新提取工艺在中草药工业化生产中的应用

操银苗

摘 要： 本文叙述了传统提取工艺的工艺流程及应用状况，重点分析和介绍了新的提取工艺在中草药提取工业化生产中的优势及应用状况。

关键词 ：传统提取工艺 酶法提取 超临界流体萃取 超声波提取 微波提取 大孔树脂吸附

1 简述

目前国内大部分的中药厂仍采用传统的提取工艺（回流、 渗漉、煎煮、浸渍四种方式）。传统提取工艺比较复杂，产品得率不高，且能源消耗量大，正逐渐被市场淘汰。为解决传统提取工艺的缺点，经过科研人员的不断努力，改善了传统的提取工艺，形成了新的提取工艺，并逐渐应用于工业化生产，如酶法提取技术、超临界流体萃取技术、微波萃取技术等。

•  传统提取工艺

传统提取工艺因其提取设备制造相对简单，提取方法易于应用到工业化的生产中，故目前我国的大多数中药厂仍采用此种提取工艺。该工艺是以多功能提取罐为提取单元设备的单级浸出（回流）浸出工艺，其工艺流程示意图如图 1 。

图 1 传统提取工艺流程图

单级（回流）浸出工艺采取一次性投料。提取罐中放入一定比例的药材和溶剂，在沸腾状态下煎煮 2 ～ 3h ，分离第一次提取液后再加入适量溶剂重新提取一至二次。待提取完毕，将几次分离的提取液泵入蒸发浓缩器中浓缩，浓缩液再泵入水沉（或醇沉）罐中进行冷却（或冷冻）静置 24 ～ 48h ，水沉（或醇沉）液经过滤器过滤掉杂质后泵入浓缩器浓缩成浸膏，或浓缩到一定浓度直接泵入干燥塔中干燥得药粉。该工艺提取罐中的药材和水（或醇）的比例一般为 10 ～ 15 倍，提取次数一般为 2 ～ 3 次。春天药业、田田药业等项目中采用了此种提取工艺。

单级（回流）浸出工艺适合小批量的药材的提取，对于大规模的生产，存在以下缺点 [1] ：

⑴ 药材和提取液达到浓度平衡时就失去传质推动力，需要分离提取液，重新加入新的溶剂进行第二次或第三次提取，耗时长；

⑵ 分批提取越往后，提取液浓度越低，导致提取液混合液的总体浓度远低于第一次提取液的浓度，加大了蒸发浓缩器的蒸发负荷；

⑶ 分批提取必须进行分批过滤及再加溶剂加热，致使提取罐处于无效的操作状态，使提取罐浪费在许多辅助性的操作上，提取罐的容积效率（ kg 药材 /m 3 .h ）十分低下；

⑷ 提取液中除有效成分外，往往杂质较多，给产品的精制带来不利；

⑸ 目前的提取罐的出渣现状是一次性排渣，为求迅速，湿热药渣不经冷却就在现场敞开排放，湿热气体弥漫易致楼板、平台和墙面等产生霉变，从而难以满足 GMP 规范要求。另外，药渣不经过滤排放，易致药渣中药液浪费。

为降低能耗，部分中药厂采取了多级半逆流提取的方式进行生产。所谓多级半逆流提取是在原来单罐提取的基础上对罐体上的管道进行改造，通过配管将多台多能提取罐组合成首尾相连并能切换操作的提取系统。该系统既能满足小批量药材的单罐提取又能满足大批量药材的多罐连续提取，尤其对于大批量药材，通过多级连续逆流提取可以大大减少溶剂的使用量和蒸发浓缩的蒸发量，从而可以降低部分水、电、汽耗量，降低运行成本。具体提取工艺流程示意图如图 2 。

图 2 多级半逆流提取工艺流程图

多级半逆流提取有两种提取方式，第一种提取方式（单罐提取方式）：溶剂罐内溶剂由管线 3 泵入提取罐 1 （或其他提取罐），提取完成后提取液通过线路 1 直接泵入提取液罐内；第二种提取方式（连续逆流提取方式）：溶剂罐的溶剂泵入提取罐 1 ，提取一段时间后提取液通过线路 2 进入提取罐 2 ，提取罐 2 内的提取液依次进入提取罐 n ，最后进入提取液罐中。以上两种提取方式之间的切换是通过阀门来实现的。与单级浸出工艺相比，多级逆流提取工艺溶剂与药材的比例可达到 5 ： 1 ，其溶剂耗量远小于单级浸出工艺。劲牌有限公司保健酒项目中采用了此种提取工艺。

但多级半逆流提取工艺与单罐浸出提取工艺一样存在需要一次性投料、现场排渣、提取收率低等弊病。

•  新提取工艺

为改变传统提取工艺的缺点，一些新的提取工艺已逐渐应用到工业化生产中，如酶法提取工艺、超临界流体萃取技术、微波萃取工艺等。

•  酶法提取工艺

酶法提取工艺 [2] 是在传统提取方法的基础上，根据植物药材细胞壁的构成，利用酶反应所具有的高度专一性等特点，选择相应的酶，将细胞壁的组成成分溶解或降解，破坏细胞壁的结构，使有效成分充分暴露出来，溶解、混悬或胶溶于溶剂中，从而达到提取细胞内有效成分的目的。由于植物提取过程中的屏障 - 细胞壁被破坏，因而酶法提取有利于提高有效成分的提取率。作者设计的植物药提取工程项目采用此工艺提取银杏叶有效成分，所得成品中银杏黄酮含量为 45% ，银杏内酯含量为 20% ，远远高于国际公认标准（黄酮含量 24% ，内酯 6% ）。具体工艺流程示意图如图 3 ：

图 3 酶法提取工艺流程图

该工艺是在第一次提取时加入纤维素酶和果胶酶用于破坏提取物质的细胞壁，使提取物质的有效成分充分的溶于提取液中，提取完毕后分离第一次提取液，再加入适当比例的有机溶剂 1 与水的混合液对提取物质进行第二次提取，提取完毕后，第二次提取液与药渣一起通过螺旋沉降式离心机离心过滤，两次提取液混合。混合液通过萃取塔与有机溶剂 2 进行萃取，其中有机溶剂 2 要求更易溶解提取物，且不溶或微溶于有机溶剂 1 和水，以达到萃取的目的。纯的有机溶剂 2 要比水与有机溶剂 1 混合液的挥发性能好，故能大大缩短蒸发浓缩时间和得到更纯的提取物。

酶法提取工艺能极大限度的提取药材中的有效成分。以酶法提取银杏叶中的总黄酮为例 [3] ，在提取时加入纤维素酶和果胶酶的复合酶液，与传统的水浸提取工艺相比，其总黄酮得率和总黄酮的含量分别提高了 25.1% 和 24.7% 。

综上所述，酶法提取工艺能使中草药提取收率大大提高，且反应条件温和，能耗低。但值得注意的是，若要最大限度的发挥酶的活性，在提取时一定要严格控制反应温度、反应时间、反应液 pH 值、酶的浓度、底物的浓度、抑制剂对提取物的影响等问题。

3.2 超临界流体萃取技术（ Supercritical Fluid Extraction ， SCFE ）

超临界流体萃取技术 [4] 具有与液体相近的密度，其粘度与气体相近，扩散系数为液体的 10-100 倍，因此对很多物质具有较好的渗透性和较强的溶解性。 SCFE 技术的原理是控制超临界流体在高于临界温度和临界压力的条件下，从目标物萃取成分，当恢复到常温和常压时，溶解在超临界流体中的成分立即与超临界流体分开。常用的 SCF （超临界流体）为 CO 2 ，因为 CO 2 无毒，不易燃易爆，价廉，有较低的临界压力和温度，易于安全地从混合物中分离出来。超临界 CO 2 萃取工艺与传统提取工艺相比，最大的优点是可以在近常温的条件下提取分离，几乎保留产品中全部有效成分、无有机溶剂残留、产品纯度高、操作简单、节能。

以提取银杏叶有效成分为例，实验人员通过对 SCFE 方法与溶剂萃取方法的比较得出 [5] ： SCFE 的萃取得率高（ 3.4% ），比溶剂萃取方法（ 1% ）高出 2 倍； SCFE 流程短，萃取分离一步完成。萃取批试操作时间为 2h ，比溶剂萃取方法（ 24h ）缩短 11 倍，提高了工作效率；银杏叶有效成分的质量（银杏黄酮含量为 28% ，银杏内酯含量为 7.2% ）高于国际现行公认的质量标准； SCFE 采用 CO 2 为萃取介质，在 35 ～ 40 ℃进行萃取操作，保持了银杏有效成分的天然品质，而且不存在有害有机溶剂和重金属残留。

日本富士香料公司、长谷川香料公司利用德国伍德公司生产的超临界 CO 2 萃取装置生产香料、色素和医药类产品。近 10 多年来，我国研究人员先后研究和开发了 4 套不同规模的工业化超临界 CO 2 萃取装置 [6] ，已开发的产品包括青蒿素浸膏、蛇麻子浸膏、姜黄浸膏、茉莉精油等。由于萃取装置内压力高，目前国内反应釜的规格都不超过 1000L 。

SCFE 技术因提取时间短，收率高，无残留等优点，正逐渐被应用到工业化生产中。但需注意的是，因反应釜内压力较高，在生产中首先要求管理和操作人员应有必要的压力容器基本知识，其次是超压泄放装置除了安全阀外还应设置爆破片，以起到双重保护的作用。

•  超声波提取技术（ Ultrasonic Wave Extraction ）

超声波提取技术是利用超声波的空化效应、机械振动、高加速度、乳化、扩散、击碎和搅拌作用，增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速药物有效成分进入溶剂，以利于提取 [7] 。该技术具有提取时间短、产率高、无需加热、低温提取有利于药材有效成分的保护等优点。超声波提取技术能避免高温高压对有效成分的破坏，但它对容器壁的厚薄及容器放置位置要求较高，否则会影响药材浸出效果。刘海鹏 [8] 等以回流提取法和超生提取法对相同条件下的银杏叶进行提取发现，超声提取法所得总黄酮的得率高 10% 以上且时间远远少于回流提取法。

超声波提取技术所需设备简单，操作方便，目前我国部分中药设备制造厂家正大力推广超声波提取设备，如济宁金百特电子有限公司、温州远大中制药机械厂等。值得注意的是，在工业生产中应把握超声波提取提出率的关键，即找到适宜的振动频率参数和溶剂的选择。

•  微波萃取技术（ Microwave Assisted Extraction ， MAE ）

微波提取技术是利用微波能来提高收率的一种新技术。其提取机理首先是由于微波产生的电磁场加速了被提取部分成分向提取溶剂界面扩散的速度；其次是由于吸收了微波能使得被提取物质的细胞内部温度迅速上升，细胞内外形成压力差异导致细胞壁破裂，从而使细胞内成分在较低温度下便可进入提取溶剂并溶解 [9] 。

微波提取工艺与传统提取工艺相比，克服了药材细粉易凝聚、易焦化的弊病，提取时间短，成品得率高，能耗低。如传统提取工艺中药材与溶剂的比例为 10 ～ 15 ： 1 ，而微波提取工艺的比例为 3 ～ 7 ： 1 ，大大减少了蒸发浓缩的负荷。仍以提取银杏叶中的总黄酮为例，微波提取法所获的得率是传统提取方法的 2.2 倍 [10] 。

与传统提取设备相比，微波提取法设备占地较小，但投资费用较高。但从长远来看，微波提取的节能效应及高成品得率会弥补这一缺陷。目前，我国已有多家提取设备厂家在生产和销售微波提取设备，如上海辰灿轻工机械有限公司生产的连续微波提取装置。在工业生产中，微波对人体，尤其对眼睛有影响，应用时需注意微波的泄露和防护。

•  大孔树脂吸附技术

大孔树脂吸附技术是上世纪 70 年发展起来的一种新工艺。大孔树脂是一种具有多孔立体结构人工合成的聚合物吸附剂，是在离子交换剂和其他吸附剂应用基础上发展起来的一类新型树脂，用于固体萃取。与其他溶剂萃取技术相比用合成吸附萃取剂能减少溶剂的使用量和增加操作的安全性 [11] 。

与传统提取工艺相比，大孔树脂吸附技术存在以下优点：

⑴ 免去了传统提取工艺中的静置沉淀和浓缩的工序，大大缩短了生产周期。

⑵ 所得提取物体积小、不吸潮，容易制成外型美观的各种剂型，尤其适用于颗粒剂、胶囊剂和片剂，使中药的粗、大、黑制剂升级换代为现代制剂。

⑶ 工艺操作简便，且树脂可多次使用，也可再生反复使用，成本不高，设备较简单，可以节约大量的 能耗 、辅料、包装材料、贮藏、 运输 等费用。

应用大孔树脂吸附技术使植物药提取分离工艺简化，耗用有机溶媒较传统方法少，操作安全，分离率较高，产品纯度质量提高。目前，大孔树脂吸附技术广泛应用于天然植物中活性成分如皂苷、黄酮、内脂、生物碱等大分子化合物的提取分离。我国银杏提取物生产厂家大多采取大孔树脂吸附技术进行银杏提取物的分离纯化。在工业生产中需注意的是，不同提取物因理化性质不同，对应的大孔树脂型号也不同，选择合适的大孔树脂至关重要。

其他一些提取工艺还有半仿声提取法、破碎提取法等，随着科学技术的发展，相信这些提取工艺也能很好的应用到工业化生产中去。

•  结论

酶法提取工艺是利用酶破坏植物细胞壁结构，使植物有效成分充分溶于提取溶剂的一门提取工艺。该工艺能提高提取收率，反应环境温和，能耗低。

超临界流体萃取技术是利用萃取剂在临界状态下与植物有效成分充分混溶的特点，通过高压提取、常压分离的一门提取工艺。该工艺具有提取时间短，收率高，无残留等特点。

超声波提取工艺是利用超声波增大物质分子运动频率和速度，增加溶剂穿透力，从而加速药物有效成分进入溶剂，以利于提取。该技术提取收率高，所需设备简单，操作方便，操作时间短。

微波提取技术是利用微波产生的电磁场加速中草药有效成分溶于提取溶媒的一门提取工艺。该提取工艺所用时间少，能耗低，成品得率高。

大孔树脂吸附技术是利用大孔树脂吸附提取物中有效成分的一门提取工艺。该工艺的应用可简化提取分离工艺，降低有机溶媒耗量，提高提取物的纯度，且操作安全。

5 结束语

中药是我国传统医药，中草药提取技术在我国有着不可或缺的地位。长期以来，由于传统提取工艺的落后，我国的中药厂在市场上的竞争能力不强，我们的中药产品始终无法走出国门。酶法提取技术、超临界萃取技术、超声波提取技术等新提取工艺因提取收率高，能耗低等特点，一直以来备受科研人员和提取生产厂家的关注。这些先进提取技术的工业化应用将使我国的中药制剂摆脱“粗（杂质多）、大（服用量大）、黑（颜色深）”的外貌，增强我国中药制剂在国际市场上的竞争力。

参考文献：

[1] 谢敏琴，等 . 重要生产线的技术和设备讨论 [J]. 医药工程设计， 2006 ， 27 （ 2 ）： 1

[2] 何际婵 . 浅谈酶法在中草药提取中的应用 [J]. 中医药学刊 2005 ， 23 （ 9 ）：

[3] 丛伟 . 酶法提取银杏叶中总黄酮的研究 [J]. 山西食品工业， 2000 ，（ 1 ）： 13

[4] 安建中，等 . 新技术新方法在中草药提取方面的应用 [J] 时珍国医国药， 2001 ， 12 （ 5 ）： 465

[5] 国家药品监督管理局信息中心 . 中药制药技术及工艺汇编 [J].

[6] 国家药品监督管理局信息中心 . 中药制药技术及工艺汇编 [J].

[7] 刘辉林 . 中草药化学成分提取新技术 [J]. 牙膏工业， 2003 ，（ 3 ）： 40

[8] 刘海鹏，等 . 超声波 / 回流法银杏叶总黄酮提取的研究 [J]. 化学工程师， 2005.08

[9] 梅成 . 微波萃取技术的应用 [J]. 中成药， 2002 ， 24 （ 2 ） 134-135 。

[10] 刘峥嵘，等 . 微波萃取银杏叶黄酮类化合物 [J]. 东华理工学院学报， 2005 ， 28 （ 2 ）： 154

________________________________________________________________［2007第1期］