集成优化技术提取促进中药资源化学成分的有效利用△

杨念云，段金廒

（南京中医药大学江苏省方剂高技术研究重点实验室，江苏 南京 210046）

集成优化技术提取促进中药资源化学成分的有效利用△

杨念云，段金廒*

（南京中医药大学江苏省方剂高技术研究重点实验室，江苏 南京 210046）

现代高效的提取方法和技术为中药资源化学成分利用率提高提供了有效手段。随着科学技术的进步，各种提取技术相互渗透、补充、组合和发展，多元技术的集成优化已成为必然的发展趋势。本文总结归纳了常见的资源性成分提取集成优化技术，包括溶剂提取、酶提取、超声提取、微波提取、超临界提取、超高压提取、仿生提取等过程的集成优化技术，以期为中药资源化学成分有效利用的深入研究提供参考。

中药资源化学；集成优化技术；有效利用

中药化学成分十分复杂，从新陈代谢来看，包括蛋白质类、氨基酸类、糖类、脂肪类、RNA、DNA等初生代谢产物，和黄酮类类、生物碱类、萜类、内酯类、酚类化合物等次生代谢产物；从活性来看，包括生物碱类、苷类、挥发油类等有效成分，和纤维素、木栓、角质、粘液、色素等无效成分；还可以分为有机成分和无机成分。中药在临床中发挥治疗作用的所有化学成分是中药的药效物质基础。中药资源化学既包含中药化学的内容，同时又遵循自然资源学的学科体系和基本观点，从资源的可用性和多用性出发，研究中药资源中化学成分的类型、质量、数量、时间、空间等基本属性及其变化规律。中药资源化学立足于中药资源的开发利用，以使有限的中药资源得以最有效的利用并使之可持续发展。中药资源化学不同于中药化学，它的研究对象不仅仅是药用的活性成分，而且还包括中药资源总体综合利用的其他各类成分，这些成分既包括直接组成资源总体的化学物质，也包括个体在新陈代谢过程中的一系列产物，甚至包括作用于生命活动的一些物质。

真正有效提高资源的利用效率，已是当前资源学科领域高效利用资源、维持生态平衡、循环经济的必然发展趋势。新的提取技术可以提高有效成分提取率，通过化学反应促使天然化学成分的转化和半合成，使无用或利用价值不高的成分转化为有用的成分。中药资源作为资源体系中的部门资源，在治疗人类疾病、食品、化工等领域中发挥着重要作用，而最终发挥作用的是资源性化学物质。因此，资源性成分的利用率提高是实现资源高效利用的重要途径。现代高效的提取、富集方法和技术为资源性成分利用率提高提供了有效手段。如高压萃取技术、微波萃取技术、酶解技术、超微粉碎技术等，大大提高了资源性成分的转移率，从而提高了资源的利用价值。随着科学技术的进步，各种技术相互渗透、补充、组合和发展，中药资源化学成分提取技术的集成优化已成为必然的发展趋势。为了给中药资源化学成分有效利用的深入研究提供参考，笔者从资源性成分提取的组合与集成优化技术等方面的研究进展作综述。

1 溶剂提取过程的集成优化技术

因每味中药材常用多种功能和疗效，各种用途都有不同类型的成分起作用，中药生产时常根据其作用提取某类成分，而浪费了其它成分，实际上也浪费了中药材资源。如大黄主要含有蒽醌类和二蒽醌类成分，有抗菌、降血脂等作用，二蒽酮类成分具有泻下作用，如果用于泻下作用，先以水提取，将蒽苷类和二蒽酮类成分提取出来，再以有机溶剂提取，提出游离蒽醌类成分，对各类成分进行分别提取，综合利用，可有效提高中药材的经济价值。李志方发明了一种甘草综合提取法法，从甘草中分别提取甘草多糖、甘草酸和甘草黄酮，即在柠檬酸的酸性水溶液中提取甘草多糖，在剩下的草渣中加入氨水，在弱碱性水溶液中继续提取粗甘草酸，然后再在该草渣中加入氢氧化钠，在碱性溶液中提取甘草黄酮，本发明具有节约资源，方法简化、生产成本低，能进一步利用废弃物的有益效果［1］。柑桔在加工生产桔汁和生鲜食用时，约产生40％～50％的皮渣，这些皮渣中含有许多有用的成分。在国内柑桔加工果皮除少数用于中药和制取香精油外，大部分未加以合理利用。若将柑桔皮渣经过适当的处理，可得到具有很高使用价值的柑桔香精油、天然类胡萝卜素、果胶、黄酮甙（如橙皮甙、柚皮甙）以及半合成衍生物甲基橙皮苷、二氢查尔酮和食用纤维索粉等天然食品添加剂、医药日化原料。对于从柑桔果皮中制取天然类胡萝色素、橙皮苷、果胶和食用纤维可采用连续提取的新工艺，其技术路线是以柑桔皮渣中提取香精油后的皮渣为原料.经球磨粉碎，采用有机溶剂（石油醚、丙酮、乙醇等）萃取分离、超滤浓缩，真空干燥新工艺制取类胡萝卜橙黄色素。将提取类胡萝色素以后的滤渣为原料，用稀碱浸渍，过滤，滤液酸化，超滤浓缩，静止沉淀，干燥得粗橙皮苷，再经50％酒精和2％KOH的混合液溶解粗品，过滤去除不溶物，加稀酸中和滤液，析出沉淀，再经乙醇结晶，得纯品橙皮苷。将制取橙皮苷后的滤渣为原料，稀酸液浸提，趣滤浓缩、酒精沉析、流化床干燥新工艺连续制取果胶。再将提取果胶后的残渣经碱溶、亚氯酸钠去木质素等新工艺，制取纤维素。既可使废弃的天然有机化学资源得到合理利用，又可大大提高经济价值［2］。

2 酶解提取过程的集成优化技术

酶反应较温和地将植物组织分解，可以较大辐度地提高收率，故不失为一种最大限度从植物体内提取有效成分的方法，是一项很有前途的新技术。目前，应用较多的是纤维素酶，大部分植物的细胞壁是由纤维素构成的，植物的有效成分往往包裹在细胞壁内，纤维素酶是一组复合酶，能够水解纤维，使植物细胞壁破坏，充分释放细胞内含物，有利于对有效成分的提取，进而提高物料的利用率［3］。舒红英等采用复合酶-微波法从绿茶中提取茶多酚。方法通过单因素试验法和正交试验法确定复合酶-微波法提取茶多酚的最佳工艺，同时比较复合酶-微波法、复合酶法、索氏法和微波法对提取效果的影响。结果优化得到提取茶多酚的最佳工艺为：在50℃条件下用纤维素酶和果胶酶前处理40min，微波辐射8min，微波功率500W，料液比1∶30.25％乙醇溶液作为萃取剂。结论验证试验表明，最佳工艺可行；从提取时间和提取效率来看，复合酶-微波法提取茶多酚比复合酶法、索氏法和微波法耗时少、提取效率高［4］。

3 超声提取过程的集成优化技术

应用超声技术来强化提取过程，可有效提高提取效率，缩短提取时间，而且，超声波破碎过程是一个物理过程，浸泡提取过程中无化学反应，被浸泡的化学成分的结构和性质不会发生变化。超声强化提取，大幅度缩短提取时间，提取速度更快，效率更高；更适合低温提取，最大限度保护热敏性、易水解及氧化特性物质的有效成分［5］。连续逆流超声提取设备通过配备特定的超声装置，在常、低温条件下，提取时间大大缩短，确保了连续化作业及动态逆流提取，提高了生产效率，减少了溶剂用量，降低了提取温度，保证了产品质量，降低了能耗，保证生产过程的安全性，避免了药渣对环境的污染，能够最大限度地发挥提取效率。采用该设备对大豆胚芽粕提取，浸膏浓度及浸膏异黄酮含量均高，与“罐提”相比，所用乙醇量减少50％，时间缩短60分钟以上，提取率提高近30％，节能显著，利用连续逆流超声提取机可以提取高效率的甘草酸和甘草黄酮等资源性成分［6］。许灵君等采用乙醇-硫酸铵双水相体系协同超声提取法分离金银花中的总黄酮，通过单因素实验和正交试验考察了提取时间、料液比、醇水比和分相盐浓度对总黄酮提取率的影响。实验结果表明：按醇水比0.7（V/V），硫酸铵浓度为0.27g·mL－1配制双水相，在料液比 1∶25（m/V），50℃温度下超声提取75min，总黄酮提取率为1.97％。超声提取协同双水相体系分离金银花中总黄酮具有耗时短、操作简单、提取与分离同时完成，不影响总黄酮活性的优点。徐朝晖等将超声提取、膜分离与超临界流体萃取技术进行耦合应用于青蒿素的提取分离，所得青蒿素粗品收率、纯度都有较大提高，工艺路线简化，资源利用率高，生产污染少，为该联合技术工业化清洁生产提供借鉴和参考［7］。

4 微波提取过程的集成优化技术

微波萃取是利用微波辐射能强化溶剂萃取效率，提高萃取率的一种最新发展起来的新技术。它的原理是在微波场中，使植物细胞组织吸收微波能，温度迅速上升，细胞膨胀破裂，有利于提取植物的有效成分，与常规溶剂法相比，具有节能、高效、高选择性、不破坏天然热敏物质等特点［8］。采用微波提取工艺与超微粉碎技术相结合的方法更适合蒲黄药材中黄酮类成分的提取，提取过程中不需布包提取，也不会糊化，黄酮类成分的提取量较高。李超等优化了超声波协同微波提取苘麻籽油的工艺参数，并利用扫描电镜从微观角度解释了最佳得率的获得，然后和其他提取方法进行了对比，最后测定了油的理化性质。结果表明：超声波协同微波提取苘麻籽油最佳工艺参数为液料比10.4mL·g－1，微波时间177s和微波功率326 W，此时苘麻籽油得率为22.33％；超声波的空化效应、机械效应和微波的热效应造成了生物细胞壁及整个生物体的断裂与破碎，这解释了超声波协同微波提取苘麻籽油效率高的原因；与其他提取方法相比，超声波协同微波提取时间短，得率高［9］。李卫等利用微波动态循环阶段连续逆流提取藤茶中二氢杨梅素，将动态循环阶段连续逆流提取技术用于微波提取过程，可以克服微波静态间歇提取时原料与溶剂中有效成分在接近平衡时浓度差小的不足，有效提高提取效率.本研究表明：与微波静态提取（microwave static batch extraction，MSBE）相比，采用微波动态循环阶段连续逆流提取（microwave dynamic multi-stage countercurrent extraction，MDMCE）技术可以使固液相中二氢杨梅素的浓度差在单位时间内保持较高水平［10］。

5 超临界提取过程的集成优化技术

超临界提取（SFE）是近20年来迅速发展起来的一种新型萃取分离技术，它是以超临界状态下的CO2流体为溶剂来提取分离混合物的过程，具有很强的溶解能力和渗透能力以及良好的流动性和传递性，正逐步应用于植物有效成分的提取分离及分析中。超临界CO2流体萃取法作为一种将提取分离同时进行的萃取技术目前也广泛的被运用到中药资源化学成分的提取分离中［11］。张虹等超临界萃取结合水煎煮法进行提取丹参中有效成分的研究，结果表明，提取丹参中有效成分的最佳工艺是：首先，利用SFE技术提取脂溶性成分如：丹参酮Ⅰ等，其提取条件是：精密称取样品粉末（过60目筛）300g，放入SFE萃取罐中，用35乙醇，于55℃温度、30MPa压力下萃取2.5h，收集萃取液，滤过，浓缩，浓缩后所得物再经真空干燥，即得萃取物；再利用传统的水煎法提取丹参SFE残渣中的水溶性成分如：丹参素、原儿茶醛等，其提取条件是：以残渣8倍量的水煎煮3次，每次1.5h［12］。李卫民等采用自行设计的超声强化超临界流体萃取装置，比较超声提取（U）、SFE和超声强化超临界流体萃取（USFE）提取大黄5种蒽醌衍生物成分的提取率。结果表明USFE的合适萃取温度、萃取时间和夹带剂用量分别低于SFE的10℃、30min、0.5 BV，在相同的萃取压力下，USFE对5种蒽醌衍生物成分的提取率较SFE分别提高了2.113％～6.095％。超声对超临界流体萃取具有明显的强化效应，USFE具有提取效率高，能耗和生产成本低等优点，能为工业化生产提供参考［13］。张琦等用超临界CO2萃取技术提取玫瑰精油，然后用分子蒸馏对所得的萃取物进行精分离，得到高质量的玫瑰精油，主体成香成分为酯类物质，含量达50％以上，分子量主要集中在200～250之间［14］。

6 超高压提取过程的集成优化技术

超高压提取技术是在常温条件下，提取植物原料中有效成分的新技术，由于超高压提取技术具有提取效率高，保压时间短，杂质成分溶出少，提取成分活性高等特点，所以在植物活性成分的提取上得到应用。超高压的全称是“超高冷等静压”，简称为冷等静压，是指压力在100～1 000MPa的液体静压力。超高压处理过程是一个物理过程，具有瞬时压缩，作用均匀，操作安全，能耗低，有利于生态环境等优点。超高压处理时提供给物料的能量相对较低，一般只破坏对生物大分子立体结构有贡献的氢键、离子键、疏水键等非共价键，而对共价键没有影响。在实际应用中，超高压提取是在室温下进行，具有操作简便，提取效率高等优点［15］。王利文等应用超高压超临界微射流技术以中药牛蒡为例对其中的有效成分进行提取效果十分明显，选用二氧化碳作为工作介质在超临界状态下，使牛蒡植物细胞内外达到相等的压力，在瞬间释放的高压力差所引起破壁，其破壁率随着高压静止时间的增加而增加，原因是高压静止使超临界CO2流体充分地浸入细胞内，在瞬间卸压时产生内外压力差，导致植物细胞发生崩解粉碎，进而达到了破壁目的。且在破壁后细胞内溶物释放的瞬间，超临界CO2在临界液态条件下迅速分离提取有效成分，达到有效成分不被挥发氧化的目的。具有常温提取有效成分、无因受热而产生的有效成分变性、提取得率高、提取液中的杂质少、提取时间短、节能等一系列优点，在纯度与提取率相同的条件下。提取时间最短仅为10min，是回流提取时间的2％，超临界CO2提取时间的 1％［16］。

7 仿生提取过程的集成优化技术

仿生提取法是以人工胃、人工肠为基础，依据正交试验法或均匀设计法、比例分割法，优选最佳条件，并加以搅拌设备（模拟胃肠道懦动）。其目的是提取含指标成分高的“活性混合物”，它与纯化学观点的“酸碱法”是不能等同的，它具有比水提取更好的结果。从生物药剂学的角度模拟口服给药，以及药物经胃肠道转运的原理，为经消化道给药中药制剂设计方法，既坚持了近代科学分析的原则，又把整体与发展的思想包容于自身。刘文虎等采用液一液连续萃取法，用酸水或碱水模拟胃或肠环境，以正辛醇模拟生物膜结构，形成萃取体系提取麻黄，探索麻黄的新型仿生提取方法。并对该提取技术与酸水煮提法进行麻黄碱和离体豚鼠气管的舒张率比较。结果表明本仿生提取方法与酸水煮提法相比：麻黄总碱提取率提高15％以上、对豚鼠离体气管舒张率提高1.2倍以上，而浸青得率降低约1倍。杨欣欣等以葛根素和干膏收率的综合指标作为考核指标，通过正交试验法考察葛根超微粉仿生提取条件，确定葛根的最佳仿生提取工艺，筛选出最佳的仿生提取条件。仿生提取法是中药口服药制备中的一项重大革新，不仅可解决中药目前存在的粗、大、黑，因杂质多而易吸潮、易霉变等问题；同时由于反应温和，不仅大大节约了能量，而且不存在有机溶媒对环境的污染以及易燃、易爆和对生产环境的特殊要求，易于应用于工业生产，具有较高的学术价值和推广应用前景［17］。

综上所述，目前中药资源提取技术集成优化的研究主要集中在溶剂提取、酶提取、超声提取、微波提取、超临界提取、超高压提取、仿生提取等分离方面，并取得了一定的进展。随着提取分离新技术、新方法不断出现与日趋成熟，组合与集成优化技术对中药复杂样品的提取分离将会起到举足轻重的作用。中药资源化学成分的提取技术以物理因素辅助溶剂提取为主，而酶法提取则是近期开发的一种新兴提取技术；近年来，随着技术的快速发展与成熟，对于中药资源化学各方面的研究也日趋完善，但是由于一些成分对光、氧气、pH、温度、酶等因素都比较敏感，在提取、加工以及后续的检测中会生成人工产物，这样不仅会影响药效；也会影响药品、食品、饮料或化妆品等产品质量。所以，有必要对相应的研究方法及过程进行探讨。通过深入研究，必将找到简单易行、收率高、检测方便的提取方法，将有助于推动对于中药资源性成分的研究以及相关的产品开发。

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Extraction Procedure by Integrated and Optim ized Technology Promoting the Effective Utilization of Chinese Medicinal Resources

YANG Nian-yun，DUAN Jin-ao*
（Jiangsu Key Laboratory for TCM Formulae Research，Nanjing University of Chinese Medicine，Nanjing 210046，China）

Modern effective extraction methods and technologies provide an effective way for improving utilization rate of chemical constituents of natural medicines.With the progress of science and technology，various extraction methods and technologies are interrelated，and the integrated optimization of polytechnics has become an inevitable trend.In this paper，we summarized the common integrated optimization technologies for constituent extraction，including the process of solvent extraction，enzyme extraction，ultrasonic extraction，microwave extraction，supercritical extraction，super pressure extraction and bionic extraction，and provided a reference for further development of the effective utilization of the resource constituents of naturalmedicines.

Resources chemistry of natural medicines； Integrated and optimized technology；Effective utilization

2012-09-13）

江苏省方剂高技术研究重点实验室项目（BM2010576）

*［通讯作者］段金廒，Tel：（025）85811116；E-mail：dja＠njutcm.edu.cn