植物有效成分的提取技术

植物有效成分的提取技术植物中有效成分的提取分离就是根据植物中有效成分的存在状态、极性、溶解性等设计一条科学、合理、可行的提取、分离工艺。

提取、分离植物有效成分有利于降低原药物毒性、提高药物疗效、改进剂型、控制产品质量、扩大药用植物资源、进行化学合成与结构改造、探索植物有效成分的治病机理,对促进中药新药研究及国内医疗事业都有重要意义¨J。

随着现代科学技术的飞速发展,植物中有效成分提取技术也日新月异,一些现代提取分离技术不断被应用到实际生产中,加速了中药产业的发展。

本文针对目前从植物中提取、分离有效成分的主要技术与方法进行了综述。

l 提取、分离技术与方法1.1 传统方法传统工艺采用溶剂分离法、溶剂萃取法、沉淀法、透析等方法进行药物提取液的除杂精制,在传统的天然植物有效成分提取过程中,固液萃取(即浸提技术)对于存在于植物细胞不同位置与细胞器中的目标产物,若将其从细胞内浸取到液相中,目标分子将经历液泡与细胞器的膜透过、细胞浆中的扩散、细胞膜与细胞壁的透过等复杂的传质过程。

若细胞壁没有破裂,浸取就是靠细胞壁的渗透作用来完成的,浸取速率慢。

细胞壁破坏以后,传质阻力减小,目标产物比较容易进入到萃取剂中,并依据相似相容的原理而溶解,达到萃取的目的。

药用植物提取液除含有效成分之外,还含有植物蛋白、鞣质、菌体、酶以及常规过滤未能除去的微粒。

传统方法不同程度地存在过程繁复、生产周期长、溶剂消耗大且回收困难、设备投资大等缺点。

1.2 超声提取技术超声作用可以改变植物的组织,破碎细胞,加速溶解有效成分,促进扩散与传质超声提取适用于多种天然植物的有效成分的提取,如生物碱、萜类化合物、黄酮化合物、脂质核挥发油等。

超声提取伴随强度很大的声波的传播会出现声空化、声冲流、声辐射力以及声致发光等许多非线性过程,具有空化效应、热效应、机械效应与化学效应等特点 J。

全学军等对超声提取植物中有效成分的动力学作了研究,认为无扩散阻力的缩合模型能较好的描述植物粉末的有效成分的超声提取过程,其控制步骤主要就是植物粉末颗粒中核壳界面层细胞的破碎过程。

潭洁冶等利用超声波法从裙带菜中提取褐藻多糖酸脂(FSP),比传统提取法处理时间短、提取温度低、保持有效成分活性的同时也减少了色素与蛋白质等杂质的析出,简化了提取纯化的流程,就是一种良好的提取多糖的方法。

超声也可以用于辣椒红素、黄酮类物质的提取。

1.3 微波协助萃取微波协助萃取(MAE)技术就是提取中草药有效成分与去除农药残留的有效手段之一,不仅具有很高的经济效益,而且有望改变中草药传统的服用方式。

微波就是波长介于 1mln一1m (频率在 300 MHz～ 300 GHz)的特殊的电磁波,它位于电磁波谱的红外辐射与无线电波之间,为防止民用微波能对于微波雷达与通讯的干扰,国际上规定农业、科学与医学等民用微波有 L(频率 890～940 MHz)、S(频率 2400～ 2500 MHz)、C(频率 5725—5875 MHz)与 K(频率21300～22 250 MHz)4个波段。

目前 915 MHz与2450MHz2个频率已经广泛为微波加热所采用。

微波在传输过程中遇到不同的物料会根据物料性质不同而产生反射、穿透、吸收现象,极性分子接受微波辐射能量后,通过分子偶极以每秒数十亿次的高速旋转产生热效应引。

目前,国内外 MAE技术的研究才刚刚起步,发展非常的迅速,已经成为当前与今后新型提取技术研究的热点之一。

随着我国中药现代化进程的加快与国际交流的进一步扩大,必将为 MAE技术的发展提供新的更好的契机。

针对如何以中药复方的特点设计MAE方案及能够在仪器设备的设计上实现突破,需要相关的科技工作者共同努力,大胆创新,更深入的研究引。

1.4 超临界流体萃取技术超临界流体萃取 (SFE)技术就是以超临界流体一氧化碳,氨,水,乙醇,C2H6等代替常规有机溶剂,利用流体(溶剂)在其临界点附近的某一区域内,与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为与传递性能而进行的萃取分离技术。

CO 由于适中的临界条件、无毒、无燃爆危险等诸多优点成为最常用的超临界流体 J。

近年来,超临界 CO 萃取技术已广泛用于制药、食品、饲料、化妆品等领域的天然植物有效成分的萃取。

植物中的一些生物碱类、胡萝卜素、萜类等化合物因其极性小,可以通过超临界 CO 得到有效提取;啤酒花中酒花浸膏的提取与纯化,烟草中烟碱的脱除,天然物质中香料、精油、色素的提取与纯化,植物籽中籽油的提取与纯化等无极性与弱极性的物质多数也可以通过超临界 CO 进行分离。

纯的超临界 CO 体系极性较小,不适用于极性物质的提取口。

萃取分子量较小的极性分子时,可以通过加人乙醇、丙酮与水等极性物质来改善萃取效果。

为了使超临界 co2适用于极性大分子的萃取 ,Huie等将无毒的全氟聚醚碳铵表面活性剂与水按一定比列添加到超临界 CO2中,形成 CO 包水的微乳液滴,这种微乳液滴的特性与水的特性相近,可以萃取某些大分子量的蛋白质。

Mcciain等将非离子表面活性剂与水添加到超临界 CO:体系中,可形成胶束 ,胶束核心可以作为大分子强极性化合物的溶解质,憎水部分则溶于超I}缶界CO 中。

这些研究把 SFE的应用领域扩展到水溶液体系,为超临界流体分离天然植物中高极性的大分子化合物提供了可以借鉴的方法。

1.5 酶法提取工艺原理在药用植物有效成分提取过程中,当存在于细胞原生质体中的有效成分向提取介质扩散时,必须克服细胞壁及细胞间质的双重阻力,应用纤维素酶作用于药用植物材料,使细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素等物质降解,减小细胞壁、细胞间质等传质屏障对有效成分从胞内向提取介质扩散的传质阻力,促进有效成分提取率提高¨引。

该过程的实质就是通过酶解反应强化传质过程,该反应过程的因素有酶的种类、反应温度、酸碱度、水分、光线、金属离子微生物等;酶的加入方法、加人时间、药材就是否浸泡、浸泡时间、就是否需要搅拌、搅拌的速度等都能影响酶解的反应的效果,都应该选择合适的指示剂进行严格的筛选。

此外,酶解反应的时间、次数及激动剂或抑制剂的存在都能影响酶解的效率-,引。

酶处理技术在部分中药提取以及提取液的分离纯化中的应用结果表明,酶反应在较温与的条件下植物组织分解,使有效成分暴露出来,较大幅度地提高了药物有效成分的提取率,提高了产品的纯度¨。

因此,酶反应法用于植物有效成分的提取与提取物的分离纯化,具有操作简单、成本低廉、大生产的可能性。

由此可见,随着酶反应技术在中药中应用的进一步深人,必将为提高中药提取效率、改进剂型、创新新药提供新的技术手段,为中药制剂现代化注入新的内容与活力。

1.6 膜法超滤工艺超滤(UF)就是指在常温下,利用不对称微孔结构半透膜分离介质,料液以一定的压力、流量,以错流方式进行过滤,使溶剂及小分子物质通过,高分子物质与微粒子如蛋白质、水溶性高聚物、细菌等被过滤膜阻留,从而达到分离纯化浓缩的目的,就是膜分离技术在中草药应用中的具体体现。

超滤(10—100nm,分子量范围 1—100kD)可用于溶液脱大分子、大分子溶液脱小分子、大分子分级¨。

超滤作为一项膜分离技术,可在常温下进行操作,不需要反复加热与相态转变,有利于保持中药有效成分的生物活性与物理化学稳定性,并有阻留细菌与热原的作用。

它不仅可用于混合液中悬浮与分散物质的纯化与分离,而且也可用于溶液中低聚物与大分子物质的截除,因此越来越多的人致力于超滤技术在中药成分中的分离、除杂、浓缩等方面的应用与研究。

超滤就是一种新型分离技术,分离过程无相变,无需加人其它试剂,产品质量高,操作条件温与,设备简单,费用较低。

根据提取液特点,通过制备具有适当孑L径的超滤膜,达到对提取液除杂精制的目的,对药用植物提取液分离精制,取得满意效果。

1.7 超高压技术超高压技术就是近年来发展较快的一种新型的加工技术,具有快速、高效、耗能小、提取温度低、操作简单以及绿色环保等特点,就是一种新型的提取技术,广泛地应用于热敏与易焦糊食品的低温灭菌、病毒灭活、疫苗制取、淀粉与蛋白质改性、食品加工、制药等诸多领域,为生物、医药与食品工程的科学研究、产品开发、工艺改革提供了新的平台。

近几年,超高压技术开始应用于中药有效成分的提取。

刘春娟进行了常温高压提取黄蔑多糖的研究,发现高压提取技术有许多独特的优势。

朱俊杰等利用超高压技术进行了破壁提取灵芝抱子多糖的研究,发现该方法在降低提取费用的同时提高了灵芝抱子多糖提取得率。

陈瑞战等研究了常温下超高压提取西洋参根中皂苷,并将超高压提取法与热回流提取、微波提取、超声提取、超临界 CO 萃取等提取法进行了比较。

1.8 分子蒸馏技术分子蒸馏技术(MD)又称为短程蒸馏 (SPD),就是一种对高沸点、热敏性物料进行有效分离的手段,自20世纪 30年代以来,得到了世界各国的重视引。

分子蒸馏的分离原理就是利用液体分子受热从液面逸出后,由于其分子有效直径不同,其平均自由程不相同,也就就是不同种类的分子从统计学观点瞧,逸出液面后,不与其它分子碰撞的飞行距离就是不相同的;分子蒸馏的分离作用则就是利用不同种类分子逸出后其平均自由程不同的性质来实现的。

分子蒸馏装置就就是通过降低蒸发空间的压力 0.0133～1.3300Pa,使冷凝表面靠近蒸发表面,当其间的垂直距离小于轻气体分子的平均自由程而大于重分子的平均自由程时,从蒸发表面气化的轻气体分子就可以不与其它分子碰撞,直接到达冷凝表面而冷凝。

分子蒸馏器的结构有很多形式,但发展到现在主要有离心薄膜式与转子刮膜式两种结构形式。

分子蒸馏一般经过以下 4个步骤:①分子从液相主体向蒸发面扩散;②分子从蒸发面(加热面)上自由蒸发;③分子从蒸发面向冷凝面飞射,在飞射过程中,可能与残存的空气分子碰撞,也可能相互碰撞,但只要有合适的真空度,使蒸发分子的平均自由程大于或等于两面(蒸发面与冷凝面)之间的距离即可,过高提高真空度毫无意义;④分子在冷凝面上冷凝,冷凝面形状合理且光滑,从而完成对该物质分子的分离提取。

各种植物有效成分提取分离技术与方法各有其特点,但由于植物结构的复杂性与差异性,各种方法的适用性也各有差异,不可能简单作出优缺点比较。

有研究发现提取黄芩苷与虫草素时,微波法比超声法更佳;郝金玉将微波法与超临界二氧化碳萃取法提取除虫菊酯进行了比较,发现微波法成本低、投资少,所得产品中除虫菊酯含量更高;袁珂在提取冬凌草甲素的研究中比较了超声法与微波法的提取效果,综合考虑,超声法比微波法更适用于冬凌草甲素的提取。

上述的新技术在某些提取过程中可能不比传统的方法好,这点也应引起重视。

我们不能单一的只以一种技术论好坏,必须全面分析,综合对比针对不同植物的特性与成分在实际生产操作中选用最好的方法。