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微波技术在中药提取中的研究与应用(上)

时间:2008-09-01 08:12:18  浏览:        

摘  要:从中药提取概述入手,通过中药提取微波协助技术阐述了微波萃取(MAE)应用性要点,进而列举了MAE在中药单方及复方的应用研究。同时,对微波萃取设备作了简述。
    关键词:微波萃取(MAE);中药提取率;功率密度;收率;质量;节能

1    中药提取概述

    中药提取是从药材(动植物)浸出有效成分以便制成供内服、注射和外用的制剂。药材所含成分十分复杂,按药理作用和组成性质分为:有效成分、辅助成分、无效成分和组织物质。提取与分离的目的是获取最大限度的有效成分和辅助成分,尽其可能弃除无效成分、有害成分及组织物质,以使用最小剂量达到最长疗效之目的。随着西药屡次出现毒副作用、耐药性及过敏等不良反应,天然药物将广受青睐,人们也加强了天然药物生产工艺的研发,试图改变传统的工艺方法,以获得最佳效果。
    中药的提取、分离提纯、干燥等技术已成为研究的热点。在提取方面,除对传统的索氏提取进行改进,除动态提取提取与浓缩联合机组等以外,将超声波、超临界、微波等技术应用在中药提取的生产工艺上;在浓缩分离技术上,除改变过去的单效蒸发为双效、三效浓缩以降低蒸汽耗量外,同时为更多地保留有效成分,现又将膜分离技术应用在提取液的浓缩分离上,使其过程均在常温下进行,其不仅达到明显的节能效果,而且最大限度地保留热敏性的有效成分,提高了药物的含量与纯度;在固态制剂中,改变传统的常压、真空箱式干燥工艺,将喷雾干燥、冷冻干燥及微波干燥应用在生产上,在测量控制上采用传感器、编程器,不但提高自动化水平,而且实现防止污染、交叉污染的目标,尤其是防止微生物污染上更突显示其优越性。这些技术使产品质量有了突破性的提高,本文将重点讨论中药提取,尤其是微波协助的应用上。
1.1    浸出原理
  药材的大部分有效成分存于细胞原生质中的液泡内,在溶媒进入细胞组织溶解其有效成分后变成浸出液。药材的浸出过程将经历浸润、溶解、扩散、置换等4个阶段。当药材粉粒与浸出溶媒混合时,浸出溶媒。首先附着于粉粒表面使之润湿,然后通过毛细管和细胞间隙进入细胞内。溶媒进入细胞后与可溶性成分形成浓缩液而具有较高的渗透压,从而形成扩散点,并不断地向周围扩散其溶解的成分以平衡其渗透压。用浸出液或稀浸出液能随时置换药材粉粒周围的浓浸出液,这是浸出过程的关键。
1.2    影响浸出的因素
  药材浸出有效成分应根据其性质选择适当的溶媒,含水溶性成分药材以水提,而含脂溶性成分药材则用醇提。浸出溶媒的选用关系到有效成分的浸出率,以及制剂有效性、安全性、稳定性及经济性。
1.2.1    浸出溶媒的选择
  用于药材浸出的液体称为浸出溶媒,浸出溶媒浸取药材后得到的液体称浸出液,浸出后的残留物称药渣。由于药材中可溶性成分非常复杂,浸出的目的在于选择适合的溶媒和方法。浸出液经过适当精制处理可制成中药的多类剂型,如口服液、滴剂、注射剂、片剂、胶囊剂等。为何浸出的药剂所制得的药物比单方或直接入药的药材粉末制成的剂型、疗效更好、疗程更长、更安全稳定呢?(1)浸出药剂同原药材相比,由于除去组织特质和部分无效成分,相应提高有效成分的浓度,增加某些有效成分的稳定性,减少用量,便于服用;(2)浸出药剂的作用通常比较缓慢持久,毒性也较低,因辅助成分的共存可促进有效成分的吸收;(3)中药的治疗作用以“阴阳五行,君臣左使”中医药理论为基础,强调总体协调的作用,浸出药剂具有药材各浸出成分的综合作用。
  据分析,在浸提的过程,可能还伴随着某些化学反应而产生的物质,因而有利于发挥某些药材成分的多效性及相辅相成的效果,故选择适当的溶媒及方法。药材中多类化学成分的溶解性可参见表1。
1.2.2    浸出辅助剂的选择
  在中药提取中,为了增加浸出率、增加浸出成分的溶解度、除去某些杂质和增加制品的质量稳定性等项目,常加入一些浸出辅助剂于溶媒中,如酸、碱、甘油或表面活性剂。
  (1)酸,主要促进生物碱的浸出,适量的酸对许多生物碱也有稳定作用,且能使部分杂质沉淀,同时以调整pH值。常用的有硫酸、盐酸、醋酸、酒石酸、枸椽酸等。
  (2)碱,应用不普遍,主要是防止酸性皂甙水解或增加浸出物的溶解性,且能除去鞣质、有机酸、树脂、色素等杂质。常用有氨水,有的用Na2CO3、Ca(OH)2,CaCO3,但NaOH一般不用。
  (3)甘油,常与水或乙醇混合使用、作稳定剂之用。
  (4)表面活性剂,可增药材的浸润性以提高浸出率。生物碱类常用阳离子型表面活性剂盐酸盐,非生物碱类则用阴离子表面活性剂。表面活性剂虽可提高浸出率,但浸出杂质也增加,故应慎用。
1.2.3    影响浸出的其他因素
    (1)药材的粒度。药材粉碎至一定的细度有利于有效成分的浸出,但不宜过细,此时会导致不易浸润,即使可浸取也会造成许多不溶性高分子物质进入浸出液,而导致分离困难。应指出,浸出率与药材组织及粒度有关,药材组织较硬、实者,其粒度宜在5 mm以下;而质松者,宜以切片,厚度控制在2~3 mm;花草则切段为宜。另外,不同硬度的药材其粒度对浸出的速度和量有密切关系。
    (2)温度。以常温水浸泡20~30 min,后加热升温,以免植物蛋白质凝固及破坏酶,促使有效成分及挥发油分解、挥发(切忌热水投料)。加热控制在沸点或以下,一般以80 ℃左右为宜。若有条件,最好在负压的状态下浸取,既可提高浸取速率,又可减少有效成分分解。
  (3)浓度差。浓度差是指药材块、粒组织内的浓溶液与外面周围溶液的浓度差,适当运用和扩大浸出过程的浓度差,特有助于加速浸出过程和提高浸出速率。故选择工艺和设备时应以此为基础,一般可采用搅拌或强制浸出液循环等方式达到此目的。
  (4)压力。对药材坚实而言,浸出溶媒较难浸润。为加速浸润过程,缩短溶质扩散过程所需时间促进药材组织内某些细胞壁的破裂,除微波微波的穿透性极好)外,可在负压或加压下实现。但是,对药材组织内充满溶媒(或药材组织松软者),则效果不明显。
1.2.4    浸出成分与浸出的关系
    一般扩散理论,在浸出过程中,药材的可溶性成分分子半径大小不同,扩散速度也有差异,而有效成分多属小分子物质,而大分子多属无效成分,前者将先溶先扩散,后者扩散较慢,而有效成分扩散其先决定条件还在于溶解度的大小。
1.2.5    浸出所应用的先进技术
  现在将超临界超声波、电磁振荡、脉冲、微波等技术用于浸取。从而出现提取技术的一场重大变革。由于微波萃取(MAE)是建立在中药提取理论的基础上,为提高提取率,提高有效成分含量,缩短提取周期,节约药材及能源消耗,所以在中药提取中应用微波技术,故称微波协助,因而有必要搞清楚中药提取中的一些基本概念,以便加深对MAE技术的理解。

2    中药提取微波协助技术

  微波协助是在传统的溶媒提取技术的基础上发展的一种新型萃取技术、将其应用于中药有效成分的提取,可达到速度快、转化率高、有效成分含量高、又节能之目的。
2.1    中药微波协助提取的原理与特点
  微波是介于1 mm~1 m(频率介于3×106~3×109 Hz)的电磁波,具有反射、穿透、吸收的特性,不同物质的电介常数、比热容、形状及含水量不同将导致各种物质吸收微波能的能力不同。极性分子接受微波辐射能后,通过分子偶极以每秒数十亿次高频旋转而产生热效应。在萃取时,微波透过透明的萃取剂到达植物内部,因物料的维管束和腺胞系统含量高,故而吸收微波的速度很快而升温,使细胞内压增大。当内压超过细胞壁承受能力时,细胞壁破裂,则其内部的有效成分自由流出,进入萃取剂而被溶解,去渣存液而达到提取目的。
  中药微波协助提取特点:它可对体系中的一种或几种组分进行选择性加热,可使目标组分直接从基体分离,而周围环境温度都不受影响。
  
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