一、提取过程
提取过程的实质就是药材中的可溶性成分由药材固相转移到溶剂液相中的传质过程,以扩散原理为基础。无细胞结构的中药材(矿物药、树脂类药材等),其成分可直接溶解或分散于溶剂中;而对于具有完好细胞结构的中药材而言,其浸出过程一般包括下列相互联系的几个阶段:
(一)浸润与渗透
当药材与浸出溶剂接触后,溶剂首先附着于药材表面使之润湿,然后通过毛细管作用或细胞间隙渗透进入细胞组织中。在浸出时,要注意“相似相溶”原理的应用。大多数药材中的成分均带有极性基团,容易被极性溶剂润湿,如果药材中含油脂较多时则应先脱脂;当选用非极性溶剂进行浸出时,应将药材充分干燥。
(二)解吸、溶解
干燥药材中的有效成分往往被药材组织吸附,溶剂必须先解除这种吸附作用,即解吸,才能使药用成分进入溶剂中,即溶解。
(三)扩散
浸出溶剂溶解有效成分后,在细胞内形成浓溶液,而使细胞内外出现较高的浓度差和渗透压差,细胞内溶液浓度高,使溶质不断向细胞外扩散,直到细胞内外浓度相等,因此,浓度差是渗透和扩散的推动力,也是浸出的主要动力。若能在浸出过程中保持较大的浓度梯度,则扩散速度快,浸出效率高。
(四)置换
当扩散达到平衡时,浸出过程就无法再进行下去,此时,必须重新建立良好的浓度梯度才能使有效成分继续被提取出来。例如进行搅拌或更换新鲜溶剂,使扩散继续进行,直到有效成分提取完全。
【案例导入】
作为青蒿素研发成果的代表性人物,我国女科学家屠呦呦获得了2015年诺贝尔生理学或医学奖。当时研究团队通过查阅整理文献筛选出一些重点药物,其中包括青蒿,但最初曾因为用水煎或乙醇提取后抗疟结果并不好而将其放弃。其后,屠呦呦在重新复习东晋葛洪《肘后备急方》时,发现其中记述用青蒿抗疟是通过“绞汁”,而不是传统中药“水煎”的方法来用药的,由此想到采用乙醚低温提取这一关键性步骤,最终分离获得的第191号青蒿中性提取物样品,显示出其对鼠疟原虫100%抑制率的令人惊喜的结果。讨论:
1.为什么李时珍的《本草纲目》记载青蒿能“治疟疾寒热”,但开始青蒿提取物的抗疟效果并不理想?
2.提取溶剂和提取方法不同对药效有影响吗?
二、影响提取的因素
(一)药材性质
1.药材的粉碎程度 一般来说,药材粉碎得越细,粒径越小,其与溶剂接触面越大,扩散速度就越快,因此,药材应事先进行适当粉碎。但是,如果药材粉碎得过细,会造成大量细胞破裂,使细胞内大量不溶物及较多的树脂、黏液质等成分进入浸出液,使浸出液黏度增大、扩散速度变慢,并且使浸出杂质增多,给后续过滤、精制操作带来困难。因此,药材的粉碎程度应根据药材的性质、浸出溶剂确定。
2.药材中的成分 药材中的有效成分多为小分子物质,由于小分子的成分溶解和扩散速度较快,因此最初的浸出液中含有较多有效成分。药材中的大分子物质多为无效成分,其溶解、扩散较慢,浸出时间越长,浸出的杂质相应也会增多。
(二)提取溶剂
1.提取溶剂
(1)水:极性大,安全价廉,溶解范围较广。广泛用于药材中生物碱、苷类、多糖、氨基酸、微量元素、酶等有效成分的提取。但浸出针对性或选择性差,易浸出大量无效物质和杂质,为浸提液滤过、精制带来困难;且浸出液易霉变;也能引起某些有效成分的水解。
(2)乙醇:能与水以任意比例混溶,调节其极性和溶解性,使其既可溶解极性成分,也能溶解亲脂性成分。
(3)其他溶剂:主要有丙酮、氯仿、乙醚、石油醚、乙酸乙酯、正丁醇等,如新鲜动物药材的脱脂或脱水,常用丙酮与水以任意比例混溶浸提;氯仿、乙醚、石油醚等非极性溶剂,可用于挥发油的浸提等。但这类溶剂由于安全性差,价格较高,在实际生产中很少应用。
2.浸提辅助剂
(1)酸:通过加酸,可以降低溶媒的pH,促进生物碱、有机酸类成分的浸出,除去酸不溶性成分,提高浸出效率。常用的酸有硫酸、盐酸、醋酸、酒石酸、枸橼酸等。用量不宜过多,一般浓度为0.1%~1%。但应注意酸对设备、管道等可能会有腐蚀作用。
(2)碱:通过加碱,可升高溶媒的pH,促进偏酸性有效成分的溶出、碱性成分的游离等,并除去在碱性条件下不溶解的杂质,提高浸出效率。主要用于提高生物碱和皂苷的溶出率。常用的碱为氢氧化钠、碳酸钙、碳酸钠等。
(3)表面活性剂:加表面活性剂可促进中药材表面的浸湿、浸润,缩短有效成分的浸出时间。常用的表面活性剂为聚山梨酯20、聚山梨酯80等非离子型表面活性剂。
(三)提取工艺条件
1.浓度梯度 药材组织内外溶液之间的浓度差是扩散作用的主要动力,浓度梯度越大,扩散速度越快,浸出效率越高。通过不断搅拌或使浸出液强制循环、采用渗漉法等动态提取方法等都有助于增加浓度梯度。
2.浸出温度 温度升高可使可溶性成分的溶解度增大,扩散速度加快,有利于药材的浸出。但也会使不耐热成分破坏、易挥发性成分挥发损失,还能使无效成分的浸出量增加,产生不利影响。一般在保证药材有效成分不被破坏的情况下,维持浸出温度在溶剂沸点温度下或接近于沸点温度对浸出比较有利。
3.浸出时间 一般浸出时间越长,有效成分的浸出越完全。但当扩散达到平衡后,时间便不起作用。所以浸出时间应根据具体药材的性质、浸出溶剂、浸出方法等来确定。
4.浸出压力 对于组织坚实的药材,提高浸出压力有利于加快浸出溶剂对药材的浸润和渗透,从而加速浸出。但对组织松软、容易润湿药材的浸出则影响不大。
5.新技术的应用 应用超临界二氧化碳萃取技术、超声波提取技术、酶提取技术等新技术,可以缩短浸出时间、提高浸出效果,也有助于提高浸出制剂的质量。
三、中药有效成分的方法
常用的中药提取包括煎煮法、浸渍法、渗漉法、回流法、超临界流体萃取法等。应根据药材的性质、溶剂的性质、剂型要求与生产实际等因素选择合适的浸出方法。
(一)煎煮法
1.定义 煎煮法是指以水为溶剂,将药材加热煮沸一段时间以浸出药用成分的浸出方法,又称水煮法或水提法。但某些对热不稳定的,易水解、酶解或挥发性成分在煎煮过程中易被破坏或损失。此外,煎煮法得到的浸出液往往含杂质较多,给后续精制工序带来麻烦,水浸出液也易霉败变质,应及时处理。
2.适用范围 本法适用于有效成分溶于水且对湿热较稳定的药材,有效成分尚不清楚的中药或方剂进行剂型改进时也常用此法。
3.工艺流程 配料→粉碎→加水浸泡→煎煮2~3次→过滤→合并各次煎液。
按照处方要求将所需药材配齐,准确称量,粉碎成适当程度,置于适当的煎煮器中,加水没过药材,浸泡适宜时间后加热至沸腾,保持微沸状态一定时间,分离煎出液,药渣依次再加水煎煮,一般2~3次或至煎出液味淡为止。合并煎出液,静置,过滤即得。
4.操作及注意事项
(1)煎煮容器:小量制备可用陶制器具或砂锅,大量生产选用不锈钢或搪瓷制容器。直接接触药材的部分忌用铜、铁制品。铝器对多数药材适用,但煎出液pH为1~2或pH为10时,煎液可检出铝离子。
(2)煎煮用水:宜采用纯化水或经过软化过的饮用水,防止水中钙、镁等离子与药材成分发生沉淀反应。一般第一次用药材量8~10倍的水,第二次用6~8倍的水,具体可以根据药材的质地、煎煮的时间以及煎煮设备加以调整。
(3)药材粒度:药材粒度要根据药材质地、所含成分等确定。实际生产中,对全草、花、叶及质地疏松的根及根茎类药材,可以直接入煎或切段、厚片入煎;对质地坚硬、致密的根及根茎类药材,应切薄片或粉碎成粗颗粒入煎;对含黏液质、淀粉较多的药材,不宜粉碎而宜切片入煎,以防煎液黏度增大,妨碍成分扩散,甚至焦化煳底。
(4)药材浸泡:药材饮片通常先用冷水浸泡20~60 min,使药材组织充分软化膨胀,以利于溶剂的渗透和有效成分的浸出。如用沸水浸泡或直接煎煮,会使药材表面的淀粉糊化、蛋白质凝固,妨碍水分进入细胞内,从而影响有效成分的浸出。
(5)煎煮火候:一般先用大火煮沸,再用小火保持微沸状态,即先武火后文火。小量生产可以使用直火加热,大生产通常采用蒸汽加热。
(6)煎煮时间和次数:煎煮时间应根据药材的质地、数量、煎煮工艺与设备的不同确定。生产上一般每次煎煮1~2h,煎煮2~3次。
5.常用设备 小量生产常用敞口可倾式夹层锅(图15-1),该设备是敞口操作,水分蒸发大,易受污染。目前中药制剂生产企业普遍采用的提取设备是多功能提取罐(图15-2)。
图15-1 搅拌倾式夹层锅
图15-2 多功能提取罐
(二)浸渍法
1.定义 浸渍法是指将药材用适当的溶剂在常温或加热条件下浸泡而浸出有效成分的一种方法。浸渍法操作简单易行,浸出液的澄明度较好;但浸渍法为静态提取法,浸提效率差,有效成分浸出不完全,操作时间长。
2.适用范围 本法适用于遇热易破坏、易挥发的药材;黏软性、无组织结构的药材,如乳香、没药等;新鲜和易膨胀的药材;不适用于贵重药材、毒性药材及有效成分含量较低的药材。
3.工艺流程 配料→粉碎→浸渍→分离上清液→压榨药渣→合并静置→过滤→浸出液。
按照处方要求将所需药材配齐,准确称量,适当粉碎,置有盖容器中,加入定量的溶剂、密盖,间歇振摇,浸渍规定时间,倾取上清液,过滤,压榨残渣,收集压榨液和滤液合并,静置24 h过滤,即得。按照浸出的温度和浸渍次数不同,可分为冷浸渍法、热浸渍法和重浸渍法。
(1)冷浸渍法(常温浸渍法):药材适当粉碎,置密闭容器中,加入规定量的溶剂,常温密闭浸渍3~5天或规定时间,适时搅拌,取滤液和压榨液合并处理。操作简单,提取液澄明度较好,但提取效率低;特别适用于不耐热、含挥发性以及含黏性成分的药材,多用于酊剂、酒剂的制备。
(2)热浸渍法:药材适当粉碎,置夹套密闭容器中,加入规定量的溶剂,通过水浴或蒸汽加热,在40~60℃浸渍规定时间,适时振摇或搅拌,取滤液和压榨液合并处理。由于温度高,扩散速度快,浸渍时间短,生产效率比冷浸渍法高,有效成分浸出也更完全,但杂质的浸出量亦增加,冷后易沉淀析出,故澄明度较冷浸渍法差。含对热不稳定成分的药材不宜采用热浸渍法。多用于酒剂的制备。
(3)重浸渍法(多次浸渍法):将一定量的溶剂分为几份,先用其中一份浸渍药材,药渣再用第二份溶剂进行浸渍,如此重复2~3次,最后将各份浸渍液合并。提高浸出效率,同时可减少由于药渣吸附造成的有效成分损失,但操作烦琐、费工费时。
4.注意事项
(1)浸渍溶剂:多采用蒸馏酒、乙醇,也可根据有效成分的性质选用水、酸水或碱水。溶剂用量应按处方规定使用,若处方中无明确规定,一般用药材量的10倍左右。
(2)浓度梯度:浸渍法属于静态提取方法,提取效率低,实际操作中可以采用振摇或搅拌等措施以形成较大的浓度梯度。
(3)药渣吸附:浸渍操作中,药渣会吸附一定量的药液,浸出液的浓度越高,药渣吸附所引起的有效成分损失就越大。在生产上可通过压榨药渣或采用重浸渍法来减少由于药渣吸附所造成的有效成分的损失。
(4)静置过滤:压榨药渣或加热浸渍时,常有不溶性成分或杂质进入浸出液,须将浸出液和压榨液合并静置24 h后过滤除去,必要时须冷藏后过滤。
5.常用设备 ①浸渍器:煎煮的设备,如多功能提取罐等均可使用,大型浸渍器应安装搅拌装置;②压榨器:用于挤压药渣中残留的浸出液,以减少损失,可用螺旋挤压器(小量制备)或水压机(大生产)。
(三)渗漉法
1.定义 渗漉法是将药材装入渗漉筒内,在药粉上不断添加浸出溶剂,自渗漉筒下端出口收集浸出液的一种浸出方法。渗漉法属于动态浸出技术,溶剂自上而下经过药材粉粒,与药材内的浓溶液形成较大的浓度梯度,浸出效率高,提取比较完全,且省去了浸出液与药渣的分离。
2.适用范围 本法浸出效果优于浸渍法,适用于有毒药材、贵重药材、含不耐热或易挥发性成分的药材、有效成分含量低的药材及高浓度制剂的制备。但对新鲜易膨胀的药材,无组织结构的药材不宜应用该法。
3.工艺流程 配料→粉碎→润湿→装筒→排气→浸渍→渗漉→渗漉液(图15-3)。
图15-3 渗漉器(www.xing528.com)
根据处方要求将所需药材配齐,准确称量,粉碎成粗粉或中粉;加溶剂润湿,使药粉充分膨胀后装入渗漉器;药粉装填完后在药粉上方放置适当的重物;打开出料口,自容器上方添加溶剂,待出口处流出液不再出现气泡时关闭出口;继续添加溶剂至高出药粉上方2~3 cm;加盖浸渍24~48h;打开出口进行渗漉,收集渗漉液,至规定溶剂用完或浸出液味淡为止。
4.注意事项
(1)药材粒径:用于渗漉的药材须进行适当粉碎。一般药材以粉碎成粗粉或中粉为宜,对于有效成分易于浸出的药材也可选用药材薄片或不大于0.5 cm的小段。药粉过细,容易造成堵塞,妨碍溶剂通过;药粉过粗,溶剂流动太快,药用成分浸出不完全,影响浸出效率。
(2)药粉的润湿:药粉在装入渗漉器前,应先加入药材量60%~100%的溶剂混合均匀,密闭放置15 min至数小时,使药粉充分吸收溶剂膨胀,避免在渗漉器内膨胀形成堵塞,影响渗漉操作的进行。
(3)装筒:装筒是渗漉法的关键步骤,将充分润湿后的药粉分次投入渗漉器中,每次投入后用木锤层层压平、压匀,最后在药粉上加上适当的重物,防止加溶剂时药粉漂浮。装筒力求松紧适当,装得过松,溶剂很快通过药粉,造成有效成分浸出不完全,耗费溶剂多;装得过紧,容易造成堵塞,溶剂流动不畅;当装粉松紧不均时,溶剂沿较松的一侧流下,药材提取不完全。渗漉器内药粉量不应超过渗漉器容积的2/3,以留下足够的空间存放溶剂,使渗漉操作得以连续进行。
(4)排除空气:药粉装入渗漉器后,打开渗漉器下部出口,自上部加入溶剂,排除粉柱内的气泡,待流出液中不含气泡时将出口关闭。继续添加溶剂至高出药粉数厘米,加盖,放置24~48h,使溶剂充分渗透。
(5)渗漉:浸渍至规定时间后,打开出口,从药粉上方不断添加溶剂,进行渗漉操作。渗漉过程中,溶剂应始终保持高于药粉表面,以防止药粉层干涸开裂。除另有规定外,一般以1000 g药材计算,每分钟流出量1~3 mL为慢漉,3~5mL为快漉。
(6)漉液的收集与处理:因制剂的种类不同,漉液的收集和处理方法不同。如制备流浸膏时,先收集相当于药材量85%的初漉液另器保存,继续渗漉,俟有效成分浸尽后停止渗漉,收集续漉液低温浓缩后与初漉液合并,调整至规定标准。制备酊剂、酒剂时,渗漉至规定溶剂用完时停止。
5.常用设备 渗漉器有圆柱形或圆锥形。以水为溶剂,药材吸水膨胀性大,宜用圆锥形渗漉器,而膨胀性不大的药材可用圆柱形。小量生产常使用玻璃制渗漉筒,工业生产中渗漉设备多用不锈钢材质制备,形状以圆锥形、圆柱形或水缸形为主。
(四)回流法
1.定义 回流法是将药材与挥发性的有机溶剂共置蒸馏器中加热,挥发性溶剂馏出后又被冷凝,重复流回蒸馏器中浸提药材的操作方法。本法浸出效果好,浸出溶剂可以循环使用,溶剂用量小,利用率高。
2.适用范围 回流法适用于药用成分易溶于浸出溶剂且受热不易破坏者,以及质地坚硬不易浸出者。常用挥发性溶剂有乙醇、乙醚等。
3.操作方法 回流法的操作工艺流程:配料→粉碎→浸泡→回流2~3次→过滤→回收溶剂→浓缩液。
根据处方要求将所需药材配齐,准确称量,适当粉碎,装入回流装置中,添加规定量溶剂浸泡一定时间,加热,回流至规定时间,过滤,另器保存;药渣再添加新溶剂,如此反复操作2~3次,合并回流液,蒸馏回收溶剂,所得浓缩液再按需要进一步处理。
4.常用设备 小量生产常用玻璃制蒸馏设备,大生产多采用不锈钢材质制备的多功能提取罐或回流罐。
(五)超临界流体萃取法
超临界流体提取法是指利用超临界流体提取药材有效成分的方法。
(1)超临界流体的含义:超临界流体是指处于临界温度(Tc)与临界压力(Pc)以上的流体。当流体的温度和压力处于其Tc与Pc以上时,此时流体处于临界状态。CO2是最常用的超临界流体,其Tc为7.38MPa,Pc为31.05℃。
(2)超临界流体提取的原理:超临界流体既有类似气体的黏度、高扩散系数,又具有接近液体的高密度和良好的溶解能力。这种溶解能力对系统压力与温度变化十分敏感,可以通过调节温度和压力来选择性地提取药材中的成分。
(3)操作方法:以CO2为例,简要介绍其一般操作过程。①将CO2气体输入到压缩室中,升压、定温,制备超临界CO2流体;②将制备好的超临界CO2流体通入提取器中,“浸提”有效成分;③超临界CO2流体经减压进入分离器中,有效成分与CO2分离,CO2经压缩机压缩后进入下一次循环提取。
(4)特点:该法适于提取亲脂性、相对分子质量较低的物质,尤适于热敏性、易氧化的有效成分的提取。具有提取速度快、效率高,提取温度低、无氧、药材成分不易分解,工艺简单,溶剂可以循环利用的特点。若用于提取极性较大、相对分子质量较大的物质则须加夹带剂或升高压力,设备投资加大。
(六)超声波提取法
超声波提取法是指利用超声波的机械作用、空化作用、热效应等提高物质分子运动频率和速度,促进了溶剂的渗透,增加有效成分浸出的方法。
超声波萃取具有如下特点:①无需高温,不破坏中药材中某些具有热不稳定、易水解或氧化特性的药效成分;②常压萃取,效率高,安全性好,操作简单;③适用性广,绝大多数的中药材各类成分均可超声萃取;④无须加热或加热温度低,减少能耗。
表15-1 常用提取方法的适用范围
四、分离与精制
(一)分离
中药材品种多,其组成成分复杂,导致提取液中多种成分混杂,这其中既有有效成分,又含有无效杂质,因此,要得到精度较高的有效成分,就必须除去无效杂质,以提高制剂的质量和稳定性。目前,中药浸提液的分离方法主要有三类:沉降分离法、离心分离法、滤过分离法。
1.沉降分离法 沉降分离法是利用固体物与液体介质密度相差较大,固体物靠自身重量自然下沉,经一定时间的静置后,固体与液体分层界限明显,吸取上清液,即可使固液分离的一种方法。此种方法分离不够完全,多数情况下,还须进一步离心或滤过分离,但这种方法基本已除去大部分杂质,利于进一步分离,工业生产中常用之。对于浸提液中固体物含量少、粒子细而轻者不宜使用。
2.离心分离法 离心分离法是指利用离心机的高速旋转产生的离心力,将浸提液中固体与液体或两种不相混溶的液体分离的方法。离心分离法是利用离心力来完成分离的,沉降分离法是利用物质自身重力来完成。在离心机中,离心力是重力的几千倍,因此,应用离心分离法可以将粒径很小的微粒及不相混溶的两种液体混合物分开,这是沉降分离法及滤过分离法所不能达到的。在制剂的现代化大生产中,离心分离法可作为醇沉工艺的替代方法。
3.滤过分离法 滤过分离法是指将浸提液通过多孔介质(滤材)时固体微粒被截留,液体经介质孔道流出,达到固液分离的方法。滤过的目的视有效成分的物态而定,若是液体,则为收集滤液;若是固体,则为收集滤渣。
(1)滤过机制。滤过机制有两种:一种是过筛作用,即大于滤孔的微粒全部截留在滤过介质的表面;二是深层滤过,即滤过介质所截留的微粒直径小于滤孔平均直径大小,被截留在滤器的深层。另外,在操作的过程中,微粒沉积在滤过介质的孔隙上而形成所谓的“架桥现象”,形成具有间隙的致密滤层,把滤液留下,大于间隙的微粒被截留而达到滤过作用。
(2)影响滤过速度的因素。由于“架桥”作用,浸提液滤过一段很短的时间后,滤过介质上层形成致密的滤渣层,液体由间隙通过。若将滤渣层中的间隙假定为均匀的毛细管聚束,影响滤过速度的一般因素为:①滤渣层两侧的压力差(P)越大,则滤速愈快;②滤材或滤饼毛细管半径(r)越大,滤速越快,对可压缩性滤渣,常在浸提液中加入助滤剂以减少滤饼的阻力;③在滤过的初期,滤过速度与滤器的面积(πr2)成正比;④滤速与毛细管长度(l)成反比,故沉积的滤渣蹭越厚则滤速愈慢;⑤滤速与浸提液黏度(η)成反比,黏性愈大,滤速愈小。
(3)滤过介质与助滤剂的选择。滤过介质亦称滤材,由惰性材料制成,为滤渣的支持物。作为滤过介质,应符合以下要求:①能获得澄清的滤出液,有效地阻挡颗粒物质;②不会发生突然的或累积式的阻塞;③具有较快的滤过速度;④对浸提液中可溶性物质吸附应尽量少;⑤具有高的机械强度和化学耐腐蚀能力。常用的滤过介质有棉布、纱布、麻布、帆布、尼龙绸、滤纸、石棉板、金属网、微孔滤膜等。
助滤剂是指加入滤浆中能形成疏松滤渣层(滤饼)减少滤过阻力的某些物质。常用的助滤剂有硅藻土、活性炭、滑石粉和纸浆等。
(4)生产中常用的滤过方法与设备:生产中滤过方法及设备较多,应综合考虑影响滤速的因素,处理浸提液的数量,所需产品是滤液还是滤渣,还是二者均需,依此来选择合适的滤过方法和设备。
1)减压滤过:此法要求设备简单,可以进行连续滤过,且整个系统都处在密闭状态,药液不易污染,常作为注射剂、口服液、滴眼液的滤过。此法适应于各种滤器,常用布氏漏斗、垂熔玻璃滤器(包括漏斗、滤球、滤棒)、砂滤棒。垂熔玻璃滤器按过滤介质的孔径分为1~6号,3号多用于常压过滤,4号多用于减压或加压过滤,6号做无菌过滤用。砂滤棒可用于减压或加压滤过装置,国产的主要有硅藻土棒与多孔素瓷滤棒两种。硅藻土棒质地疏松,主要用于黏度高、浓度大的药液;多孔素瓷滤棒质地致密,适用于低黏度的药液。
2)加压滤过:常用板框压滤机,它是由许多块“滤板”和“滤框”串联组成。板框压滤机由供料泵将浸提液压入滤室,在滤布上形成滤渣,直至充满滤室。滤液穿过滤布并沿滤板沟槽流至板框边角通道,集中排出。过滤完毕,可通入清洗涤水洗涤滤渣。此装置多用于药厂大量生产,压力稳定,滤速快、质量好、产量高。
3)高位静压滤过法:此法适用于生产量不大、缺乏加压或减压设备的情况,特别在有楼房时,药液在楼上配制,通过管道滤过到楼下进行灌封。此法压力稳定,质量好,但滤速慢。
4)薄膜滤过:薄膜滤过是用半透膜作为选择障碍层,在膜的两侧存在一定量的能量差作为动力,允许某些组分透过而保留浸提液中其他组分,各组分透过膜的迁移率不同,从而达到分离目的的技术。目前常用的是微孔滤膜滤过、超滤,主要用于注射液的精滤。
(二)精制
中药浸提液中往往含有大量的杂质,应采用适宜的方法进一步精制。常用的精制方法有水提醇沉法、醇提水沉法、吸附澄清法(絮凝澄清法)、大孔树脂吸附法等。其中以水提醇沉法应用最广泛,吸附澄清法、大孔树脂吸附法的应用越来越受到重视。
1.水提醇沉法 水提醇沉法是将中药先用水提取,再浓缩至约每毫升相当于原药材1~2g,加入适量不同浓度的乙醇,静置一定时间后,分离除去杂质,得到澄清液。
(1)水提醇沉法的原理:该方法的基本步骤是在待制中药的水提液或浓缩液中,加入1~4倍的乙醇后静置沉降以除去溶液中的醇不溶物,再回收乙醇并加水稀释至规定浓度,过滤后罐封灭菌。该方法的基本原理是利用中药的部分有效成分既溶于醇又溶于水的性质,采用醇水液沉淀部分不溶于乙醇的无效组分如多糖、蛋白等,达到精制成品、提高制剂成品质量的目的。
(2)操作方法:将中药材饮片先用水提取,再将提取液浓缩至约每毫升相当于原药材的1~2g,这样才不至于浪费大量乙醇,然后加适宜浓度的乙醇。加乙醇时,应将乙醇慢慢加入浓缩液中,边加边搅拌,使含醇量逐步提高,有利于杂质的去除、有效成分的浸出。另外,加乙醇时,浓缩液温度不宜太高,加至所需含醇量后,将容器口盖严,以防乙醇挥发。将含醇药液移至5~10℃下静置12~24h,待充分静置后,分离除去杂质,获得澄清液。
2.醇提水沉法 醇提水沉法是指先以适当浓度的乙醇提取药材成分,再加适量的水进行沉淀,以除去水不溶性杂质的方法。其基本原理与水提醇沉法相同。应用此法提取中药材可减少水溶性杂质的浸出,加水沉淀又可去除树脂、色素等醇溶性杂质,适于含蛋白质、糖类、黏液质等较多水溶性杂质的药材提取。
3.吸附澄清法 吸附澄清法是指运用吸附澄清剂将固液快速分离的技术。即在混悬的中药提取液或浓缩液中加入吸附澄清剂,以吸附方式除去溶液中的微粒子,以及淀粉、鞣质、胶质、蛋白质、多糖等无效成分。澄清剂有壳聚糖、琼脂、明胶、蛋清、硫酸铝等。操作要点为:①药液的浓度一般为每毫升相当于原药材0.5~1 g;②壳聚糖加入量通常为药液量的0.03%~0.3%,加入量多对有效成分有影响;③处理温度应适宜,一般为40~50℃。
4.大孔树脂吸附法 大孔树脂吸附法是指利用大孔树脂具有的网状结构和极高的比表面积,从中药浸提液中选择性地吸附有效成分而达到分离与纯化的精制方法。大孔树脂本身不含交换基团,其吸附药液中的有效成分是因其本身具有的吸附性和筛选性,吸附主要通过表面电性、表面吸附、范德华力或氢键等形式实现。筛选性是由其多孔性结构决定。
5.其他 中药浸提液的精制方法除上述方法外,还有盐析法、酸碱法、透析法。现简要介绍如下:
(1)盐析法:是指在浸提液或浓缩液中加入大量的无机盐,形成高浓度的盐溶液使某些大分子物质溶解度降低析出,达到精制目的的方法。主要用于蛋白质类成分的精制。
(2)酸碱法:是利用单体成分在不同的酸碱度下溶解度不同,在溶液中加入适量的酸或碱,调节至一定pH,使单体成分溶解或析出,以达到分离目的的方法。主要用于去除杂质。
(3)透析法:是利用小分子物质可通过半透膜,而大分子物质不能通过的特性,根据分子量不同而进行分离的精制方法。可用于去除中药提取液的鞣质、蛋白质、树脂等高分子杂质和植物多糖的纯化。
五、中药提取物的浓缩
中药提取液经分离和纯化后,液体量仍然很大,通常不能直接用于制备制剂,须经过浓缩或干燥等过程缩小体积、提高有效成分含量或得到固体原料以便于制剂的生产。
浓缩是采用适当的方法除去提取液中的部分溶剂,以提高药液浓度的过程。中药浸提液一般须采用适当方法浓缩至适宜程度后进行精制处理,或制成各种制剂。蒸发是中药浸提液浓缩的重要手段,还可以采用反渗透、超滤等其他方法。
1.影响浓缩效率的因素 蒸发过程中必须不断向溶液供热,以使溶剂获得足够的热能,从而使分子摆脱分子间的内聚力而逸出溶液,达到汽化。因此,影响传热温度差的因素均会影响浓缩的效率。
2.生产中常用浓缩的方法与设备 中药提取是为了提取有效成分,因此,应根据有效成分的性质和浓缩程度的要求选择合适的浓缩方法与设备。
(1)常压浓缩:是指在一个大气压下的蒸发浓缩,用时较长,易导致热敏性成分被破坏。适用于对热较稳定的成分的浓缩。常用的设备为敞口倾倒式夹层蒸汽锅,浓缩过程中应不断搅拌,以避免在液面结膜。
(2)减压浓缩:是指通过降低蒸发器内的压力,在低于1个大气压下进行的蒸发浓缩。一方面,由于本法溶液的沸点降低,传热温度差增大,提高了蒸发效率;另一方面,由于溶剂的不断蒸发,药液黏度增大,传热系数增大,增加了耗能,适用于含热敏性药液成分的浓缩。
常用的减压浓缩设备有:
1)减压蒸馏器:减压蒸馏器是在减压及较低温度下浓缩药液的设备,同时还可回收乙醇等有机溶剂。
2)真空浓缩罐:水提液的浓缩多采用真空浓缩罐,操作过程中将加热产生的水蒸气用抽气泵直接抽入冷水中以保持真空。
3)多效浓缩器:其原理是将锅炉房的一次蒸汽通入一效加热器时药液加热蒸发,前效用过及产生的二次蒸汽作为加热源引入另一串联的后效蒸发器进行蒸发浓缩,反复利用蒸汽作为热源,组成了多效蒸发浓缩器,提高了蒸发效率,降低了耗能。
现中药厂多采用外加热式三效浓缩罐,三个浓缩器内的真空度和蒸发温度不同,虽然三效浓缩器有多种规格,但各效真空度和蒸发温度一般为一效(0.04 MPa,85℃)、二效(0.06 MPa,75℃)、三效(0.08 MPa,65℃)。本设备重复利用蒸汽加热,药液受热温度低,蒸发速度快,尤其适用于水提液的浓缩,药液可浓缩至相对密度1.20~1.35。
(3)膜浓缩:是指用一定的加热方式,使药液在蒸发时形成薄膜,并且因剧烈沸腾产生大量的泡沫,增加了汽化表面,提高蒸发浓缩效率的方法。其特点是药液受热时间短,浓缩速度快;无液体静压和过热影响,有效成分不易被破坏;可进行连续操作;溶剂易回收。各种薄膜浓缩器均适用于热敏性成分浓缩和溶剂的回收,但由于结构不同,其特点与适用性也不尽相同。
1)升膜式蒸发器:其操作过程为,预热的药液经列管式蒸发器底部进入→受热立即沸腾汽化生成大量的泡沫→以泡沫的内外表面为蒸发面迅速蒸发→泡沫及二次蒸汽经气液分离器分离蒸汽与浓缩液→收集器收集浓缩药液。适用于蒸发量较大、有热敏性、黏度适中和易产生泡沫的料液。不适用于高黏度、有结晶析出或易结垢的料液。
2)降膜式蒸发器:其操作过程与升膜式蒸发器不同在于药液从列管式蒸发器顶部加入,在重力及蒸汽的作用下成膜,在下降过程中被蒸发浓缩,浓缩液从分离器底部收集。适用于蒸发浓度较高、黏度较大的药液,尤其适用于热敏性药液的浓缩。
3)刮板式薄膜蒸发器:又称旋转式薄膜蒸发器,其操作过程为用高速旋转的刮板转子,将药液刮成均匀的薄膜进行蒸发浓缩。该设备的特点是药液受热时间短,蒸发速度快,故适于高黏度、易结垢、热敏性药液的蒸发浓缩。但结构复杂,蒸发能力小,且价格较高。
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