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第二节 中药有效成分常用提取方法
中药有效成分的提取是研究中药化学成分的基础,也是中药临床应用及新药研制过程中的重要环节。在实际操作中,应根据被提取成分的主要理化性质以及各种提取分离技术的原理和特点综合选定提取方法,使目标成分能够充分地被提取出来。中药有效成分的常用提取方法主要有溶剂法、水蒸气蒸馏法、超临界流体萃取法、超声提取法、微波提取法等。
一、溶剂提取法
溶剂法是应用最普遍的中药提取方法,是根据目标成分的溶解性来选用合适的溶剂和方法进行提取的方法。
(一)基本原理
溶剂法的基本工作原理是溶剂穿透药材的细胞膜,溶解可溶性物质,形成细胞内外溶质的浓度差,使溶质渗出细胞膜,从而达到提取目的。
(二)提取溶剂 1.溶剂选择原则
选择溶剂的基本原则是依据“相似者相溶”原理,为最大限度地提取所需要的化学成分,选择对目标成分的溶解度大、对杂质的溶解度尽可能小且不与目标成分发生意外的化学反应的溶剂。同时,优良提取溶剂还应具备沸点适中、安全低毒、价廉易得等特点。
2.常用溶剂
依照极性的不同,常用的提取溶剂可分为三类,即亲水性有机溶剂、亲脂性有机溶剂和水。
(1)亲水性有机溶剂:
亲水性有机溶剂主要包括甲醇、乙醇和丙酮,甲醇、乙醇是最常用的提取溶剂,因为它们能与水以任意比例混合且又能与大多数亲脂性有机溶剂混合,穿透药材细胞的能力较强,能溶解大多数中药成分。一般来说,甲醇提取效果优于乙醇,但因毒性较大,多数情况下仅在实验室基础研究中应用,工业化生产中常用乙醇为溶剂。
(2)亲脂性有机溶剂:
常用的亲脂性有机溶剂主要包括三氯甲烷、乙酸乙酯、石油醚、苯等。可根据成分的溶解性要求,将固体药材用适宜的亲脂性溶剂进行提取,如石油醚可用于种子类药材的脱脂或提取挥发油、游离的甾体及萜类化合物,乙酸乙酯可提取出游离生物碱、有机酸、黄酮及香豆素等化合物,而三氯甲烷通常用于生物碱的提取,正丁醇通常用于皂苷类成分的提取。
(3)水:
除可以水提取常见的水溶性成分(鞣质、多糖、某些苷类、活性蛋白质、氨基酸等)外,还可以选用特定浓度的酸水溶液、碱水溶液来分别提取生物碱或黄酮、香豆素等酚酸类成分。
常用的提取溶剂按极性由弱到强的顺序如下:石油醚<四氯化碳<苯<二氯甲烷<三氯甲烷<乙醚<乙酸乙酯<正丁醇<丙酮<乙醇<甲醇<水。
(三)具体操作方法 1.煎煮法
该法操作简便,是将中药粗粉加水加热煮沸提取。中药中的大部分成分可通过煎煮法被不同程度地提取出来,但该法不适宜含挥发性成分及受热易破坏的成分的提取。此外,多糖类成分含量较高的中药煎煮后的药液黏度较大,滤过困难,不适于采用此法。
2.浸渍法
该法系将中药粗粉置于适宜的密闭容器中,加入溶剂浸渍一定时间,反复数次,合并浸渍液,减压浓缩即可。此法一般不加热,故适用于遇热易破坏或挥发性成分的提取,也适用于淀粉或黏液质含量较高的中药的提取。但该法提取时间长、效率不高,且以水为提取溶剂时应注意防止霉变。
3.渗漉法
该法是将药材粗粉装入渗漉装置中,以水或不同浓度醇为溶剂进行提取(图1-1)。由于是动态提取,可以随时保持细胞内外较大的浓度差,因此提取效率一般高于浸渍法,对受热易破坏的成分比较实用。
4.回流提取法
该法以有机溶剂为提取溶剂,在回流装置中加热进行。第一次回流一定时间后滤出提取液,然后加入新鲜溶剂重新回流,如此反复数次,合并提取液,减压回收溶剂。此法提取效率高于渗漉法,但受热易破坏的成分的提取不宜应用。
5.连续回流提取法
该法是应用索氏提取器实现连续回流提取的一种方法,是回流提取法的发展,具有操作较简便、溶剂消耗少、提取效率高等特点(图 1-2)。
图1-1 渗漉操作装置示意图
图1-2 连续回流装置示意图
综上可见,影响溶剂提取法的提取效果及提取效率的因素较多,最主要的是要综合选择合适的溶剂与方法,其次对药材的粉碎度、提取温度及时间等方面进行参数优化。特别是工业化生产时,需对这些因素整合分析,以确定最优的提取工艺。
二、水蒸气蒸馏法
水蒸气蒸馏法主要用于提取中药中的挥发油或其他能随水蒸气蒸馏而不被破坏的难溶于水的成分,可利用油水分离器或有机溶剂萃取操作将这类成分从馏出液中分离。
(一)操作方式
水蒸气蒸馏法常采取的操作方式主要有共水蒸馏(原料与水接触)、隔水蒸馏(原料置于筛板上,与水不直接接触)、蒸气蒸馏(在提取系统中通入热蒸气对原料进行加热提取)等。
近年来,水扩散蒸气蒸馏方式开始应用。该方法是使蒸气由提取器顶部进入,至上而下逐渐向原料渗透,同时将原料中的空气推出,其水散和传质出的精油无须全部气化即可进入冷凝器,所得挥发油产品的品质较好,提油率高,提取时间短,具有很显著的优势。
(二)应用特点
提取时间一般较长,在高温下结构容易发生变化的成分不适用此法提取。
三、超临界萃取法
超临界萃取法是一种集提取和分离于一体的新技术,近二十年来在中药多种成分类型的提取分离中都有一定的应用,尤其是脂溶性成分(如挥发油、木脂素等)应用效果更理想。
(一)应用特点
超临界流体是处于临界温度和临界压力以上、同时具有液体和气体的双重特性的流体,它的密度与液体相似、黏度与气体相近,扩散系数比液体大100倍。物质的溶解过程包括分子间的相互作用和扩散作用,物质的溶解与溶剂的密度、扩散系数成正比,与黏度成反比,因此超临界流体对许多物质有很强的溶解能力。
超临界流体萃取中药成分的主要优点包括:①可以在接近室温下进行提取,防止某些对热不稳定的成分被破坏。②萃取过程中几乎不用有机溶剂,萃取物中无有机溶剂残留。③提取效率高,节约能耗。
(二)常用的超临界流体
可以作为超临界流体的物质很多,实际应用较多的是CO 2。CO 2的临界温度(T c=31.4℃)接近室温,临界压力(P c=7.37MPa)相对较低,易于操作,同时CO 2呈化学惰性,价廉易得,在中药超临界萃取中最为常用。
CO 2超临界流体对物质溶解作用有一定选择性,主要与物质的极性、沸点、分子量关系密切。极性较小的化合物如酯、醚、内酯和含氧化合物易萃取,化合物极性基团多则萃取较难。对此,一般采用在超临界流体萃取中加入夹带剂的方法予以解决。夹带剂是在被萃取溶质和超临界流体组成的二元系统中加入的第三组分,常用甲醇、乙醇、丙酮等。
四、超声提取法
超声提取法是指利用超声波所产生的空化效应、机械效应和热效应以及其穿透性强、能量集中等特点辅助中药有效成分提取的一种方法。超声波是一种弹性机械振动波,能迅速破坏中药材的细胞,使溶媒渗透到细胞中,从而加速有效成分的溶解,提高其浸出率。
2015年版《中国药典》一部收载的药材饮片、成方制剂和单味制剂、植物油脂和提取物中,使用超声法进行有效成分提取的实例占50%以上,体现了超声提取在中药与中药复方制剂的提取与分析检测中的重要性。
五、微波提取法
微波提取是利用微波能进行中药成分辅助提取的一种技术。在微波场中,不同物质的介电常数、比热、性状及含水量不同,会导致各种物质吸收微波能的能力不同,其产生的热能及传递给周围环境的热能也不同,这种差异可以使提取体系中的某些组分被选择性加热,从而使被提取物质在成分体系中被选择性加热,从成分体系中转入到介电常数小、微波吸收能力差的溶剂中。
微波辅助提取技术具有以下应用特点:①不需要进行干燥等预处理,工艺简单。②加热效率高,升温快速均匀,节约能源。③溶剂用量少,可降低成本。④选择性高,提取物中杂质相对较少。⑤能避免长时间高温引起目标化合物分解,特别适用于处理对热敏感的成分。因此,将微波技术应用于植物细胞破壁是一种快速、安全、节能的提取胞内耐热物质的新工艺。传统的溶剂提取法如浸渍法、渗漉法、回流提取法等均可以利用微波进行辅助提取。目前微波提取技术已被广泛用于提取生物碱、多糖、挥发油、萜类等多种中药有效成分。
除以上几种方法外,半仿生提取法、酶辅助提取法、加速溶剂萃取技术以及组织破碎提取法、压榨法、升华法等也常被用于中药化学成分的提取,可以根据欲提取成分的性质综合选用。