中草药有效成分提取工艺及毒害成分检测方法研究进展

赵立春，李红，刘继永

（中国农业科学院特产研究所农业农村部特种动植物产品质量安全风险评估实验室，长春 130112）

中草药是中医防治疾病、养生保健的独特药物，可分为中药和草药，其本质皆是来源于自然界的天然植物、动物和矿物质以及人为生产的生物材料和仿生物质。在我国，中草药发展历史悠久，体系较为完善，已形成一种独特中草药文化[1]，自神农氏尝百草以来，历经千年，经久不衰，备受世人追崇。

随着科技进步和医疗保健事业发展，中草药已不仅仅只局限于医药，同时涉及食品、保健、美容、饮料、化工等多个领域，市场价值巨大，需求量逐年增多。由于中草药应用领域扩大，其质量也倍受关注。陈昌孝等[2]提出“中药质量标志物（Q-Marker）”这一中药产品质量新概念，旨在为中药及其制剂产品质量相关问题提供更加全面的研讨方法，确保其质量符合有关标准要求。

当今，中草药质量评价主要是对其真实性、质量和安全性进行评价[3]。一是鉴别其真伪，从外观特性进行鉴定评价，这是最基础，也是最重要的；二是评价质量好坏，运用现代技术设备检测分析中草药中功能成分的含量，以此来评价其质量好坏；三是判断其安全性，通过提取分离以及分析测试等手段，检测有毒、有害成分（农药、重金属残留等）含量是否在规定的安全范围内。

1 外观质量评价

外观质量是由专业鉴定机构或部门依据其形状、显微特征等对其感官品质鉴定，判断其真假、等级。即其生产必须参照中药材生产质量管理规范（GAP）种植管理规范生产；形状特征也必须按照标准操作规程（SOP）要求进行鉴定评价研究[4]；显微特征符合道地药材的主要特征，符合中国药典现行规定标准[5]。

2 有效成分提取分离

有效成分含量高低是中草药质量的重要指标。中草药药理活性成分多，结构复杂，有效成分主要有生物碱、苷类、挥发油、鞣质、多糖、有机酸及其脂、蛋白质、含氮化合物等[6]。对中草药有效成分提取是中药生产企业必要的工艺技术，从提取工艺发展历程来看，可将其大致分为早期、近现代和现代3个时期。

2.1 早期提取工艺

早期提取方法及装置都较为简单，是在基于温度等条件下，利用目标成分与溶剂相似相容的原理进行提取。根据提取物不同，提取剂有水、酸、碱、有机溶剂等。水作为提取溶剂，在适宜的条件下，以强穿透性、强极性的特点来实现大部分化学成分提取，其效率较高、使用安全、污染较低。酸碱作为提取溶剂能够破坏细胞壁，将大分子物质转化成小分子物质，达到提取的目的，但是会对大部分化学成分产生破坏。有机试剂（甲醇、乙醇等）则是以其低沸点、强穿透性的特性达到提取目标成分的目的。

2.1.1 煎煮法 煎煮法是沿用至今的最早的中草药提取方法，在高温、长时间、多次煎煮条件下，以水作提取溶剂，提取易溶于水且耐高温的有效成分，其提取成本低、无污染。陈阿丽等[7]对采用煎煮法提取人参皂苷的工艺进行了研究，在8倍量沸水、60min/次、煎煮2次的条件下提取人参皂苷效率达到最高。

2.1.2 浸渍法 浸渍法是在适宜的温度条件下，将中草药浸泡在相应的提取溶剂中，提取目标成分。此法影响因素较少，方法较简便。张春红等[8]以水作提取溶剂，采用正交试验设计，优化人参总皂苷提取工艺，结果表明，在10倍量水、60℃、浸提2 h的条件下，人参总皂苷的提取率最高。王亚萍等[9]报道，以浸渍法提取胡黄连浸膏的最佳提取工艺为20目粒径、25倍量水、80 ℃、75 min。

2.1.3 回流法 回流法是以有机溶剂作为提取溶剂，通过加热，蒸汽上升入冷凝管再回流，循环反复，直到目标成分提取完全，其具体提取条件因溶剂不同而不同。在回流法提取人参皂苷试验中，研究者经多次实验发现，在6倍量70%乙醇、80℃、45 min/次、回流6次的条件下，可获得最佳提取率[10]。

2.1.4 索氏提取法 索氏提取法是在回流法基础上，采用索氏提取器虹吸原理提取材料中目标成分。冯淼等[11]采用索氏提取法提取芦荟中芦荟苷，并利用正交试验设计，优选出其提取工艺为液料比1∶10、70%乙醇提取12 h，最大提取率达到了1.22 mg/g。吴月娜等[12]采用正交试验设计，对青天葵中总游离氨基酸的提取工艺进行筛选，20倍量水作溶剂、40℃浸提1 h，提取率最高。此方法对总皂苷、多糖的提取率较高、方法简便、装置简单，但是耗时较长，无法实现多样品同时处理。

2.1.5 水解法 水解法是氨基酸提取最常用的方法，以一定浓度强酸或强碱溶液，在一定温度下水解蛋白质，释放氨基酸，其方法主要有酸水解法、碱水解法、氧化水解法[13-14]。蛋白质的酸、碱水解法结果有所不同，各有其侧重点，碱水解时色氨酸不被破坏，但易发生外消旋作用，水解物中存在D-型和L-型2类氨基酸；酸水解则不会发生外消旋作用，水解物中只有L-型氨基酸，但色氨酸几乎全部被破坏；过甲酸氧化法是在酸水解之前进行过甲酸氧化，以达到保护胱氨酸的目的。

2.2 近现代时期

伴随着科技不断发展，新型仪器和多重原理综合使用，提取方法极大地提高了提取效率，降低了生产成本。

2.2.1 表面活性剂法 表面活性剂法是根据提取物具有表面活性，通过通气或搅拌产生气泡，使其吸附于气泡上，从而实现分离，方法简单、提取率较高。Xiu等[15]采用表面活性剂法分离浓缩了Rb1、Rb2等5种人参皂苷。张海滨等[16]对表面活性剂法提取竹节参总皂苷的工艺进行了研究，结果表明，在气泡直径0.4～0.5mm、温度65℃、pH 5.5、电解质0.015mol/LNaCl的条件下，其总皂苷富集比为2.1，纯度比为2.6，回收率98.33%，回收率较高，方法稳定。

2.2.2 微波辅助萃取法 微波技术的应用，显著提高了目标成分提取率。微波直接作用于化学物质，对较弱化学键起到断键、重组作用；同时，高能量可使细胞内温度快速上升，破坏原组织结构，加大了固液接触面积，加速提取过程。微波辅助萃取技术具有提取率高、耗能低、耗时短、更为环保等优点，在中草药化学成分提取过程中被广泛应用[17-22]，但该方法在操作过程中较难控制，产生的能量较大，易产生爆沸现象。

2.2.3 超声辅助提取法 超声波产生震动、空化、搅拌等综合性作用，增加固液接触面积，实现目标成分高效、快速提取[23]。季晓晖[24]对超声辅助提取人参皂苷的工艺进行研究，结果表明，以20倍量甲醇作溶剂、45℃、频率45 kHz、时间60 min，其提取效率最高。该方法耗时较短、装置简单、成本较低，适用于多糖、皂苷及农残等大分子物质提取和分离。

2.2.4 高压与超高压提取法 高压与超高压提取法是利用流体静压骤减作用，使中草药细胞璧膜透化，从而实现对目标成分快速提取的目的，该方法作用时间较短，不受温度条件制约，可用于中草药中热不稳定成分提取。陈瑞战等[25]采用正交实验设计，对利用超高压提取人参皂苷工艺进行了研究，结果显示，以75倍量50%乙醇作提取溶剂、提取压500 MPa、提取时间2 min时，其提取率最高。

2.2.5 超临界流体萃取法 超临界流体与液体相似，其粘度低、扩散性强。超临界流体萃取法利用流体成分具有较强渗透与溶解力，通过调节流体温度和压力来调节目标成分溶解度，从而高效提取或分离目标成分，可作为超临界流体成分有CO2、乙烯、丙烯、乙烷、甲醇、乙醇等[26]。颜雪琴等[27]在进行超临界CO2萃取石榴皮原花青素工艺的研究中发现，以1.2倍量65%乙醇作提取剂、提取压力35 MPa、提取温度48℃、提取时间58 min时，提取率达到最高。

2.3 现代提取方法

2.3.1 半仿生提取法 半仿生提取是一种新兴提取技术。利用“灰思维方式”，在体外模拟口服给药及药物经肠胃转化吸收原理，通过控制pH达到提取目的，能够保留较多有效成分。陈新等[28]研究发现，对于人参皂苷提取，仿生提取法明显高于水提取法，而且其提取物质对于食用者所带来的异物感较低，更容易被吸收利用。李钦青等[29]利用正交实验设计，优选复方天麻钩藤口腔崩解片的半仿生提取工艺，最终得到以12倍量水、60℃温度下提取2 h，其各项指标提取率最高。

2.3.2 脉冲电场提取法 脉冲电场提取是利用细胞膜电穿孔原理，瞬间使膜电位发生改变，破坏细胞壁膜，从而来实现对其细胞中各组分的提取，具有耗时短、耗能低、产物不易变性等优点，但是起步晚，装置过于简单，仍处于发展阶段[30]。

2.3.3 基质固相分散提取法 基质固相分散提取法是将样品与固相萃取剂混合研磨，使其充分混匀，然后置于萃取柱中，采用合适洗脱剂进行洗脱、分离，提取样品中组分。王志冰等[31]利用基质固相分散技术提取冬虫夏草、丹参和蜂胶中活性成分，其方法与溶剂提取法相比，明显减少提取溶剂使用量，提取效率较高，方法简便。但是自填装柱子的稳定性较难控制，有较大误差，很难保证实验条件的完全统一。

2.3.4 生物提取法 生物提取法即酶提取法。生物酶能够溶解细胞内的壁膜结构，释放成分，同时根据酶高度专一、降低反应活化能的特性，以达到降低反应时间、提高反应效率的目的。该方法所需条件严苛，温度、pH等条件必须适宜才能保证效率；由于酶具有专一性，需综合酶共同作用，提取目标成分[32]。由于该方法中间产物较多，水解不够彻底，成本较高，此方法不常用。

有效成分提取时所得到的提取物成分复杂，为获得准确的目标成分，需进一步分离纯化。常用的方法有固-液分离法[33]和液-液分离法，按化学成分分配比例的不同来萃取目标成分，如高速逆流色谱法[34]和离心分配色谱法[35]、离子交换法[36]、活性炭层析法[37]、分级沉淀法[38]、柱色谱分离技术[39]和膜分离技术[40]等。

3 毒害成分提取

由于受天气、土壤、水源及其他生物因素的影响，在中草药生长过程中极易受有害因素影响，导致毒害成分（农药残留、重金属等）含量严重超标，不但加大后期中草药及其制剂加工成本，还对使用者的安全产生极大威胁。所以，安全因素指标也是中草药质量组成因素。

3.1 农药残留 农药滥用，滞留量增多且分解较慢，导致残留量严重超标，极大威胁食用者安全。农药残留问题严重制约着行业的安全与发展，对于农残分析至关重要，一般可分为提取-净化-检测三大步骤[41]。

农药残留分析通常采用水溶性溶剂提取-非水溶性溶剂再分配-固相吸附柱净化-气相或液相色谱与质谱联合检测[42]。农药残留提取与纯化至关重要，不仅关系着结果准确性，还影响着检测仪器的使用寿命。农药残留提取、分离净化方法与有效成分的提取方法相同，只是在其提取剂与净化物质方面会根据农药种类不同而有所差异[43-44]。

3.2 重金属 比重大于5的金属易与人体内蛋白质和酶发生强烈作用，使其失活，也会在某些器官内产生积累，造成慢性中毒。重金属检测已经成为衡量中草药安全性的一项重要指标，其检测前处理方法众多，有干法灰化法、湿式消解法、微波消解法。

3.2.1 干法灰化法 干法灰化法是指在特定装置内，经高温分解、灰化，残渣再用溶剂溶解检测。可分为氧瓶燃烧法和高温灰化法。前者在有氧密闭条件下燃烧有机样品，适用于有机物中卤素、磷、氯、溴等元素检测[45]；后者置于坩埚等装置中，在通气下，高温分解，常用于测定重金属铅、镉、铬等元素检测[46]。

3.2.2 湿式消解法 湿式消解法是在样品中加入适量强氧化酸或混合酸（HNO3－HClO4、HNO3－HClO4－H2SO4、HNO3－H2SO4、H2SO4－H2O2和HNO3－H2O2等）加热消解，必要时加入催化剂加速反应[47]。当样品含有较多无机物时，多采用含盐酸混合酸进行消解；当样品含硅酸盐时，则用氢氟酸消解。与干法灰化法相比较，装置简单、耗时短，但不适合消解油脂含量较高的样品。

3.2.3 微波消解法 微波消解法是将各种酸、部分碱以及盐类与样品混合，在高温增压下，利用微波加热使样品快速溶解消化。其原理是微波电磁场能够使极性分子由随机分布转向按电场分布，在高频电场作用下快速旋转、迁移、摩擦，从而提高温度，激发分子旋转振动，促进样品消解[48]。装置操作简便、耗时较短，但不适于进行大批量操作。

4 总结与展望

中草药质量直接影响着其药效发挥和安全。当今市场，对中草药质量安全要求越来越高，研究评价体系亦不断在完善。但是，在化学成分提取前处理时所采用试剂、仪器等材料造价较高，且工序繁琐、耗时较长等严重制约着体系发展。随着中草药质量关注度与日俱增，提取分离技术趋向低成本、无污染、简便高效、自动化方向发展。本文旨在总结经验基础上，为构建更加合理、准确、快速、高效、低成本的提取分离方法提供理论支持，提高中草药及其制剂品质与效益。