天然产物提取分离新技术的研究进展
综述天然产物提取分离的各种新技术、新方法,为天然产物的开发利用提供参考,为加快新药开发和中药现代化献计献策。
标签： 天然产物;提取分离;新技术
天然产物是药物研发中极具潜力的原料资源,分离纯化天然产物中具有独特生物活性的物质是中药研究的重要基础工作。天然产物有效成分复杂,含量低,难于富集,用传统的分离方法不仅步骤繁琐,能源及材料消耗大,而且产率及纯度不高,尤其难以分离结构和性质相似的组分。随着中药现代化的发展,高新技术不断在天然药物中推广应用。现将近年天然产物提取分离纯化新技术的进展作一综述。
1 超临界流体萃取技术
超临界流体萃取是一种以超临界流体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。超临界流体是温度与压力均在其临界点之上的流体,性质介于气体和液体之间,有与液体相接近的密度,与气体相接近的黏度及高的扩散系数,故具有很高的溶解能力及好的流动、传递性能,可代替传统的有毒、易燃、易挥发的有机溶剂[1]。超临界流体萃取技术在中药生产领域应用较多。目前,通过调节温度、压力、加入适宜夹带剂等方法,已成功地从中药中提得挥发油、生物碱、苯内素、黄酮类、有机酚酸、苷类、萜类以及天然色素等成分。这项技术不仅可提高提取效率,还可大量保存热不稳定及易氧化成分,可提取含量低的成分,以及选择性地提取目标产品[2]。
2 膜分离技术
膜分离技术以选择性透过膜为分离递质,当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)时,原料侧组分选择性的透过膜,以达到分离、提纯目的。膜分离技术具有过程简单、无相变、分离系数大、节能、高效、无二次污染、可常温连续操作、可直接放大等优点,是一项高新技术。膜分离技术在中药领域中的应用将推动中药现代化发展进程,同时还能提高我国中药的附加值,有利于中药出口。可以展望,膜分离技术必将在21世纪推动中药制药工业的迅速发展,为社会带来巨大的经济效益和社会效益[3]。
２００７年第２期 ６月出版 ． 食品工程
ＦＯＯＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ４７
超声波技术在天然产物提取中的应用
Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
谭胜兵
（枣庄学院生命科学系，枣庄２７７１６０） Ｔａｎ Ｓｈｅｎｇ－ｂｉｎｇ （Ｌｉｆｅ ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｚａｏｚｈｕａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚａｏｚｈｕａｎｇ ２７７１６０，Ｃｈｉｎａ）
摘要 简述了超声波作用的基本原理，综述了超
声波技术在天然产物活性物质提取中的应用情况， 得出了超声波技术提取天然产物活性物质有着提
取率高、速度快且不改变有效成分等优点。讨论 了超声波提取中应注意的问题。
关键词天然产物超声波提取率
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｎａｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｂｙ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ａｃ－
ｔｉｖｅ ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｂｙ ｕｈｒｏｓｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｒｏｍ
ｎａｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｈａｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆａ ｈｉｇｈ ｒａｔｅ ｏｆ ｅｘ－ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈｏｕｔ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ．Ｔｈｅ
ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅｅｎ ｐａｉｄ ａｔ－
ｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｎａｔｕｒａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｅｘｔｒａｃｉｏｎｔ—・
天然产物有效成分提取新技术探讨邬元娟１，王文亮２，岳晖１，谷小红１，姜国华１，尚燕３（１山东省农科院中心实验室，济南２５０１００；２山东省农科院原子能农业应用研究所，济南２５０１００；３莱芜市产品质量监督检验所，莱芜２７１１００）
作者简介：邬元娟（１９７７～），女，山东济南人，助理研究员，主要从事食品安全与营养方面的研发。通讯作者：王文亮摘要：本文介绍了几种天然产物有效成分提取的新技术，分析了这些新技术在有效成分提取工艺中的研究应用现状，并对它们的应用前景进行了展望。关键词：天然产物；提取；新技术中国食物与营养Food and Nutrition in ChinaＮｏ．２，２００８２００８年第２期
天然产物活性成分是指从再生资源中提取的具有独特功能和生物活性的化合物，其中许多有效成分是疾病防治、强身健体的物质基础。天然产物安全性高，已成为医药、食品及饲料的重要来源。天然产物活性成分包括有黄酮、多酚、萜类等几百种，其分子主要特点有：相对分子质量较低，从几百到几千；具有一定的极性，可溶于许多有机溶剂中。在天然产物分离纯化上取得突破，开发高效的天然产物分离方法对彻底改变中国天然产物开发层次低、生产方式粗放、技术落后等有重要作用，对我国中药现代化及改造和提升传统中药行业有重要意义［１，２］。１超临界萃取１．１超临界萃取的原理超临界萃取技术（Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ＳＦＥ）一般采用ＣＯ２作为萃取剂，具有工艺简单、无有机溶剂残留、操作条件温和、不易破坏有效成分的优点。超临界流体萃取技术是２０世纪６０年代兴起的一种新型提取分离技术。２０世纪８０年代中期，超临界萃取技术特别是超临界二氧化碳萃取技术逐步应用于中药有效成分的提取分离及分析，是研究和应用较为成功的一项新技术。其原理是利用超临界流体的独特溶解能力和物质在超临界流体中的溶解度对压力、温度的变化非常敏感的特性，通过升温、降压手段（或两者兼用）将超临界流体中所溶解的物质分离出来，达到分离提纯的目的，它兼有精馏和萃取两种作用［１］。１．２超临界萃取的特点与应用超临界二氧化碳萃取技术应用于中草药有效成分的提取具有一系列优点：一是选择性好，可通过对温度、压力的调控改变物质在超临界二氧化碳的溶解度，有针对性地萃取天然产物的有效部位或有效成分。二是操作温度低，能有效防止中药中热敏成分和化学不稳定成分的高温分解和氧化。三是可调节萃取物的粒度，使萃取物达到期望的粒度和粒度分布。四是萃取率高，萃取周期短，溶剂回收方便简单，可循环使用，无污染。超临界二氧化碳对挥发性成分、低分子质量、低极性和脂溶性成分表现出良好的溶解性能，因而用超临界萃取技术提取上述成分具有明显的优越性。对于相对分子质量较大、极性较强的物质的提取，可以通过在萃取时加人夹带剂，提高这些物质在超临界二氧化碳中的溶解度，提高和维持萃取的选择性。随着研究的不断深入，发现全氟聚醚碳酸铵能使二氧化碳与水形成分散性很好的微乳液，从而把超临界二氧化碳萃取技术的应用范围扩展到水溶液体系，现已经使强极性化合物蛋白质的提取成为可能。超临界流体萃取设备属高压设备，一次性投资较大，运行成本高，因此这一技术目前在工业生产中较难普及。但随着国产化、工业化超临界二氧化碳萃取生产设备的开发，超临界萃取技术将在中药提取领域发挥巨大的作用［１，２］。２超声波提取技术２．１超声波提取的原理超声波提取技术（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｗａｖｅ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）是利用超声波产生的强烈的空化效应、机械振动、高的加速度、乳化、扩散、击碎和搅拌作用，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速药物有效成分进人溶剂，促进提取的进行。２．２超声波提取的特点与应用早在２０世纪５０年代，人们就把超声波用于提取花生油和啤酒花中的苦味素、鱼组织中的鱼油等。近年来超声技术逐渐用于中药化学成分的提取，并展示出良好的应用前景。实验表明，超声提取可以缩短提取时间，提高有效成分的提出率，提高药材的利用率，节约能源，并且避免了高温对提取成分的影响。超声波提取技术能提高提取率，但它对提取瓶放置的位置和提取瓶的瓶壁玻璃厚薄要求较高，这两个因素直接影响超声效果，而且目前超声波提取技术主要用在小型实验室，要用于大规模的工业生产，还要解决有关工业设备放大的问题［１，３］。３微波辅助萃取技术３．１微波萃取的原理微波萃取技术（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）是利用微波能来提高萃取效率的一种新技术。微波指频率在３００ＭＨｚ和３００ ｋＭＨｚ之间的电磁波。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。介质中不同组分的介电常数、比热、含水量不同，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。微波萃取技术的原理就是利用不同组分吸收微波能力的差异，使基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对较差的萃取剂中，并达到较高的产率。在微波萃取过程中，溶剂的极性对萃取效率有很大的影响。３．２微波萃取的特点及应用微波萃取技术在天然产物有效成分提取中的优势在于：一是选择性好。微波萃取过程中由于可以对萃取物质中不同组份进行选择性的加热，因而能使目标物质直接从基体分离。二是微波具有极强的穿透力。微波能使天然植物的细胞壁和细胞膜快速破碎，使萃取剂容易进入细胞内。三是加热效率高。微波有利于萃取热不稳定物质，可以避免长时间高温引起样品的分解。四是仪器设备简单、低廉，适应面广。五是试剂用量少，萃取率高，节时、节能、污染小。在微波萃取技术中，存在溶剂水和细胞内水分同时吸收微波以及微波辅助设备的工业放大问题，解决此问题可以采用破壁——浸取联合工艺，先用微波处理润湿的干药材，再用有机溶剂浸提。微波萃取法以其快速的萃取速度和较好的萃取物质量成为天然植物有效成分提取的有力工具，但其萃取机理还需进一步研究，尤其是在国内，微波萃取技术用于中草药提取这方面的研究报道还比较少，其研究和开发的空间和价值极大［１，２，４］。４半仿生提取法４．１半仿生提取的原理“半仿生提取法”（Ｓｅｍｉ—Ｂｉｏｎｉｃ ＥｘｔｒａｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ，简称ＳＢＥ）是近几年提出的新方法。它是从生物药剂学的角度，将整体药物研究法与分子药物研究法相结合，模拟口服药物经胃肠道转运吸收的环境，采用活性指导下的导向分离方法；是为经消化道口服给药的制剂设计的一种新的提取工艺。４．２半仿生提取的特点及应用半仿生提取法的主要特点是：一是提取过程符合中医配伍和临床用药的特点和口服药物在胃肠道转运吸收的特点。二是在具体工艺选择上，既考虑活性混合成分又以单体成分作指标。这样不仅能充分发挥混合物的综合作用，又能利用单体成分控制中药制剂的质量。三是有效成分损失少，成本低，生产周期短。具体的操作方法是将提取液的酸碱度加以生理模仿，先将药粉以一定ｐＨ值的酸水提取，再用一定ｐＨ值的碱水提取，提取液分别滤过、浓缩、制剂。对提取液的最佳ｐＨ值和其它工艺参数的选择用一种或几种有效成分结合主要药理作用为指标，用正交试验法、比例分割法进行优选。在对多个单味中药和复方制剂的研究中，半仿生提取法已经显示出较大的优势和广泛的应用前景。５结论天然产物有效成分的提取技术近几年发展迅速，不断融入新的技术。但是我国在这方面的研究还比较落后，和国外还有相当大的差距。我们要加强这些新技术应用于工业生产的研究，相信随着这些新技术在天然产物有效成分提取领域应用的进一步完善，一定能够使该学科建设提高到一个新的层次。新型分离纯化提取技术
天然产物提取分离新技术
■常温超高压技术
高压生物化学研究已经证明：压力达到一定值，蛋白质、多糖（淀粉、纤维素
）等有机大分子会发生变性，但生物碱、低聚糖、甾、萜、苷、挥发油、维生素等
小分子物质则不发生任何变化。
在高压生物化学的研究中还证明了：高压灭菌的机理是，压力作用于微生物，
使细胞壁变性、破裂，细胞内容物外泄，从而使微生物致死。在肉、鱼、水果、蔬
菜的高压加工中也证实了细胞的这种变化。
超高压提取就是利用了超高压对生物材料的这种作用实现有效成分提取的。植
物细胞壁上有很多微孔，因此我们可以把植物细胞壁看作是由许多微孔组成的薄膜
。当植物细胞处于溶剂中时，溶剂将通过这些微孔进入细胞内部。
1.升压时：
通过渗透作用，溶剂进入细胞内部；由于我们施加的压力非常大，因此通量很
大，细胞内部在短时间内就会充满溶剂。
细胞内部充满溶剂后，细胞壁两侧压力平衡。
2.保压时：
细胞内容物与进入细胞内部的溶剂接触，经过一段时间，有效成分溶于这些溶
剂中。
3.泄压时：
细胞外部的压力减小为零，细胞内部的压力仍然保持平衡时的压力，此时压力
差与施加压力时方向相反。由于我们施加的是超高压，因此这种反方向的压力差仍
然是很大的。
4.在反方向压力作用下，细胞壁变形；如果变形超过了其反向变形极限，细胞
壁破坏；于是，溶解了有效成分的溶剂泄出，与其它溶剂汇合。
5.如果在反方向压力作用下细胞壁的变形仍然没有超过其反向变形极限，细胞
内部已经溶解了有效成分的溶剂将通过渗透作用排出，与其它溶剂汇合。由于反方
向压力差非常大，因此溶解了有效成分的溶剂快速且完全地泄出。 常温超高压提取技术可以使用多种溶剂，包括水、不同浓度的醇和其它有机溶
剂，可以从不同的天然产物中提取不同性质（如生物碱、黄酮、皂甙、多糖、挥发
油）的有效成分。
■超声波提取技术
超声波是一种高频率的机械波。超声场主要通过超声空化向体系提供能量。频
率范围在15-60kHz的超声，常被用于过程强化和引发化学反应，超声波在天然产
