天然药物的提取工艺：以茎为例

2.1.1　原料细胞结构与天然药物提取工艺特性

天然药物的原料来源主要分为植物来源、动物来源、海洋生物来源以及微生物来源四大类。根据其各自细胞组织构造的不同、有效成分的不同，确定不同的提取工艺。

1.植物原料细胞组织构造与天然药物提取工艺特性

植物药是天然药物中最主要的组成部分。植物的根、茎、叶、花、果实等不同的器官均可入药，根据其组织构造的不同，采取不同的提取工艺。

（1）以根为入药部位的天然药物及其提取工艺特性：根是植物体生长在地下的营养器官，同时也是植物体重要的贮藏器官，除贮藏大量的营养物质外，还有许多具有药用价值的有效成分，如人参根中的人参皂苷，甘草中的甘草酸、甘草素，粉防己的粉防己碱等。天然药物中的根类药材比较多，根据具体的药材入药部位又分为根类药材和根皮类药材，如桑白皮和牡丹皮。

根类原料其内部构造主要由表皮、皮层以及维管束构成，含有丰富的薄壁组织及大量的导管、筛管等输导组织。这些组织内部蕴含丰富的植物生长所需的营养物质（如淀粉、蛋白质）及具有药用价值的有效成分。其细胞壁和细胞膜易于被破坏，有效成分易于穿透细胞壁被浸出，同时淀粉、蛋白质也易于浸出。确定提取工艺时利用相似相溶原理，根据根类药材中有效成分类型，选择适宜的溶剂进行提取。如生物碱类成分，可以采用酸水溶液作为溶剂进行提取；皂苷类成分多数采用乙醇水溶液作为溶剂提取。在确定根类原料的提取工艺时，将药材粉碎成块状进行提取即可；对于淀粉含量高的根类药材尤其是块根药材如首乌、山药等应避免将药材粉碎过细，且避免用水作溶剂加热进行提取，否则原料粉末在水中加热会导致淀粉糊化而难以过滤，而用冷水浸提不能破坏细胞壁和细胞膜，提取效果非常不好，在这种情况下最好采用有机溶剂如乙醇等浸提。

（2）以茎为入药部位的天然药物及其提取工艺特性：茎是植物体在地上的营养器官，是联系根、叶，输送水分和营养物质的轴状结构。茎由表皮、皮层和维管束构成。单子叶植物的茎通常只有初生构造，无形成层，只有韧皮部、木质部，中央无髓。双子叶植物的茎在初生构造的基础上形成了次生构造，维管束由韧皮部、形成层、木质部组成，中央含有大量的髓细胞。根据原料的来源将茎类药材原料又分为木质茎、根茎、块茎、球茎和鳞茎五类原料。

1）木质茎原料：又分为树皮、木材和树枝三类：①树皮类原料入药的药材通常来源于裸子植物或被子植物（主要是双子叶植物）茎的形成层以外的部分，组织构造由内向外分为次生和初生韧皮部、皮层和周皮，由木栓细胞、纤维、石细胞、薄壁细胞和分泌细胞构成，富含生物活性物质。常见的树皮类药材有肉桂、杜仲、合欢皮、黄柏和秦皮等。这些原料的表皮具有角质层，且木栓细胞、纤维和石细胞的壁多木化，提取有效成分时应将药材粉碎再浸提，利于有效成分的浸出。有些树皮类原料中含有大量的油细胞，其有效成分主要是挥发油类成分，例如肉桂，提取时应针对挥发油采用特定的提取设备。有些树皮构造中含有大量黏液细胞，从而成分中含有大量树胶类物质，用水加热浸提会遇到困难，这种原料应采用有机溶剂如乙醇浸出。②木材类原料作为药材入药的并不多，可能与木材中纤维素、半纤维素、木栓组织含量高，而有效成分较少有关。这类药材主要有苏木、樟、降香等，由于细胞构造多木化，质地坚硬，细胞壁主要由纤维素组成，提取时将药材进行粉碎即可浸出有效成分。③树枝类和藤茎类原料较常见，如桑枝、钩藤、桂枝等。这些原料具有植物茎的各种组织构造。木质茎的枝条作为原料入药，其质地比较坚硬，虽然组织内部具有很多输导组织，但是原料的有效成分在不粉碎的情况下不易被浸出，必须通过粉碎扩大其提取的表面积。

2）根茎类原料：根茎是植物地下茎的变态，又称根状茎，肉质膨大呈根状。根状茎具有与地上茎一样的特点：先端有顶芽、明显的节和节间之分、节上有腋芽，向下常生有不定根。根茎的形态因种类而异，有的细长，如甘草、白茅等；有的肉质粗壮，如姜、玉竹；有的短而直立，如人参、三七；有的呈团块状，如川芎、苍术；有的具有明显的茎痕，如黄精。根茎类药材都含有丰富的生物活性物质，可以采用水加热提取或者不同浓度的乙醇溶液进行加热提取，均可以大量浸提出生物活性物质。根茎类原料大多也含有淀粉、果胶，且来源于桔梗科、百合科和菊科的根茎类药材还含有菊淀粉，但含量并不高，用水加热提取并不会产生糊化情况。但个别原料淀粉含量过高，不适于采用水加热提取的方法。

3）块茎类原料：块状茎是植物的地下贮藏器官，内部构造具有丰富的薄壁细胞，内含大量的淀粉物质。因此，块茎原料的提取方法与块根药材类似，不能采用热水提取。这类药材原料品种很多，如天南星、半夏、白附子、天麻、知母和元胡等，提取时根据原料中有效成分的性质采用相似相溶原理进行提取，一般均可采用一定浓度的乙醇溶液作为溶剂进行加热提取。此外，如元胡中用于止痛的功效成分主要是生物碱类成分，提取时可以采用酸提碱沉的方法；知母中的有效成分主要是甾体皂苷类成分，提取时常常采用水或者一定浓度的乙醇溶液作为提取溶剂。

4）鳞茎类和球茎类原料：鳞茎类原料的形状呈球状或扁球状，茎极度缩短成鳞茎盘，盘上生有许多肥厚的、贮藏丰富养料的鳞片叶，其顶端有顶芽，叶内生有腋芽。此类药材有贝母、百合、洋葱、大蒜等，这类原料都是百合科的植物。球茎类也是一种肉质肥大呈球状或者扁球状的地下茎，其与鳞茎不同，完全埋于地下，鳞叶稀少，为膜质状，如荸荠、慈菇等。鳞茎类和球茎类原料质地肥厚，含水量高达90%以上，且含有丰富的果胶类成分。此类原料干燥脱水后，细胞膜得以破坏，利于有效成分的浸出。但有的原料由于果胶的存在，加水浸提后形成树胶类成分，导致提取后的过滤难以进行，此时应考虑选择合适的溶剂。

（3）以叶为入药部位的天然药物及其提取工艺特性：叶由叶片、叶柄和托叶三部分组成，以叶为原料的天然药物进行提取时应根据叶子的结构和质地选择适用的提取工艺。叶子的质地分为膜质、纸质、草质、革质和肉质。其中革质叶原料如山茶、广玉兰叶等，质地坚韧而较厚，叶表面蜡质层较厚，提取时应采用亲脂性有机溶剂如苯或三氯甲烷进行处理，去除表面的蜡质，再用水或乙醇进行提取。

（4）以花为入药部位的天然药物及其提取工艺特性：花类药材的原料一般由花梗、花托、花萼、花冠、雄蕊群和雌蕊群等部分组成。常见的以完整的花入药的药材主要有洋金花、菊花、红花和旋复花等；以花蕾入药的主要有辛夷、丁香、金银花和槐米等。这些药材内部构造主要由薄壁细胞组成，结构中含有油室、腺体等分泌组织。新鲜的花类药材可以作为提取挥发油的原料，可以采用挥发油提取装置进行提取。一般的花类药材原料在进行风干或加热干燥过程中，其细胞壁和细胞膜都已经被破坏，因此提取有效成分并不困难，采用常规的乙醇、水等溶剂进行浸提即可。但是如松花粉、蒲黄、油菜花粉等以花粉为药用部位的原料，其花粉细胞壁上有坚固的角质层，还有增厚的纤维壁，主要由果胶质和纤维素组成，具有耐酸碱、耐压、耐温、保护其内容物不受外界侵害的特点，但同时也影响了花粉内容物的有效浸出，因此提取之前必须对花粉机械破壁或者采用酶解或发酵的方法进行预处理，从而提高花粉的提取率，增加花粉的生物利用度。

（5）以果实为入药部位的天然药物及其提取工艺特性：果实类药材包括完整的果实或者果实的一部分，果实由果皮和种子两部分组成。采用果皮或者其中一部分入药的药材特点是细胞中含有丰富的果胶质，可以直接采用有机溶剂进行提取；但用水作为溶剂提取时，果胶质对于有效成分的浸出有影响，若必须采用水作为提取溶剂，则需要利用果胶酶水解果胶质之后再进行浸提。采用果皮和种子一起入药时，如果种子很小，而且果皮已经萎缩，这类原料通常不粉碎，直接煎煮或者浸提。有些果实果皮非常坚硬不开裂，如小坚果、瘦果、翅果等原料种子紧紧被果皮包裹着，直接采用一般的有机溶剂浸提法很难将其有效成分提取出来。因此必须进行预处理，一般采用粉碎、加热、发酵或者加入化学物质进行处理。如亚麻籽种皮外层细胞高尔基体内能够分泌一种果胶类的多糖物质，这种物质在细胞表面常成固体状态，称为黏液质化，吸水膨胀后则成黏滞状态。黏液质附着在亚麻籽表面，而亚麻籽的有效成分是亚麻木酚素，提取时，黏液质的存在会影响亚麻籽种皮与提取液充分接触，从而影响亚麻木酚素的得率。通常利用压榨法获得亚麻油，然后向提取后得到的亚麻粕中加入一定浓度的碱液或者碱醇进行浸提，也可以直接利用机械方法将亚麻籽的外皮脱去再进行提取。

（6）以全草为入药部位的天然药物及其提取工艺特性：全草类生药材是指药用的草本植物或其地上部分。该类药材有的是带有根或者根茎的全株植物，如车前草、仙鹤草、细辛等；大多数药材为不带根的地上部分草本原料，如薄荷、淫羊藿、藿香、青蒿等；有的则是小灌木的草质幼枝，如麻黄；有的是地上部分草质茎，如石斛。这些原料都是草本植物，质地松软，易于粉碎、有效成分的浸出，一般不需要进行特殊处理。

2.动物原料细胞组织构造与天然药物提取工艺特性

动物原料是由动物细胞构成，其基本结构和植物细胞是相似的，但也存在区别，如动物细胞没有细胞壁，只有细胞膜。动植物细胞的化学组成非常不同。植物细胞壁主要由碳水化合物组成，而动物细胞膜主要由蛋白质构成。动植物药材所含的有效成分区别很大，植物细胞中所含有的有效成分主要有生物碱、多酚、萜类及其苷类成分，而动物细胞中主要含有氨基酸、多肽、蛋白质、酶类、激素类以及固醇类。动植物原料在其结构组成和所含有效成分的区别上决定了两者的提取加工方法也是不同的。常见的动物原料有角类、皮类、骨类、蛇类、昆虫类及其代谢物。(www.xing528.com)

（1）角类和骨类原料：生药中常用的角类药材有犀牛角、羚羊角、水牛角和鹿茸。目前犀牛角和羚羊角在入药时常常采用水牛角和山羊角作为替代品。骨类原料有虎骨、豹骨，国家明令天然药物中禁止使用虎骨，因此现在大多采用大型哺乳动物的肩胛骨作为替代品使用，如牛骨、猪骨等。角类实际就是动物裸露在外的骨，结构上与骨类没有太大的区别，都是由胶原蛋白以及胶原纤维所形成的结缔组织构成，基质成分主要是磷酸钙和碳酸钙，结构致密、坚硬。提取前应将原料尽量粉碎得细一些，便于有效成分最大限度地提出。

（2）皮类原料：常用的有驴皮、黄牛皮和猪皮等。皮类原料主要由胶原蛋白组成，多用于制备阿胶、黄明胶和新阿胶。阿胶提取工艺对成品阿胶质量的优劣至关重要。一般采用新鲜皮类原料，粉碎后用匀浆机类设备制成浆状物，再进行加热煮制，这样能够缩短煎煮时间，提高产品质量。

（3）蛇类、昆虫等原料：其有效成分主要是蛋白质、多肽、固醇类成分，药用的蛇类、昆虫类原料均为干燥制品，可以直接采用水浸或者有机溶剂提取。

3.矿物原料构造与天然药物提取工艺特性

从药学观点出发，矿物原料中的阳离子通常对药效起重要作用，因而以阳离子为依据对矿物原料进行分类，常见的矿物生药有：钠化合物类，如芒硝、硼砂等；钙化合物类，如石膏、龙骨、钟乳石、紫石英等；钾化合物类，如硝石等；汞化合物类，如朱砂等；铜化合物类，如明矾、铜绿等；锌化合物类，如炉甘石等；铁化合物类，如磁石等；砷化合物类，如雄黄、雌黄等；硅化合物类，如玛瑙、滑石等。这些矿物原料大多以金属离子成盐的形式存在，因此在提取过程中往往采用水为溶剂进行煎煮提取。当石膏和其他生药材一起进行提取时，石膏多先煎久提。

4.海洋生物原料细胞组织构造与天然药物提取工艺特性

海洋药物是天然药物的重要来源，主要包括海洋动物药、海洋植物药和海洋矿物药。报道较多的海洋生物活性物质的来源包括海绵、海鞘、软珊瑚、软体动物、苔藓虫、棘皮动物、海藻、微藻等。各种海洋生物原料中的主要有效成分及其生物活性见表2-1所示，可以根据选择原料中的目标有效成分，确定相应的提取方案。

表2-1　不同种类的海洋生物中所含的生物活性物质及其作用

5.微生物原料与天然药物提取工艺特性

微生物是肉眼看不到的微小生物的总称，包括原核生物的细菌、放线菌、支原体、立克次体、衣原体，真核生物的真菌（霉菌和酵母菌），此外还有属于非细胞类的病毒和类病毒等。

（1）细菌：是单核生物，根据其生长形态分为球菌、杆菌和螺旋菌。细菌的基本结构包括细胞壁、细胞质膜、细胞质，细菌没有细胞核结构，只有明显的核区，称为拟核，外面无核膜。此外与真核细胞相比，细胞壁的组成也有很大区别，细菌的细胞壁是由一类含有氨基酸的肽聚糖构成，具有固定外形和保护细胞等多种功能，而真核细胞壁主要由纤维素或甲壳素组成。

（2）酵母菌：是单细胞真核微生物。酵母菌细胞的形态通常有球形、卵圆形、腊肠形、椭圆形、柠檬形或藕节形等。比细菌的单细胞个体要大得多，一般为（1～5）μm×（5～20）μm。酵母菌无鞭毛，不能游动。酵母菌具有典型的真核细胞结构，有细胞壁、细胞膜、细胞核、细胞质、液泡、线粒体等，有的还具有微体。由于酵母菌含有丰富的蛋白质、维生素和酶等生理活性物质，医药上将其制成酵母片，如食母生片，用于治疗因不合理饮食引起的消化不良症。体质衰弱的人服用后能起到一定程度的调整新陈代谢机能的作用。

（3）菌丝：是一种管状的细丝，是霉菌营养体的基本单位。把它放在显微镜下观察，很像一根透明胶管，它的直径一般为3～10μm，比细菌和放线菌的细胞约粗几倍到几十倍。

以微生物作为原料确定提取工艺时，如果天然活性物质存在微生物体内，则选择能够穿透细胞壁进入细胞内部将有效物质提取出来的溶剂进行浸提；如果天然活性物质存在于微生物的代谢产物中，即存在于微生物细胞外的培养环境中，则直接选择水或有机溶剂进行浸提即可。