第二节固液萃取111

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3. 提取剂的选择依据
中药成分在溶剂中的溶解度直接关系到提取效果 的好坏。在实际的生产过程中,根据要提取物质的 不同性质选取不同的溶剂,以使要提取的成分达到 最高含量。提取剂可分为亲水性有机溶剂和亲脂性 有机溶剂。一些常见溶剂的亲水性的强弱顺序:水 >甲醇>乙醇>丙酮>乙酸乙酯>乙醚>氯仿>苯>石油醚。
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填料萃取塔
轻液 重液 液-液 相界面
特点:填料萃取塔结构简单,造价 低廉,操作方便,级效率较低,在
填料 轻液
工艺要求的理论级小于3,处理量
较小时可考虑采用。
重液
填料萃取塔
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筛板萃取塔
轻液
重液
分散相聚 集界面 筛板
轻液分散 在重液内 的混合液 重液
溢流管
轻液
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回流提高萃取 相的芳烃含量
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转盘塔
润滑油 溶剂精 制
转盘塔的塔壁上 设有等间距的固 定环,塔的中心 轴上装有一组水 平的转盘,转盘 正好位于两个固 定环的中间。
转盘转动时带动 塔内流体一起转 动,液流产生高 的速度梯度和剪 应力,剪应力一 方面使连续相产 生强烈的漩涡, 另一方面使分散 相破裂成细小的 液滴。可增大相 接触面积,提高 抽提效率。 7
该过程的速率较快,一般不会成为提取过程的速率控 制步骤。
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五、常用提取剂和提取辅助剂 1. 常用提取剂
适宜的提取剂应对药物中的有效成分有较大的溶解 度,而对无效成分应少溶或不溶。此外,提取剂还 应无毒、价廉,且易于回收。常用的提取剂有水、 乙醇、丙酮、氯仿、乙醚、石油醚等。
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第二节固液萃取
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2.1 固液萃取
一、概述 固液萃取:是利用有机或无机溶剂将固体原料中的 可溶性组分溶解,使其进入液相,再将不溶性固体 与溶液分开的单元操作,其实质是溶质由固相传递 至液相的传质过程。
目前,固液提取在制药生产中有着广泛的应用,如
中草药有效成分的提取,滤饼或固体物的洗涤等。
(4)生产能力
生产处理量小 — 填料塔或脉冲塔;
生产处理量大 — 筛板塔,转盘塔,混合-澄清槽等。 (5)防腐蚀及防污染要求 具有腐蚀性 — 结构简单的填料塔; 具有污染性 — 屏蔽性能良好的脉冲塔。 (6)建筑物场地要求 空间高度有限 — 混合-澄清槽;
占地面积有限 — 塔式萃取设备。
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固体原料 ( 药材 ) 中的可溶性组分称为溶质 , 不溶
性组分称为载体。用于溶解溶质的溶剂称为提取剂 或浸取剂,提取后所得的液体称为提取液或浸取液, 提取后的载体和残余的少量溶液称为残渣。 提取时首先要使固体原料与提取剂充分混合,并 保持良好的液固相接触状态。经一定时间的提取后, 将提取液与残渣分离开来。最后将溶质从提取液中 分离出来,并对提取剂进行回收处理。
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(2) 解析、溶解阶段: 由于目的产物各成分在细胞内相互之间有吸附作用,需 要破坏吸附力才能溶解。因此溶剂在溶解溶质之前首先 要解除吸附作用,即解吸。 提取剂进入细胞组织后,与药材中的各种成分相接触, 使其中可溶性成分转入到提取剂中,该过程称为溶解。 药材的种类不同,其溶解机理有很大差异。一般情况下, 水能溶解晶体和胶质,故其提取液多含胶体物质而呈胶 体液,乙醇提取液含胶质较少,而亲脂性提取液则不含 胶质。
脉冲筛板塔: 筛板塔+脉冲
振动筛板塔: 筛板塔+振动 转盘塔: 定环+动环

填料塔
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筛板塔
塔内充 满液体
溶剂自顶部进入, 因密度较大,由 上而下流动。
原料从中部进入, 因密度较小,自下 而上经升液管流动。
溶剂经筛孔分散成 液滴,在板下分散 于上升的油中,经 扩散传质,油中的 芳烃部分溶于溶剂。 溶解了芳烃的溶剂 在下一块板上聚集 后通过筛板又重新 分散成液滴。
萃取设备
常用设备


混合澄清器
塔设备(重点) 离心设备
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混合澄清器

混合器

机械搅拌
流动混合(内构件)

澄清器

自然分层
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混合 — 澄清器
(1)结构
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塔式设备: 塔体+扩大段+分散装置

板式塔

普通筛板塔: 筛孔板; 降液管; 升液管
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(3) 扩散阶段:提取剂溶解有效成分后,形成的浓溶液具 有较高的渗透压,从而形成扩散点,其溶解的成分将不停 地向周围扩散以平衡其渗透压,这正是提取过程的推动力。 一般在药材外表面与溶液主体之间存在一层很厚的溶液膜, 其中的溶质存在浓度梯度,该膜常称为扩散边界层。 在湿润和溶解过程中,固体内形成的浓溶液中的溶质将向 药材固体表面扩散,并通过扩散边界层扩散至溶液主体中。 一般情况下,溶质由固体表面传递至溶液主体的传质阻力 远小于溶质在固体内部的扩散阻力。
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填料塔
新型填料塔应用于液-液抽提也会具有传质效率高 和处理能力大的优点。但是抽提过程与蒸馏过程之间 存在重要差别,在蒸馏塔内使用效果很好的填料不一 定适用于抽提塔。清华大学开发的内弯弧形筋片扁环 填料(DH-1填料)考虑了抽提的特点,在用于润滑油
溶剂精制时取得了明显的经济效益。
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2. 提取辅助剂
凡加入提取剂中能增加有效成分的溶解度及制品的稳定 性或能除去或减少某些杂质的试剂称为提取辅助剂。如, 提取生物碱时加入适量酸,由于酸能与生物碱形成可溶 性的生物碱盐,因而有利于生物碱的提取;又如,提取 甘草制剂时加入氨溶液则有利于甘草酸的ห้องสมุดไป่ตู้取等。
盐酸、硫酸、冰醋酸和酒石酸等均是常用的酸类提取辅 助剂,氨水、碳酸钠、碳酸钙等均是常用的碱类提取辅 助剂。此外,许多表面活性剂也常用作提取辅助剂。
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二、中药成分的分类
有效成分:指有药理活性、能产生药效的物质。如 生物碱、苷类、挥发油等。有效成分一般有一定的 分子式或结构式和理化常数,又称为有效单体。如 果是尚未提纯(或纯化)成单体的称为有效部位,
应能反映一定的活性指标。
辅助成分:指本身没有特殊疗效,但能增强或缓和
有效成分作用的物质。强洋地黄中的皂苷可帮助洋
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单味药的提取:单味药提取物的化学成分,大多数 尚不清楚,或不完全清楚,但从中医临床疗效的实 践来看,要比单体化合物的作用好得多 , 制备的
成本也较低。单味药提取是中药制剂加工的一项
重要提取方法,不仅适用于单方成药的制剂(如五 味子、刺五加、益母草等),而且适用于复方成药 制剂的生产。
萃取过程中的筛板塔
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离心萃取器
优点:处理量大,效率较高,
提供较多理论级,结构紧凑,
驱动槽轮
占地面积小,应用广泛。
轻相进
机械密封
重相进
缺点:能耗大,结构复杂, 设备及维修费用高。
轻相出 重相出
应用:适用于要求接触时间
短,物流滞留量低,易乳化, 难分相的物系。
转鼓清洗通道栓塞
波德式离心萃取器示意图
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⑴以拟提取的主要有效成分及其性质作为主要依据。 首先根据过去用药经验,选择常用、安全、廉价的溶剂作 为提取剂。一般生物碱、苷、黄酮等在水中的溶解度不大, 宜用乙醇提取,但若该制剂以前作医院药剂或临床应用时 一直用水煎疗效好,质量检查时鉴别项和含量项均符合要 求,提取时应尽量考虑选择水或稀醇作为提取剂。 由于水价廉、无毒、提取范围广,故水是目前提取中草药 有效成分使用最多的溶剂。对某些适应性较差的成分可通 过调节 pH 值、添加辅助剂或应用特殊技术 ( 如超声提取、 微波提取、超临界提取等),以改善提取效果。
地黄苷溶解或促进其吸收,发挥其强心作用。
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无效成分:指本身无效甚至有害的物质。如脂肪、淀
粉、蛋白质等,往往影响提取效果、制剂的稳定性、 外观和药效等。 组织物:指构成药材细胞或其他不溶性物质。如纤维 素、栓皮等。 药材的有效成分和辅助成分是提取的主要对象,无效成 分和组织物应尽量分离除去,因此这是产品处理的必要 步骤。但应注意,所谓无效成分只是相对概念。如鞣质 在没食子酸或五倍子中是收敛的有效成分;在大黄泻下 而起止泻作用的辅助成分;在注射剂中多为无效成分。
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1. 提取过程的阶段划分 可分为润湿、渗透、溶解、扩散等几个阶段。 (1) 润湿与渗透阶段 新药材的细胞中 , 含有多种可溶性物质和不溶性物 质。药材经干燥后,内部水分大部分被蒸发 , 故细 胞萎缩。当药材被粉碎时 , 一部分细胞可能发生破 裂,其中所含的成分可直接提取。而大部分细胞在 粉碎后仍保持完整状态,当与提取剂接触时被提取 剂所润湿,同时提取剂通过毛细管和细胞间隙渗透 至细胞组织内。
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若固体由惰性多孔结构组成,且固体的微孔中存在溶质 和提取剂,则通过多孔固体的扩散可用有效扩散传质来 描述。但对植物性药材而言,由于细胞的存在,一般并 不遵循有效扩散系数为常数的简单扩散规律。
此外,在提取过程中还存在提取剂由溶液主体传递至
固体表面,再由固体表面传递至固体内部的扩散过程,
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提取产物是制剂成型的粗制品,也称为提取物。由提 取物制成各种剂型的后期过程各有不同: ( 1)按一定质量标准加工制成煎膏剂、酒剂、酊剂、 浸膏、流浸膏等剂型; ( 2 )有通过浓缩干燥制成一定规格的半成品,以便 制成片剂、冲剂等剂型; ( 3)有通过适当加工、制成软膏、栓剂等其它剂型; ( 4 )也有需要精制加工,纯化有效成分,制成注射 剂等剂型。
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中药复方提取:从古至今,中药复方一直占重要地 位,在中医临床实践中基本上都是使用复方,以其 综合成分,作为整体而起作用。例如四逆汤是由附 子、肉桂、干姜、甘草组成。附子含乌头碱毒性极 大,但经煎煮,一方面由于水解可降低毒性,而另 一方面甘草中的甘草酸与乌头碱可形成复盐,在体 内逐渐分解而起作用。实验证明四逆汤的 LD50 只有 单味附子的 1/4,许多复方药,如补中益气汤、麻杏 石甘汤、大黄牡丹汤、补阳还五汤等,都是以其整 体发挥作用的。
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⑵考虑使用不同浓度的乙醇或其他有机溶剂提取。 提取物中有效成分多、杂质少,在实际操作中多使用不同 浓度的乙醇。但95%乙醇作溶剂的可行性较差,因为高浓 度的乙醇对药材的润湿性能差、难于循环使用、挥发性强、 损失大、易燃烧、安全性差,此外高浓度的乙醇的生产可 行性和可操作性均较差。 ⑶最后还要考虑到成本核算。 用有机溶剂提取中药有效成分,不仅溶剂本身价格昂贵, 而且所需特殊生产条件的设备费及设备折旧费均很高,劳 保费开支也较大,因而不利于生产操作。同时,有机溶剂 不太符合中医药的传统用药习惯,临床的安全性较差。
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三、中药提取的类型
单体的提取:指提取物的纯化。若某些药材的有效成 分有特殊疗效,化学结构、理化性质、药理、毒性 均已明确,含量可观,技术经济合理,可以进行单 一成分的提取、分离、精制。如辛弗林、白藜芦醇、 齐墩果酸、豆腐果苷、黄连素、石吊兰素等,都可 纯化制成片剂。又如天花粉、一叶秋碱、黄藤素等 可纯化制成注射液。许多单体的制剂有利于稳定性 与安全性,但是有些药物纯化后不如单味药的有效 部分提取物疗效好。
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提取剂能否润湿药材表面,并渗透进入到细胞组织 中,取决于药材性质、提取剂对物质的润湿性以及 该物质与提取剂间的界面张力。一般情况下,非极 性提取剂不易从含有大量水分的药材中提取出有效 成分,极性提取剂不易从富含油脂的药材中提取出 有效成分。对于含油脂的药材可先用石油醚或苯进 行脱脂,然后再用适宜的提取剂提取。
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四、中药材有效成分的提取过程及机理
药材可分为植物、动物和矿物三大类。 矿物药材:无细胞结构,其有效成分可直接溶解或分散 于提取剂中。 动物性药材:有效成分一般为蛋白质、激素和酶等大分 子物质,因分子量较大 ,故难以透过细胞膜 ,所以提取时 应首先破坏其细胞膜。 植物性药材:有效成分的分子量一般比无效成分的分子 量要小得多 ,故提取时有效成分需透过细胞膜,而无效 成分则应留在细胞内。
萃取设备的选择
选择原则: (1)稳定性及停留时间 稳定性差 — 停留时间尽可能短—离心萃取器; 伴有较慢的化学反应时—停留时间长—混合-澄清槽。
(2)所需理论级数
需理论级数少(2~3级)— 各种萃取设备; 需理论级数4~5级 — 转盘塔、脉冲塔和振动筛板塔; 需理论级更多 — 离心萃取器或多级混合-澄清槽。 (3)物系的分散与凝聚特性 物系易乳化,不易分相 — 离心萃取器; 物系界面张力较小,或两相密度差较大 — 重力流动式。 2014-5-23 12
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