先進(jìn)萃取技術(shù)及裝備在中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用

    中藥材所含成分十分復(fù)雜，既有有效成分，又有無效成分和有害成分。為了提高中藥的治療效果，就要最大限度提取有效成分、去除無效成分及有毒成分。因此，中藥提取是中藥生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?，F(xiàn)階段常用的提取方法有煎煮法、回流法、浸漬法、滲漉法等，但這些提取方法存在著易破壞有效成分、生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)工序多、提取率不高、工藝復(fù)雜、產(chǎn)品純度不高、易殘留有害物質(zhì)等缺點。近10余年來，在中藥提取方面出現(xiàn)了許多新技術(shù)、新工藝，如超臨界萃取、超聲波萃取、微波萃取技術(shù)等，這些新技術(shù)和新工藝的應(yīng)用，提高了中藥提取物質(zhì)量與提取得率，提高了生產(chǎn)效率，加快了中藥現(xiàn)代化與國際接軌的步伐，本文試就這些新技術(shù)、新工藝及裝備應(yīng)用于中藥生產(chǎn)的情況作一比較分析。

1    超臨界流體萃取技術(shù)及裝備

1.1    超臨界流體萃取技術(shù)簡介

　　超臨界流體萃?。ê喎QSCFE）是一種以超臨界流體（簡稱SCF）代替常規(guī)有機(jī)溶劑對中藥材有效成分進(jìn)行萃取和分離的新型技術(shù)，其原理是利用流體在超臨界狀態(tài)下某一區(qū)域內(nèi)與中藥材中的待分離成分具有異常相平衡行為和傳遞性能，且對該成分的溶解能力隨壓力和溫度的改變而在一定的范圍內(nèi)變動，在某一超臨界狀態(tài)下將該成分溶解出來，當(dāng)改變溫度和壓力后，又在某一溫度和壓力狀態(tài)下（仍是超臨界狀態(tài)）將該成分釋放出來以便于收集。超臨界流體萃取是一種新型的分離技術(shù), 它是利用流體在超臨界狀態(tài)時具有密度大、粘度小、擴(kuò)散系數(shù)大等優(yōu)良的傳質(zhì)特性而達(dá)到萃取分離目的的。利用這種SCF作溶劑，可以從多種液態(tài)或固態(tài)物中萃取出待分離組分。

　　一般采用CO2作為超臨界流體，因為CO2是一種很常見的氣體，且無毒無味，不易燃易爆，并且價格低廉，安全高效。CO2在溫度高于臨界溫度Tc＝31.3 ℃、壓力高于臨界壓力Pc＝7.2 MPa的狀態(tài)下，性質(zhì)會發(fā)生變化，其密度接近于液體，粘度接近于氣體，擴(kuò)散系數(shù)為液體的100倍，因而具有驚人的溶解能力。用它可溶解多種物質(zhì)，通過改變溫度和壓力從而改變CO2的溶解能力來達(dá)到提取其中的有效成分的目的。

1.2    超臨界萃取技術(shù)在中藥生產(chǎn)中的應(yīng)用

　　超臨界萃取技術(shù)已廣泛應(yīng)用于：（1）魚油中的高級脂肪酸（EPA、DHA、脫氫抗壞血酸等）的提??；（2）植物或菌體中高級脂肪酸（γ-亞麻酸等）的提??；（3）藥效成分（生物堿、黃酮、脂溶性維生素、甙等）的提??；（4）香料成分（動物香料、植物香料等）的提??；（5）化妝品原料（美膚效果劑、表面活性劑、脂肪酸酯等）的提?。唬?）煙草脫除尼古丁。

　　超臨界萃取技術(shù)現(xiàn)在已應(yīng)用于部分中藥材大批量萃取生產(chǎn)。國內(nèi)已采用超臨界萃取技術(shù)的部份中藥品種如：厚樸酚及和厚樸酚、銀杏黃酮和銀杏內(nèi)酯、青蒿素、大蒜油、莽草酸、靈芝孢子油、沙棘籽油、番茄紅素、大豆卵磷脂、大豆異黃酮、β-胡蘿卜素（螺旋藻）、桂枝、麥冬等。

　　例如，從沙棘籽中萃取沙棘油，現(xiàn)在國內(nèi)已廣泛應(yīng)用超臨界萃取技術(shù)從沙棘籽中萃取沙棘油，并有數(shù)個廠家形成年產(chǎn)20 t以上沙棘油的生產(chǎn)能力。采用CO2作為萃取介質(zhì)，工藝條件為：溫度35～55 ℃，壓力25.0～30.0 MPa。如青?？灯盏律镏扑幱邢薰静捎脺刂菔兄兄扑?a href='http://www.bhmbl.cn/company/' target='_blank'>機(jī)械設(shè)備廠生產(chǎn)的TH321—400×3型超臨界CO2萃取裝置用于沙棘油的萃取生產(chǎn)，取得了較好的效果。

　　但是，超臨界萃取技術(shù)的應(yīng)用也有它的局限性，超臨界流體萃取技術(shù)對于極性偏大的物質(zhì)萃取分離較為困難，也不適于中藥復(fù)方的提取。

1.3    超臨界CO2萃取裝置生產(chǎn)情況

　　目前國內(nèi)生產(chǎn)的最大超臨界萃取裝置規(guī)格已達(dá)3 000 L。隨著超臨界萃取技術(shù)逐步被人們認(rèn)識和應(yīng)用，國內(nèi)已有部分企業(yè)專業(yè)從事超臨界萃取裝置的開發(fā)生產(chǎn)。根據(jù)國內(nèi)超臨界萃取裝置生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力，基本上可以分成24 L以下及24 L以上兩類。24 L以下的超臨界萃取裝置主要由一些研發(fā)力量及生產(chǎn)能力有限的企業(yè)生產(chǎn)，國內(nèi)已經(jīng)有眾多企業(yè)具備24 L以下超臨界萃取裝置的生產(chǎn)能力，而且產(chǎn)品也能完全滿足客戶工藝要求，各個廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品基本上都差不多，產(chǎn)品主要用于中試及小批量生產(chǎn)。24 L以上超臨界萃取裝置在國內(nèi)只有為數(shù)不多的幾家企業(yè)能夠設(shè)計制造，由于是高壓容器，生產(chǎn)廠家必須具備三類壓力容器制造資質(zhì)，所以國內(nèi)許多企業(yè)只是設(shè)計和組裝，高壓容器類主要是靠外協(xié)。目前國內(nèi)生產(chǎn)工業(yè)化超臨界萃取裝置的企業(yè)有溫州市中制藥機(jī)械設(shè)備廠、貴州烏江機(jī)電設(shè)備有限公司、廣州美晨高新分離技術(shù)有限公司等。

2    超聲波萃取技術(shù)及裝備

2.1    超聲波萃取技術(shù)簡介

　　超聲波是一種高頻機(jī)械波。超聲技術(shù)是以物理、機(jī)械振動、電子、材料等學(xué)科為基礎(chǔ)的高新技術(shù)之一，它是以超聲能量使物體或物性某些狀態(tài)發(fā)生變化的應(yīng)用技術(shù)。在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中它對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、防止環(huán)境污染、提高生產(chǎn)效率等具有特殊的潛在能力。將超聲振動應(yīng)用在中草藥提取生產(chǎn)中，是國內(nèi)近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)。

　　超聲波萃取理論依據(jù)：根據(jù)超聲具有空化、粉碎、攪拌等特殊作用，超聲波在液體介質(zhì)中傳播產(chǎn)生特殊的“空化效應(yīng)”，“空化效應(yīng)”不斷產(chǎn)生無數(shù)內(nèi)部壓力達(dá)到上千個大氣壓的微氣穴，并不斷“爆破”產(chǎn)生微觀上的強(qiáng)大沖擊波作用在中藥材上，對植物藥材的細(xì)胞有破壞現(xiàn)象，使溶媒滲透到藥材的細(xì)胞中，以便使藥材中的化學(xué)成分溶于溶媒之中，通過分離、提純獲得所需的化學(xué)成分，加速植物有效成分的浸出提取。

　　國內(nèi)大量實驗表明，超聲波提取可以縮短時間，提高有效成分的提出率，適用于中藥材有效成份的萃取，可以改變傳統(tǒng)的中藥制藥萃取工藝。與水煮、醇沉工藝相比，超聲波萃取具有如下突出特點：

    （1）萃取溫度低。一般在40～50 ℃水溫下進(jìn)行超聲波強(qiáng)化萃取，不會破壞中藥材中某些具有熱不穩(wěn)定、易水解或氧化特性的有效成分；

    （2）常壓萃取，安全性好，操作簡單易行，維護(hù)保養(yǎng)方便；

    （3）萃取效率高。超聲波強(qiáng)化萃取30～50 min即可獲最佳提取率，萃取時間僅為水煮、醇沉法的1/4或更少。萃取充分，萃取量是傳統(tǒng)方法的2倍以上；

    （4）適用范圍廣。絕大多數(shù)的各類中藥材成分均可采用超聲萃取，超聲波萃取與溶劑和目標(biāo)萃取物的性質(zhì)（如極性）關(guān)系不大。因此，可供選擇的萃取溶劑種類多、目標(biāo)萃取物范圍廣泛；

    （5）減少能耗。由于超聲萃取無需加熱或加熱溫度低，萃取時間短，因此能耗大大降低；

    （6）藥材原料處理量大，可以提高數(shù)倍，且雜質(zhì)少，有效成分易于分離、純化；

　　（7）萃取工藝成本低，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2.2    超聲波萃取技術(shù)及裝備的應(yīng)用

　　目前，超聲波中藥萃取裝置主要有以下3種形式：

    （1）采用多邊形換能器，超聲波振子焊接在換能器內(nèi)，超聲波從換能器內(nèi)沿徑向四周發(fā)射；

    （2）圓棒式新型徑向超聲換能器，超聲波可以沿360°方向發(fā)射；

    （3）采用連續(xù)螺旋輸送式超聲萃取機(jī)組，超聲波振子固定在萃取器的外壁，由外向內(nèi)發(fā)射，可以實現(xiàn)連續(xù)自動萃取生產(chǎn)。

　　上述3種方式中，（1）、（2）都是將超聲波換能器沿提取罐軸線置于罐體內(nèi)，只能是間歇式生產(chǎn)，（3）是一種全新的連續(xù)式萃取裝置，可以實現(xiàn)逆流或順流自動提取，自動進(jìn)料、自動排渣、自動過濾，是一種值得研究和推廣的方式。

　　目前，超聲波萃取技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于金銀花、茶多酚、枸杞等中藥的萃取生產(chǎn)。
　　
3    微波萃取技術(shù)及裝備

3.1    微波萃取技術(shù)簡介

　　微波能是一種能量形式，它在傳輸過程中能對許多由極性分子組成的物質(zhì)產(chǎn)生作用，微波電磁場使物質(zhì)的分子產(chǎn)生瞬時極化。當(dāng)用頻率為2 450 MHz的微波能作萃取時，溶質(zhì)或溶劑的分子并以24.5億次/s的速度做極性變換運動，從而產(chǎn)生分子之間的相互摩擦、碰撞，促進(jìn)分子活性部分（極性部分）更好地接觸和反應(yīng)，同時迅速生成大量的熱能，促使細(xì)胞破裂，使細(xì)胞液溢出來并擴(kuò)散到溶劑中。

　　微波輻射過程是高頻電磁波穿透萃取介質(zhì)，到達(dá)物料的內(nèi)部纖維管束和腺胞系統(tǒng)。由于吸收微波能，細(xì)胞內(nèi)部溫度迅速上升，使其細(xì)胞內(nèi)部壓力超過細(xì)胞壁膨脹承受能力，細(xì)胞破裂。細(xì)胞內(nèi)有效成分自由流出，在較低的溫度條件下被取介質(zhì)捕獲并溶解。通過進(jìn)一步過濾和分離，便獲得提取物料。

　　微波輔助萃取技術(shù)主要是依賴微波加熱的特性來實現(xiàn)物質(zhì)的提取或分離。微波輔助提取的研究表明，微波輻射誘導(dǎo)萃取技術(shù)具有選擇性高、操作時間短、溶劑耗量少、有效成分得率高的特點，已被應(yīng)用于環(huán)保方面有機(jī)污染物的提取、中藥及天然化合物的生物活性成分提取等方面。微波加熱屬內(nèi)部加熱，經(jīng)過微波輻射后能富集藥材中的有效成分。與常規(guī)提取工藝相比具有如下特點：

　　（1）傳統(tǒng)熱萃取是以熱傳導(dǎo)、熱輻射等方式由外向里進(jìn)行，而微波輔助提取是里、外同時加熱。沒有高溫?zé)嵩?，消除了熱梯度，從而使提取質(zhì)量大大提高，有效地保護(hù)中藥材中的有效成分；

　?。?）由于微波可以穿透式加熱，提取的時間大大節(jié)?。?/P>

　?。?）微波能有超常的提取能力，同樣的原料用常規(guī)方法需二、三次提凈，在微波場下可一次性提凈，大大簡化工藝流程；

　?。?）微波提取沒有熱慣性，易控制，所有參數(shù)均可數(shù)據(jù)化，和制藥現(xiàn)代化水平接軌；

　?。?）微波提取物純度高，可水提、醇提、脂提，適用廣泛；

　?。?）溶劑用量少（可較常規(guī)方法少50%～90%）。

3.2    微波萃取技術(shù)及裝備的應(yīng)用

　　目前在我國中藥制藥領(lǐng)域，微波萃取已經(jīng)被用于一些中草藥的浸取生產(chǎn)之中，如葛根、苷類、銀杏等。這種新的提取技術(shù)無論是萃取速度、萃取效率還是萃取質(zhì)量均比常規(guī)生產(chǎn)工藝更有優(yōu)勢。

　　微波萃取技術(shù)雖然具有上述諸多優(yōu)點，但是在中藥萃取批量生產(chǎn)中應(yīng)用還不是很多，主要還是進(jìn)行小試及中試方面的研究，實驗室內(nèi)已經(jīng)獲得大量成果，證實了中藥微波萃取技術(shù)有較高的實用價值。

　　微波萃取設(shè)備主要有以下幾種結(jié)構(gòu)：

　?。?）管道式微波萃取設(shè)備：主要由微波源、微波作用腔、輸送管道及儲料罐組成；

　?。?）罐式微波萃取設(shè)備：主要由罐體、微波作用腔、攪拌器、加料口、加液口、微波源、出料口及出液口組成。

　　國內(nèi)大專院校、研究機(jī)構(gòu)大多采用的是第（2）類微波萃取設(shè)備。
 
4    三種先進(jìn)萃取技術(shù)在中藥應(yīng)用的比較

　　超臨界CO2萃取、超聲波萃取、微波萃取技術(shù)與常規(guī)中藥萃取工藝相比，都具有顯著的優(yōu)越性能。

4.1    超臨界CO2萃取技術(shù)的比較

　　超臨界CO2萃取方法與傳統(tǒng)提取方法相比，最大的優(yōu)點是可以在近常溫的條件下提取分離，可以準(zhǔn)確地萃取出所需的有效組分，幾乎保留產(chǎn)品中全部有效成分，無有機(jī)溶劑殘留，產(chǎn)品純度非常高，操作簡單、速度快、節(jié)能，各項工藝參數(shù)易于控制。由于萃取溫度低，且系統(tǒng)密閉，可大量保存對熱不穩(wěn)定及易氧化的揮發(fā)性成分， 為中藥揮發(fā)性成分的提取分離提供了目前最先進(jìn)的方法。用超臨界CO2萃取法可以從許多種植物中提取其有效成分，而這些成分過去用化學(xué)方法是提取不出來的。超臨界CO2萃取裝置可以實現(xiàn)PLC自動控制，對溫度、壓力等工藝參數(shù)進(jìn)行自動控制，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。這項技術(shù)的推廣應(yīng)用一定會加速中藥現(xiàn)化化進(jìn)程，具有廣闊的發(fā)展前景。

　　超臨界CO2萃取工藝對生產(chǎn)設(shè)備的工藝要求較高，一次性投資較大。但是，該工藝在中藥萃取方面的高選擇性、高收率、低毒害是其它所有萃取方法不能比擬的，因而超臨界CO2萃取技術(shù)成為各種先進(jìn)中藥萃取技術(shù)的首選。

4.2    超聲波萃取技術(shù)的比較

　　超聲波萃取技術(shù)具有設(shè)備簡單、操作方便、投資少等優(yōu)點。與常規(guī)提取法相比，提取時間短，生產(chǎn)率高，無需加熱。它主要是利用機(jī)械波的“空化作用”進(jìn)行萃取生產(chǎn)，可以實現(xiàn)連續(xù)自動萃取生產(chǎn)，因而得到一定應(yīng)用。但是，超聲波萃取技術(shù)在裝置放大方面有待于進(jìn)一步研究，以形成一定的數(shù)據(jù)模型，從而進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

　　雖然超聲波萃取技術(shù)與常規(guī)中藥萃取生產(chǎn)相比具有諸多優(yōu)點，但是目前在國內(nèi)超聲波萃取技術(shù)應(yīng)用于中藥萃取批量生產(chǎn)的還不多。超聲波超聲作用的時間和強(qiáng)度需要一系列實驗來確定，而且放大也存在許多問題。有的中藥材在采用超聲波強(qiáng)化萃取出有效成分的同時，也會將不需要的或者有害的成分萃取出來。同時，由于超聲波發(fā)生器工作噪音比較大，需要注意防護(hù)，因此在工業(yè)應(yīng)用方面存在一定的局限性。

4.3    微波萃取技術(shù)的比較

　　微波萃取技術(shù)是利用微波對中藥材內(nèi)外同時進(jìn)行熱輻射而達(dá)到萃取出有效組分的目的，具有萃取溫度低、萃取效率高、工藝簡單、設(shè)備投資少等特點。微波萃取技術(shù)推廣應(yīng)用的一個焦點便是微波萃取設(shè)備的微波泄漏可能對人體產(chǎn)生的危害。目前，專業(yè)工業(yè)微波機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)廠家出廠的微波泄漏標(biāo)準(zhǔn)按照國家規(guī)定控制在1 mW/cm2以下，不論管道式或者罐式微波萃取設(shè)備，封閉性均較強(qiáng)，均能夠達(dá)到微波泄漏標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　微波萃取技術(shù)的缺點是實現(xiàn)自動化生產(chǎn)比較困難，不能與其它儀器實行在線聯(lián)機(jī)，微波萃取裝置設(shè)計方面還有待于進(jìn)一步研究探討。同時，微波萃取技術(shù)及裝置還少有應(yīng)用于中藥萃取大批量生產(chǎn)的報道。

5    結(jié)論

　　本文介紹了超臨界流體萃取、超聲波萃取、微波萃取技術(shù)及裝備應(yīng)用于中藥萃取生產(chǎn)的情況，分析了上述3種萃取技術(shù)的適用范圍及應(yīng)用前景。通過分析可得出這樣一個結(jié)論：超臨界CO2萃取技術(shù)成為各種先進(jìn)中藥萃取技術(shù)的首選。