物质与能量添加剂在中药分离中的应用

王俊超 潘佳伟 韩 伟

（华东理工大学中药现代化工程中心，上海200237）

0 引言

众所周知，自然界的自发现象，比如盐粒溶于水，是一个熵增过程。反之，要把盐水分为纯净的盐和水就必须采用容器（设备）加热使水分蒸发，水蒸气冷凝为纯水，盐在变浓的溶液中结晶成纯盐，这样就完成了熵值减小的分离过程，即外界必须对系统做功。做功的分离剂分为2大类：一类为能量添加剂，诸如热、压力、电、磁、离心、辐射等；另一类为物质添加剂，诸如过滤介质、吸收剂、表面活性剂、吸附剂、液膜及固膜材料等。分离剂在中药分离中的应用如图1所示。

图1 分离剂在中药分离中的应用

我国作为中医药的发源地，拥有上千年的中医药发展史和丰富的中药资源。然而，传统的中药提纯分离方法，如热水浸提法（煎煮法）、乙醇浸提法、渗滤法、回流法等，普遍存在有效成分收率低、纯度低、工序多、周期长和能耗高等缺点，添加分离剂（物质或能量添加剂）既可显著提高中药的提取效率，又可降低提取成本，省时、高效、节能。

本文将对常用分离剂（物质或能量添加剂）在中药提取分离方面的应用进行综述。

1 常用物质添加剂在中药提取方面的应用

在中药提取过程中，常用的物质添加剂主要有酸、碱、酶、表面活性剂、固膜材料等。

1.1 加酸、碱辅助提取

溶剂中使用酸的目的主要是促进生物碱与酸生成可溶性生物碱类，以利于提取，而且适当的酸度还可以对一些生物碱产生稳定作用，并能沉淀某些杂质。若所提取的成分是有机酸时，加入一定量的酸可以使有机酸游离，再用有机溶剂将有机酸提取，这样可取得良好的提取效果。

中药中常用的碱主要为氨水，是一种挥发性弱碱，对有效成分的破坏作用小，也容易控制其质量。在溶剂中加入微量的氨溶液能防止其酸性皂苷缓慢水解而产生浑浊或沉淀。在干草提取过程中加入适量的氨溶液以保证甘氨酸能提取完全[1]。

1.2 生物酶解提取

在中药提取过程中，细胞原生质体中的有效成分向提取介质扩散时，必须克服细胞壁及细胞质间质的双重阻力。通过选用一些恰当的酶类（纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等）作用于药用植物细胞，可以破坏细胞壁的致密结构，引起细胞壁及细胞质间质结构产生局部疏松、膨胀、崩溃等，有利于有效成分的溶出。

生物酶解法所具有的独特优势，使其在中药提取领域中占有重要的地位，应用非常广泛，并取得了一定的进展。

禹华娟[2]等用果胶酶和纤维素酶对莲房组织进行酶解，采用四因素三水平正交实验获得最佳工艺：纤维素酶添加量为0.7%、果胶酶添加量0.1%、酶解温度55℃、酶解时间2.5 h。优化后的提取工艺与直接醇提法相比，能将莲房原花青素的提取率提高约48%。在上述研究基础上采用DPPH法进行了抗氧化性的对比，结果表明，酶辅助提取和醇提法提取的原花青素有着相同的抗氧化性。

刘静波[3]等采用胰蛋白酶提取黑木耳中的胶原蛋白，将酶提取法、酸提取法、碱提取法、热水提取法进行对比试验，以胶原蛋白得率为衡量指标，相对于酸提取法和碱提取法，酶提取法的提取优点不仅在于得率最高，而且对胶原蛋白的破坏性较小，最后对工艺进行了优化：采用胰蛋白酶，酶解pH值为8.0、液料比为52.5:1（mL/g）、酶添加量为8%、酶解时间为2 h，在此条件下从黑木耳中提取胶原蛋白的得率达到1.091%。

Shengnan Wang[4]等采用水酶法，用碱性蛋白酶对松子进行了酶解，采用单因素实验和响应面分析法确定了最佳工艺：酶添加量为1.9%、酶解温度55℃、酶解时间2.2 h、固液比为1:5、酶解pH值为8.8，总提取率可达到87.92%。

汪志慧[5]等采用响应面分析法优化双酶法提取莲房原花青素，确定最佳工艺参数：酶解温度53 ℃、酶解时间1.6 h、pH 4.8、果胶酶:纤维素酶=1:1.1，在上述工艺参数下原花青素的提取率为5.20%，相对于单一乙醇提取法提取率的3.84%，优化后的工艺提取率有明显的提高。采用DPPH法进行抗氧化性的对比，结果显示，双酶法提取的莲房原花青素比单一醇法提取的原花青素的清除DPPH自由基的能力强。

1.3 固膜材料辅助提取

固膜分离技术是指含有2个或2个以上组分的流体（真溶液、乳浊液、悬浮液等）在容器中通过一固体膜，凭借该膜的选择性以及膜两侧的能量差（如静压差、浓度差、电位差等）将某种成分或一组分子大小相接近的成分与流体中其他组分（溶剂）分离，以达浓缩溶质或净化溶剂的技术。在中药辅助提取和浓缩中的主要应用有反渗透、超滤、纳滤、微滤等。

陈莹和万端极[6]将麻黄草进行液态发酵水提取合并滤液，第一级膜为纳滤膜，其作用是除杂，麻黄碱透过率高达98%，杂质截留率达25%，纳滤膜滤液过二级膜（反渗透膜）浓缩分离，麻黄碱被完全截留，滤液无颜色，电导接近生活用水，可循环利用于水提部分，膜设备操作简单、易于清洗，可实现自动化、连续化生产。

魏学军[7]等利用无机陶瓷膜超滤技术对莲花清瘟胶囊颗粒精制工艺进行了研究，实验以莲花清瘟水提液为研究对象，测定了0.2 nm、50 nm、30 nm的3种不同孔径膜及提取温度、操作压差、超滤时间、膜面流速等不同操作参数下的膜通量及有效成分含量的变化。实验证明，陶瓷膜超滤精制莲花清瘟水提液工艺是可行的，且杂质去除比较彻底，料液处理简单，产品质量得到保证，膜清洗方便，可反复再生。

杨丽平[8]等采用两级超滤和一级纳滤对银黄煎液进行分离、浓缩，用HPLC法检测黄芩苷和绿原酸含量，蒽酮试剂比色法检测多糖含量，探讨膜分离技术用于银黄复方有效部位提取的可能性，发现糖含量为3.41 mg/mL，黄芩苷和绿原酸从原液的转移率分别为77.4%、79.02%，表明膜分离方法用于银黄水煎有效部位的分离，保留了包括多糖在内的多种活性成分，方法简单。

欧阳勇[9]用陶瓷微滤膜分离女贞子水煎液药效部位，取膜分离所得过滤液作受试液，上清液作阳性对照，研究膜分离提取物对小鼠免疫作用的影响，发现女贞子膜分离所得的微滤液有提高实验动物免疫功能的作用，其提高免疫功能作用优于阳性对照上清液组。

1.4 表面活性剂辅助提取

由于很多中药提取的有效成分（如黄酮类物质、生物碱及挥发油等）不溶于水或者不易溶于水，而表面活性剂可以通过在其表面或界面的吸附作用或在溶液中形成的分子聚合体而改变这些成分在水溶液中的溶解性，提高中药的提取效率，降低提取成本，具有省时、高效、节能等优点，因此表面活性剂在辅助中药提取技术方面发挥着重要的作用。

董树国[10]等采用表面活性剂辅助提取桑叶总黄酮，在单因素考察的基础上，利用正交试验优选最佳提取工艺条件：Tween 80的浓度为1.5%、料液比1:40（g/mL）、提取时间120 min、提取温度80 ℃、提取2次。在上述条件下，总黄酮平均提取率为1.742%，比用水为提取剂提取总黄酮的提取率高36.81%，降低了成本，提高了提取率，且方法简单、高效。

从实际应用的角度来讲，由于表面活性剂辅助提取具有一定的局限性，单纯的运用表面活性剂促进中药提取的技术较少，更多的是采用表面活性剂与其他技术协同提取的方法，在后面将加以介绍。

2 常用能量添加剂在中药提取方面的应用

在中药提取过程中，常用的能量添加剂主要有超声波、微波、高压脉冲电场等。

2.1 超声波强化提取

超声波萃取技术[11]利用超声波产生的强烈的空化效应、机械振动、高加速度，空化中产生的巨大压力会造成生物体细胞壁破裂，且整个破裂过程在瞬间完成，从而增大分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，加速药物有效成分进入溶剂。同时，超声波产生的振动作用加强了细胞内产物的释放、扩散及溶解，从而提高提取效率。

超声波作为近年来发展的新技术，具有快速、价廉、高效等优点，在提取中药有效成分方面，可强化传质过程，缩短生产时间，减少能耗及废物的产生，因此具有良好的应用前景。目前，超声波辅助萃取技术在强化中药有效成分的提取方面也取得了一定的进展。

翟旭锋[12]等采用响应曲面分析法对超声波提取灵芝多糖的工艺条件进行优化，优化后的工艺为：超声功率320 W、提取温度70℃、提取时间34 min，其多糖得率为2.78%，氧自由基吸收能力（ORAC值）为1956μmol Trolox/g，与理论预测值无显著性差异，制备的灵芝多糖分子量组成为18 150 Da（20.07%）和6 484 Da（79.93%），大大低于传统水提灵芝多糖的分子量。

周志娥[13]等探索了超声波提取黄花菜中多酚类物质的最佳工艺条件：超声功率120 W、料液比1:20、乙醇浓度90%、超声时间40 min，得到黄花菜多酚类物质提取得率为2.975%。

Kimbaris[14]等采用超声提取法、水蒸馏提取法和微波法提取大蒜中的挥发油，研究发现超声法相比其他2种方法，不仅降低了对热敏性物质的破坏，而且易实现工业化生产。

2.2 微波辅助提取

微波辅助提取是微波和传统的溶剂萃取法相结合后形成的一种新方法。它具有微波时间短、溶剂用量少、提取率高、产品质量好、成本低、投资少、容积回收率高等优点，尤其有利于热敏性物质的萃取。自其问世以来，逐渐受到科研人员的重视，它在中药提取方面的独特优势也日益显著。

原增艳[15]等以响应面分析法确定了微波辅助提取怀地黄多糖的最佳工艺：微波处理功率720 W、微波处理时间210 s、料水比1:6，怀地黄多糖提取率可达到61.9%，并且该工艺有很好的重现性。

孙晓海[16]等以去离子水为溶剂，提取墨旱莲中的总黄酮，液固比（V/m）=25 mL/g、微波提取时间210 s、提取2次，此时墨旱莲总黄酮得率为1.42%，而常规水提取的时间为60 min，得率1.24%，提取时间明显缩短，且提取率增加。

Dahmoune[17]等利用微波辅助提取技术提取香桃木中的多酚物质，得到最佳工艺：42%的乙醇溶液、液固比为32 mL/g、微波处理功率500 W、微波处理时间62 s，收率接近预期估计，且其抗氧化性比用超生波提取法和传统的溶剂提取法更高。

Setyaningsih[18]等用微波辅助提取技术提取米粒中的多酚类物质，得到最佳工艺：提取温度185℃、微波处理功率1 000 W、提取时间20 min、甲醇浓度100%、溶剂物料比10:1，且采用微波辅助提取技术具有很高的精密度和很好的重复性。

2.3 高压脉冲电场辅助提取

高压脉冲电场（high-voltagepulsed electric field，HPEF）是一种新兴的提取方法，其作用机理是利用细胞膜电穿孔原理在瞬间使细胞破壁，造成细胞膜电位混乱，细胞壁和细胞膜发生可逆或不可逆的破坏，细胞组分流出，其区别于传统的破壁原理[19]。

白永智[20]等采用高压脉冲电场法快速提取黄花乌头中的关附甲素，得到最佳提取工艺条件：以90%乙醇为提取溶剂、电场强度20 kV/cm、脉冲数为10、料液比1:14，影响因素由大到小依次为电场强度、料液比、脉冲数。该法提取黄花乌头中的关附甲素提取率达到0.391%、浸膏得率39.92%。与渗漉法、乙醇加热回流法和超声法相比较，高压脉冲电场法提取时间短，无需加热高温，关附甲素提取率最高，浸膏得率也较高。

Guidan He[21]等采用高压脉冲电场从鱼骨中提取硫酸软骨素，其工艺参数：料液比1:15、电场强度16.88 kV/cm、脉冲数为9、NaOH浓度为3.24%，最高产率可达6.92 g/L，且硫酸软骨素的纯度高、效率高、污染少。

赵景辉[22]等用高压脉冲电场法快速提取鹿茸提取物，最佳提取工艺的影响因素由大到小依次为电场强度、料液比、脉冲数，若想得到大量提取物，其工艺参数：电场强度22 kV/cm、脉冲数为10、料液比1:12。如果以鹿茸蛋白质为目标物，则以电场强度22 kV/cm、脉冲数为8、料液比1:12的参数进行提取。

3 物质添加剂和能量添加剂的联合提取技术

通过将物质添加剂和能量添加剂联合，可利用不同提取方法的优点，从而提高有效成分的提取率，受到越来越多的科研人员的重视。这里就目前运用较多的几个联合技术加以简单介绍。

3.1 酶—超声波联合提取技术

超声波产生的强烈的空化效应、机械振动、高加速度，可明显增大分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，加速药物有效成分进入溶剂，同时超声波产生的振动作用加强了细胞内产物的释放、扩散及溶解。选用恰当的酶类可以破坏细胞壁的致密结构，引起细胞壁及细胞质间质结构产生局部疏松、膨胀、崩溃等，有利于有效成分的溶出，因此比传统方法和单纯利用一种技术具有明显的优势。

张慢[23]等采用酶—超声波辅助同步对紫薯花青素的提取效果进行研究。通过Box-Behnken试验设计和响应面分析确定酶—超声波辅助提取最佳工艺条件：体积分数0.1%的HCl-C2H5OH为溶剂（酸醇比为50:50）、纤维素酶提取温度51℃、料液比1:20、酶添加量54U/mL、超声功率100W、提取时间33min，此条件下花青素得率可达到3.581%±0.016%。与传统的有机溶剂浸提法相比，该提取方法缩短了提取时间，花青素得率提高了2.73倍；与微波法、超声波法相比，其花青素得率分别提高了32.4%和17.8%。

Ningbo Liao[24]等采用超声波辅助—酶提取法从河蚬中提取多糖，采用响应面分析法优化得到最佳工艺参数：木瓜蛋白酶用量150 PU/mg、提取时间32 min、超声波功率300 W、提取温度62℃、水料比35:1（mL/g）。将其与酶辅助提取法进行比较，采用超声波辅助—酶提取法提取32 min得到的多糖产量明显高于酶辅助提取法，且此法得到的多糖与酶辅助提取得到的多糖相比，具有更低的分子量、更高的硫酸盐含量、更高的超氧化物自由基清除活性。

3.2 超声波—表面活性剂联合提取技术

超声波产生的强烈的空化效应、机械振动、高加速度，可明显增大分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，加速药物有效成分进入溶剂，超声波产生的振动作用加强了细胞内产物的释放、扩散及溶解。同时，表面活性剂对提取成分起增溶作用，可提高它的溶解能力，增加浸出效能和提取率。

刘树兴[25]等采用超声波—表面活性剂协同提取盾叶薯蓣总皂苷，通过正交试验优化，得到最佳工艺条件：乙醇体积分数30%、超声波频率25.8 kHz、超声时间40 min、黄姜:乙醇=1:10、十二烷基硫酸钠（SDS）用量17.408×10-3mol/L。该工艺不但能显著提高得率，且省时、节能、污染少。

翟文丰[26]等采用超声—表面活性剂法提取黄柏中的生物碱成分，采用单因素实验和正交实验优化，得到最佳工艺参数：提取温度60℃、乙醇浓度80%、活性剂Tween 60、料液比30:1、超声30 min，提取率达到7.24%，高于文献值6.37%。

3.3 酶—微波联合提取技术

选用恰当的酶类可以破坏细胞壁的致密结构，引起细胞壁及细胞质间质结构产生局部疏松、膨胀、崩溃等，有利于有效成分的溶出。此时，加上微波技术协同提取，细胞内溶液吸收微波，在短时间内能量快速上升，细胞内部压力提高，促使细胞膜快速破裂，有效成分的流出比仅采用酶辅助提取法和微波辅助提取法更加迅速，既可减少能耗，又可增加有效成分的溶出量。

Guowen Zhang[27]等采用微波辅助酶提取花生皮中的多酚类物质，采用Box-Behnken试验设计和响应面分析法优化，得到最佳工艺条件：微波辐射时间2.6 min、纤维素酶添加量0.81 U/mL、pH5.5、在66℃下保温2.0 h。

在此条件下多酚类物质产量达1.75%±0.06%，比用回流提取法、超声波辅助提取法、酶辅助提取法所得到的多酚产量都高。

Yu-Chun Yang[28]等采用微波辅助酶提取天竺葵中的鞣云实素和牛儿鞣素，通过响应面分析法优化得到最佳的工艺参数：微波功率500 W、液料比40:1（mL/g）、微波辐射温度33 ℃、pH5.2、纤维素含量3 600 U/g、微波照射9 min，用该方法得到鞣云实素和牛儿鞣素含量分别为6.79%和19.82%，比传统方法分别提高了64.01%和72.95%。

3.4 微波—表面活性剂联合提取技术

表面活性剂具有特定的亲水-亲油双亲结构，可降低细胞膜与水溶液间的界面张力，增大细胞内外浓度差，提高细胞内部系统含水量。

当采用微波技术协同提取时，细胞内溶液吸收微波后，在短时间内能量快速上升，细胞内部压力提高，促使细胞膜快速破裂，被提取的成分比仅用微波提取更容易流出。同时，表面活性剂对提取成分起增溶作用，可提高它的溶解能力，提高浸出效能和提取率。

曲晓兰[29]等采用微波—表面活性剂协同提取栀子黄色素，通过正交试验确定最佳协同提取条件：微波功率420 W、提取时间90 s、十二醇硫酸酯钠溶液质量浓度0.05%、提取料液比1:20（g/mL），并将其与单纯采用微波法提取进行对比，发现采用该法提取栀子黄色素的提取率比仅用微波法提高10.2%。

3.5 多种方法联合提取技术

由于单纯使用一种方法存在局限性或者提取效率过低，采用两种方法联合提取仍然达不到预期的效果，这时候可以考虑使用多种方法进行联合提取。考虑到成本增加等因素，且工业化难度较大，目前常采用酶—表面活性剂—超声波（微波）联合提取，并取得了一定的进展。

陈惠丹[30]等将酶法与微波提取相结合，利用适当的酶制剂（纤维素酶）破坏细胞壁的致密结构，利用表面活性剂吐温60降低固-液相界面张力，增加大分子有机物质溶解渗出能力，提取墨旱莲中的总黄酮，在最优条件下总黄酮得率达到1.38%，并将其与酶法—微波提取、微波提取、酶法提取、水煎煮法提取进行比较，采用吐温60强化酶法—微波节能高效。

董树国[31]等采用酶解—超声波—表面活性剂协同提取桑叶中的总黄酮，总黄酮得率为1.30%，比未用纤维素酶酶解时的得率（1.03%）明显提高。

4 展望

分离剂（物质、能量添加剂）的加入能促进中药的分离提取，且几乎不损害中药有效成分的活性，不但提高了中药的提取效率，而且降低了提取成本，省时、高效、节能。但是，由于分离剂自身的局限性，微小条件的变化就有可能造成严重的不良后果，因此对工艺的优化成为科研工作者不懈努力的方向。

单一的分离剂有时很难达到预期的实验效果，将物质添加剂（酶、表面活性剂等）和能量添加剂（超声波、微波、高压脉冲场等）联合，取得了良好的进展，但大部分联合方法仍然只停留在小规模实验室上，怎样实现产业化是目前科技工作者工作的重中之重。相信随着科技的发展，这些问题都将得到完美的解决，中药产业必将重新屹立于世界医药产业之林。

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