物質與能量添加劑在中藥分離中的應用

王俊超 潘佳偉 韓 偉

（華東理工大學中藥現代化工程中心，上海200237）

0 引言

眾所周知，自然界的自發現象，比如鹽粒溶于水，是一個熵增過程。反之，要把鹽水分為純凈的鹽和水就必須采用容器（設備）加熱使水分蒸發，水蒸氣冷凝為純水，鹽在變濃的溶液中結晶成純鹽，這樣就完成了熵值減小的分離過程，即外界必須對系統做功。做功的分離劑分為2大類：一類為能量添加劑，諸如熱、壓力、電、磁、離心、輻射等；另一類為物質添加劑，諸如過濾介質、吸收劑、表面活性劑、吸附劑、液膜及固膜材料等。分離劑在中藥分離中的應用如圖1所示。

圖1 分離劑在中藥分離中的應用

我國作為中醫藥的發源地，擁有上千年的中醫藥發展史和豐富的中藥資源。然而，傳統的中藥提純分離方法，如熱水浸提法（煎煮法）、乙醇浸提法、滲濾法、回流法等，普遍存在有效成分收率低、純度低、工序多、周期長和能耗高等缺點，添加分離劑（物質或能量添加劑）既可顯著提高中藥的提取效率，又可降低提取成本，省時、高效、節能。

本文將對常用分離劑（物質或能量添加劑）在中藥提取分離方面的應用進行綜述。

1 常用物質添加劑在中藥提取方面的應用

在中藥提取過程中，常用的物質添加劑主要有酸、堿、酶、表面活性劑、固膜材料等。

1.1 加酸、堿輔助提取

溶劑中使用酸的目的主要是促進生物堿與酸生成可溶性生物堿類，以利于提取，而且適當的酸度還可以對一些生物堿產生穩定作用，并能沉淀某些雜質。若所提取的成分是有機酸時，加入一定量的酸可以使有機酸游離，再用有機溶劑將有機酸提取，這樣可取得良好的提取效果。

中藥中常用的堿主要為氨水，是一種揮發性弱堿，對有效成分的破壞作用小，也容易控制其質量。在溶劑中加入微量的氨溶液能防止其酸性皂苷緩慢水解而產生渾濁或沉淀。在干草提取過程中加入適量的氨溶液以保證甘氨酸能提取完全[1]。

1.2 生物酶解提取

在中藥提取過程中，細胞原生質體中的有效成分向提取介質擴散時，必須克服細胞壁及細胞質間質的雙重阻力。通過選用一些恰當的酶類（纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶等）作用于藥用植物細胞，可以破壞細胞壁的致密結構，引起細胞壁及細胞質間質結構產生局部疏松、膨脹、崩潰等，有利于有效成分的溶出。

生物酶解法所具有的獨特優勢，使其在中藥提取領域中占有重要的地位，應用非常廣泛，并取得了一定的進展。

禹華娟[2]等用果膠酶和纖維素酶對蓮房組織進行酶解，采用四因素三水平正交實驗獲得最佳工藝：纖維素酶添加量為0.7%、果膠酶添加量0.1%、酶解溫度55℃、酶解時間2.5 h。優化后的提取工藝與直接醇提法相比，能將蓮房原花青素的提取率提高約48%。在上述研究基礎上采用DPPH法進行了抗氧化性的對比，結果表明，酶輔助提取和醇提法提取的原花青素有著相同的抗氧化性。

劉靜波[3]等采用胰蛋白酶提取黑木耳中的膠原蛋白，將酶提取法、酸提取法、堿提取法、熱水提取法進行對比試驗，以膠原蛋白得率為衡量指標，相對于酸提取法和堿提取法，酶提取法的提取優點不僅在于得率最高，而且對膠原蛋白的破壞性較小，最后對工藝進行了優化：采用胰蛋白酶，酶解pH值為8.0、液料比為52.5:1（mL/g）、酶添加量為8%、酶解時間為2 h，在此條件下從黑木耳中提取膠原蛋白的得率達到1.091%。

Shengnan Wang[4]等采用水酶法，用堿性蛋白酶對松子進行了酶解，采用單因素實驗和響應面分析法確定了最佳工藝：酶添加量為1.9%、酶解溫度55℃、酶解時間2.2 h、固液比為1:5、酶解pH值為8.8，總提取率可達到87.92%。

汪志慧[5]等采用響應面分析法優化雙酶法提取蓮房原花青素，確定最佳工藝參數：酶解溫度53 ℃、酶解時間1.6 h、pH 4.8、果膠酶:纖維素酶=1:1.1，在上述工藝參數下原花青素的提取率為5.20%，相對于單一乙醇提取法提取率的3.84%，優化后的工藝提取率有明顯的提高。采用DPPH法進行抗氧化性的對比，結果顯示，雙酶法提取的蓮房原花青素比單一醇法提取的原花青素的清除DPPH自由基的能力強。

1.3 固膜材料輔助提取

固膜分離技術是指含有2個或2個以上組分的流體（真溶液、乳濁液、懸浮液等）在容器中通過一固體膜，憑借該膜的選擇性以及膜兩側的能量差（如靜壓差、濃度差、電位差等）將某種成分或一組分子大小相接近的成分與流體中其他組分（溶劑）分離，以達濃縮溶質或凈化溶劑的技術。在中藥輔助提取和濃縮中的主要應用有反滲透、超濾、納濾、微濾等。

陳瑩和萬端極[6]將麻黃草進行液態發酵水提取合并濾液，第一級膜為納濾膜，其作用是除雜，麻黃堿透過率高達98%，雜質截留率達25%，納濾膜濾液過二級膜（反滲透膜）濃縮分離，麻黃堿被完全截留，濾液無顏色，電導接近生活用水，可循環利用于水提部分，膜設備操作簡單、易于清洗，可實現自動化、連續化生產。

魏學軍[7]等利用無機陶瓷膜超濾技術對蓮花清瘟膠囊顆粒精制工藝進行了研究，實驗以蓮花清瘟水提液為研究對象，測定了0.2 nm、50 nm、30 nm的3種不同孔徑膜及提取溫度、操作壓差、超濾時間、膜面流速等不同操作參數下的膜通量及有效成分含量的變化。實驗證明，陶瓷膜超濾精制蓮花清瘟水提液工藝是可行的，且雜質去除比較徹底，料液處理簡單，產品質量得到保證，膜清洗方便，可反復再生。

楊麗平[8]等采用兩級超濾和一級納濾對銀黃煎液進行分離、濃縮，用HPLC法檢測黃芩苷和綠原酸含量，蒽酮試劑比色法檢測多糖含量，探討膜分離技術用于銀黃復方有效部位提取的可能性，發現糖含量為3.41 mg/mL，黃芩苷和綠原酸從原液的轉移率分別為77.4%、79.02%，表明膜分離方法用于銀黃水煎有效部位的分離，保留了包括多糖在內的多種活性成分，方法簡單。

歐陽勇[9]用陶瓷微濾膜分離女貞子水煎液藥效部位，取膜分離所得過濾液作受試液，上清液作陽性對照，研究膜分離提取物對小鼠免疫作用的影響，發現女貞子膜分離所得的微濾液有提高實驗動物免疫功能的作用，其提高免疫功能作用優于陽性對照上清液組。

1.4 表面活性劑輔助提取

由于很多中藥提取的有效成分（如黃酮類物質、生物堿及揮發油等）不溶于水或者不易溶于水，而表面活性劑可以通過在其表面或界面的吸附作用或在溶液中形成的分子聚合體而改變這些成分在水溶液中的溶解性，提高中藥的提取效率，降低提取成本，具有省時、高效、節能等優點，因此表面活性劑在輔助中藥提取技術方面發揮著重要的作用。

董樹國[10]等采用表面活性劑輔助提取桑葉總黃酮，在單因素考察的基礎上，利用正交試驗優選最佳提取工藝條件：Tween 80的濃度為1.5%、料液比1:40（g/mL）、提取時間120 min、提取溫度80 ℃、提取2次。在上述條件下，總黃酮平均提取率為1.742%，比用水為提取劑提取總黃酮的提取率高36.81%，降低了成本，提高了提取率，且方法簡單、高效。

從實際應用的角度來講，由于表面活性劑輔助提取具有一定的局限性，單純的運用表面活性劑促進中藥提取的技術較少，更多的是采用表面活性劑與其他技術協同提取的方法，在后面將加以介紹。

2 常用能量添加劑在中藥提取方面的應用

在中藥提取過程中，常用的能量添加劑主要有超聲波、微波、高壓脈沖電場等。

2.1 超聲波強化提取

超聲波萃取技術[11]利用超聲波產生的強烈的空化效應、機械振動、高加速度，空化中產生的巨大壓力會造成生物體細胞壁破裂，且整個破裂過程在瞬間完成，從而增大分子運動頻率和速度，增加溶劑穿透力，加速藥物有效成分進入溶劑。同時，超聲波產生的振動作用加強了細胞內產物的釋放、擴散及溶解，從而提高提取效率。

超聲波作為近年來發展的新技術，具有快速、價廉、高效等優點，在提取中藥有效成分方面，可強化傳質過程，縮短生產時間，減少能耗及廢物的產生，因此具有良好的應用前景。目前，超聲波輔助萃取技術在強化中藥有效成分的提取方面也取得了一定的進展。

翟旭鋒[12]等采用響應曲面分析法對超聲波提取靈芝多糖的工藝條件進行優化，優化后的工藝為：超聲功率320 W、提取溫度70℃、提取時間34 min，其多糖得率為2.78%，氧自由基吸收能力（ORAC值）為1956μmol Trolox/g，與理論預測值無顯著性差異，制備的靈芝多糖分子量組成為18 150 Da（20.07%）和6 484 Da（79.93%），大大低于傳統水提靈芝多糖的分子量。

周志娥[13]等探索了超聲波提取黃花菜中多酚類物質的最佳工藝條件：超聲功率120 W、料液比1:20、乙醇濃度90%、超聲時間40 min，得到黃花菜多酚類物質提取得率為2.975%。

Kimbaris[14]等采用超聲提取法、水蒸餾提取法和微波法提取大蒜中的揮發油，研究發現超聲法相比其他2種方法，不僅降低了對熱敏性物質的破壞，而且易實現工業化生產。

2.2 微波輔助提取

微波輔助提取是微波和傳統的溶劑萃取法相結合后形成的一種新方法。它具有微波時間短、溶劑用量少、提取率高、產品質量好、成本低、投資少、容積回收率高等優點，尤其有利于熱敏性物質的萃取。自其問世以來，逐漸受到科研人員的重視，它在中藥提取方面的獨特優勢也日益顯著。

原增艷[15]等以響應面分析法確定了微波輔助提取懷地黃多糖的最佳工藝：微波處理功率720 W、微波處理時間210 s、料水比1:6，懷地黃多糖提取率可達到61.9%，并且該工藝有很好的重現性。

孫曉海[16]等以去離子水為溶劑，提取墨旱蓮中的總黃酮，液固比（V/m）=25 mL/g、微波提取時間210 s、提取2次，此時墨旱蓮總黃酮得率為1.42%，而常規水提取的時間為60 min，得率1.24%，提取時間明顯縮短，且提取率增加。

Dahmoune[17]等利用微波輔助提取技術提取香桃木中的多酚物質，得到最佳工藝：42%的乙醇溶液、液固比為32 mL/g、微波處理功率500 W、微波處理時間62 s，收率接近預期估計，且其抗氧化性比用超生波提取法和傳統的溶劑提取法更高。

Setyaningsih[18]等用微波輔助提取技術提取米粒中的多酚類物質，得到最佳工藝：提取溫度185℃、微波處理功率1 000 W、提取時間20 min、甲醇濃度100%、溶劑物料比10:1，且采用微波輔助提取技術具有很高的精密度和很好的重復性。

2.3 高壓脈沖電場輔助提取

高壓脈沖電場（high-voltagepulsed electric field，HPEF）是一種新興的提取方法，其作用機理是利用細胞膜電穿孔原理在瞬間使細胞破壁，造成細胞膜電位混亂，細胞壁和細胞膜發生可逆或不可逆的破壞，細胞組分流出，其區別于傳統的破壁原理[19]。

白永智[20]等采用高壓脈沖電場法快速提取黃花烏頭中的關附甲素，得到最佳提取工藝條件：以90%乙醇為提取溶劑、電場強度20 kV/cm、脈沖數為10、料液比1:14，影響因素由大到小依次為電場強度、料液比、脈沖數。該法提取黃花烏頭中的關附甲素提取率達到0.391%、浸膏得率39.92%。與滲漉法、乙醇加熱回流法和超聲法相比較，高壓脈沖電場法提取時間短，無需加熱高溫，關附甲素提取率最高，浸膏得率也較高。

Guidan He[21]等采用高壓脈沖電場從魚骨中提取硫酸軟骨素，其工藝參數：料液比1:15、電場強度16.88 kV/cm、脈沖數為9、NaOH濃度為3.24%，最高產率可達6.92 g/L，且硫酸軟骨素的純度高、效率高、污染少。

趙景輝[22]等用高壓脈沖電場法快速提取鹿茸提取物，最佳提取工藝的影響因素由大到小依次為電場強度、料液比、脈沖數，若想得到大量提取物，其工藝參數：電場強度22 kV/cm、脈沖數為10、料液比1:12。如果以鹿茸蛋白質為目標物，則以電場強度22 kV/cm、脈沖數為8、料液比1:12的參數進行提取。

3 物質添加劑和能量添加劑的聯合提取技術

通過將物質添加劑和能量添加劑聯合，可利用不同提取方法的優點，從而提高有效成分的提取率，受到越來越多的科研人員的重視。這里就目前運用較多的幾個聯合技術加以簡單介紹。

3.1 酶—超聲波聯合提取技術

超聲波產生的強烈的空化效應、機械振動、高加速度，可明顯增大分子運動頻率和速度，增加溶劑穿透力，加速藥物有效成分進入溶劑，同時超聲波產生的振動作用加強了細胞內產物的釋放、擴散及溶解。選用恰當的酶類可以破壞細胞壁的致密結構，引起細胞壁及細胞質間質結構產生局部疏松、膨脹、崩潰等，有利于有效成分的溶出，因此比傳統方法和單純利用一種技術具有明顯的優勢。

張慢[23]等采用酶—超聲波輔助同步對紫薯花青素的提取效果進行研究。通過Box-Behnken試驗設計和響應面分析確定酶—超聲波輔助提取最佳工藝條件：體積分數0.1%的HCl-C2H5OH為溶劑（酸醇比為50:50）、纖維素酶提取溫度51℃、料液比1:20、酶添加量54U/mL、超聲功率100W、提取時間33min，此條件下花青素得率可達到3.581%±0.016%。與傳統的有機溶劑浸提法相比，該提取方法縮短了提取時間，花青素得率提高了2.73倍；與微波法、超聲波法相比，其花青素得率分別提高了32.4%和17.8%。

Ningbo Liao[24]等采用超聲波輔助—酶提取法從河蜆中提取多糖，采用響應面分析法優化得到最佳工藝參數：木瓜蛋白酶用量150 PU/mg、提取時間32 min、超聲波功率300 W、提取溫度62℃、水料比35:1（mL/g）。將其與酶輔助提取法進行比較，采用超聲波輔助—酶提取法提取32 min得到的多糖產量明顯高于酶輔助提取法，且此法得到的多糖與酶輔助提取得到的多糖相比，具有更低的分子量、更高的硫酸鹽含量、更高的超氧化物自由基清除活性。

3.2 超聲波—表面活性劑聯合提取技術

超聲波產生的強烈的空化效應、機械振動、高加速度，可明顯增大分子運動頻率和速度，增加溶劑穿透力，加速藥物有效成分進入溶劑，超聲波產生的振動作用加強了細胞內產物的釋放、擴散及溶解。同時，表面活性劑對提取成分起增溶作用，可提高它的溶解能力，增加浸出效能和提取率。

劉樹興[25]等采用超聲波—表面活性劑協同提取盾葉薯蕷總皂苷，通過正交試驗優化，得到最佳工藝條件：乙醇體積分數30%、超聲波頻率25.8 kHz、超聲時間40 min、黃姜:乙醇=1:10、十二烷基硫酸鈉（SDS）用量17.408×10-3mol/L。該工藝不但能顯著提高得率，且省時、節能、污染少。

翟文豐[26]等采用超聲—表面活性劑法提取黃柏中的生物堿成分，采用單因素實驗和正交實驗優化，得到最佳工藝參數：提取溫度60℃、乙醇濃度80%、活性劑Tween 60、料液比30:1、超聲30 min，提取率達到7.24%，高于文獻值6.37%。

3.3 酶—微波聯合提取技術

選用恰當的酶類可以破壞細胞壁的致密結構，引起細胞壁及細胞質間質結構產生局部疏松、膨脹、崩潰等，有利于有效成分的溶出。此時，加上微波技術協同提取，細胞內溶液吸收微波，在短時間內能量快速上升，細胞內部壓力提高，促使細胞膜快速破裂，有效成分的流出比僅采用酶輔助提取法和微波輔助提取法更加迅速，既可減少能耗，又可增加有效成分的溶出量。

Guowen Zhang[27]等采用微波輔助酶提取花生皮中的多酚類物質，采用Box-Behnken試驗設計和響應面分析法優化，得到最佳工藝條件：微波輻射時間2.6 min、纖維素酶添加量0.81 U/mL、pH5.5、在66℃下保溫2.0 h。

在此條件下多酚類物質產量達1.75%±0.06%，比用回流提取法、超聲波輔助提取法、酶輔助提取法所得到的多酚產量都高。

Yu-Chun Yang[28]等采用微波輔助酶提取天竺葵中的鞣云實素和牛兒鞣素，通過響應面分析法優化得到最佳的工藝參數：微波功率500 W、液料比40:1（mL/g）、微波輻射溫度33 ℃、pH5.2、纖維素含量3 600 U/g、微波照射9 min，用該方法得到鞣云實素和牛兒鞣素含量分別為6.79%和19.82%，比傳統方法分別提高了64.01%和72.95%。

3.4 微波—表面活性劑聯合提取技術

表面活性劑具有特定的親水-親油雙親結構，可降低細胞膜與水溶液間的界面張力，增大細胞內外濃度差，提高細胞內部系統含水量。

當采用微波技術協同提取時，細胞內溶液吸收微波后，在短時間內能量快速上升，細胞內部壓力提高，促使細胞膜快速破裂，被提取的成分比僅用微波提取更容易流出。同時，表面活性劑對提取成分起增溶作用，可提高它的溶解能力，提高浸出效能和提取率。

曲曉蘭[29]等采用微波—表面活性劑協同提取梔子黃色素，通過正交試驗確定最佳協同提取條件：微波功率420 W、提取時間90 s、十二醇硫酸酯鈉溶液質量濃度0.05%、提取料液比1:20（g/mL），并將其與單純采用微波法提取進行對比，發現采用該法提取梔子黃色素的提取率比僅用微波法提高10.2%。

3.5 多種方法聯合提取技術

由于單純使用一種方法存在局限性或者提取效率過低，采用兩種方法聯合提取仍然達不到預期的效果，這時候可以考慮使用多種方法進行聯合提取?？紤]到成本增加等因素，且工業化難度較大，目前常采用酶—表面活性劑—超聲波（微波）聯合提取，并取得了一定的進展。

陳惠丹[30]等將酶法與微波提取相結合，利用適當的酶制劑（纖維素酶）破壞細胞壁的致密結構，利用表面活性劑吐溫60降低固-液相界面張力，增加大分子有機物質溶解滲出能力，提取墨旱蓮中的總黃酮，在最優條件下總黃酮得率達到1.38%，并將其與酶法—微波提取、微波提取、酶法提取、水煎煮法提取進行比較，采用吐溫60強化酶法—微波節能高效。

董樹國[31]等采用酶解—超聲波—表面活性劑協同提取桑葉中的總黃酮，總黃酮得率為1.30%，比未用纖維素酶酶解時的得率（1.03%）明顯提高。

4 展望

分離劑（物質、能量添加劑）的加入能促進中藥的分離提取，且幾乎不損害中藥有效成分的活性，不但提高了中藥的提取效率，而且降低了提取成本，省時、高效、節能。但是，由于分離劑自身的局限性，微小條件的變化就有可能造成嚴重的不良后果，因此對工藝的優化成為科研工作者不懈努力的方向。

單一的分離劑有時很難達到預期的實驗效果，將物質添加劑（酶、表面活性劑等）和能量添加劑（超聲波、微波、高壓脈沖場等）聯合，取得了良好的進展，但大部分聯合方法仍然只停留在小規模實驗室上，怎樣實現產業化是目前科技工作者工作的重中之重。相信隨著科技的發展，這些問題都將得到完美的解決，中藥產業必將重新屹立于世界醫藥產業之林。

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