分子蒸馏技术在天然药物分离纯化中的应用

魏胄

摘要：目的 介绍国内分子蒸馏技术在天然药物分离纯化中的应用状况。

方法 依据文献资料，讨论分子蒸餾在国内天然药物分离纯化中的应用。

结果 分子蒸馏在国内天然药物分离纯化上得到了越来越广泛的应用。

结论 分子蒸馏作为液-液热敏分离及高提纯的专用技术，其在天然药物分离纯化中的应用前景非常看好。

关键词： 分子蒸馏；天然药物；分离纯化

分子蒸馏 （molecular distillation ） 又叫短程蒸馏 （short pathdistillation） 是一种非平衡蒸馏， 它依据不同物质分子运动平均自由程的差别在高真空（压强一般小于5Pa ）下实现物质间的分离。它具有真空度高，蒸馏温度低，受热时间短，分离程度高等特点， 因此能大大降低高沸点物料的分离成本， 能极好地保护热敏物料的品质， 特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物质的分离纯化， 它能解决大量用常规蒸馏技术分离难于解决的问题。此技术已经广泛应用于高纯物质的分离纯化， 特别适合天然物质的分离。目前分子蒸馏技术已成功应用于石油化工、精细化工、食品、塑料、医药等行业[1]。近年来分子蒸馏技术己逐渐成为中药现代化生产的关键技术之一。

1.分子蒸馏的原理与特点

1.1基本原理

常规蒸馏是建立在气液相平衡的基础上， 根据组分间的相对挥发度不同而进行的分离， 分离操作是在混合物的沸点温度下进行的。而分子蒸馏的分离是依据不同物质分子运动平均自由程的差别，在高真空下（压强一般小于5Pa）实现物质间的分离。分子蒸馏属于高真空蒸馏，分离操作在低于物质沸点下进行， 它既不同于简单蒸馏，也不同于一般的蒸发，是一种完全非平衡蒸馏过程。当冷凝表面与蒸发表面有温度差时， 就能进行 离操作。 在分子蒸馏操作过程中，轻组分分子的平均自由程大， 重组分分子的平均自由程小，若在离蒸发面小于轻组分分子的平均自由程而大于重组分分子平均自由程处设置一冷凝面， 使得轻组分分子落 在冷凝面上被冷凝，从而破坏其分子运动的动态平衡使其连续不断地逸出，而重组分分子因达不到冷凝面而返回原来液面，很快趋于动态平衡，从而混合物中的不同组分就被分离开来。分子蒸馏原理如图1所示。

分子蒸馏过程一般可分为五步：（1）物料在加热面上形成液膜；（2）组分分子在液膜表面上的自由蒸发；（3）组分分子从加热面向冷凝面的运动；（4）组分分子在冷凝面上的冷凝；（5）馏出物和残留物的收集。

1.2分子蒸馏技术优点和局限性

由分子蒸馏原理得知，分子蒸馏操作必须满足三个必要条件：（1）轻、重组分的分子运动平 均自由程必须要有差别；（2）蒸发面与冷凝面间的距离要小于轻组份的分子运动平均自由程；（3）必须有极高真空度。分子蒸馏与常规蒸馏相比具有许多突出的优点，但同时也存在一定的局限性，由于分子蒸馏要求在高真空下进行分离 ，所需要的设备成本过高，结构复杂，设计技术要求高，相应的配套设备也多，投资过大，国内尚未见大规模运用；分子蒸馏受设备结构和加热面积 的限制，设备体积比常规蒸馏设备体积大，在大规模生产应用中有不少困难。

3 分子蒸馏技术在天然药物分离纯化中的应用

3.1天然药物的特点

天然药物是存在于动植物、海洋生物和微生物体内的各类物质组分，在应用中主要是利用在药理学和生物学角度具有生物活性的物质，被称作为有效成分。而天然药物中的有效成分往往需要从成分复杂的天然药物原料中提取出来，然后通过分离和除去各种杂质以达到纯化和精制的目的，才能作为药品应用。另一方面相当多的天然药物中的有效成分是热敏性、易氧化和分解， 这就要求在提取分离精制过程中尽量避免有效成分的氧化分解，保持其生物活性。如药用的挥发油，主要成分为醛、酮、醇类，其沸点高， 属热敏性物质，采用一般蒸馏方法进行精制时极易引起成分的氧化、分解聚合而受到破坏。而采用分子蒸馏方法进行精制， 由于在高真空、低温下进行， 能有效地避免有效成分的氧化、分解、聚合，在提纯同时还可以除臭和脱色，大大地提高产品的质量。例如通过分子蒸馏精制，广藿香油中的广藿香醇和广藿香酮的含量由原来30%提高到 60%-90%，山苍子油中的柠檬醛含量由40%上升到90%以上，大蒜油中的大蒜素含量由0.5%提高到 8.0%-10%，澳大利亚茶树油中松油醇含量由30%提高到60%-80% ，而桉叶油素由15%降至1%以下。因此这说明分子蒸馏方法进行精制天然药物是非常适宜的。

3.2 分子蒸馏技术在天然药物分离纯化中的应用主要包括以下几个方面：

（1）天然药物中挥发油的纯化。

（2）天然药物提取物的精制。

（3）天然药物标准品的制备。

（4）天然药物新药开发的新方法。

（5）天然药物中残留农药和有害重金属的脱除。

4 分子蒸馏技术在天然药物提取分离过程中的应用

4.1 姜等有效成分的提取分离

以姜为原料， 采用二氧化碳（CO2）超临界萃取技术，并联合分子蒸馏技术，提取姜中重要功能成分姜精油，使姜精油萃取率达到3.04%，姜精油中主要萜烯类化合物含量提高到80%，其中姜烯含量达到50%。王发松等 [2] 利用分子蒸馏技术对超临界CO2萃取所得的干姜油进行了分离纯化后的化学组成分析，结果姜油中的萜类和姜辣素类组分中姜烯酚类化合物的含量达到86%，（6）-姜酚的含量达到约60%，分离出萜类成分中的（1）-姜烯和丁香烯的含量分别达到55%和20%。

4.2 苍术油有效部位的分离

高英等[3]用分子蒸馏技术对超临界萃取的苍术油进行有效部位的分离，以HPLC法和GC-MS技术对各水平精制的苍术油进行苍术素含量及分离后的剩余物测定。结果在温度为105 ℃、真空度 为100 Pa的条件下，苍术油中的苍术素含量为52.17%，达到有效部位用药的要求。

4.3 毛叶木姜子果油的分离纯化

王发松等[4]用分子蒸馏技术开展了从毛叶木姜子果油中分离纯化柠檬醛的工艺研究，结果所得到的柠檬醛的纯度达到95%，产率为53%（柠檬醛/毛叶木姜子果油），柠檬醛的损失率仅15%。毛叶木姜子的干燥成熟果实在我国湖北西部等地作毕澄茄入药，其挥发油中所含的化学组成与山苍子果实挥发油相似，后者是重要的香精和工业原料柠檬醛的天然资源。

4.4独活有效分成的提取

古维新等[5]用分子蒸馏法对独活超临界CO2萃取物进行分离，并对其提取物和蒸出物进 行GC-MS分析，结果从超临界CO2萃取物和蒸出物中分别得到37种和29种成分。

5.结束语

综上所述，分子蒸馏技术应用于天然药物分离纯化具有独特的优势。随着人类回归自然、追求天然潮流的发展，以及我国中药现代化进展， 分子蒸馏在天然药物分离纯化上得到了越来越广泛的应用； 特别是分子蒸馏技术与传统提取分离技术、超临界萃取技术相结合用于中药产业， 应用前景诱人，分子蒸馏技术将越来越广泛地用于中药有效成分的分离纯化。

参考文献

[1] Burrow s G. Molecular Distillation [M]. Oxford： Clarendon Press， 1960.

[2]王发松，胡海燕，黄世亮，等.姜油的分子蒸馏纯化与化学成分分析[J].中国医药工业杂志，2003，34（3）：125-127.