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非热提取技术在中药提取中的应用进展

https://www.cphi.cn   2022-05-17 10:31 来源:CPhI制药在线 作者:沙罗

非热提取技术实现了中草药中的活性成分免于热降解损耗、能耗低、环境污染小等优点,同时由于非热提取技术通常在室温或稍高于室温的环境下工作,导致其对具有挥发性的活性物质提取有了更加明显的优势。

非热提取技术在中药提取中的应用进展

       索氏法、热回流法、煎煮法等传统热提取方法作为中药有效成分提取的主流方法,但由于加热温度和时间的因素,常常导致中药材不稳定成分的热降解或化学变化。因此,开发新的非热力提取技术与方法,对最大 程度保留中药功效物质基础与新功效物质基础的发现与分析具有重大意义。

       非热提取技术发展迅猛,包括超临界流体提取、机械化学辅助提取、超声辅助提取、高压脉冲电场提取、超高压提取、真空提取以及不同技术的交叉结合等。非热提取技术实现了中草药中的活性成分免于热降解损耗、能耗低、环境污染小等优点,同时由于非热提取技术通常在室温或稍高于室温的环境下工作,导致其对具有挥发性的活性物质提取有了更加明显的优势。

       1.非热提取技术的分类

       1.1超临界流体提取

       超临界流体(SFE)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。影响SFE提取效率的主要因素数有:提取压力、提取温度、夹带剂种类及含量、CO2流量、提取时间。植物精油或挥发油是中药热敏性成分的主要来源,传统采用水蒸气蒸馏法提取获得,但水蒸气蒸馏法有着效率低、耗时长、活性成分易分解等缺点。挥发油化学成分的分子量小,在超临界流体中的溶解度大,因此SFE在提取中药挥发油方面已得到广泛应用。利用水蒸气蒸馏法、SFE、有机溶剂热回流提取三种方法提取中药桂枝的挥发油成分,发现SCF得率(5.91%)均高于水蒸气蒸馏法(0.38%)与热回流提取法(1.23%)。

       1.2机械化学辅助提取

       机械化学辅助提取(MAE)是在高性能研磨设备球磨罐内将已初步粉碎的药材与低磨耗、硬度高、表面抛光度好的研磨球(如氧化锆)混合,借助高强度机械力作用对药材进行充分的碾磨、剪切与挤压形成超微粉状态,使药材颗粒比表面积增加、促进细胞破壁与理化性质变化,从而提高活性成分的溶出度而提高提取率的提取技术。影响MAE提取效率的主要因素有:球料比、助磨剂种类及其含量、球磨时间、提取时间、液料比、酸化pH值。MAE主要在常温下主要以水为提取溶剂,避免了活性成分的热降解与传统有机溶剂对环境的污染,反应清洁、安全、效率高,可通过加入不同种类固相助磨剂选择性分离目标成分。目前的研究仅限于实验室小试研究,尚未进入工业化应用阶段。

       MAE用于植物黄酮成分提取的报道最多。采用MAE从银杏叶中提取银杏黄酮并对比传统热回流提取效率。最 佳工艺条件下,MAE的提取时间为30min,提取温度为室温,提取溶剂为水,得率为6.85%;而传统热回流提取时间为240min,提取温度为70℃,提取溶剂乙醇溶液,得率为6.43%,略低于MAE得率。因此,MAE提供了一种具有短提取时间、更低提取温度和避免有机溶剂污染而替代传统提取工艺的提取策略。

       1.3超声辅助提取技术

       超声波辅助提取(UAE)是指将药材放置在超声换能器的超声场中,利用超声波带来的振动加速被提取物摆脱固态基质束缚,进而扩散到液态溶剂中,从而提高分离速率的一项提取技术。其原理主要是将超声波振动带来的空化效应,强大的压力使得植物的细胞壁瞬间破裂,促进细胞内活性成分溶出。影响UAE提取效率的主要因素有:超声波频率与强度、超声时间、提取温度、溶剂类型。UAE的仪器装置相对简单、经济,成为了中药提取的一种常规制备方法。此外,UAE不受药材中化合物极性、分子量大小的限制,广泛适用于各类药材,在中药成分提取方面已得到工业级应用。

       1.4高压脉冲电场提取

       高压脉冲电场(HIPEF)是采用与容器绝缘的两个电极通过高压电流产生电脉冲使物料破壁的一种非热加工或提取方法。目前,HIPEF的作用机理有着诸多假设,包括电崩解理论和电穿孔假说。使用HIPEF法处理原料时,原料受到相同大小且均匀分布的电场强度处理,适用于能溶于水、乙醇等溶剂的各种中药有效成分的提取。HIPEF目前主流应用于食品营养成分的提取与保存。因其具有处理时间短、处理过程产热小、不破坏活性成分、污染小等优点逐渐应用于中药有效成分的提取。将其应用到半固体原材料橄榄油油渣中,发现HIPEF可以更高效地富集酚类化合物,富集时间从传统方法的1h缩短至12min。从人参中提取人参皂苷,HIPEF仅需2min,而传统热回流提取需长达6h。可见,HIPEF具有处理时间短、耗能低、提取率高的优势,并逐步应用于中药提取。

       1.5高静压提取

       高静压提取技术(HHPE)是将原料与溶剂混合液加压至100MP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。HHPE最早用于食品的杀菌与贮存,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。HHPE仪器设备相对复杂,但操作时间极短,在密闭环境中没有溶剂挥发。中药活性成分延胡索乙素为一种热不稳定成分,实验温度超过60℃时会加速延胡索乙素的氧化降解。运用HHPE法提取中药元胡中的延胡索乙素,仅用了30秒的提取时间,得率为0.596%,超出传统回流提取率的25.2%。

       1.6真空提取

       减压或真空提取(VE)是利用抽真空系统制造负压条件,溶媒在负压条件下沸点降低从而在较低温度下使溶液处于沸腾状态的提取方法。通过减压处理,可以将水的沸点可以降低60℃以下或乙醇的沸点降低至50℃以下进行药材提取,从而提高热敏性成分的提取率。真空度、溶剂类型是VE用于中药材有效成分提取效率的主要影响因素。虽然单纯采用VE法提取中药材的适宜用于热不稳定成分的提取,而热稳定成分的溶出率与上述其他方法相比效果较为局限。因此将VE与其他技术交叉结合进行优势互补,例如与超声或微波提取技术相耦合,一方面克服了超声提取无法加热实现溶剂沸腾状态的提取优势,另一方面降低溶剂沸点从而避免微波产生的高热对热敏性成分的破坏,从而进一步提高提取效率。

非热提取方法技术特点与优缺点比较

       “中药绿色制造”成为了中药制药行业的新趋势,非热提取技术与传统热提取方法相比较,其主要优点有操作简便、耗时较短、安全,同时可以在稍高或低于室温的条件下,用于提取中药中具有热敏性的活性成分时,对溶剂的要求也更加宽泛,目前这些技术已经应用于诸多活性物质如多酚、生物碱、皂苷、黄酮、挥发油、多糖等的提取过程。非热提取技术的纯净、安全、保持有效成分活性、不易受热分解、稳定性强、提取率高,能够提取生物活性更高以及质量更佳的中药提取物的特点,因而成为了中药提取工业中一种具有相当发展潜力的高新提取分离方法。

       参考文献:

       [1]游越,杨菁菁,姜壮壮,赵阳,陶丽. 非热技术用于中药热不稳定成分提取研究进展[J]. 中医药学报,2021,49(12):117-121.

       [2]薛峰,黄剑宇,吴浩,李俊松,狄留庆,乔宏志. 现代中药加工技术研究进展[J]. 南京中医药大学学报,2020,36(05):727-735.

       作者简介:沙罗,中药研发工作者,现就职于国内某大型药物研发公司,致力于中药新药的研究开发。

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