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       【关键词】  植物
        摘要：阐述了中药药用成分萃取的三种新技术即超声强化萃取技术、微波强化萃取技术和超临界萃取(SFE)技术的原理和方法。综述了这三种萃取技术的特点及其在中草药成分萃取中的应用现状，展望了其良好的应用前景。
        关键词：植物药用成分；超声萃取；微波萃取；超临界萃取
        The New Approach to Extraction of Medicinal Components in Plants
        WANG Hong, LI Yibing
        (Xianning College,  Xianning, Hubei 437100, China)
        Abstract:Three new extraction technologies of ultrasonic extraction,micro-wave extraction and super-critical extraction, available to extract the herbal components were illustrated in principle and the characteristics and application situation of the technologies were analyzed. The developing prospect is expected too.
        Key words:Plants" medicinal component;Ultra-sonic extraction;Micro-wave extraction;Super-critical extraction
        制药工艺与技术的不断革新和发展是中药现代化的基础，在中药药用成分的萃取方面，近些年来有一批新技术得到了研究和应用，其中超声强化萃取技术、微波萃取技术和超临界萃取技术的实验研究和工业应用已成热点。本文分别对这三项新型萃取技术进行介绍。
           1超声强化萃取技术
        超声波是在弹性介质中传播的、频率大于20 kHz不为人耳所听到的机械波。超声波的应用主要表现在两方面：一是能量超声波即功率超声波应用，一是信号超声波的应用。在功率超声波应用技术方面，近些年一个活跃的分支是超声辅助萃取――强化溶剂萃取技术。在此方面，已开展的研究与应用包括：超声波用于提取特色植物中的植物油、色素和香料、中草药中的有效成分、啤酒花中的苦味素、动物组织中的油、毒素和残留农药等。
        1.1超声强化萃取原理超声波具有波动与能量的双重性，其振动产生并传递很大的能量，利用超声振动能量可改变物质组织结构、状态、功能或加速这些改变的过程。超声波对介质的作用可分为热作用和非热作用［1］，热作用是指机械能在振动中转为介质的热能，其热能计算量与介质声强吸收系数、超声波声强以及超声波作用时间成正比。在一定的声强下，其产生的热量和升温作用是很有限的，对萃取的意义不大。而对强化萃取起主导作用的是超声波的非热作用。非热作用主要有两种形式，即机械作用和空化作用。前者是指超声波在介质传播过程中引起的介质质点的交替压缩和伸张。虽然质点的振动位移和速度的变化不大，但其加速度可能达到特别大的量级。这种大量级的加速度能显著地增大溶剂进入提取物细胞的渗透性，加强传质过程，从而强化了萃取过程。相比之下，超声波的空化效应更是强化萃取的最主要原因。超声空化是指液体中的微小泡核在声波作用下被激活，表现为泡核的振荡、生长、收缩乃至崩溃等一系列动力学过程。根据不同的表现，空化可有稳态空化和瞬态空化两种形式。稳态空化产生在较低的声强作用下，空化泡以非线性的形式在介质中振荡若干个周期。在振荡过程中，空化泡周围的微流对溶液中其它粒子产生较大的切向力，有利于溶剂渗透到细胞。此外，低强度超声不仅可使细胞周围形成微流，还可使动植物细胞产生胞内环流，从而提高了细胞膜和细胞壁的通透性，无需通过破坏膜或提高介质温度而加大传质过程。超声波的瞬态空化发生在较强的声强作用下，气(汽)泡在一个声波周期内迅速的生成、长大、压缩、崩溃，在崩溃时形成高达5 000 K以上的局部热点，压力可达数百乃至上千个大气压，随着高压的释放，将在液体中形成强大的冲击波(均相)或高速射流(非均相)。在萃取中，这种强大的冲击流能够有效地减小、消除溶剂与水相之间的阻滞层，从而加大了传质速率。同时，冲击流对动植物细胞组织产生一种物理剪切力，使之变形、破裂，并释放出内含物，这大大加速了萃取过程。
        1.2超声强化萃取的特点大量研究表明，利用超声波产生的强烈振动和空化效应作用能够提高萃取效率、改善萃取物的品质并提高得率、节约原料资源，并免除了高温提取工艺带来的对部分热敏成分的不利影响。这对于中药萃取具有十分重要的意义。
传统的水煮法或醇提法在对不同成分的提取过程中，不同程度地存在着：浸出时间长、温度高、有效成分受热过程长、杂质浸出多、能源消耗大、原料利用率低等问题，利用超声波强化萃取技术能够克服上述缺陷，具有较高的经济效益。
        1.3超声强化萃取的应用超声对中草药成分萃取的应用主要在以下方面［1，2］：①萃取植物中的生物碱。从植物中用常规法提取生物碱一般费时、费工、效率低，而借助于超声技术却可收到显著的效果。如对于从曼陀罗叶中提取曼陀罗碱、从颠茄中提取生物碱、从益母草中提取益母草总生物碱、从罂粟中提取吗啡等的实践中证明，超声方法比冷浸泡法和索氏法比较，其工艺简便、提出率高、速度快、效果好。②萃取植物中的苷类。在中药定量分析中要对中药的有效成分进行测定而要测定试样，按常规的煎煮或回流方法来制备时耗时低效。应用超声波方法，可以解决时间和效率问题。如从刺五加草药中提取紫丁香苷试样，从从槐米中提取芳香甙，从天麻中提取天麻素和天麻苷元等，无论与冷浸泡法、乙醇溶液回流法(索氏提取法)还是水作溶剂的加热蒸煮法、热碱提取－酸沉淀法相比，其提取率可大为提高，且工艺简单，速度快。③其他药用成分的提取。超声对萃取的影响与组织细胞的破碎有关，它能使细胞中可溶性成分更好地释放出来，并使溶剂分子渗透到组织细胞中去。超声的破碎作用施于一些细胞壁坚固的植物细胞上，使之在低于毫秒级的极短瞬间产生细胞破裂，在细胞破裂时，提取新鲜的生物活性物质如酵素、荷尔蒙、维生素等。还可以利用超声波强化提取松香、咖啡、茶叶及银杏叶中的内含成分如黄酮、茶多酚，动植物蛋白质等。此外，超声波在提取芳香植物中的天然香料方面有特别的作用，即能够保持提取物的特定风味，最大限度的抑止这些物质在萃取过程中的挥发。最后，超声萃取在提取油脂方面的研究与应用十分活跃，已展开的实验和应用涉及到八角油、扁桃油、丁香油、紫苏油、月见草油等的提取中。
           2微波强化萃取技术
        微波是无线电波中波长最短的波段(波长30MHz～300GHz)。与传统热萃取以热传导、热辐射等方式由外向里进行的方式不同，微波强化萃取是通过偶极子旋转和离子传导两种方式内外同时加热，加快萃取进程。微波萃取是中药材有效成分提取的一项新技术。
        2.1微波强化萃取原理物质对微波能量的吸收多少取决于物质自身的介电常数，当介电常数大于28时，分子中的净分子偶矩较大，在微波场中产生偶矩的基团以与微波相同的频率振动，产生大量热量。这些物质即“微波自热物质”；而介电常数小于28的物质在微波场中产生的热量很少，称为“微波透明物质”。微波浸提技术要求，被提取的中药成分是微波自热物质，而提取溶剂是微波透明物质。这样，吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到具有较小介电常数、微波吸收能力相对较差的萃取溶剂中。
        微波强化萃取的机理源于微波能量作用［3］，一方面微波辐射过程是高频电磁波穿透萃取介质，到达物料的内部维管束和腺胞系统。由于物料的维管束和腺胞系统含水量高，而水为极性分子对微波作用特别敏感，从而吸收微波能量很快升温，使细胞的压力增大，当细胞内部压力超过细胞壁膨胀承受能力，细胞破裂。细胞内有效成分逸出，在较低的温度条件下完成特定成分的萃取。另一方面，微波所产生的电磁场，加速被萃取部分成分向萃取溶剂界面扩散的速率，用水作溶剂时，在微波场下，水分子处于激发态而以24.5亿次/秒的速度做极性交换运动，这是一种高能量不稳定状态，或者水分子汽化，加强萃取组分的驱动力；或者水分子本身释放能量回到基态，所释放的能量传递给其他物质分子，加速其热运动，缩短萃取组分的分子由物料内部扩散到萃取溶剂界面的时间，使萃取速率大为提高，同时降低了萃取温度，最大限度保证萃取的质量。
        2.2微波强化萃取的特点微波强化萃取具有选择性萃取、操作时间短、溶剂耗量少、有效成分获得率高、便于产生控制、利于环保、生产线组成简单、节省投资等一系列优点。特别对中药萃取，用不同极性的溶剂进行选择性萃取使得成分筛选和确定更容易，微波快速溶剂萃取全自动工作重复性高，可控制制药工艺以及更快速地发现、开发和利用中草药。同时，微波萃取免除了萃取前的样品干燥处理，因此比其他的萃取技术对基体影响更小；通过完善和采用强极性激活技术、内置极化加热和极化非极性试剂技术使得非极性试剂也能在微波场下迅速加热和极化，从而使得微波快速溶剂萃取技术可广泛适用于包括极性和非极性的各种试剂。微波萃取由于不受溶剂亲合力的限制，可供选择的溶剂较多，目前已成熟的溶剂萃取方法都可用微波快速溶剂萃取法进行，通常极性样品采用极性溶剂如甲醇水等，非极性样品用非极性溶剂如正已烷等。
        选择性萃取――对萃取体系中的不同组分进行选择性加热的特点使得微波萃取成为至今唯一能使目标组分直接从基体分离的萃取过程。化学溶剂萃取方法耗能大、耗材多、耗时长、提取效率低、工业污染量大；超临界流体提取方法在提取效率上得到大大提高，但其方法要求的装备复杂，溶剂选择范围窄，需高压容器和高压泵，故投资成本较高。微波萃取方法与之相比，综合优势十分明显。
        2.3微波强化萃取的应用目前在我国，微波萃取已经用于多项中草药的萃取生产线中，如葛根、茶叶、银杏等。中药研究机构的科研工作者，已经用微波萃取方法处理上百种中药，包括萃取丁香油、青蒿素、麻黄碱、薄荷和蒜油的提取。在对高山红景天苷的萃取中，通过先用微波处理经浸润后的红景天根茎，然后再加水或有机溶剂浸取得到红景天苷提取液的方法和用乙醇溶液回流法(索氏提取法)及水作溶剂的加热蒸煮法做比较，结果表明：微波法大大缩短了提取同量物质的时间，且提取物品质最佳。利用微波技术对麻黄中麻黄碱浸出量进行的实验研究也表明了微波技术对麻黄中麻黄碱的浸出量明显优于常规煎煮法。
        由于微波对不同的植物细胞或组织有不同的作用，胞内产物的释放有一定的选择性，因此在应用时应根据产物的特性及其在细胞内所处位置的同选择不同的处理方法。文献［4］以大黄、决明子中不同极性的蒽醌类成分及金银花中的绿原酸、黄芩中的黄芩苷为指标成分，采用正交实验设计法考察萃取率，通过分析认为微波提取对不同形态结构中药的提取有选择性，对含不同极性成分中药的提取选择性不显著。
           3超临界萃取技术
        超临界萃取技术是近年来快速发展的一项新型萃取技术，90年代后该技术在中药研究领域中的应用也迅速增多。超临界萃取就是利用超临界条件下的流体作溶剂，从液体或固体中萃取出某些成分并进行分离的技术。超临界流体又称超临界气体，是处于临界温度和临界压力以上以流体形式存在的物质，通常使用的超临界气体为二氧化碳。
        3.1超临界萃取(SFE)的原理SFE是利用超临界流体的特殊性能来进行化学物质分离的技术。在超临界条件下，超临界流体(SCF)既有气体的低粘度和扩散系数，又有液体的高密度，因而有良好的传热、传质和渗透性能，对许多物质有很强的溶解能力，SCF的物化性质在临界点附近对温度和压力的变化十分敏感，即可以用压力和温度连续调节流体的性质；少量的共溶剂如少量夹带剂也可能大幅度改变SCF的性质［6，7］。因此，利用其较好的渗透性和较强的溶解能力，让超临界流体与待处理物料接触，选择性的溶解某些成分，并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，极性增大，利用程序升压可将不同极性的成分进行分部提取。提取完成后，改变体系温度或压力，使超临界流体变成普通气体选散出去，物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出，达到提取和分离的目的。
        3.2超临界萃取的特点与传统制药方法相比较，用超临界萃取技术进行中药研发及生产，具有以下诸多独特的优点［8］：①萃取能力强，有效成分提取率高，大大提高了产品收率和资源的利用率。②对被提取物有一定的选择性，主要和物质的极性、沸点、分子量相关。选择性萃取有利于中药中多种物质的分离，减少杂质，使中药有效成分高度富集，也有利于质量控制。③可以在常温下运行，特别适合挥发性和热敏性物质的提取，并能保证提取物的“纯天然性”，有效地防止热敏性成分的氧化和弥散。④萃取速度快，时间短。超临界流体萃取装置集萃取、分离于一体，大大缩短了工艺流程，萃取速度快、效率高、操作简单。⑤操作参数易控制，有效成分和产品的质量能够保证。可以得到没有溶剂残留的高纯度产品。⑥可提取许多传统法提取不出来的物质，且易于从中药中发现新成分，从而发现新的药理作用，开发新药。⑦可作为一种高效的分析手段，将其用于中药质量分析。⑧工艺流程简单，节省能耗，抑止污染。
        3.3超临界萃取的应用近10年来，SFE-CO2技术在中药生产领域得到了广泛的应用。由于CO2流体是非极性的，尤其适宜于提取挥发性成分。通过调节温度、压力、加入适宜的改性剂等方法，能够从中药中提取挥发油、生物碱、苯丙素、黄酮类、有机酚酸、苷类以及天然色素等成分。这项技术不仅可提高提取效率，还可保存大量热不稳定、易氧化成分及提取含量低的成分。其在中药提取分离上的应用表现为几个方面：单味中草药有效成分的提取分离，包括单一成分或几种极性相似成分的提取分离；复方中草药制剂提取物的提取分离；与其它单元操作结合应用来提取分离所需的活性成分；与光谱、色谱分析方法联用，对中药有效成分进行更准确更有效的定量分析。超临界萃取已成功应用于银杏叶、金银花、白芍、黄花篙、生姜、当归、木香、大蒜、沙棘、丹参、鹿茸草等30多种中药药材的药用成分的萃取中。
特别值得注意的是，在制药工业的以下领域超临界萃取将更加快速发展。从药物化合物中提取有效成份；中草药、皮、根茎萃取有效成份或中间原料；从发酵液中提取抗生素；从天然药物中提取生物碱。
        综上所述，超临界萃取技术因其具有的独特优点，可确保原有的色、香、味不因受热而被破坏，更能确保其中热敏性。易氧化物质不被破坏，还可在萃取过程中同时对萃取物进行分离纯化，所以超临界萃取技术在现代中药浸提中的意义与作用将会越来越大。
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        (咸宁学院，湖北 咸宁437100)