有機酸提取技術研究進展

黃玉香，吳雅清，許瑞安

（華僑大學分子藥物研究院，分子藥物教育部工程研究中心，福建泉州 362021)

有機酸提取技術研究進展

黃玉香，吳雅清，許瑞安*

（華僑大學分子藥物研究院，分子藥物教育部工程研究中心，福建泉州 362021)

有機酸提取對于研究和利用有機酸具有重要意義。文章綜述了近年來有機酸的提取技術，系統介紹了不同技術在有機酸提取方面的原理、特點和應用。

有機酸，提取技術，綜述

有機酸是指具有酸性的有機化合物，最常見的有機酸是羧酸（不包括氨基酸)，可分為脂肪羧酸和芳香羧酸兩類。植物中常見的脂肪羧酸有一元、二元、多元羧酸，如：酒石酸、草酸、蘋果酸、枸椽酸、抗壞血酸（即維生素C)等。脂肪酸多與甘油結合成酯或與高級醇結合成蠟。一般認為脂肪族有機酸無特殊生物活性，但有些亦可作藥用，如：抗壞血酸可用于治療壞血病和提高免疫力。芳香族羧酸有許多可作藥用，如：苯甲酸、水楊酸、咖啡酸等。其中，咖啡酸衍生物中的綠原酸，為許多中草藥的有效成分，有抗菌、利膽、升高白血球等作用。有機酸除少數以游離狀態存在外，一般都與鉀、鈉、鈣等結合成鹽，如：甘草中甘草甜素為甘草酸的鉀、鈣鹽[1];有些與生物堿類結合成鹽。有機酸的研究對于開發、利用藥用植物資源具有重要的意義。隨著提取技術的改進和發展，如何從藥用植物中有效提取有機酸，吸引了人們越來越多的關注。本文從原理、特點和應用角度對有機酸的提取技術作了綜述。

1 傳統溶劑提取技術

結合型有機酸多溶于水、乙醇、甲醇，難溶于其他有機溶劑;游離型有機酸可溶于有機溶劑，難溶于水，而成鹽后則易溶于水和醇。基于這種特性，可用不同的溶劑將有機酸從藥用植物中提取出來。傳統的提取方法包括煎煮法、浸漬法、滲漉法、回流提取法[2]、索氏提取法及水蒸氣蒸餾法。劉祥蘭等比較了多種提取工藝對金銀花中綠原酸含量的影響，其結果表明乙醇回流法的提取率高于傳統水煎法、動態溫浸法、超聲提取法及滲漉法[3]。此外，還可用堿提取酸沉淀法，如：陳琦等分別采用超聲提取法（溶劑為水);堿提酸沉法;酸沉后有機溶劑萃取法;有機溶劑加酸后，水直接提取法等多種方法提取鵝不食草總有機酸，其結果顯示，堿提酸沉法提取鵝不食草總有機酸的方法比其他方法的提取率高[4]。傳統溶劑提取技術設備簡單，媒介廉價且量大，易于工業化生產，但存在物耗高、能耗高、時間長、收率低、勞動強度大、長時間高溫會破壞熱敏性成分及易殘留有害物質等缺點[5]。

2 高新提取技術

2.1 超聲波提取技術

超聲波提取技術（UAE)是利用超聲發生器產生的高頻機械波（20～5×106kHz)對目標物進行提取[6-7]，涉及的原理有機械原理、熱學原理和空化原理，其中以空化原理最為重要，即利用超聲波的空化過程，在超聲波振動過程中發生的空化泡可使植物細胞周圍形成微流，還可擊破植物細胞壁，這不僅有利于提取介質進去細胞內，而且有利于細胞內有效成分的溶解并分散到細胞外[8-9]。在超聲發生器方面常用機械式超聲波發生器，其是以高速氣體或液體為介質，通過機械裝置產生諧振的系統，如凌敏等[6]利用超聲波清洗機SB-80輔助提取迷迭香酸的研究;府旗中等[7]采用KCT-Ⅲ型數控超聲波清洗器提取金銀花中的綠原酸，均采用機械式超聲發生器。

超聲提取技術用于有機酸提取，具有操作簡單、提取效率高、提取時間短等優點。府旗中等[7]應用超聲波法提取金銀花中的綠原酸，采用紫外分光光度法測定不同提取工藝下制備的提取物中綠原酸的含量，并與傳統的水提法、乙醇回流提取法比較，根據綠原酸的得率及抑菌效果確定金銀花提取的優化工藝，得出超聲波法的綠原酸提取率高于水提法、乙醇提取法的結論;尹波等[10]用超聲水提取金銀花中的綠原酸，與常規的水提取法相比，超聲的空化作用大大加速了綠原酸成分的提取速度，還能很好地保持有機酸的特性和品質，同時，也提高了綠原酸成分的提取率;李勝華等[11]亦采用超聲波提取結合正交實驗優化并采用高效液相色譜法來測定翻白草中熊果酸的含量。但超聲提取僅適用于對熱穩定的成分，對于某些對熱敏感的有機酸則可能破壞其結構，從而影響其生物活性[10]，且該技術的研究和應用主要停留在實驗室的微小規模，很難在工業上得到大規模放大，在藥用植物有效成分提取方面，應充分利用超聲提取的優勢，但也要對其作用機理和提取參數的選擇進行深入研究，有望在將來能使超聲提取技術在中藥現代化工程中得到放大[8]。

2.2 微波萃取技術

微波萃取技術（MAE)是指利用波長在1mm到1m之間，頻率為3×106～3×109Hz的電磁波對目標物進行提取[12]，可使用專用微波實驗設備，操作方便快捷但價高，故常使用普通家用微波爐或家用微波爐經改裝后的微波萃取裝置[13]。其原理普遍認為是在微波場中，具有一定介電常數的離解物質受到微波場作用形成離子電流，并在流動過程中與周圍的分子或離子發生高速摩擦和碰撞，使微波能轉為熱能，由于離解物質介電常數不同，這樣便可利用物質吸收微波能力的不同而選擇性地將目標物加熱，從而使目標物從基體或體系中分離，進入對微波吸收較弱的溶劑中[14-15]。此外，也有人提出微波作用于細胞結構的機制[16]，可見，目前對于MAE的機理研究還有待深入，這也將是MAE理論研究的重要方向。

微波萃取技術具有：a.選擇性高（基于離解物質的介電常數不同);b.受熱均勻，質量穩定（內加熱型)[14];c.溶劑消耗量少，省時節能，不產生噪音，污染少;d.設備簡單，操作方便，適合進行工業化生產[11，15]。E N Papadakis等[17]用微波輔助萃取的方法提取希臘的奶酪、綿羊奶的酸奶中13種有機酸，其結果表明，微波輔助萃取法比普通的攪拌提取法在精確度和重復性方面有顯著優越性。郭錦棠等[18]采用正交實驗設計比較微波提取與傳統索氏提取方法對甘草酸的提取效果，數據顯示微波輻照8min的提取效果與索氏提取3h效果相當，提取速率是索氏的10～20倍，結果表明，微波萃取技術用于中草藥提取有其獨特的優越性。Pan X J等[19]報道微波提取甘草中的甘草酸，與熱回流、索氏提取法、室溫提取法、超聲波提取法等傳統方法相比，只要4～5min就可以達到傳統萃取法的回收率，具有提取高效、快速、完全及節省時間、溶劑和能源等優點。不足之處：a.微波萃取適用于對熱穩定的成分，對于某些對熱敏感的有機酸則可能破壞其結構，進而影響藥物有效成分的生物活性;b.微波泄漏對操作者影響甚大[2]。目前，微波輔助萃取有機酸在國外研究比較多，基于微波萃取主要是對極性分子的選擇，該項技術在有機酸提取方面是很有應用前景的。

2.3 超臨界流體萃取技術

超臨界流體萃取技術（SFE)是利用超臨界狀態下的流體（即超臨界流體，常用CO2)作為萃取溶劑，從液體或固體物料中萃取出某種或某些組分的一種新型提取技術。超臨界流體有類似氣體的較強穿透力和類似于液體的較大密度和溶解度，具備良好的溶解能力和擴散能力。

超臨界流體萃取技術與常規溶劑提取方法相比，具有提取溫度低、提取效率高、溶劑用量少且無三廢等優點。在提取過程中無溶劑殘留，可以進行高選擇性提取，縮短生產周期，并且在萃取過程中提取完全，能充分利用中藥資源[20]。李巧玲等[21]用超臨界流體萃取技術提取甘草中甘草酸，并與冷浸法、超聲輔助法和熱提法進行比較，結果在提取效率和提取周期上具有顯著差異。張虹等[22]采用正交實驗法，以超臨界萃取為提取條件，以阿魏酸含量為考察指標，對影響川芎中阿魏酸提取工藝的因素進行了研究，結果進一步證實了，超臨界流體技術具有萃取率高、傳質速度快、選擇性高、提取物較干凈、省時、環境污染小等優點，類似研究還見于夏枯草果穗的熊果酸[23]、中華雪膽的齊墩果酸中[24]。不足之處：有關SFE技術的工業化研究還比較薄弱，要真正實現超臨界萃取技術的產業化，還有若干問題亟待解決，這包括裝置的設計和規模、萃取釜、裝置的轉產、二氧化碳的回收、系統能耗以及安全保證等問題[25]。

2.4 半仿生提取技術

半仿生提取技術（SBE)是在新思維指導下的一種科學突破，是對傳統中藥研究思維的一種顛覆，改變了形而上學的思維方式，它是將整體藥物研究法與分子藥物研究法相結合，從生物藥劑學的角度，模擬口服給藥及藥物經胃腸道轉運的原理。這是針對通過消化道給藥的中藥制劑而設計的一種新的提取工藝，即將藥料先用一定pH的酸水提取，繼以一定pH的堿水提取，提取液分別濾過、濃縮，制成制劑。這種新提取法可以提取和保留更多的有效成分，能縮短生產周期，降低成本[26]。孫秀梅等[27]利用半仿生法以甘草次酸、甘草總黃酮、浸膏量為指標，將其與水提取法（WE)比較，其結果顯示SBE法優于WE法。張兆旺[26]、程艷芹等[28]亦利用該技術進行過相關研究。該技術a.思維模式上體現了分析思維與系統思維的統一，思路概括起來是：“有成分論，不唯成分論，重在機體的藥效學反應”;b.工業選擇上體現了單體成分與混合成分的統一，不僅充分發揮了混合物的綜合作用，又能利用單體成分控制中藥制劑的質量，尤其適用于復方中藥制劑的研究[29-30];c.口服給藥特點與中醫治病特點的統一，即考慮口服給藥的生物藥劑學及藥物動力學過程，又考慮到中醫用藥的整體觀念[29]。但是，目前半仿生提取法仍沿襲高溫煎煮方式，容易影響許多有效活性成分，降低藥效。因此，有學者建議將提取溫度改為近人體溫度，在提取液中加入擬人體消化酶活性物質，使提取過程更接近于藥物在人體胃腸道的轉運吸收過程，更符合辨證施治的中醫藥理論。

2.5 酶解技術

酶工程技術是近年來用于天然植物有效成分提取的一項生物工程技術。中藥制劑的雜質大多為淀粉、果膠、蛋白質等，針對雜質可選用合適的酶予以分解去除。酶反應較溫和地將植物組織分解，可以較大幅度提高收率，故酶解不失為一種最大限度從植物體內提取有效成分的方法之一。目前，用于中藥提取方面研究較多的是纖維素酶，大部分中藥材的細胞壁是由纖維素構成，植物的有效成分往往包裹在細胞壁內;纖維素則是由β-D-葡萄糖以1，4-β-D-葡萄糖苷鍵連接，用纖維素酶酶解可以破壞β-D-葡萄糖鍵，使植物細胞壁破壞，有利于對有效成分的提取[31]。楊茉等[32]采用纖維素酶處理并優化金銀花中綠原酸的提取工藝，探討了酶的用量、酶解時間、酶解溫度及酶解pH對綠原酸得率的影響，其結果顯示纖維素酶處理能顯著提高金銀花中綠原酸得率。類似研究與相似結論還可見于劉佳佳等[33]及梅林[34]對于金銀花提取新工藝的研究。陳永勝等[35]亦報道了采用纖維素酶、蛋白酶以及二者聯合作用于葵花粕提取綠原酸，并設計了正交實驗探討酶解時間、酶用量對綠原酸提取率的影響，結果表明，纖維素酶和蛋白酶聯合作用能顯著提高葵花粕綠原酸的提取率。

2.6 聯用技術

a.超聲-微波聯用技術，凌敏等[6]研究了超聲波輔助微波萃取法從迷迭香中提取迷迭香酸的工藝條件，結果表明：采用超聲波輔助微波提取迷迭香酸，具有提取率高、提取時間短和節能等優點。b.超聲-酶聯用技術，何粉霞等[36]以小麥麩皮為原料，研究了在超聲波輔助條件下利用木聚糖酶酶解小麥麩皮制備阿魏酸的最佳工藝條件。目前聯用技術在有機酸提取方面的應用尚且不多，在以后的研究中可嘗試使用多種技術的交叉使用。

3 結論

有機酸是中藥中不可忽視的一類重要化學成分，快速高效、節約能源、簡便易行的提取特點，對于中藥現代化具有重要意義，傳統提取技術比較成熟，但存在溶劑、能源消耗大且效率不高等問題，合理使用一些新技術可以有效改善提取效率，使有機酸制備向高效節能的方向發展。高新提取技術雖有其優勢，但在對具體藥物有效成分進行提取時，有時候卻未必比傳統提取技術好，因此實際生產時應根據各有機酸特有的理化性質，選擇合適的提取技術，為了能夠揚長避短，還可以將多種技術聯合使用，探尋最佳的工藝條件與作用機理。不斷探索和完善提取技術，將會使有機酸的制備向綠色、現代化的方向發展。

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Extraction techniques of organic acids

HUANG Yu-xiang，WU Ya-qing，XU Rui-an*
（Institute of Molecular Medicine，Huaqiao University&Engineering Research Center of Molecular Medicine，Ministry of Education，Quanzhou 362021，China)

According to study and application，it was extremely valuable that the extraction techniques of organic acids was explored.This article reviewed that the recent progresses in extraction technologies of organic acids，and systematically introduced different extraction technologies of extraction mechanisms，characteristics，applications and prospects.

organic acids;extraction technique;review

TS201.1

A

1002-0306（2012)14-0426-04

2011－10－28 *通訊聯系人

黃玉香（1982-)，女，碩士研究生，講師，研究方向：中藥藥理與中藥制劑。

泉州市科技計劃重點項目（2011Z29)。