【天然产物提取分离新技术】天然产物提取分离

■常温超高压技术

高压生化研究证明，当压力达到一定值时，蛋白质、多糖(淀粉、纤维素)等有机大分子会变性，但生物碱、低聚糖、甾体、萜类、苷类、挥发油、维生素等小分子不会发生变化。

在高压生物化学的研究中，也证明了高压灭菌的机理是压力作用于微生物，使细胞壁变性破裂，细胞内容物漏出，从而使微生物死亡。这种细胞的变化也在肉、鱼、水果和蔬菜的高压加工中得到证实。

超高压提取是利用生物材料上的超高压来提取有效成分。植物细胞壁上有许多微孔，所以我们可以把植物细胞壁看成是由许多微孔组成的薄膜。当植物细胞处于溶剂中时，溶剂将通过这些微孔进入细胞。

1.升压时:

通过渗透作用，溶剂进入细胞；因为我们施加的压力非常大，通量非常大，短时间内细胞就会被溶剂充满。

细胞充满溶剂后，细胞壁两侧的压力就平衡了。

2.保持压力时:

细胞内容物与进入细胞的溶剂接触，一段时间后，有效成分溶解在这些溶剂中。

3.释放压力时:

细胞外的压力减小到零，细胞内的压力仍然是平衡的。此时，压力差与施加压力时相反。因为我们施加的是超高压，反方向的压差还是很大的。

4.细胞壁在反向压力的作用下变形；如果变形超过其反向变形极限，细胞壁被破坏；结果，溶解有效成分的溶剂泄漏出来并与其他溶剂融合。

5.如果在反向压力下，细胞壁的变形仍未超过其反向变形极限，细胞内已溶解有效成分的溶剂将通过渗透排出，与其他溶剂融合。因为反方向的压力差很大，溶解了有效成分的溶剂会快速、完全的漏出。

常温超高压提取技术可以使用多种溶剂，包括水、不同浓度的醇类等有机溶剂，可以从不同的天然产物中提取不同性质的有效成分(如生物碱、黄酮、皂苷、多糖、挥发油等)。

■超声波提取技术

超声波是一种高频机械波。超声场主要通过超声空化向系统提供能量。频率范围为15-60kHz的超声波通常用于强化该过程并引发化学反应。超声波对天然产物有效成分的提取起到了一定的作用。其原理是利用超声波的空化作用破坏细胞膜，有助于有效成分的溶解和释放。超声波使提取液不断振荡，有助于溶质扩散。同时超声波的热效应使水温基本在57℃，对原料有水浴作用。与传统的回流提取和索氏提取相比，超声波提取具有提取速度快、时间短、得率高、无需加热等优点。它已被许多天然产物分析过程选为样品处理的手段。

■微波辅助提取技术

微波是一种非电离电磁辐射。微波辅助萃取是一种利用微波能量提高萃取率的新技术。被萃取的极性分子在微波电磁场中快速转向定向排列，从而引起撕裂和相互摩擦产生热量，可以保证能量的快速传递和充分利用，易于溶解和释放。微波辅助提取(以下简称微波提取)的研究表明，微波辐射诱导提取技术具有选择性高、操作时间短、溶剂用量少、有效成分得率高等特点，已成功应用于药材的浸提和中药有效成分的提取。其原理是利用磁控管产生的每秒24.5亿次超高频的快速振动，使药材中的分子相互碰撞挤压，有利于有效成分的浸出。在提取过程中，药材不结块、不糊化，克服了热水提取易结块、糊化的缺点。

微波提取技术有一定的局限性，只适用于对热稳定的产品。

■酶提取技术

天然植物的细胞壁由纤维素构成，有效成分往往包裹在细胞壁中。酶法是使用纤维素酶、果胶酶、蛋白酶等的方法。(主要是纤维素酶)破坏植物细胞壁，有利于有效成分的最大限度溶出。酶促反应可以温和地分解植物组织，从而大大提高提取效率。

■分子蒸馏技术

分子蒸馏技术出现于20世纪30年代，现已在许多国家得到广泛应用。我国的分子蒸馏技术已成功应用于医药、精细化工、油脂化工、食品添加剂等行业，并逐渐在中药行业得到重视。

在高真空下，液体分子可以用很少的能量克服液体的内部引力，离开液面蒸发。分子蒸馏是液体在远低于其沸点的温度下的快速分离，这取决于极高真空下混合物分子运动的平均自由程的差异。

分子运动的自由路径是指一个分子在与其他分子的两次相邻碰撞之间行进的路径。一定时间间隔内的平均自由程称为分子运动的平均自由程。在压力和温度不变的条件下，不同种类的分子因其有效直径不同而具有不同的平均自由程。从统计学的角度来看，不同种类的分子从液面逃逸后，在不与其他分子发生碰撞的情况下，飞行距离是不同的。轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程大。如果冷凝面与蒸发面之间的距离小于轻分子的平均自由程，但大于重分子的平均自由程，轻分子可以到达冷凝面被冷却收集，重分子由于不能到达冷凝面而返回液面，相互碰撞，从而实现混合物料的分离。挥发油在天然产物中占有重要地位，许多挥发油具有很强的生理活性，但挥发油的提取、纯化和制备一直是天然产物研发的难点。分子蒸馏技术在分离纯化天然产物中的挥发油方面具有很大的优势和潜力。与超临界流体萃取相结合，既发挥了超临界油萃取率高、充分保留挥发油有效成分的特点，又达到了分子蒸馏对超临界萃取物进行有效纯化分离的效果。

■超临界流体萃取技术

超临界流体萃取(SFE)是20世纪60年代兴起的一种新型分离技术。自20世纪80年代中期以来，SFE技术因其选择性分离效果好、提取率高、产品中无有机溶剂残留、有利于热敏性物质和氧化性物质的提取等优点，逐渐应用于天然产物有效成分的提取和分离，并与GC、IR、GC-MS、HPLC等联用，形成了一种有效的分离技术。

超临界流体(SF)是指在临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上以流体形式存在的物质。目前研究最多、最常用的超临界流体是二氧化碳。SF在超临界状态下与待分离的物质接触，从而可以选择性地溶解其中的一些成分。在封闭系统中，SF的密度和介电常数随着压力的增加而增加，因此可以采用程序升压的方法使其不同。

逐步提取极性成分。然后通过减压、加热或吸附将超临界流体变成普通气体，将萃取物分离沉淀，达到分离提纯的目的。这就是超临界流体萃取的基本原理。

目前，超临界萃取技术主要用于提取挥发油、生物碱、香豆素和木脂素、黄酮类、萜类、苷类和醌类等天然产物的活性成分。

■大孔树脂吸附

大孔吸附树脂是20世纪60年代发展起来的一种新型高分子分离材料，是高分子吸附剂的一种。根据其孔径大小、比表面积和组成类型分为多种类型。20世纪70年代末，我国一些学者开始研究从天然产物中分离纯化有效成分。

大孔吸附树脂分离技术的应用原理主要是基于大孔吸附树脂和分子筛这种特殊吸附剂的吸附相结合的原理，从天然产物的提取液中选择性吸附有效成分，去除杂质。尤其是非极性吸附树脂，在吸附提取物中的有效成分时，主要是物理结构(如比表面积、孔径等。)起吸附作用。

大孔吸附树脂分离纯化的基本程序大多是:天然产物提取物用大孔树脂逐级洗脱，吸附有效成分乙醇溶液，回收溶剂，得到干燥的半成品提取物。大孔吸附树脂技术能有效富集天然产物中的黄酮类、生物碱类和苷类等有效成分。

■膜分离技术

膜分离技术是一种新型高效的分离技术，被国际公认为是20世纪末至20世纪中叶最有发展前景的重大高科技生产技术。它是利用具有选择透过性的天然或合成膜，在外界能量或化学势差的驱动下，对二元或多元体系进行分离、分类、纯化或富集的技术。膜分离技术(以下简称膜技术)包括超滤、微滤、纳滤和反渗透。

目前，该技术也广泛应用于中药制剂的生产，尤其是超滤技术以其高效、节能、绿色的特点，自20世纪90年代以来越来越多地应用于中药制剂中。

膜分离技术的应用原理类似于机械筛，通过压力驱动实现溶质和溶剂的分离。溶剂(水)等小分子量溶质通过具有不对称微孔结构的滤膜，而大分子溶质。

以及粒子(如蛋白质、病毒、细菌、胶体等。)被滤膜截留，从而达到分离、纯化和浓缩产品的目的。常温运行，无相变，能耗低。

超滤技术可用于滤除天然产物水提取液中相对分子量大于数万的杂质(无效成分)，如纤维素、粘液、树胶、果胶、淀粉、鞣质、蛋白质(少数药材除外)、树脂等成分。

对于相对分子量在几千以上的活性成分，超滤浓缩也是极其有效的。当某些蛋白质、多肽、多糖是天然产物的有效成分时，应尽量先去除分子量较大的杂质和其他可沉淀的成分。然后超滤浓缩，使水、小分子的无效成分、无机盐、单糖等成分通过滤膜过滤，提高了产品的纯度。利用超滤膜分离技术浓缩并滤除提取液中的水和小分子量杂质，可以节约能耗，提高药物纯度。

■澄清技术

近年来，一些新材料和新技术被应用于天然产物提取物的澄清。不仅可以降低成本，缩短生产周期，而且可以保证制剂稳定性和有效成分的含量。如101果汁澄清剂、甲壳素、ZTC天然澄清剂在提取液澄清中的应用，很大程度上解决了经典乙醇沉淀法带来的饥饿问题。101果汁澄清剂是一种水溶性胶体物质，安全无毒，不引入杂质，沉淀后可与不溶物一起去除。几丁质(如壳聚糖)带正电，能沉降提取液中带负电的悬浮物。ZTC天然澄清剂能去除单宁、蛋白质、胶体等不稳定成分，对有效成分影响不大。

■分子印迹技术

分子印迹技术是20世纪末出现的一种高选择性分离技术。该技术是选择能与印迹分子发生特异性相互作用的功能单体，与印迹分子周围的交联剂聚合，形成三位交联的聚合物网络。然后，通过合适的溶剂去除印迹分子，在聚合物网络中形成具有互补空间和化学功能的空穴。整个聚合过程可以分为三个步骤:印迹、聚合和去除印迹分子。

谢建春等采用非* *价法，在极性溶剂中，以丙烯酰胺为功能单体，槲皮素为印迹分子，制备了分子印迹聚合物(MIP)。液相色谱实验表明。MIP对槲皮素具有特异性亲和力。将分子印迹聚合物直接用于分离银杏叶提取物水解液，得到两种主要含有槲皮素和与槲皮素结构相似的化合物山奈酚的黄色素。

酮的成分。一些研究证实了MIT直接从中草药中分离提取具有特定功效的化合物的可行性。