对中药提取分离新技术及其设备的研究_韩伟

工程放大的难题，为超声提取
在中药大规模生产中的应用
奠定了基础。同现有的其他相
关技术相比，它具有显著的技
术经济优势，因此具有广泛的
应用前景［5］。
2 超临界流体萃取技术
图 1 超临界流体萃取工艺流程示意图
超临界流体萃取技术具有条件温和、选择性好、收
超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction，SFE） 率高、快速高效及成本低等特点，在中药有效成分提取
一套完整的分子蒸馏设备主要包括分子蒸发器、
究，是将一定数量的大孔吸附树脂与被处理的药液混 进料系统、加热系统、冷却系统、真空系统和控制系统。
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专稿与综述◆Ｚｈｕａｎｇａｏ ｙｕ Ｚｏｎｇｓｈｕ
大、分离度好、再生简单、抗污染能力强、热稳定性好、 般小于5 Pa）下实现物质间的分离。它能大大降低高沸
灵敏度高等优点，常应用于中草药化学成分如黄酮、 点物料的分离成本，极好地保护热敏物料的品质，特别
在机械力的推动下，溶剂在重力的作用下，两者作逆向
大孔吸附树脂（Macro Absorption Resin）是一类具
运动并且接触界面始终处于高浓度差状态下。经过多 有大孔结构、吸附性能较好的有机高聚物吸附剂，是吸
级渗溶提取后，固体料渣被排出，而溶剂则由于物料 附树脂的一种，由聚合单体和交联剂、致孔剂、分散剂
动态逆流提取（Dynamic Countercurrent Extraction） 剂沿着罐组内各罐药料的溶质浓度梯度逆向地由低向
技术是在动态提取的基础上，根据现代提取技术和工 高顺次输送通过各罐，并与药料保持一定提取时间多
艺 设 备 的 要 求 发 展 起 来 的 一 种 中 药 提 取 新 技 术 。它 通 过多个（或多段）提取单元之间物料和溶剂的合理的浓
（Engineering Center for Traditional Chinese Medicine Modernization,East China University of science and technology,Shanghai 200237） Abstract：In this thesis, the principle, characteristics and application of separation and extraction from Traditional Chinese
生物碱、皂苷、苷类及一些其他活性成分的提取分离， 适用于高沸点、热敏性及易氧化物质的分离纯化。近年
具有良好的应用前景。
来分子蒸馏技术已逐渐成为中药现代化生产的关键分
大孔树脂吸附技术的操作方式分为静态吸附分离 离技术之一［24］。
和 动 态 吸 附 分 离 2 种 类 型 。静 态 法 一 般 用 于 实 验 室 研
待分离的固体或液体混合物接触，萃取出所需要的物 及蒽衍生物及其他成分等［8］，其中提取挥发油和精油
质。随后通过降压或升温或两者兼用的方法，降低超临 的研究最为广泛［9－10］。
界流体的密度，从而降低其对被萃取物的溶解度，或用
吴怀恩等 考 ［1１］ 察超临界CO2流体萃取法与水蒸气
２ 中国制药装备·2013 年 11 月·第 11 辑
图 2 罐组式逆流提取设备 1—冷却器 2—溶剂贮藏 3、5—输送泵 4—提取液贮藏
A1、A2、A3、A4、A5、A6—提取罐
固液两相界面层，使浓度差保持在较高的水平［13］。动态
逆流提取即是根据这一原理进行工作的：在提取过程 4 大孔树脂吸附技术
中 ，物 料 与 溶 剂 分 别 从 提 取 器 的 两 端 加 入 ，这 样 物 料
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｚｈｕａｎｇａｏ ｙｕ Ｚｏｎｇｓｈｕ◆专稿与综述
蒸馏法提取五月艾挥发油化学成分的区别，发现2种提 果表明，罐组式动态逆流提取工艺与传统的单罐提取
取方法得到的五月艾挥发油组分与含量相差较大，超 工艺相比较，有效成分提取率较高，并且节省能源、缩
临界法可提取出极性较低的组分，大分子量的成分相 短生产周期。
Key words：traditional chinese medicine; extraction; separation; equipment
0 引言
中 药 所 含 的 化 学 成 分 十 分 复 杂 ，如 何 将 所 需 要 的 有效成分提取出来是中药研究的关键所在。传统的提 取方法如煎煮法、回流法、浸渍法等，尽管各有其优越 性，但往往存在分离时间长、提取率低、操作繁琐等缺 点 。近 年 来 发 展 起 来 的 现 代 提 取 分 离 技 术 ，如 酶 法 提 取、闪式提取、膜分离等，为实现快速、高效地提取分离 中药有效成分提供了新的途径。同时，针对新技术的各 种设备也在不断地开发完善中。这些新技术及其设备 的应用为实现中药有效成分的高效提取分离创造了更 好的条件。
超 声 提 取 设 备 主 要 由 超 声 波 发 生 器（超 声 频 电 源）、换 能 器 振 子 、处 理 容 器 组 成 。超 声 波 发 生 器 是 将 220 V／50 Hz 或 380 V／50 Hz 的 电 信 号 转 化 为 500 ～ 800 V／20～100 kHz的电信号，驱动换能器振子发出超 声波。换能器振子分为2种：（1）夹心式压电换能器：成 本低、性能稳定、作用面积大，但功率强度小。（2）聚能 式换能器：能量高，但作用范围小、自身产生热量大、难 以长时间连续工作、成本高，无法适合工业化应用。处 理容器一般为内壁圆滑的圆形管或罐，作用是盛装需 要超声加工处理的物质［3］。
本文就近年来中药有效成分提取分离新技术及相 应设备的原理、特点和应用现状进行了综述。
1 超声提取技术
超声提取（Ultrasonic Extraction）技 术 是 常 用 的 现
代中药有效成分提取方法，该技术运用超声的微扰效 应，增大了溶剂进入提取物细胞的渗透性，加强了传质 过程。超声空化产生的强大剪切力能使植物细胞壁破 裂，使细胞容易释放出内含物［1］。相比传统的提取技术， 超 声 法 具 有 提 取 率 高 、提 取 时 间 短 等 优 点 。低 温 条 件 下，超声提取还有利于维持原药中有效成分的性质［2］。
定和自动控制，提取效率是常规提取的几倍到几十倍， 密封件的材料耐用度问题等。超临界技术的应用在我
提取温度可降低到室温。设备性能达到了国际先进水 国得到了迅速发展［7］。
平，同传统方法比较可节省能
耗50%以上，提取成本可降低
25%以上。循环超声技术及其
设备在工业化生产中的成功
应用，有效地解决了超声提取
的有效成分逐级渗入，变成高浓度的提取液，从相反 等添加剂经聚合反应制备而成，是吸附性和筛选性原
的 方 向 流 出［14］。
理相结合的分离材料。大孔树脂吸附技术是采用特殊
采用动态逆流的提取工艺具有节约溶剂用量、降 的吸附剂，从中药或复方煎液中有选择地吸附其中的
低能耗、提高提取率、最终溶剂的有效成分含量高等优 有效部分，除去无效部分的一种提取精制的新工艺。其
技术是近年来发展起来的一种新型分离技术。SFE利用 和研究方面具有巨大的优越性。目前，国内外研究者多
超临界流体所具有的与液体溶剂相当的溶解能力和优 良的传质性能，在高于临界温度和临界压力条件下与
采 用 CO2超 临 界 流 体 萃 取 技 术 提 取 中 草 药 中 不 同 种 类 的药用成分，如挥发油、生物碱、萜类、丙素酚类、醌类
Medicine, such as ultrasonic extraction, supercritical fluid extraction, dynamic countercurrent extraction, macro absorption resin, molecular distillation, high-speed counter-current chromatography, enzymatic extraction, membrane separation technique, flash-type extraction, microwave assisted extraction have been reviewed. The operating principle and selection requirements of the equipment are introduced.
次套用，是目前在中药提取中应用最为广泛的动态逆 流提取设备 。 ［1８］
度梯度排列和相应的
流 程 配 置 ，结 合 物 料
的 粒 度 、提 取 单 元 组
数 、提 取 温 度 和 提 取
溶媒用量，循环组合，
对 物 料 进 行 提 取 。 ［12］
要 达到快速完全地提
取物料中的有效成
分 ，必 须 保 证 物 料 周 围始终存在最大的浓 度差 ，故 需 经 常 更 新
对较多，收率更高并且不存在有机溶剂残留所带来的
动态逆流提取设备主要由动力装置、进料装置、提
相关问题。
取装置、排渣装置、溶媒回收装置、温控装置等部分组
成［17］。常见的有罐组式动态逆流提取设备、螺旋式连续
3 动态逆流提取技术
逆流提取设备、U型槽式逆流提取机3种类型。其中，罐
组式提取设备（图2）将2种动态提罐机组串联，提取溶
Ｚｈｕａｎｇａｏ ｙｕ Ｚｏｎｇｓｈｕ◆专稿与综述
对中药提取分离新技术及其设备的研究
韩 伟 夏玉婷 谷旭晗 刘傲霞 成 悦
（华东理工大学中药现代化工程中心，上海 200237）
摘 要：综述了超声提取、超临界流体萃取、动态逆流提取、大孔树脂吸附、分子蒸馏、高速逆流色谱提取、酶法提取、 膜分离、闪式提取及微波辅助萃取等中药提取分离新技术的原理、特点和应用现状，并对其设备的工作原理和选择要求 进行了介绍。
关键词：中药；提取；分离；设备 New Technology and Equipment of Extraction and Separation of Traditional Chinese Medicine Han Wei Xia Yuting Gu Xuhan Liu Aoxia Cheng Yue
实验过程中常用的超声设备有超声波清洗仪和超 声波粉碎仪。罗登林［4］等根据超声波的特点和提取理
基金项目：国家大学生创新计划项目，项目编号：201310251059
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论，设计出了可用于工业化生产的双频超声动态逆流 吸附的方法，使两者得到分离［6］。
产中的应用。
面还要求能回收CO2气体，其研发和应用显得更为重要
为了解决传统超声提取中存在的工程放大难题， 和困难。近年来，国内已解决了许多有关超临界方面的
循环超声技术及设备应运而生。该提取装置的提取时 技术难题，如超临界流体萃取装置的工艺流程问题、超
间、提取温度、超声功率、循环速度等主要参数均可设 临界流体萃取釜、分离釜结构及寿命问题、快开结构与
高效提取装置。该设备根据不同频率的超声波作用特
超临界流体萃取工艺主要由萃取阶段和分离阶段
点的不同，结合管道传输的理论，进行科学合理地配置 2部分组成，流程示意图如图1所示。其工艺设备主要有
和组合，能取代现有的提取装置，促进提取设备与工艺 萃取釜、分离釜、压缩机、冷凝器和换热器等。此外，因
的现代化。
控制和测量的需要，还需有数据采集系统、处理系统和
点，大大提高了生产效率［15］。王坤［16］分别用罐组式动态 吸附作用主要是通过表面吸附、表面电性或形成氢键 逆流提取与传统单罐提取工艺进行益母草提取试验， 等来实现［19］。该技术自20世纪70年代末开始应用于中
测定产品有效成分含量、各项工艺参数及经济指标。结 草药有效成分的分离，具有理化性质稳定、吸附容量
超声提取因其快速、高效的特点已被广泛应用于 控制系统。在超临界流体萃取技术中，萃取装置是关
实验室小量样品制备及分析样品的处理，但是由于缺 键。中小型萃取设备装置结构简单、体积小，便于操作
乏有效的工程放大手段和方法，超声场的范围和强度 与使用，适合一般科研机构。而大型工业化装置要求能
限制了每次处理的物料量，从而阻碍了其在大规模生 连续装填物料，具有连续萃取的功能，在溶剂的使用方