青蒿中有效成分的提取分离技术研究进展

赵天明， 徐 溢， 盛 静， 段艳英

（重庆大学化学化工学院药学系，重庆 400044）

青蒿中有效成分的提取分离技术研究进展

赵天明， 徐 溢*， 盛 静， 段艳英

（重庆大学化学化工学院药学系，重庆 400044）

青蒿；青蒿素；挥发油；提取分离技术；综述

青蒿是我国独具特色的传统中药，其有效成分的提取分离技术一直是人们研究的重点。本文按分离提取方法和技术进行了分类，针对国内外青蒿中青蒿素和挥发油等有效成分的提取技术进行详细的讨论，分别对水蒸气蒸馏法、溶剂提取法、超临界提取技术、分子蒸馏技术和联用技术等五个方面进行了较为系统的综述，指出了目前青蒿分离提取技术方面存在的问题，同时也提出我国今后青蒿提取产业的发展趋势和方向。

1 引言

青蒿，为菊科植物黄花蒿（Artemisia annua L.）的干燥地上部分，是我国的传统中药，具有广泛的药理作用，其主要成分青蒿素是一种含有过氧基团的新型倍半萜内酯化合物，具有起效快、疗效好、毒性低的特点，被世界卫生组织称为是世界上唯一有效的抗疟药物。青蒿其它药理作用还有：抗血吸虫作用，抗菌作用，抗内毒素作用，消炎镇痛等。据文献报道，青蒿中已经分离得到确认的化合物主要分为两大类：一类是挥发性成分，另一类是非挥发性成分。青蒿挥发性成分主要是挥发油，由单萜、单萜氧化物、倍半萜、倍半萜氧化物组成。非挥发油成分主要含有萜类，除此之外还含有黄酮，香豆素类等化合物［1-2］。青蒿中青蒿素的分离提取始终受到人们的关注，近年来，青蒿中其他活性成分如挥发油，黄酮类化合物等的提取也引起了人们的极大兴趣。在青蒿活性成分的提取中，除了传统分离技术，许多现代分离技术和方法也逐渐得到应用。本文针对国内外青蒿中青蒿素和挥发油等有效成分的提取和分离技术，进行了详细的综述和讨论，以明确其现阶段在分离提取方面存在的问题和难点，了解相关技术的发展趋势，这将为我国今后青蒿综合利用的产业发展提供借鉴。

2 青蒿有效成分提取分离技术

2.1 水蒸气蒸馏法（Steam Distillation）

水蒸气蒸馏法是将水蒸气通入不溶或难溶于水但有一定挥发性的有机物质中，使该有机物质在低于100℃的温度下，随着水蒸气一起蒸馏出来。由于其具有设备简单、操作安全、不污染环境、成本低、避免了提取过程中有机溶剂残留对油质造成影响等特点，是有效提取中药挥发油的重要方法。目前对青蒿挥发油的化学成分研究有不少，魏兴国［3］等用挥发油提取器按常规水蒸气回流进行提取，并采用GC-MS方法进行分析，共鉴定了60种化学成分。通常影响挥发油得率的主要因素是浸泡时间、蒸馏时间和加水量，其顺序为浸泡时间>蒸馏时间>加水量。冯文宇［4］等人通过正交试验得知，用青蒿干品提取挥发油时，最佳工艺为加8倍量水，浸泡3 h，蒸馏3 h。产油率达到0.3%以上。水蒸气蒸馏法主要用来提取青蒿中的挥发油，但挥发油中的一些热敏性成分，长时间与水共沸易发生化学变化，所以所提青蒿挥发油的品质并不太好，而且挥发油的收率也很低，所需时间较长。

2.2 溶剂提取法（Solvent Extraction）

2.2.1 常规溶剂提取法

溶剂提取法是天然植物有效成分提取采用的最普遍的方法。青蒿中许多有效成分的提取目前仍然用溶剂提取法。选择适当溶剂是溶剂提取法的关键，常见的溶剂有醇类（甲醇、乙醇等）、醚类（乙醚、石油醚等）、烷类（环己烷、氯仿等）。Filip［5］等人选用6 mL的氯仿对1 g新鲜黄花蒿提取1 min，通过HPLC-Q-TOF-MS测定，青蒿素回收率大于97%。张玲［6］等将青蒿经石油醚提取浓缩，浸膏经过硅胶柱，用不同配比的乙酸乙酯洗脱，用TLC（Thin Layer Chromatography）薄层色谱法跟踪，UV法检测。结果其39～48号收集液青蒿素含量达99.38%，收率62.13%。常规溶剂提取法是目前国内外青蒿素工业化提取的主要方法，但所选溶剂有所不同。国内的生产企业用的较多的是石油醚，而国外是正己烷，虽然正己烷对青蒿素的溶解度较小，但却有较高的选择性。

2.2.2 快速溶剂提取法

溶剂提取是目前青蒿素生产采用的最普遍的方法。但溶剂提取存在提取率不高的问题，而且所用溶剂大多有毒有害，易对人和环境造成危害。快速溶剂萃取是在较高的温度（50～200℃）和压力（10.3～20.6 MPa）下用溶剂萃取固体或半固体样品的新颖样品前处理方法，具有萃取时间短、溶剂用量少、提取率高、溶剂回收率高、所得产品品质好等优点。周毅峰［7］等人选用甲醇、乙醇、丙酮、氯仿、石油醚等有机溶剂，采用快速溶剂萃取法提取黄花蒿中的青蒿素，结合正交设计优化实验方法，研究得出青蒿素快速萃取的条件。结果表明，氯仿为最佳提取溶剂，青蒿素快速萃取的条件为：温度120℃，时间10 min，提取次数3次。

溶剂提取也用于青蒿中其他成分的分离，如黄酮类化合物的提取，黄红英［8］等利用乙醇提取青蒿中的黄酮类化合物，提取条件为：90%乙醇，提取时间3 h，固液比为1 g/40 mL，提取温度为70℃，在此条件下青蒿中黄酮类化合物的提取率为2.885%。S.L Yang［9］等首先用甲醇提取青蒿叶与茎杆，然后再用一系列有机溶剂提取，其中乙酸乙酯部分含有11种类黄酮、4种黄酮苷。

2.2.3 超声提取技术（Ultrasound Extraction，USE）

随着许多现代分离提取技术的发展及其在中药提取分离中的应用，青蒿有效成分的提取分离成为人们关注的热点，并呈现出新的生机。USE是指以超声波辐射压强产生的骚动效应、空化效应和热效应，引起机械搅拌、加速扩散溶解的一种新型的利用外场介入的溶剂提取方法。将超声波技术应用于天然植物有效成分的提取，主要是因为超声波的空化效应［10］，它可以加速天然植物中有效成分进入溶剂，以增加有效成分的提取率，同时也免去了高温对某些天然植物提取成分的影响。与常规溶剂提取比较，超声提取时间短、产率高、条件温和。国外将USE技术用于多种天然植物有效成分提取的研究，但用于青蒿中有效成分的提取研究较少。而国内已有不少研究人员将USE技术应用于青蒿素的分离提取，赵兵［11］等人超声波用于强化石油醚提取青蒿素，采用20 kHz、90 w超声波，在50°C下，单次作用20 min后继续搅拌至30 min时，提取率可达83%。李再新［12］等人以超声波强化石油醚提取青蒿中的青蒿素，达到了95%的提取率。实验条件为：超声波强度80 W，超声波作用时间20min，搅拌温度50℃、搅拌速度800 r/min和提取时间2 h。传统索氏溶剂回流提取青蒿素，一般要几个小时，而且提取率不高，超声提取不仅大大缩短了青蒿素的提取时间，也提高了提取率。最近超声提取技术在青蒿中黄酮类化合物的提取中也得到应用，隋婧［13］等利用超声提取技术和正交设计理论，优化了青蒿中总黄酮提取的关键技术参数，最佳提取条件为：超声波频率59 kHz，60%乙醇，提取时间40 min，料液比1/40，最终黄酮提取率达到1.497%。由于超声提取时间短，提取率高，同时超声仪器的运行成本也较低，超声波提取方法越来越受到人们的青睐。

2.2.4 微波辅助提取法（Microwave Assisted Extraction，MAE）

微波萃取技术作为一种新型的萃取技术，其特点在于微波对极性分子的选择性加热从而使其选择性溶出。MAE能大大降低萃取时间，提高萃取速度，同时微波萃取由于受溶剂亲和力的限制较小，可供选择的溶剂较多，并有效减少溶剂用量。微波萃取技术已经用于许多天然植物活性成分的提取，如大豆中异黄酮［14］、茶叶中茶碱［15］等。国外研究人员利用微波辅助萃取方法分离提取青蒿中有效成分的研究较少，而在国内却受到许多研究人员的关注，郝金玉［16］等采用微波辅助提取法提取黄花蒿中的青蒿素，并将微波辅助提取法同索氏提取法以及加热搅拌提取法进行了比较。结果发现，用微波辅助提取法提取青蒿中青蒿素，较加热搅拌提取法和索氏提取法有着明显的优势。微波辅助提取所用有机溶剂不到加热搅拌提取法和索氏提取法的50%，而且其溶剂回收率也较高。更重要的是，微波辅助提取法的提取时间大大缩短，同时提取率也很高（92.06%）。如果与超临界提取技术相比，微波萃取仪器比较简单，价廉，而且适应面较广，较少受被萃取物质极性的限制。

2.2.5 离子液体萃取技术（Ionic Liquid Extraction）

离子液体由带正电的离子和带负电的离子组成，现在多指在低于100°C时呈液体状态的熔盐。与典型的有机溶剂不一样，在离子液体里没有电中性的分子，都是阴离子和阳离子，具有良好的热稳定性和导电性，离子液体的无味、无恶臭、无污染、不易燃、易与产物分离、易回收、可反复多次循环使用、使用方便等优点，是传统挥发性溶剂的理想替代品，它有效地避免了传统有机溶剂的使用所造成严重的环境、健康、安全以及设备腐蚀等问题，为名副其实的、环境友好的绿色溶剂。由于离子液体的诸多优点，它已应用到许多物质的提取分离中，并取得很好的效果。利用离子液体提取青蒿素，国内外都已开始相关的研究，但国外研究较早，也较为收入。英国Bioliqs公司对青蒿素的离子液体提取进行了研究，并形成了一份详细的研究报告（2008.2）［17］，他们比较了两种离子液体对青蒿素提取的影响，并对青蒿素的后续回收进行了研究，取得了良好的效果，而且正向产业化发展。国内相关研究人员也将离子液体用于青蒿素的提取，夏禹杰［18］等人利用溴化-1-乙基-3-甲基咪唑离子液体，超声强化从黄花蒿中提取青蒿素，在30 min内提取率达到了97%，而传统石油醚超声提取率为80-90%，不仅提取率得到提高，而且大大缩短了提取时间。其所在课题组筛选出了对青蒿素溶解度很高的非挥发性的室温离子液体，解决了青蒿素提取中使用易燃、易爆、强挥发性溶剂存在的问题。由于离子液体特殊的性质，可以针对所要提取的物质去设计对其选择性高的离子液体，所以对青蒿素提取特异性更高的离子液体是一个研究重点。同时可以将离子液体应用中青蒿中其他活性成分的提取中。

2.2.6 HFC 134a溶剂萃取技术（HFC 134a Extraction）

HFC 134a 化学名为 1，1，1，2-四氟乙烷（1，1，1，2-tetrafluoroethane）具有无毒、无色、不燃、热稳定性好等特点，化学性质稳定。在常态下为气体，但在较低的压力下就可以液化。液态的HFC 134a是一种良好的溶剂，可以用来提取很多物质，当进行减压时，HFC 134a变成气体，与所提取物质分离。由于在连续加压减压循环中所需的压力和温度较低，所以其用来分离提取天然产物能耗较低。一些天然产物的提取已有文献报到［19］，并已经在泰国开始实现产业化（Phurua Natural Oils Limited，2004）。HFC 134a对青蒿素有比较好的选择性，提取物中蜡质和分子量高的挥发油含量很少，因此，英国Ineos Fluor公司已与Bath大学合作将这项技术应用于青蒿素的大规模分离和提取研究。

文献［19］还比较了几种提取青蒿素的技术：溶剂提取法（己烷），溶剂提取法（乙醇），离子液体提取技术，CO2-SFE技术和HFC 134a提取技术，从提取率，提取时间，设备投资和运行费用几个方面进行了比较。研究结果发现：离子液体和CO2-SFE提取率较高（79%和82%），且提取时间较短，但CO2-SFE设备投资和运行费用远远高于离子液体。HFC 134a提取效率适中（62%），但设备投资与运行费用最低。因此，HFC 134a溶剂萃取技术是一种极具潜力的可规模产业化的青蒿素的分离和提取技术。

2.3 超临界CO2萃取技术（CO2Supercritical Fluid Extraction）

超临界流体萃取（supercritical fluid extraction，SFE）技术是20世纪60年代兴起的一种新型分离技术。从70年代末，这种技术开始应用于天然产物的分离。其选择分离效果好，提取率高，产物没有有机溶剂残留，有利于热敏性物质和易氧化物质的萃取等特点，是一种高效的绿色提取技术。由于这些优点，SFE技术逐渐被应用到中草药有效成分的提取上来。青蒿中挥发油，青蒿素及其他活性成分的CO2-SFE提取，国内外已进行了大量的研究，但还没有进入产业化阶段。

SFE技术源于国外，国外研究人员将此技术用于青蒿素的提取研究较早。Kohler［20］等采用CO2-SFE技术从黄花蒿中提取青蒿素和青蒿酸，压力15 MPa，温度50℃，并用3%甲醇做夹带剂，在20 min内完成了提取过程，而且效果优于传统的溶剂提取法。不过，目前针对青蒿的分离提取，国内已有较多的采用SFE技术的研究和应用，何春茂［21］等对黄花蒿中萃取青蒿素的SFE工艺进行了优化研究，得到纯度超过95%的青蒿素。钱国平［22］等研究了用超临界二氧化碳从黄花蒿中萃取青蒿素的影响因素，在15.2～29.7 MPa和40～60℃范围内，以萃取率和萃取选择性为目指标，在优化条件：萃取压力20 MPa，萃取温度50℃，CO2流量1 kg/h下萃取4 h，萃取率达到95%以上，萃取物纯度10%以上。

由于CO2-SFE明显的优势，使它在中药提取工艺中有广阔的应用前景，而青蒿中的有效成分，尤其是青蒿素的CO2-SFE提取，国内外都进行了大量的研究，研究者也给出了各种工艺路线。但是作为一种新技术，它又是高压设备，其设备投资高，维护费用高，受这两方面的影响，青蒿中活性成分的CO2-SFE提取分离大多都处于实验室阶段，并没有走向工业化生产。再者，因为CO2-SFE萃取技术主要用来提取青蒿中的青蒿素，所以资源利用率不高，这也是导致其成本高的一个重要原因，可以通过提高青蒿的利用率而减低成本，对青蒿中活性成分进行连续提取，通过改变不同的超临界条件，使其中的青蒿素，挥发油，黄酮类化合物等活性成分得到分离，这些方面是今后的研究重点。

2.4 分子蒸馏技术（Molecular Distillation）

分子蒸馏技术（MD）不同于一般的蒸馏技术，它是运用不同物质分子运动平均自由程的差别而实现物质的分离。分子蒸馏技术具有明显的特色和优越性，其与普通蒸馏相比，分子蒸馏是在远低于沸点的温度下进行操作，对热敏性的物质破坏非常小；分子蒸馏是基于不同物质分子运动自由程的差别而实现分离的，受热时间非常段，蒸馏时间大大缩短，它也常常用来分离常规蒸馏难以分开的物质，分离度更高；另外，分子蒸馏操作工艺简单，设备少，无毒，无害，无污染，无残留，可以得到安全纯净的产物。目前分子蒸馏已在化学工业和许多天然植物的挥发油的精制方面获得良好应用。国外对于MD技术的研究集中在油脂工业和一些天然产物的富集和纯化［23-25］，应用于青蒿中有效成分的提取则鲜见报道。国内已经有人将MD技术应用于青蒿挥发油的精制中，李银塔［26］等用超临界 CO2流体萃取技术制得青蒿油浸膏，然后用分子蒸馏技术进行精制，所得青蒿油呈淡黄色，得率为0.47%，高于传统的水蒸气蒸馏法；所得精油经GC-MS分析，检测出60种成分，主体成分为萜类化合物。而且所得青蒿油品质较好，基本保留了青蒿原有挥发油的味道，各项指标均达到美国 2006年版《食品化学品事典 》〔FCC 2006〕质量要求。而一般水蒸气蒸馏总会有一些低沸点易氧化组分遭到破坏，而分子蒸馏则避免了这些问题。

2.5 联用技术（Coupling Technique）

许多分离提取技术的联用也用于青蒿有效成分的提取中。不同的分离技术有其各自的优点和适用范围，而分离技术的联用可以将各个技术的优势结合起来，从而取得更好的提取分离效果。邹耀洪［27］等人使用同时蒸馏-萃取装置（Simultaneous Distillation Extractor，SDE）提取了青蒿的挥发性物质，用GC-MS法分析鉴定出50种化合物。同时蒸馏萃取法较单一的蒸馏法或萃取法提高了提取效率，缩短了提取时间。徐朝辉［28］等人将超声提取技术、膜分离技术、超临界流体萃取技术进行了耦合并应用于青蒿素的生产工艺中，讨论了提取试剂、提取方式的差别，考察了膜的选择与运行状况，得到了收率为0.48%、纯度为92%的青蒿素粗品，工艺路线简化，资源利用率高，生产污染少。

3 结论和展望

青蒿是我国独具特色的传统中药，其活性成分的有效分离提取是一项具有重要意义的工作，目前青蒿有效成分提取分离技术中，传统技术主要存在提取纯化效率不高，成本高，再应用和综合利用困难等问题。基于此，许多现代分离方法受到越来越多的重视，相关研究方兴未艾。这些技术的出现，正在逐步解决传统方法中提取率不高、提取时间长、对环境危害大等问题，其中CO2-SFE萃取技术在青蒿素及其挥发油的分离提取中显示出较强的优势，但是由于其设备投资大，维护费用高，工业化生产受到一定限制，因此，对青蒿中活性成分进行连续提取，有效提高青蒿的利用率，进而降低成本，这是十分值得研究和开发的领域；同时随着政府和人们对环境问题越来越多的关注，SFE萃取技术作为一种绿色提取技术，必将会有更大的发展和应用空间。离子液体作为一种新兴的技术，由于其选择性强，提取率高，而且它也是一种绿色提取技术，在青蒿素的提取中将会得到更广泛的应用；而HFC 134a溶剂提取技术也有很好的前景，可以将其应用于青蒿中其他成分的提取中，如挥发油，黄酮类化合物等。

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R284.2

B

1001-1528（2010）07-1195-05

2010-10-18

赵天明（1985－），男，硕士研究生，研究方向：天然产物提取与分离。Tel：13637983201

*通讯作者：徐 溢，女，教授，研究方向：分析化学。Tel：（023）65111022 E-mail：xuyibbd@sina.com