天然药物有效成分的微波连续提取技术

天然药物有效成分的微波连续提取技术1天然药物有效成分的微波连续提取技术东南医药生物工程技术研究所郭维图1温州神华轻工机械有限公司孙福平2摘要：天然药物有效成分提取长期以来一直采用水（醇）热回流提取和醇（水）沉，这种方法提取率低。为了加快中药提取的现代化进程，应用科技前沿技术，如超临界、超声波、微波浸提辅助技术及大孔径树脂、膜分离技术以及冷冻、喷雾和微波干燥相配套，组成一条技术先进又符合国情的生产线，这不啻是极为明智的选择。当前，中央把节约能源、降低消耗、减少污染立为基本国策；国家中医药局提出“中药新产品开发以高效、优质、安全、稳定为目标。”同时指出：“中药工业生产工艺和工程化技术落后，缺乏标准化的专用制药工业装备.”本文着重介绍一种在植物提取物研究、生产中应用的微波连续提取装置。通过22个产品其中单方14个反复8个近300次试验证实，采用微波连续提取工艺不但可以节能、降耗、减排，还可以使中药提取物生产实现自动化、连续化，同时使提取率和有效组分含量大幅度得到提高，进而使中药实现规模化、产业化。这是我们克服重重困难，身体力行执行中央指示和国家中医药局提出的中医药发展战略目标所获得的成果，以此向国庆60周年献礼。关键词天然药物中药提取有效成分传统提取微波提取微波功率间歇连续节能减排降耗新技术装备规模化产业化现代化经济效益AbstractExtractingeffectiveingredientsofnaturaldrugsalwaysusesheatrefluxextractionandalcohol-precipitation,thesetraditionalextractionareinefficient.InordertoaccelerateChinesetraditionmedicineextractionrealizingmodernization,itisawisechoicethatusesthefrontierscienceandtechnologycomposingofaproductionlinewhichisadvancedtechnologicalandinconsonantwiththesituationofcountry,suchassupercritical,ultrasonic,microwaveextractioonassistivetechnologycombinedwithlargeapertureEastotacandmembraneseparationtechnique,refrigeration,sprayandmicrowavedrying.Thecentralgovernmentputenergysaving,lowerconsumptionandpollutionreductionasbasicnationalpolicy.NationalbureauofTCMproposethat‘NewChinesetraditionalmedicineproductdevelopmentshouldtakehighefficiency,excellentquality,saftyandsteadyastarget’.Atthesametime,NationalbureauofTCMalsopointoutthat‘Chinesetraditionalmedicinemanufacturingtechniqueisbackward,andlackofstandardizeddedicatedpharmaceuticalsindustrydevices’.Thisarticleintroducesasetofmicrowaveextractiondeviceusedinplantextractsresearchandproduction.Weused22kindsofmedicinewhichcontain14singleand8compoundmedicine,for300timesexperimentstotoverifythatusingmicrowaveectractioncontinuousproductionnotonlycanrealizeenergysaving,lowerconsumptionandpollutionreduction,butalsocanmakeextractingprocessrealizeautomationandserialization.Atthesametimeitcangreadlyimprovetheextractionefficiencyandactiveprinciplecontent,andthenbringaboutChinesetraditionalmedicinescaleandindustrialization.ThisistheachievementsthatweovercomenumerousdifficultiesanpractisethecentralgovementdirectivesandNationalbureauofTCMmedicinedevelopmentstrategicobjective.Forthisreason,wepresentitaspresentofNationalDay's60thanniversary.Keywordsnaturaldrugs,chinesetraditionalmedicine,extraction,activeingredients,traditionalextraction,microwaveextraction,microwavepower,interval,continuous,energy-saving,emissionreduction,consumptionreduction,newtechnique,equipment,scale,industrialization,modernization,economicbenefit.由于化学合成药的毒副作用，医源性、药源性疾病逐渐增多，其新产品研制成本越来越天然药物有效成分的微波连续提取技术2高，医疗费用成为患者不堪的重负。因此，人们冀望于一类毒性、副作用相对较小的治疗药物取代或部分取代化学药物。于是，人们将目光投向天然药物，实践证明，它具有疗效稳定、安全、毒副作用小及对一些疑难病与慢性病疗效好的显著特点，据统计，全球有70%的人接受过中医药治疗或保健。全球天然药物的销售量每年以20%速度增长。世界各民族在与疾病斗争和预防疾病、营养保健中积累应用天然药物的宝贵经验，纵观中华民族悠久的发展历史，追溯祖国医药学的前进步伐，中医药作为中华民族优秀文化的灿烂结晶，我们的先辈如张仲景、华佗、李时珍、张思邈…他们为民族的昌盛和人类的文明作出了不可磨灭的贡献。近代，为了确定天然药物的确切疗效，科学工作者通过对植物所含成分进行分析，确认其有效成分、无效成分和有害成分，然后采用提取、分离和纯化等科学手段吸其精华弃其糟粕让它为人类的健康服务。随着科学技术的发展，必将进一步推动中药制药工业的进步，在保持中药传统特色和优势的基础上，实现中药现代化是必然的趋势。在加强基础研究和应用研究时应该吸取综合相关学科的理论与实践，充分应用新技术、新方法、新工艺、新设备、新材料、新辅料，从整体上提高中药制药技术水平和产品技术含量，以此作为中药现代化的可靠技术保障。天然药物几乎都是以植物（俗称中草药）为原料，植物有效成分的分离分析研究是当今研究的热点，由于新技术方法的不断出现和应用，植物活性成分的提取、分离、纯化工作逐步从长周期、低效率、低收率、低含量向短周期、高效率、高收率和高质量方向发展，活性成分的分析测定也更加迅速、微量和准确。中药制剂或保健品、食品添加剂质量好坏、成本的高低取决于提取物活性成分含量的多少、提取率高低。提取物目标成分高、纯度高意味着用药剂量少、疗效高、疗程短，不但可以降低产品成本，而且可以降低居高不下的药费，减轻患者的经济负担。因此，如何提高提取率？怎样增加目标成分的含量和提高纯度？寻找降低产品成本途径成为目前提取物生产和项目研究的重要课题。同时，如何将科研成果转化为生产力，将其成果产业化，这是工艺与装备研究者的急切愿望。1.目标组分提取的沿革我国古代医药极为丰富，古书就有“神农尝百草，始有医药”的记载。公元前2140年发现酿酒法及其作用，在商代（公元前1766年）创用汤剂，《内经》中已有汤、丸、散、膏、药酒等记载，后汉张仲景（公元142～219年）著述中有栓、洗、软膏、浸膏、糖浆和丸剂的论述。公元十六世纪前，我国收载近40个药物剂型，除现代剂型中的注射剂与片剂外几乎都有（1）。希腊药学家格林（Galen，公元129～199）认为：“植物中有我们需要的成分，但也有无效物质，必须加以分离才能更好地发挥它的效能。”按照他的指导思想，我们从植物中提取所需要的物质（1）。因此,提高了用药质量，也促进药剂学的发展。为纪念他人们将浸出制剂如醋剂、酊剂、浸膏剂、油浸剂及乳剂、合剂、溶液剂、软膏剂均称为格林制剂。近代，科学技术发展很快，西方一直在科技发展的前沿，而我国，由于种种历史因素的困挠，直至上世纪80年代才步入经济技术发展的轨道。在此以前，中药仍然停留在丸、散、膏、丹、汤传统剂型上，生产仍然停留在用刀切、大锅熬、石磨推、草纸包的落后工艺，因此，产品外观呈现的是大、黑、粗的形貌。这种令人尴尬的产品质量，主要是提取、浓缩、纯化工艺落后所致，因此，必须采用先进技术，方可有中药产品的未来，才不至于把老祖宗遗留的宝贵遗产挥霍歹尽。应该看到，近25年来，中药提取虽然由多功能提取、多效浓缩、醇（水）沉等近代生产工艺取代大锅熬的传统工艺，产品质量有所改观。但这种技术仍然是能耗高、物耗大、排放多的落后技术。科学技术部等16部委制定的国家中医药创新发展规划纲要提出“中药新产品开发以高效、优质、安全、稳定的‘三效’（高效、速效、长效）、‘三小’（剂量小、毒性小、副作用小）、‘三方便’（储存、携带、服用方便）为目标。”同时指出：“中药工业生产工艺和工程化技术落后，缺乏标准化的专用制药工业装备.”中药工业生产工艺和工程化技术落后尤其体现在中药提取物的生产上,中药提取生产线由提取、浓缩（纯化）收膏、干燥组成。常用的提取方法有浸渍法、渗漉法、加热回天然药物有效成分的微波连续提取技术3流法和煎煮法。传统的浓缩方法是直接过滤然后沉降分去沉淀物，清液直接送入加热器浓缩。目前，采用三效或双效浓缩器者居多，三效浓缩器第1效加热温度为95℃、第2效加热温度为85℃，双效浓缩器则第1效加热温度为85℃、第2效加热温度为75℃，此温度为敏感温度，热敏性有效成分易大量被分解，这容易造成收率大大降低。此方法由于过滤不彻底，固形物易粘附于加热管壁，不但造成结垢导致传热速度减慢浪费能源，而且垢层炭化造成浓缩液污染。现在不论采用三效或双效浓缩器，都是在真空状态下进行，而且第三效或第二效后蒸出水蒸汽还须冷凝、冷却，增加能源消耗。按照能耗统计，蒸出1T水需要消耗1.2T蒸汽,冷凝并冷却1T水蒸汽及其凝水需要消耗3～4T冷却水,由此可见其能耗相当可观,尤其CME工艺提取所加水量为MAE工艺的1.5～2.5倍,能源消耗就更加突出(2)。尽管浓缩已经改为真空减压蒸发，但由于蒸发量大、加热时间长、能耗高，被分解的热敏性成分大量增加。因此，有些对新技术兴趣浓厚的企业采用超滤法用于浓缩，由于不加热，不存在相变，经实践证明可取得热敏性成分分解大大减少、浓缩时间大大缩短、能源消耗大大降低的可喜效果。中药分离精制方法有水提醇沉法、醇提水沉法、酸碱法（调pH值法）、离子交换法等。尤其醇（水）沉更为普遍，它主要是利用提取液中各种杂质在不同浓度的醇中的不同溶解度来加以分离，达到纯化的目的。但采用醇沉工艺进行分离除杂时有效成分损失25﹪～75﹪，有效成分不能最大限度保留。不能有效地减少服用剂量，口感差，疗效相应也会