任務1.1　天然藥物化學成分的提取

天然藥物化學成分的提取是天然藥物研究與開發的基礎環節。根據被提取成分的主要理化性質，選擇合適的方法，使目標成分能充分地被提取出來。

1.1.1　溶劑提取法

1.1.1.1　基本原理

溶劑提取法是根據被提取成分的極性，選用合適的溶劑和方法提取。其作用原理是溶劑滲透至藥材內部，溶解溶質，形成內外的濃度差，由內向外滲透，直至內外濃度趨于平衡。

1.1.1.2　溶劑的選擇

溶劑按照極性可分為三類：親脂性有機溶劑（非極性溶劑）、親水性有機溶劑（中等極性溶劑）、水（極性溶劑）。常用提取溶劑按照極性從弱到強的順序排列如下：

石油醚<四氯化碳<苯<二氯甲烷<三氯甲烷<乙醚<乙酸乙酯<正丁醇<丙酮<甲醇（乙醇）<水。

根據“相似相溶”原理，選擇與天然藥物化學成分極性相似的溶劑來進行提取。同時還要考慮所選擇的溶劑對有效成分溶解度大而對其他成分溶解度小，沸點適中易回收，低毒安全。

天然藥物化學成分的極性可根據其結構來判斷。影響化合物極性的因素如下：

①化合物分子母核大小（碳數多少）：分子大、碳數多，則極性小；分子小、碳數少，則極性大。

②取代基極性大小：在化合物母核相同或相近情況下，化合物極性主要取決于取代基極性大小。

常見基團極性大小順序如下：酸>酚>醇>胺>醛>酮>酯>醚>烯>烷。

溶劑的極性可根據介電常數的大小來判斷。介電常數表示溶液將相反電荷分開的能力，能反映出溶劑分子的極性大小。溶劑的極性增加，介電常數增大。非極性溶劑介電常數小于15，這類溶劑給不出質子，與溶質的作用力弱。

常用溶劑的介電常數見表1.1。

常用溶劑選擇如下：

水是一種強極性溶劑，對細胞的穿透能力較強。無機鹽、糖類、分子不太大的多糖、鞣質、氨基酸、蛋白質、有機酸鹽、生物堿鹽和極性苷類等都能被水不同程度溶出。但缺點是溶出的雜質較多。

親水性有機溶劑有甲醇、乙醇、丙酮等。其中以乙醇最為常用，具有經濟、安全、無毒，對細胞的穿透能力強，大多數化學成分都可溶解等多種優點，被稱為萬能溶劑。

親脂性溶劑有石油醚、苯、乙醚、三氯甲烷、乙酸乙酯等。特點為沸點低，濃縮回收方便，但穿透能力差，有毒，易燃，價格昂貴，同時對設備要求高，大量使用有一定局限性。

1.1.1.3　提取方法

（1）浸漬法

浸漬法是將原料粗粉裝入適當容器中，加入水或乙醇浸漬十多個小時，濾出浸漬液后反復2～3次，合并浸漬液，減壓濃縮。此法適用于含淀粉、樹膠等成分較多的藥材以及含揮發性成分、遇熱不穩定易分解或被破壞成分的提取。但是提取時間長，溶劑用最大，提取效率不高。若用水為溶劑易發霉、變質，必要時需加適當的防腐劑。

（2）滲漉法

滲漉法由浸漬法發展而來，將藥材裝入滲漉裝置內，加入水或乙醇浸漬數小時，然后由下部接收滲濾液，上部不斷補充新溶劑，裝置見圖1.1。該法可以保持濃度差，提取效率高于浸漬法。

（3）煎煮法

將原料粗粉加水煮沸，過濾濃縮。煎煮法操作簡便，各種成分都能不同程度地提取出來，但不適用于含揮發性及遇熱不穩定成分以及含糖類、淀粉類多的藥材。

（4）回流提取法

用有機溶劑作提取劑，將藥材裝入回流裝置中，熱回流一定時間，濾出提取液，藥渣再添加新溶劑回流2～3次，合并濾液，回收有機溶劑后得濃縮提取液。該法提取效率高于滲漉法，但由于受熱時間長，不適用于熱不穩定成分的提取。

（5）連續回流提取法

連續回流提取法是在回流法基礎上發展而來，特點是可用少量溶劑循環提取，提取液和藥材分離。操作原理見圖1.2（a）。工業上多采用提取濃縮一體化生產線，見圖1.2（b）。

1.1.1.4　影響溶劑提取法的因素

（1）藥材粉碎度

一般而言，藥粉越細、表面積越大，提取效率越高。但如果太細，藥粉對提取成分的吸附也越強，同時還會造成過濾困難。因此用水提取時用粗粉，用有機溶劑提取時以20目為宜。

（2）溶劑用量

通常情況，增加溶劑用量可以提高溶出度，但會造成提取成分的濃度降低，回收濃縮困難，應綜合考慮。

（3）提取溫度

一般來說，熱提取效率高，但要考慮有些成分高溫易破壞，應選擇適宜溫度。

（4）提取時間

隨著提取時間增長，被提取成分溶出度逐漸提高，直到被提取成分在細胞內外濃度差逐漸接近后，溶出度不再增加，反而會溶出更多雜質。一般用熱水提取每次0.5～1h為宜，用乙醇提取每次1h為宜。

1.1.2　水蒸氣蒸餾法

水蒸氣蒸餾法是將水蒸氣通過原料成分，使揮發性成分隨水蒸氣蒸餾出來。適用于能隨水蒸氣蒸餾而不被破壞的難溶于水的成分。一些揮發性生物堿如麻黃堿和檳榔堿亦可用此法提取。根據與水的接觸狀態，可分為共水蒸餾、隔水蒸餾、水蒸氣蒸餾三種類型。常用的水蒸氣蒸餾裝置包括水蒸氣發生器、蒸餾瓶、冷凝管，裝置如圖1.3所示。提取中藥揮發油，實驗室常用揮發油提取器，裝置如圖1.4所示。

1.1.3　超聲波提取法

（1）超聲波提取的原理

超聲波是指頻率為20kHz～50MHz左右的機械波。超聲波在傳遞過程中存在著正負壓強交變周期，處于正相位時，對介質分子產生擠壓，增加介質原來的密度；處于負相位時，介質分子稀疏、離散，介質密度減小。在溶劑和樣品之間產生空化作用，導致溶液內氣泡的形成、增長和爆破壓縮，從而使固體樣品分散，增大樣品與萃取溶劑之間的接觸面積，提高目標物從固相轉移到液相的傳質速率。

（2）超聲波提取的特點

超聲波提取通常在40～50℃進行，不需高溫加熱，不會破壞熱不穩定、易水解或易氧化的藥效成分。提取在常壓下進行，操作簡單易行，設備維護保養方便。萃取時間短，萃取充分，萃取量是傳統方法的2倍以上。適用性廣，絕大多數的藥材成分均可超聲萃取。藥材原料處理量大，且雜質少，有效成分易于分離、凈化。另外超聲波能促使植物細胞破壁，提高藥物的療效。

（3）應用

超聲波提取廣泛應用于苷類、生物堿類、黃酮類、蒽醌類、有機酸類、多糖類等多種成分的提取濃縮。提取溶劑可選用水、乙醇、石油醚等。

1.1.4　微波提取法

（1）微波提取的原理

微波提取（MAE）是用微波能加熱與樣品相接觸的溶劑，將所需化合物從樣品基體中分離，進入溶劑中的一個過程。

微波是一種頻率在300MHz～300GHz的電磁波，具有波動性、高頻性、熱特性和非熱特性四大基本特性。微波加熱是利用被加熱物質的極性分子（如H2O、CH2Cl2等）在微波電磁場中快速轉向及定向排列，從而產生撕裂和相互摩擦而發熱。傳統加熱法的熱傳遞方式為：熱源→器皿→樣品。而微波加熱則是能量直接作用于被加熱物質，其模式為：熱源→樣品→器皿；能量傳遞效率大幅度提高。空氣及容器對微波基本上不吸收和反射，這從根本上保證了能量的快速傳導和充分利用。

（2）微波提取的特點

微波對極性分子選擇性加熱，從而使其選擇性地溶出，雜質相對溶出減少。提取時間短，只需幾秒到幾分鐘，提取速率高。可供選擇的溶劑較多，溶劑的用量少。

（3）應用

1986年，在Ganzler等發表的關于微波萃取的第一篇文獻中報道了用微波從玉米、大豆、棉籽、胡桃中提取原油，從蠶豆中提取蠶豆嘧啶核苷和伴蠶豆嘧啶核苷，從棉籽中提取棉酚等。現在微波萃取廣泛應用于生物堿類、蒽醌類、黃酮類、皂苷類、多糖類、揮發油類、色素類等多種成分的提取。

1.1.5　超臨界萃取技術

（1）超臨界萃取的原理

超臨界流體是介于氣液之間的一種既非氣態又非液態的物態，這種物質只能在其溫度和壓力超過臨界點時才能存在。

溶質在溶劑中的溶解度與溶劑的密度成正比，與擴散系數成正比，與溶劑的黏度成反比。超臨界流體的密度較大，與液體相仿，而它的黏度又較接近于氣體。因此超臨界流體是一種十分理想的萃取劑。

（2）萃取裝置

超臨界萃取裝置從功能上大體可分為八部分：萃取劑供應系統、低溫系統、高壓系統、萃取系統、分離系統、改性劑供應系統、循環系統和計算機控制系統。具體包括高壓泵、預熱器、萃取器、分離器、貯罐、冷凝器等設備，如圖1.5所示。由于萃取過程在高壓下進行，所以對設備以及整個管路系統的耐壓性能要求較高。目前，超臨界萃取生產過程已實現計算機自動監控，可以大大提高系統的安全可靠性，并降低運行成本。

（3）超臨界萃取的特點

超臨界萃取可以在接近室溫（35～40℃）及CO2氣體籠罩下進行提取，有效地防止了熱敏性物質的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持著藥用植物的有效成分，而且能把高沸點、低揮發性、易熱解的物質在遠低于其沸點溫度下萃取出來。由于全過程不用有機溶劑，因此萃取物無有機溶劑殘留。萃取和分離合二為一，安全性非常好。CO2氣體價格便宜，純度高，容易制取，且在生產中可以重復循環使用。壓力和溫度都可以成為調節萃取過程的參數，工藝簡單。在超臨界流體中加入少量其他溶劑（夾帶劑）也可改變它對溶質的溶解能力，可以使超臨界萃取技術的適用范圍進一步擴大到極性較大化合物。

（4）應用

德國、美國、日本等國已將超臨界萃取技術應用于食品、香料工業并具相當的規模。例如在德國，用超臨界提取啤酒花，年處理量50000t以上；在美國和歐洲，用超臨界萃取進行茶葉處理和脫咖啡因，年生產能力上萬噸。超臨界萃取技術在醫藥工業領域也有廣泛的應用。美國科學家從20世紀70年代開始用超臨界從植物中提取抗癌藥物。我國近幾十年來在超臨界萃取分離研究、藥理毒理研究及新藥的開發研究等方面取得了眾多重要的科技成果。如超臨界提取青蒿素、貫葉連翹提取物、紅豆杉中紫杉烷類成分、姜黃油、丹參酮ⅡA、大蒜油、蛇床子素等，均取得成功，具有巨大的發展潛力。