超高压提取技术在中药提取中的研究进展

超高压提取技术在中药提取中的研究进展宁娜，周晶*（天津医科大学药学院，天津，300070）摘要：超高压可以使蛋白质变性、淀粉糊化、酶失活、细菌等微生物灭活，因此该技术主要应用于食品业，目的是为了防止食物的微生物污染、延长食品储藏时间。

近年来，人们开始将该技术应用到中药提取。

本文就超高压提取技术的原理、特点以及在中药提取中的应用等方面进行阐述。

关键词：超高压；提取；黄酮类；皂苷类；多糖类超高压技术的研究始于1914年[1]。

在超高压条件下，生物大分子的非共价键发生变化，使蛋白质变性、酶失活等，而维生素、香精等小分子化合物是共价键结合，得以完整保留。

因此，该技术在国内外主要应用于食品业，目的是为了防止食物的微生物污染、延长食品储藏时间[2]。

2004年吉林工业大学张守勤等[3]率先将该技术应用于中药提取。

本文将对超高压提取的原理、特点以及在中药提取中的应用等方面进行阐述。

1超高压提取的原理[4]超高压提取(ultrahigh-pressure extraction, UHPE )，也称超高冷等静压提取，是指在常温下用100～1000 MPa的流体静压力作用于提取溶剂和中药的混合液上，并在预定压力下保持一段时间，使植物细胞内外压力达到平衡后迅速卸压，由于细胞内外渗透压力忽然增大，细胞膜的结构发生变化使得细胞内的有效成分能够穿过细胞的各种膜而转移到细胞外的提取液中，达到提取中药有效成分的目的。

2超高压提取的特点2.1提取效率高由于压力较高，溶剂能在极短时间渗透到细胞内，使有效成分迅速达溶解平衡。

且超高压法的提取液澄清度、稳定性较传统工艺高，杂质含量少，简化了后续的分离纯化工作。

2.2保留提取物生理活性超高压提取过程中压力每升高100 MPa，温度大约升高3 ℃。

由于高压容器和外界环境有良好的热交换，在整个提取过程中基本可以维持在室温下进行，因而最大程度地保留了中药中生物活性物质，避免了因热引起的有效成分变性、损失和药理活性降低等问题。

2.3耗能低、适用范围广超高压提取过程中流体形变较小，在流体压缩时耗能较少，在保压和卸压过程中无能量的消耗及传递，并且提取时可根据有效成分特点选用多种溶剂，包括水、醇和其它有机溶剂。

2.4工艺操作简单、安全超高压提取法使用的是流体传质，液体的可压缩性小，如水在从800 MPa 恢复到常压时其体积膨胀12%，而超临界流体CO2恢复到常温常压体积膨胀500倍，因此超高压提取设备的安全性远高于超临界CO2萃取设备。

3超高压提取的影响因素3.1提取溶剂的影响依据“相似相溶”原理，中药中的亲水性成分易溶于亲水性有机溶剂，亲脂性成分则易溶于亲脂性有机溶剂。

此外，溶剂的选择要综合考虑溶剂极性、被提取成分及共存的其它成分性质，同时还需兼顾溶剂是否使用安全、价廉易得、浓缩方便等。

3.2溶剂浓度的影响中药有效成分复杂，需要根据所提化合物分子结构中功能基的极性大小、数量等情况选择合适浓度的提取溶剂。

不同浓度的有机溶剂极性大小不同，因而对提取产物的溶解性也不同。

3.3提取压力的影响压力是超高压提取的一个重要因素，压力的影响主要表现在：①对药材浸润速率的影响：在溶剂通过药材颗粒表面毛细孔浸润到细胞内部过程中，增加压力、升高温度、增大药材颗粒的比表面积都可以加快浸润速率；②对有效成分扩散速率的影响：溶剂浸润到细胞内部后，有效成分溶解在溶剂中，在卸压过程中增大细胞内外的渗透压差，加快了有效成分向外扩散的速率；③对传质阻力的影响：超高压可以破坏细胞壁和细胞内各种膜，降低了有效成分的传质阻力。

在升压和卸压过程中，细胞壁和细胞膜的破坏使有效成分充分暴露，溶出更加迅速完全。

3.4 溶剂和原料比的影响提取过程中，提取溶剂与原料的比值越大，则提取效率越高，但是当固液比过大时，有效成分在溶剂中的浓度过低，会导致分离纯化的困难。

3.5 提取时间的影响超高压条件下，中药细胞内外有效成分的扩散迅速，在极短时间内溶解扩散达到平衡。

4 超高压提取工艺流程及设备4.1 超高压提取工艺流程超高压提取工艺流程见图1。

具体特点说明如下：①原料筛选：从原药材中筛选所需的叶、根茎等；②预处理：药材的干燥、粉碎等前处理；③与溶剂混合：药材与提取溶剂按照一定的料液比混合后包装并密封；④超高压处理：按照设定的工艺参数值进行处理；⑤除去残渣：采用离心或过滤的方法；⑥挥干溶剂：减压蒸馏等回收处理；⑦纯化：进行萃取、层析、重结晶等纯化处理；⑧有效成分：可进行相关的定性鉴别和定量测定。

图1 超高压提取工艺流程图4.2 超高压提取设备间歇式超高压提取原理示意图见图2。

将中药与溶剂按照一定的料液比混合后装在耐压、 无毒、柔韧并能传递压力的软包装内密封，然后放入高压容器内，启动高压泵。

首先将容器内的空气排出，然后升高到所需的压力，并在此压力下保持一定的时间；迅速打开控制高压回路的阀门，卸除压力；取出高压处理后的料液，进行后续处理。

图2 间歇式超高压提取原理示意图5超高压技术在中药提取中的应用5.1黄酮类李宏伟等[5]采用超高压提取山楂叶总黄酮，确定提取工艺参数如下：溶剂为50%乙醇，压力为400 MPa，料液比为1∶45，温度为60 ℃，时间为3 min。

黄酮收率达到9.67%。

王丽娟[6]用热回流法提取2 h的收率为7.25%，微波辅助提取的收率为8.38%。

综合比较，超高压法耗时分别为热回流法的1/40、微波辅助提取的1/45，收率分别比二者高出2.42%、1.29%。

由此可见，超高压法与热回流法和微波辅助提取法相比，具耗时短、效率高的优点。

刘春明等[7]通过试验确定超高压法提取淫羊藿中总黄酮的工艺参数如下：溶剂为50%乙醇，压力为350 MPa，时间为5 min。

以淫羊藿总黄酮为指标，此条件下的收率为9.67%，而回流法提取4 h的收率为6.14%。

胡筱等[ 8]用超声法提取20min的收率为7.64%。

可见，超高压分别比回流法和超声法的收率高3.53%、2.03%，且耗时分别为热回流的1/48、超声法的1/4。

所以超高压法为淫羊藿总黄酮的提取提供了一个快速、高效的新方法。

张守勤等[9]使用超高压法提取水飞蓟素，工艺参数如下：溶剂为75%乙醇，压力为400 MPa，料液比为1∶50，时间为3 min。

以水飞蓟素为指标，超高压提取3 min的收率为2.424%，热回流提取3 h的收率为2.16%。

由此可见，超高压提取法耗时仅为热回流提取法的1/60，收率却与热回流相当。

张守勤等[10]采用超高压方法从蜂胶中提取黄酮类化合物，实验证明该法处理1 min的收率分别比在常温常压下连续提取7 d和热回流连续提取4 h的收率高。

5.2皂苷类陈瑞战等[11]在以下工艺条件使用超高压法提取人参皂苷：溶剂为50%乙醇，料液比为1∶75，压力为500 MPa，时间为2 min。

该法与水煮法、回流法和超声法进行比较，以人参皂苷的提取率为指标，超高压法提取2 min的人参皂苷收率为7.33%，水煮法提取4 h的收率为5.75%，超声法提取30 min的收率为5.89%。

可知，超高压提取法无论在时间还是在有效成分收率上均优于其它三种方法，为人参皂苷的研究和生产提供了一种新技术。

张守勤等[12]使用超高压提取西洋参中人参皂苷，并和其它五种提取方法进行比较，即索氏提取法、热逆流法、超声辅助提取、微波辅助提取和超临界CO2提取，以人参三醇的提取率为指标，超高压法2 min的提取率为0.861%，而超临界CO2提取、热回流等提取方法耗时在15 min～6 h之间，收率在0.284%～0.661%之间。

可见，超高压法在提取西洋参皂苷方面较其它方法有一定的优势。

5.3多糖类吴华等[13]通过超声辅助超高压提取灵芝孢子多糖，工艺参数如下：溶剂为5% 乙醇，超声波处理时间为10 min，提取压力为400 MPa，保压时间为5 min。

在该条件下，灵芝孢子的破壁率高达88%。

薛艳华等[14]经实验证明，超临界CO2破壁处理法处理，即超临界时间为1 h，超高压处理时间为12 h，破壁率为85.7%；若不经高压处理，则破壁率仅为10.0%；匀浆法处理30 min的破壁率为26.7%；超声法处理60min的破壁率为15.3%。

可见超高压工艺处理时间最短，破壁率最高，而且该工艺最大的特点在于能一次加工处理完成灵芝孢子的破壁与提取，从而在实际应用中可降低提取成本、增加收益。

5.4生物碱类宁志刚等[15]采用超高压提取乌头原碱，工艺条件如下：乙醇浸泡2 h，压力为600 MPa，料液比为1∶10，时间为5 min。

以乌头原碱的提取率为指标，超高压提取5 min的收率为5.21 mg/g药材，热回流提取6 h的收率为1.06 mg/g 药材，煎煮法提取1 h的收率为0.76 mg/g药材。

即超高压耗时分别为热回流的1/72、煎煮法的1/14，而提取率分别为热回流的5倍、煎煮法的7倍。

可见，超高压法克服了传统提取法耗时长、效率低的缺点。

6超高压提取技术存在的问题超高压提取技术虽然在提取方面有许多优点，但该技术仍然存在以下几点不足：①超高压条件下虽然不会影响生物小分子的结构，但能够影响如蛋白质[16]、淀粉[17]等生物大分子的立体结构。

因此，该技术在提取中不适于提取活性成分主要为蛋白质类的中药，且当药材中含有大量淀粉时，压力过高可引起淀粉的糊化从而阻碍有效成分溶入提取溶剂中；②超高压提取法需要特定的提取设备；③目前，超高压提取法主要在单味药提取中应用，在复方制剂的提取中的应用研究还未见报道；④该提取技术应用研究还处于起步阶段，提取工艺参数之间的协同效应等问题尚需做进一步的深入研究。

7前景超高压技术在中药有效成分提取方面具有许多独特的优势，并且超高压提取是在密闭环境下进行的，没有溶剂挥发，不会对环境造成污染，该技术符合绿色环保要求。

该提取工艺操作简单，机械化程度高，适宜由实验室推广到现代化大生产中。

相信该技术随着科技的发展将得到不断完善，在中药的提取中得到更为广泛的应用。

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