3.3.5 高新技术在提取、分离、纯化中的应用
随着科学技术的进步，学科之间交叉渗透，一些新方法、新技术已开始应用于中药生产过程。
3.3.5.1 超微粉碎技术（Ultrafine Communication Technology）
中药的超微粉碎是近几年来发展非常迅速的一项高新技术，当前主要指细胞级微粉碎。以动植物类药材细胞破壁为目的，运用现代超微粉碎技术，可将原生药粉碎到5～15μm。中药经超微粉碎后最大的特点是粉末粒径小（一般在15μm以下）且分布均匀，比表面积显著提高，植物细胞破壁率高（一般药材细胞的破壁率>95%）。其优点主要体现在以下几个方面。
（1）药物有效成分（特别是难溶性成分）的溶解和释放加快 因为超微粉碎的药物粉体粒径小，破壁率高，有效成分暴露，所以在进入生物体后，其中的可溶性成分能迅速溶解、释放，即使溶解度低的成分也因超微粉具有较大的附着力而紧紧黏附在肠壁上，其有效成分会快速通过肠壁被吸收而进入血液，而且由于附着力的影响，排出体外所需的时间较长，从而提高了药物的吸收率，这样经超微粉碎的药物其有效成分的溶解速率、释放速率都比普通粉碎要快。对中药珍珠采取气流超细粉碎和球磨粉碎两种方法，并从粉碎时间、粒度上加以比较，结果气流超细粉碎的粉碎时间仅为原来的1/30左右，而粒度则增加了3倍左右。
（2）药物有效成分的溶出速率加快，也就越有利于药物的溶出和吸收 中药材经超微粉碎处理后，粒径减小，比表面积增大，吸附性、溶解性增强，溶出速率、化学反应速率增加，稳定性增强，与肠胃体液的有效接触面积也就越大，有利于药物的吸收，从而提高治疗效果。
（3）药物的药效学活性提高 在不破坏中药有效成分的前提下，经超微粉碎后的药物粉体的溶解度和释放出来的有效成分种类增加，单位时间内生物机体对有效成分的吸收效率提高，药物起效时间缩短，作用时间延长，所以对机体的作用效果更好，强度更大。对不同粉碎度的中药三七（具有止血愈伤、活血散瘀、抗炎消肿的功效，是云南白药的主要原料之一，其有效成分为三七总皂苷）进行了体外溶出度试验，结果表明三七45min溶出物含量和三七总皂苷溶出量大小顺序为：微粉>细粉>粗粉>颗粒。
（4）无过热现象，有利于保留生物活性成分 在超微粉碎过程中无过热现象，甚至可以在低温状态下粉碎，并且粉碎速度快，这样可以最大限度地保留生物活性成分和营养成分。因此也适用于含芳香性、挥发性成分药材。
（5）减少剂量，提高药材利用率 药材经超微粉碎后，用小于原处方的药量即可获得原处方的疗效或效果更好。根据药材性质和粉碎程度的不同，一般可节省药材30%～70%。据初步统计，微粉中药的丸剂和散剂给药量可减少到原来的1/5～1/3，汤剂给药量仅为原来的1/20～1/5。而且药材经超微粉碎后，一般不用进行煎煮浸取就可以直接制剂，这样既可以减少有效成分的损耗，提高药材的利用率，又可以减少工序。
目前，中药超微粉碎存在的主要问题如下。
①中药材的属性和所含有效成分各不相同，而且对粉碎后颗粒大小的要求以及技术设备、水平都不尽相同。
②中药经超微粉碎后，由于粒径的减小容易使颗粒处于不稳定状态，易聚集形成假大颗粒，易吸附空气中的水分和杂质，这些都不利于微粉中药的制剂、保存、运输。
目前该技术常用于一些作用独特的传统名贵中药的粉碎（如西洋参、珍珠等）。这些滋补保健中药经微粉化后可使利用率大大增加。
3.3.5.2 半仿生提取技术（Semi-Bionic Extraction Method，SBE法）
半仿生提取法是为经消化道给药的中药制剂所设计的一种新提取工艺。其应用原理是将整体药物研究法与分子药物研究法相结合，从生物药剂学的角度，模拟口服给药及药物在胃肠道的转运过程，采用选定pH的酸性水和碱性水依次连续提取药料，提取液分别滤过、浓缩，制成口服途径给药的制剂。其目的是提取含指标成分高的活性混合物，它与纯化学观点的酸碱法是不能等同的，具体做法是以一种或几种有效成分总浸出物等作指标和（或）主要药理作用作指标选择提取工艺，不拘泥于某种化学成分或适合纯化学成分的药理模型，而是考虑到综合成分的作用。以芍药苷、甘草次酸为指标比较芍甘止痛颗粒“半仿生提取法”和传统水煎煮法的提取率，结果“半仿生提取法”优于传统水煎煮法。
SBE法运用既体现了中医临床用药综合作用的特点，又符合口服药物经胃肠道运转吸收的原理。同时不经乙醇处理，可以提取和保留更多的有效成分，缩短生产周期，降低成本。并可利用一种或几种指标成分的含量，控制制剂的内在质量。但目前该技术仍沿袭高温煎煮法，长时间高温煎煮会影响许多有效成分，降低药效。
3.3.5.3 微波辅助萃取技术（Microwave Extraction Method或Microwave Assisted Extraction Method）
微波辅助萃取技术是微波和传统的溶剂萃取法相结合后形成的一种新的萃取方法。1986年，匈牙利学者首次报道了利用微波能从土壤、种子、食品、饲料中分离各种类型化合物。此后，其应用范围逐渐扩展。近年来，该技术在天然药物化学成分提取领域中的应用日益受到重视。
微波指频率在300M～300kMHz（千兆赫）之间的电磁波。介质在微波场中分子会发生极化，将其在电磁场中所吸收的能量转化为热能。介质中不同组分的理化性质（如介电常数、比热容、含水量等）不同，吸收微波能的程度不同，由此产生的热量和传递给周围环境的热量也不相同。用微波炉来加热食物也是这样的工作原理。
微波技术在中药萃取中的应用主要体现在两个方面：一方面通过快速破坏细胞壁，加快有效成分的溶出，另一方面使许多难溶物质在微波的作用下得到较好的溶解，从而提高了萃取的速度和得率。与常规方法相比，具有萃取时间短、溶剂用量少、提取率高、溶剂回收率高、不会破坏天然热敏物质等优点。如微波强化萃取薄荷叶中的薄荷油，与传统乙醇浸提相比，微波处理的薄荷油几乎不含叶绿素和薄荷酮。目前，微波辅助萃取技术的研究尚处于初级阶段。
3.3.5.4 超声波提取技术（Ultrasonic Wave Extraction Method）
中药有效成分大多为细胞内产物，提取时往往需要将细胞破碎，而现有的机械或化学破碎方法有时难以取得理想的破碎效果。超声波是一种频率范围在15～60kHz的高频机械波，它在溶液体系中产生的空化作用可加速植物有效成分溶出，其次级效应，如机械振动、乳化、扩散、击碎、化学效应等，也能加速欲提取成分的扩散、释放并与溶剂充分混合而利于提取。
超声波提取法最大的优点是提取时间短、无需加热、产率高、低温提取有利于有效成分的保护等优点，可以为中药大生产的提取分离提供合理化生产工艺、流程及参数。超声波作用可以激活某些酶与细胞参与的生理生化过程，从而提高酶的活性，加速细胞新陈代谢过程；超声波的热效应、机械作用、空化效应是相互关联的，通过控制超声波的频率与强度可突出其中某一作用，减小或避免另一个作用，以达到提高有效成分提取率的目的。
有学者以姜黄素-乙醇水溶液的浸提过程为研究对象，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，并与升温及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。研究不同频率超声波对提取黄芩中有效成分（黄芩苷）的影响，结果发现：在同一提取时间，频率分别为20kHz、800kHz、1100kHz时，黄芩苷的得率在20kHz下最高，原因是该频率的超声波有利于黄芩苷转移和黄芩苷与水的混合。应用超声波从槐米中提取芦丁的总提取率能达到99.82%。
目前，超声波在天然药物的有效成分提取方面已有了一定的应用。但超声波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声比较大，需注意防护，工业应用有一定困难。而且在大规模提取时效率不高，故仅作为一种强化或辅助手段。
背景知识：声波的频率就是声源振动的频率。所谓振动频率，就是每秒来回往复运动的次数，单位是赫兹，用Hz表示。波是振动的传播，即把振动按原有的频率传递出去。所以波的频率就是声源振动的频率。人耳能引起听觉的声波频率有一定的范围，约在20～20000Hz之间，称为可听声波。高于20000Hz的声波称为超声波。超声波的频率很高，它的应用很广泛。例如用超声清洗玻璃、陶瓷、陶瓷制品的表面污垢，用超声来“击碎”颗粒状物体，进行乳化作用等。超声波波长短，传播和反射时定向效果好。回声探测仪及声呐，常用超声波代替可听声。超声波的穿透能力强，能透射几米厚的金属，利用这一特性和反射能力特性，可以制成超阶级声探伤仪，检查金属内部有无裂缝和缺陷等。此外，超声在医学上应用也逐渐广泛，用超声来诊断和治疗疾病。例如现代医学常用的B型超声诊断仪，其中B型诊断仪可获体内脏的切面声像图。
3.3.5.5 酶提取技术（Enzyme Extraction Method）
中药中各种有效成分与果胶、淀粉、植物纤维等非需成分混杂在一起。这些非需成分一方面影响植物细胞中活性成分的浸出，另一方面也影响中药液体制剂的澄清度。传统的提取方法（如煎煮、醇浸出等）提取温度高、提取率低、成本高、不安全，而选用恰当的酶，可以通过酶反应较温和地将植物组织分解，加速有效成分的释放提取，选用相应的酶可将影响这些非需成分分解除去，也可促进某些极性低的脂溶性成分转化为糖苷类易溶于水成分，从而有利于提取。
目前应用于中药提取方面较多的是纤维素酶，因为大部分中药（植物性药材）的有效成分包裹在细胞壁内，而细胞壁多为纤维素组成，利用纤维素酶能将细胞壁降解，使有效成分破壁而出。在提取穿心莲内酯（穿心莲的主要有效成分）之前，加入纤维素酶对进行酶解，与传统工艺比较，穿心莲内酯提取率大大提高，并且两种提取工艺得到的成分没有区别，说明酶的加入不影响所提取的成分。将纤维素酶应用于薯蓣皂苷元的提取，工艺只比与原工艺多了一步（对药材的酶解处理），但薯蓣皂苷元的收率得到提高。在国内，上海中药制药一厂首先应用酶法成功地制备了生脉饮口服液。
由此可见，酶法是一项很有前途的新技术。但该技术也存在一定的局限性，其对实验条件要求较高，为使酶发挥最大作用，需先通过实验确定，掌握最适温度、最适pH值及最适作用时间等；且酶的浓度、底物的浓度、温度、酸碱度、抑制剂和激动剂等对提取物有何影响，还需要进一步研究，才能拓宽其应用领域。
3.3.5.6 大孔吸附树脂纯化分离技术
大孔吸附树脂是20世纪70年代末发展起来的有较好吸附性能，具有多孔骨架结构的高分子材料。一般为白色的球状颗粒，平均孔径在30～100Å（1Å=0.1nm），粒度为20～60目。它的理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶剂，不受无机盐类及强离子低分子化合物的影响。大孔树脂呈网状结构的微小孔穴，其构成多为苯乙烯型和1-甲基丙烯酸酯型。前者为非极性树脂，后者为中性树脂。又依据树脂的结构、孔径和比表面积的不同，分为不同的类型和型号。根据药液成分的不同，提取的物质不同，可选择不同型号的树脂，不同的树脂有不同的针对性。当药液通过大孔树脂吸附，其中的有效成分吸附在树脂上，再经洗脱回收，可除掉药液中杂质，是一种纯化、精制药的有效方法。
大孔树脂的吸附原理主要是依靠它和被吸附的分子（吸附物质）之间的范德华力，通过它巨大的比表面进行物理吸附而工作的，使有机化合物根据吸附力及其分子量大小可以经一定溶剂洗脱而分开达到分离、纯化、除杂、浓缩等不同目的。此外它的吸附作用与表面电性和形成氢键等有关。操作的基本程序大多是
影响大孔树脂分离纯化效果的因素主要有：树脂的型号、孔径和结构；酸碱度的影响；吸附柱的长度、流速和树脂用量；树脂的预处理与再生；洗脱条件。
中药和天然药物所含成分不同，与树脂结合的方式也不同。以下面四种药材水提液为样本，在LD 605型树脂上进行动态吸附研究，比较其吸附特性参数。表3-2的结果表明除无机矿物质外，其他中药有效部位均可不同程度地被树脂吸附纯化。
表3-2 四种药材水提液在大孔树脂上的动态吸附研究
在中药提取中，同一工艺，不同型号的树脂也会有不同的提取效果。不同结构的大孔吸附树脂对亲水性酚类衍生物的吸附作用研究表明：不同类型大孔吸附树脂均能从极稀水溶液中富集微量亲水性酚类衍生物，且易洗脱，吸附作用随吸附物质的结构不同而有所不同，同类吸附物质在各种树脂上的吸附容量均与其极性水溶性有关。其主要用途是分离、脱盐、浓缩及去除杂质。其优点如下。
①大孔树脂吸附色谱法比表面积大，吸附容量大、选择性好、易于解吸附、机械强度高，再生处理简便、吸附速率快、工艺简单、生产成本低、不受无机物影响，在我国已广泛用于中药有效成分的提取、分离、纯化工作中。
②在中药制剂工艺过程中，应用大孔树脂吸附技术所得提取物体积小、不吸潮、易制成外形美观的各种剂型，特别适用于颗粒剂、胶囊剂和片剂。
3.3.5.7 膜分离技术（Membrane Separation Technology）
用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法，统称为膜分离法。使用膜分离技术（包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等）可以在原生物体系环境下实现物质分离，可以高效浓缩富积产物，有效去除杂质。见图3-6。
图3-6 膜分离技术的分类
由于膜分离可在常温下操作，因此特别适用于热敏性物质，如生物或药物成分的分离和提纯。
中药和天然药物的化学成分非常复杂，通常含有生物碱、苷类、黄酮类等小分子有效成分，同时还含有蛋白质、树脂、淀粉等无效成分。研究表明中药有效成分的分子量大多数不超过1000，而无效成分的分子量在5000以上（需要注意的是，有些高分子化合物具有一定的生理活性或疗效，如香菇中的多糖，天花粉中的蛋白质）。膜分离技术正是利用膜孔径大小特征将成分进行分离提纯，体现出它的优越性，因而在中药领域中的应用日益广泛（表3-3）。
表3-3 中药生产中的膜分离技术
在表3-3所述的几种方法中，目前应用较多的是超滤技术。1万～3万分子量超滤膜可以制备注射用水、输液及中药注射液，5万～7万分子量超滤膜可以制备口服液和固体制剂。如抗厥注射液（复方山茱萸制剂）、刺五加注射液、丹参注射液的制备工艺均可采用超滤法。超滤法制备中药注射液工艺简单，去除杂质和热原，主成分损失率低，可部分脱色，澄明度及制剂稳定性好。用于口服液的澄清，也能较好的保留有效成分，且澄清度、稳定性及除菌效果均比水提醇沉法好。如应用超滤法澄清和精制生脉饮口服液，在澄清度、去杂降浊效果、有效成分含量等方面的考察显示与原工艺相比本法更能去除杂质，保留有效成分。用超滤法提取黄芩苷一次，产率和纯度均高于常规方法。用超滤法制备神宁胶囊，与醇沉法相比能减少中药用量，且有效成分损失少，工艺流程缩短。
膜分离技术在中药生产领域的应用也存在一些问题，如膜的机械强度不高、耐腐蚀性差和使用寿命较短等。但是随着一些新型无机膜的研究的不断深入，膜分离技术必将在21世纪推动中药工业的发展，为社会带来巨大的经济效益和社会效益。
3.3.5.8 超临界流体萃取技术（Super Critical Fluid Extraction，SCFE）
超临界流体萃取是一种以超临界流体（SCF）代替常规有机溶剂对中药有效成分进行萃取和分离的新型技术。超临界流体是指在较低温度下，不断增加气体的压力时，气体会转化成液体，当温度增高时，液体的体积增大，对于某一特定的物质而言总存在一个临界温度（Tc）和临界压力（Pc），高于临界温度和临界压力后，物质不会成为液体或气体，这一点就是临界点。改变气体的温度、压力，使其处于临界温度和临界压力以上，形成一种介于液体和气体之间的流体，此时的流体即为超临界流体（Super Critical Fluid，SCF），这类物质比较多，如二氧化碳、一氧化亚氮、乙烷、庚烷、氨等。超临界流体的性质与气体、液体的性质有比较大的差异，三者性质的比较见表3-4。
表3-4 气体、超临界流体和液体性质比较
从表3-4可以看出，超临界流体既有气体的低黏度和扩散系数，又有液体的高密度和溶解度，因而具有很好的传质、传热和渗透性能，对许多物质有很强的溶解能力；超临界流体的物理化学性质在临界点附近对温度、压力的变化十分敏感，即在不改变其化学组成的条件下，可以用压力及温度连续调节其性质；少量的共溶剂也可大幅度改变超临界流体的性质。它的这些特异性能，使其在医药、化工、食品、香料等方面获得了广泛的应用。由于二氧化碳本身无毒、无腐蚀性、临界条件适中、价廉易得、可循环使用，故成为SCFE技术中最常用的超临界流体，称为超临界CO2流体萃取法。
早在1879年，有关超临界流体对液体和固体物质具有显著溶解能力的这种物理现象就有报道。1978年，建立了世界上第一套用于脱除咖啡豆中咖啡因的工业化SCFE装置。此后各国学者迅速认识到超临界流体的独特物理化学性质，开始进行多方面的研究工作，一度使SCFE成为科学研究领域的热点之一，也使SCFE应用和发展到许多领域。
利用该技术提取中药中的有效成分也是其应用领域之一。许多中药提取分离的SCFE工艺条件被提出，正逐步推广应用到规模生产中去。目前，该技术在我国已成功地应用于银杏叶、金银花、紫草、紫杉、沙棘油、月见草、黄花蒿、白芍、生姜、当归、大蒜、木香等30多种药材的提取。该技术的应用方向有：
①单一成分或几种极性相似成分的提取分离。
②复方中药制剂提取物的提取分离，获得多种成分的萃取物，同类物质按照沸点由低到高逐渐进入超临界相。
③与其他单元操作结合应用来提取分离所需的活性成分，去除非需要成分或有毒成分。如银杏叶提取物（GBE）中酚酸性成分（毒性成分）的去除，可使该类成分降低到10-5级。
④去除或减少粗提取物中有机溶剂残留量、农药残留量及重金属残留量，便于与国际标准接轨。
⑤与色谱、质谱、高压液相色谱等分析仪器联用，成为一种有效的分离、分析手段，能高效、快速地进行药物成分的分析。
与中药传统方法相比，SCFE具有独特的优点。
①萃取能力强，提取率高 用超临界CO2萃取中药有效成分，在最佳工艺条件下，能将要提取的成分几乎完全提取，从而大大提高产品收率和资源的利用率。
②可以在低温下提取 超临界CO2临界温度低（35～40℃），操作温度低，能较完好地保存中药有效成分不被破坏、不发生次生化。因此，特别适合那些对热敏感性强、容易氧化分解破坏的成分的提取。
③完全没有残留有机溶剂 全过程不使用有机溶剂，所以产品是纯天然的。
④超临界CO2还可直接从单方或复方中药中提取不同部位进行药理筛选，开发新药，大大提高新药筛选速度。同时，可以提取许多传统法提不出来的物质，且较易从中药中发现新成分，从而发现新的药理药性，开发新药，进行植物化学的研究，可大大简化提取分离步骤，能提取分离到一些用传统溶剂法得不到的成分，节约大量的有机溶剂。
⑤提取时间快、生产周期短 超临界CO2萃取（动态）循环一开始，分离便开始进行。一般提取10min便有成分分离析出，2～4h便可完全提取。同时，它不需浓缩步骤，即使加入夹带剂，也可通过分离功能除去或只是简单浓缩。
⑥超临界CO2萃取，操作参数容易控制，因此，有效成分及产品质量稳定。
⑦超临界CO2还具有抗氧化、灭菌作用，有利于保证和提高产品质量，经药理、临床证明，超临界CO2萃取中药，不仅工艺上优越，质量稳定且标准容易控制，其药理、临床效果能够保证或更好。
⑧超临界CO2萃取工艺，流程简单，操作方便，节省劳动力和大量有机溶剂，减小“三废”污染。
但是因为SCFE采取的萃取剂均为脂溶性，所以对极性偏大或分子量偏大（一般大于500时）的有效成分提取率较差，此时可以通过加入合适夹带剂进行改善。超临界CO2萃取中药一般采用的萃取装置如图3-7所示。
图3-7 超临界CO2萃取装置
注：1bar=105Pa
超临界流体萃取技术特别适于一些资源少，疗效好，剂量小，附加值高的产品。伴随着高压技术的不断发展和提高，SCFE技术与设备的投资费用将会大大降低，若与其他单元操作结合应用，其效率会更高，对促进中药生产现代化发展将会起到积极的推动作用，在中药提取分离中的应用前景广阔。
3.3.5.9 絮凝沉淀法
絮凝沉淀法是在混悬的中药提取液或提取浓缩液中加入一种絮凝沉淀剂，蛋白质、果胶等与该沉淀剂发生分子间作用，从而沉降，达到精制和提高成品质量目的的一项新技术。
中药制药工业对中药提取液的澄清，最经典的方法是醇沉法。但已有不少报道认为将乙醇作为澄清剂有诸多不合理性，如把不溶于醇的无机物成分作为杂质除去是不妥的，许多具有生物活性与免疫作用的蛋白质、多糖也极易被乙醇沉淀。另外，醇沉法工艺时间长、成本高、损耗乙醇量一般在30%以上，成品中残存的乙醇也可能对药效有所影响。采用絮凝沉淀法应用于中药药液的澄清，不仅可降低成本、缩短生产周期，也能保证制剂稳定性及有效成分的含量。目前在中药提取液的澄清工艺中所使用的絮凝剂种类很多，有鞣酸、明胶、蛋清、101澄清剂、ZTC澄清剂、壳聚糖等。
（1）101澄清剂 为水溶性的胶状物质，安全无毒，不引入杂质并可随沉淀后的不溶性杂质一同除去，通常配成5%的水溶液使用。有研究证明，101澄清剂应用于黄芪、茯苓提取液的澄清，能保持药液中氨基酸与总有机酸等有效成分的含量。应用于麻黄、莲子心、黄连等提取液的澄清，能保证药液中生物碱的含量。应用于玉屏风口服液的澄清，总浸出物与多糖的含量均比药典工艺高。
（2）壳聚糖 壳聚糖又称可溶性甲壳素，是一种含氨基多糖的天然高分子物质，带正电荷，可沉降药液中带负电荷的悬浮物，为一种新型的絮凝澄清剂。用其来澄清白芍提取液，能很好地保留其中的有效成分芍药苷。另有学者考察壳聚糖对80种药材（含有不同成分，不同药用部位）的澄清范围，对其中部分单味药材进行薄层色谱鉴别及含量测定，并将絮凝液与水煎液、醇沉液作比较，结果表明壳聚糖用于大部分单味中药浸提液均能起到一定的澄清作用，保留其中大部分有效成分，并能明显提高多糖和有机酸的转移率。
（3）ZTC天然澄清剂 可除去鞣质、蛋白质、胶体等不稳定成分，并且不影响中药的有效成分，如黄酮、生物碱、苷类、氨基酸、多肽、多糖等。应用于八珍口服液的澄清，药液中芍药苷、氨基酸、多糖、总固体的含量高于水提醇沉法所得药液，药理实验也证明该方法所制得的药液，其作用优于八珍丸。
在中药生产过程中应用的新技术还有高速离心、分子蒸馏等。在此就不一一阐述。