。中极性吸树脂系含酯基的吸附树脂，其表面兼有疏水和亲水两部分，既可由极性溶剂中吸附非极性物质，又可由非极性溶剂中吸附极性物质。极性吸附树脂是指含酰胺基、氰基、酚羟基等含氮、氧、硫极性功能基的吸附树脂，它们通过静电相互作用吸附极性物质。

大孔吸附树脂可以通过物理吸附从水溶液中有选择地吸附有机物[21]，具有物理化学稳定性高、比表面积大、吸附容量大、选择性好、吸附速度快、解吸条件温和、再生处理方便、使用周期长、宜于构成闭路循环、节省费用等诸多优点。

向大雄等[22]采用D101型、D201型、AB-8型3种大孔吸附树脂对葛根总黄酮进行吸附纯化，实验结果表明AB-8型树脂综合性能最好．适合于葛根总黄酮的分离纯化。

3.4膜分离

膜分离技术(Membrans Separation Technique)是利用天然或人工合成的，具有选择透过性的薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分体系进行分离、分级、提纯或富集的技术[23]。中草药除含有生物碱、苷类、酮类等有效成分，还含有蛋白质、鞣质、树脂、淀粉，粘液质等无效成分。由于中药成分的多元化，适宜的深加工分离技术，现代现代膜分离技术正是利用膜孔径大小特征将物质进行分离提纯，因而正日益在中医药领域受到青睐。孔焕宇等[24]以有效成分黄芩苷、绿原酸为检测指标，采用正交实验法优选膜分离工艺条件，所得口服液与水煎液比较，绿原酸和黄芩苷膜分离的转移率分别是96.82％，92.37％，实验表明膜分离技术可用于复方中药银黄口服液的制备。

3.5分子印迹分离技术

分子印迹技术(Molecular Imprinting Technology，MIT)是20世纪末出现的一种高选择性分离技术，这种技术的基本思想是源于人们对抗体-抗原专一性的认识，利用具有分子识别能力的聚合物材料---分子印迹聚合物(molecule imprinting polymer，MIP)来分离、筛选、纯化化合物的一种仿生技术[25]。分子印迹聚合物因对目标物有较高的选择性可进行手性分离，又因具有一定的机械强度和耐酸、碱及热的稳定性而将其视为性能优良的吸附剂。李礼等[26]分别以中药黄栌的主要成分非瑟酮为印迹分子、丙烯酰胺为功能单体及乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，通过封管聚合法合成了分子印迹聚合物；将其装于自制的固相萃取柱中，研究了以不同体积比的乙醇-水溶液为溶剂时非瑟酮在柱上的保留行为；通过优化清洗及洗脱条件，使非瑟酮与它的结构相似物槲皮素在柱上得到了很好的分离。

3.6毛细管电泳分离技术

高效毛细管电泳（High Performance Capillary Electrophresis，HPCE)又称毛

细管电泳（CE)，是上世纪80年代后期在分析化学，尤其是生物分析化学领域得到迅速发展的一种分离分析手段。因其高效、高速、高灵敏度、高自动化以及样品和试剂耗用量少等特点，被广泛应用于药物的研究和分析中。毛细管电泳是一类以毛细管为分离通道，以高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术，其基本结构包括进样系统、毛细管、检侧系统、高压电源、清洗机构、温控系统等。它的原理是以高压电场为驱动力，以毛细管作为分离通道，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异而实现分离的一类液相分离技术。

Morin等[27]研究了糖基不同的槲皮素糖苷的毛细管区带电泳分离，还比较了香叶木素、香叶木苷、香叶木素-7-O-葡萄糖醛酸、橙皮苷、蒙花苷、异野漆树苷等的毛细管区带电泳和毛细管胶束电动色谱分离。孙莲等[28]采用高效毛细管电泳法（HPCE），分离测定了新疆不同地区、不同采集期、不同品种的桑叶中的黄酮类成分芦丁、槲皮素的含量。

3.7分子蒸馏技术

分子蒸馏（Molecular Distillation）又称短程蒸馏（Short Path Distillation），是近年来应用较多的一种新型的分离纯化技术。分子蒸馏具有分离真空度高、蒸馏温度低、物料受热时间短、分离程度及产率高、产品质量高等特点，克服了常规蒸馏操作温度高、受热时间长、分离程度低的缺点，可解决常规蒸馏无法解决的难题，特别适用于热敏性、易氧化的活性物质或高相对分子质量、高沸点、高粘度物料的分离、浓缩与纯化。

不同的分子有着不同的分子有效直径，故它们的平均自由程也不相同，分子蒸馏技术正是在高真空的条件下，利用分子平均自由程差的不同导致其表面蒸发速率不同而达到分离的方法。崔刚等[29]采用分子蒸馏技术，探讨分子蒸馏不同因素对分离、提取大蒜中大蒜精油的影响。结果表明，当控制系统的压力105 Pa、进料质量流量1.2 g/min、进料温度40-55 ℃、蒸馏温度45.1 ℃时具有最好的二次分子蒸馏效果，大蒜精油的外观质量明显提高，平均总提取率可达0.476%，大蒜精油中水0.15%，质量分数达99.85%。

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