任务1.1　天然药物化学成分的提取

天然药物化学成分的提取是天然药物研究与开发的基础环节。根据被提取成分的主要理化性质，选择合适的方法，使目标成分能充分地被提取出来。

1.1.1　溶剂提取法

1.1.1.1　基本原理

溶剂提取法是根据被提取成分的极性，选用合适的溶剂和方法提取。其作用原理是溶剂渗透至药材内部，溶解溶质，形成内外的浓度差，由内向外渗透，直至内外浓度趋于平衡。

1.1.1.2　溶剂的选择

溶剂按照极性可分为三类：亲脂性有机溶剂（非极性溶剂）、亲水性有机溶剂（中等极性溶剂）、水（极性溶剂）。常用提取溶剂按照极性从弱到强的顺序排列如下：

石油醚<四氯化碳<苯<二氯甲烷<三氯甲烷<乙醚<乙酸乙酯<正丁醇<丙酮<甲醇（乙醇）<水。

根据“相似相溶”原理，选择与天然药物化学成分极性相似的溶剂来进行提取。同时还要考虑所选择的溶剂对有效成分溶解度大而对其他成分溶解度小，沸点适中易回收，低毒安全。

天然药物化学成分的极性可根据其结构来判断。影响化合物极性的因素如下：

①化合物分子母核大小（碳数多少）：分子大、碳数多，则极性小；分子小、碳数少，则极性大。

②取代基极性大小：在化合物母核相同或相近情况下，化合物极性主要取决于取代基极性大小。

常见基团极性大小顺序如下：酸>酚>醇>胺>醛>酮>酯>醚>烯>烷。

溶剂的极性可根据介电常数的大小来判断。介电常数表示溶液将相反电荷分开的能力，能反映出溶剂分子的极性大小。溶剂的极性增加，介电常数增大。非极性溶剂介电常数小于15，这类溶剂给不出质子，与溶质的作用力弱。

常用溶剂的介电常数见表1.1。

常用溶剂选择如下：

水是一种强极性溶剂，对细胞的穿透能力较强。无机盐、糖类、分子不太大的多糖、鞣质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐和极性苷类等都能被水不同程度溶出。但缺点是溶出的杂质较多。

亲水性有机溶剂有甲醇、乙醇、丙酮等。其中以乙醇最为常用，具有经济、安全、无毒，对细胞的穿透能力强，大多数化学成分都可溶解等多种优点，被称为万能溶剂。

亲脂性溶剂有石油醚、苯、乙醚、三氯甲烷、乙酸乙酯等。特点为沸点低，浓缩回收方便，但穿透能力差，有毒，易燃，价格昂贵，同时对设备要求高，大量使用有一定局限性。

1.1.1.3　提取方法

（1）浸渍法

浸渍法是将原料粗粉装入适当容器中，加入水或乙醇浸渍十多个小时，滤出浸渍液后反复2～3次，合并浸渍液，减压浓缩。此法适用于含淀粉、树胶等成分较多的药材以及含挥发性成分、遇热不稳定易分解或被破坏成分的提取。但是提取时间长，溶剂用最大，提取效率不高。若用水为溶剂易发霉、变质，必要时需加适当的防腐剂。

（2）渗漉法

渗漉法由浸渍法发展而来，将药材装入渗漉装置内，加入水或乙醇浸渍数小时，然后由下部接收渗滤液，上部不断补充新溶剂，装置见图1.1。该法可以保持浓度差，提取效率高于浸渍法。

（3）煎煮法

将原料粗粉加水煮沸，过滤浓缩。煎煮法操作简便，各种成分都能不同程度地提取出来，但不适用于含挥发性及遇热不稳定成分以及含糖类、淀粉类多的药材。

（4）回流提取法

用有机溶剂作提取剂，将药材装入回流装置中，热回流一定时间，滤出提取液，药渣再添加新溶剂回流2～3次，合并滤液，回收有机溶剂后得浓缩提取液。该法提取效率高于渗漉法，但由于受热时间长，不适用于热不稳定成分的提取。

（5）连续回流提取法

连续回流提取法是在回流法基础上发展而来，特点是可用少量溶剂循环提取，提取液和药材分离。操作原理见图1.2（a）。工业上多采用提取浓缩一体化生产线，见图1.2（b）。

1.1.1.4　影响溶剂提取法的因素

（1）药材粉碎度

一般而言，药粉越细、表面积越大，提取效率越高。但如果太细，药粉对提取成分的吸附也越强，同时还会造成过滤困难。因此用水提取时用粗粉，用有机溶剂提取时以20目为宜。

（2）溶剂用量

通常情况，增加溶剂用量可以提高溶出度，但会造成提取成分的浓度降低，回收浓缩困难，应综合考虑。

（3）提取温度

一般来说，热提取效率高，但要考虑有些成分高温易破坏，应选择适宜温度。

（4）提取时间

随着提取时间增长，被提取成分溶出度逐渐提高，直到被提取成分在细胞内外浓度差逐渐接近后，溶出度不再增加，反而会溶出更多杂质。一般用热水提取每次0.5～1h为宜，用乙醇提取每次1h为宜。

1.1.2　水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法是将水蒸气通过原料成分，使挥发性成分随水蒸气蒸馏出来。适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的难溶于水的成分。一些挥发性生物碱如麻黄碱和槟榔碱亦可用此法提取。根据与水的接触状态，可分为共水蒸馏、隔水蒸馏、水蒸气蒸馏三种类型。常用的水蒸气蒸馏装置包括水蒸气发生器、蒸馏瓶、冷凝管，装置如图1.3所示。提取中药挥发油，实验室常用挥发油提取器，装置如图1.4所示。

1.1.3　超声波提取法

（1）超声波提取的原理

超声波是指频率为20kHz～50MHz左右的机械波。超声波在传递过程中存在着正负压强交变周期，处于正相位时，对介质分子产生挤压，增加介质原来的密度；处于负相位时，介质分子稀疏、离散，介质密度减小。在溶剂和样品之间产生空化作用，导致溶液内气泡的形成、增长和爆破压缩，从而使固体样品分散，增大样品与萃取溶剂之间的接触面积，提高目标物从固相转移到液相的传质速率。

（2）超声波提取的特点

超声波提取通常在40～50℃进行，不需高温加热，不会破坏热不稳定、易水解或易氧化的药效成分。提取在常压下进行，操作简单易行，设备维护保养方便。萃取时间短，萃取充分，萃取量是传统方法的2倍以上。适用性广，绝大多数的药材成分均可超声萃取。药材原料处理量大，且杂质少，有效成分易于分离、净化。另外超声波能促使植物细胞破壁，提高药物的疗效。

（3）应用

超声波提取广泛应用于苷类、生物碱类、黄酮类、蒽醌类、有机酸类、多糖类等多种成分的提取浓缩。提取溶剂可选用水、乙醇、石油醚等。

1.1.4　微波提取法

（1）微波提取的原理

微波提取（MAE）是用微波能加热与样品相接触的溶剂，将所需化合物从样品基体中分离，进入溶剂中的一个过程。

微波是一种频率在300MHz～300GHz的电磁波，具有波动性、高频性、热特性和非热特性四大基本特性。微波加热是利用被加热物质的极性分子（如H2O、CH2Cl2等）在微波电磁场中快速转向及定向排列，从而产生撕裂和相互摩擦而发热。传统加热法的热传递方式为：热源→器皿→样品。而微波加热则是能量直接作用于被加热物质，其模式为：热源→样品→器皿；能量传递效率大幅度提高。空气及容器对微波基本上不吸收和反射，这从根本上保证了能量的快速传导和充分利用。

（2）微波提取的特点

微波对极性分子选择性加热，从而使其选择性地溶出，杂质相对溶出减少。提取时间短，只需几秒到几分钟，提取速率高。可供选择的溶剂较多，溶剂的用量少。

（3）应用

1986年，在Ganzler等发表的关于微波萃取的第一篇文献中报道了用微波从玉米、大豆、棉籽、胡桃中提取原油，从蚕豆中提取蚕豆嘧啶核苷和伴蚕豆嘧啶核苷，从棉籽中提取棉酚等。现在微波萃取广泛应用于生物碱类、蒽醌类、黄酮类、皂苷类、多糖类、挥发油类、色素类等多种成分的提取。

1.1.5　超临界萃取技术

（1）超临界萃取的原理

超临界流体是介于气液之间的一种既非气态又非液态的物态，这种物质只能在其温度和压力超过临界点时才能存在。

溶质在溶剂中的溶解度与溶剂的密度成正比，与扩散系数成正比，与溶剂的黏度成反比。超临界流体的密度较大，与液体相仿，而它的黏度又较接近于气体。因此超临界流体是一种十分理想的萃取剂。

（2）萃取装置

超临界萃取装置从功能上大体可分为八部分：萃取剂供应系统、低温系统、高压系统、萃取系统、分离系统、改性剂供应系统、循环系统和计算机控制系统。具体包括高压泵、预热器、萃取器、分离器、贮罐、冷凝器等设备，如图1.5所示。由于萃取过程在高压下进行，所以对设备以及整个管路系统的耐压性能要求较高。目前，超临界萃取生产过程已实现计算机自动监控，可以大大提高系统的安全可靠性，并降低运行成本。

（3）超临界萃取的特点

超临界萃取可以在接近室温（35～40℃）及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着药用植物的有效成分，而且能把高沸点、低挥发性、易热解的物质在远低于其沸点温度下萃取出来。由于全过程不用有机溶剂，因此萃取物无有机溶剂残留。萃取和分离合二为一，安全性非常好。CO2气体价格便宜，纯度高，容易制取，且在生产中可以重复循环使用。压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数，工艺简单。在超临界流体中加入少量其他溶剂（夹带剂）也可改变它对溶质的溶解能力，可以使超临界萃取技术的适用范围进一步扩大到极性较大化合物。

（4）应用

德国、美国、日本等国已将超临界萃取技术应用于食品、香料工业并具相当的规模。例如在德国，用超临界提取啤酒花，年处理量50000t以上；在美国和欧洲，用超临界萃取进行茶叶处理和脱咖啡因，年生产能力上万吨。超临界萃取技术在医药工业领域也有广泛的应用。美国科学家从20世纪70年代开始用超临界从植物中提取抗癌药物。我国近几十年来在超临界萃取分离研究、药理毒理研究及新药的开发研究等方面取得了众多重要的科技成果。如超临界提取青蒿素、贯叶连翘提取物、红豆杉中紫杉烷类成分、姜黄油、丹参酮ⅡA、大蒜油、蛇床子素等，均取得成功，具有巨大的发展潜力。