■常溫超高壓技術
高壓生化研究證明,當壓力達到壹定值時,蛋白質、多糖(澱粉、纖維素)等有機大分子會變性,但生物堿、低聚糖、甾體、萜類、苷類、揮發油、維生素等小分子不會發生變化。
在高壓生物化學的研究中,也證明了高壓滅菌的機理是壓力作用於微生物,使細胞壁變性破裂,細胞內容物漏出,從而使微生物死亡。這種細胞的變化也在肉、魚、水果和蔬菜的高壓加工中得到證實。
超高壓提取是利用生物材料上的超高壓來提取有效成分。植物細胞壁上有許多微孔,所以我們可以把植物細胞壁看成是由許多微孔組成的薄膜。當植物細胞處於溶劑中時,溶劑將通過這些微孔進入細胞。
1.升壓時:
通過滲透作用,溶劑進入細胞;因為我們施加的壓力非常大,通量非常大,短時間內細胞就會被溶劑充滿。
細胞充滿溶劑後,細胞壁兩側的壓力就平衡了。
2.保持壓力時:
細胞內容物與進入細胞的溶劑接觸,壹段時間後,有效成分溶解在這些溶劑中。
3.釋放壓力時:
細胞外的壓力減小到零,細胞內的壓力仍然是平衡的。此時,壓力差與施加壓力時相反。因為我們施加的是超高壓,反方向的壓差還是很大的。
4.細胞壁在反向壓力的作用下變形;如果變形超過其反向變形極限,細胞壁被破壞;結果,溶解有效成分的溶劑泄漏出來並與其他溶劑融合。
5.如果在反向壓力下,細胞壁的變形仍未超過其反向變形極限,細胞內已溶解有效成分的溶劑將通過滲透排出,與其他溶劑融合。因為反方向的壓力差很大,溶解了有效成分的溶劑會快速、完全的漏出。
常溫超高壓提取技術可以使用多種溶劑,包括水、不同濃度的醇類等有機溶劑,可以從不同的天然產物中提取不同性質的有效成分(如生物堿、黃酮、皂苷、多糖、揮發油等)。
■超聲波提取技術
超聲波是壹種高頻機械波。超聲場主要通過超聲空化向系統提供能量。頻率範圍為15-60kHz的超聲波通常用於強化該過程並引發化學反應。超聲波對天然產物有效成分的提取起到了壹定的作用。其原理是利用超聲波的空化作用破壞細胞膜,有助於有效成分的溶解和釋放。超聲波使提取液不斷振蕩,有助於溶質擴散。同時超聲波的熱效應使水溫基本在57℃,對原料有水浴作用。與傳統的回流提取和索氏提取相比,超聲波提取具有提取速度快、時間短、得率高、無需加熱等優點。它已被許多天然產物分析過程選為樣品處理的手段。
■微波輔助提取技術
微波是壹種非電離電磁輻射。微波輔助萃取是壹種利用微波能量提高萃取率的新技術。被萃取的極性分子在微波電磁場中快速轉向定向排列,從而引起撕裂和相互摩擦產生熱量,可以保證能量的快速傳遞和充分利用,易於溶解和釋放。微波輔助提取(以下簡稱微波提取)的研究表明,微波輻射誘導提取技術具有選擇性高、操作時間短、溶劑用量少、有效成分得率高等特點,已成功應用於藥材的浸提和中藥有效成分的提取。其原理是利用磁控管產生的每秒24.5億次超高頻的快速振動,使藥材中的分子相互碰撞擠壓,有利於有效成分的浸出。在提取過程中,藥材不結塊、不糊化,克服了熱水提取易結塊、糊化的缺點。
微波提取技術有壹定的局限性,只適用於對熱穩定的產品。
■酶提取技術
天然植物的細胞壁由纖維素構成,有效成分往往包裹在細胞壁中。酶法是使用纖維素酶、果膠酶、蛋白酶等的方法。(主要是纖維素酶)破壞植物細胞壁,有利於有效成分的最大限度溶出。酶促反應可以溫和地分解植物組織,從而大大提高提取效率。
■分子蒸餾技術
分子蒸餾技術出現於20世紀30年代,現已在許多國家得到廣泛應用。我國的分子蒸餾技術已成功應用於醫藥、精細化工、油脂化工、食品添加劑等行業,並逐漸在中藥行業得到重視。
在高真空下,液體分子可以用很少的能量克服液體的內部引力,離開液面蒸發。分子蒸餾是液體在遠低於其沸點的溫度下的快速分離,這取決於極高真空下混合物分子運動的平均自由程的差異。
分子運動的自由路徑是指壹個分子在與其他分子的兩次相鄰碰撞之間行進的路徑。壹定時間間隔內的平均自由程稱為分子運動的平均自由程。在壓力和溫度不變的條件下,不同種類的分子因其有效直徑不同而具有不同的平均自由程。從統計學的角度來看,不同種類的分子從液面逃逸後,在不與其他分子發生碰撞的情況下,飛行距離是不同的。輕分子的平均自由程大,重分子的平均自由程大。如果冷凝面與蒸發面之間的距離小於輕分子的平均自由程,但大於重分子的平均自由程,輕分子可以到達冷凝面被冷卻收集,重分子由於不能到達冷凝面而返回液面,相互碰撞,從而實現混合物料的分離。揮發油在天然產物中占有重要地位,許多揮發油具有很強的生理活性,但揮發油的提取、純化和制備壹直是天然產物研發的難點。分子蒸餾技術在分離純化天然產物中的揮發油方面具有很大的優勢和潛力。與超臨界流體萃取相結合,既發揮了超臨界油萃取率高、充分保留揮發油有效成分的特點,又達到了分子蒸餾對超臨界萃取物進行有效純化分離的效果。
■超臨界流體萃取技術
超臨界流體萃取(SFE)是20世紀60年代興起的壹種新型分離技術。自20世紀80年代中期以來,SFE技術因其選擇性分離效果好、提取率高、產品中無有機溶劑殘留、有利於熱敏性物質和氧化性物質的提取等優點,逐漸應用於天然產物有效成分的提取和分離,並與GC、IR、GC-MS、HPLC等聯用,形成了壹種有效的分離技術。
超臨界流體(SF)是指在臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上以流體形式存在的物質。目前研究最多、最常用的超臨界流體是二氧化碳。SF在超臨界狀態下與待分離的物質接觸,從而可以選擇性地溶解其中的壹些成分。在封閉系統中,SF的密度和介電常數隨著壓力的增加而增加,因此可以采用程序升壓的方法使其不同。
逐步提取極性成分。然後通過減壓、加熱或吸附將超臨界流體變成普通氣體,將萃取物分離沈澱,達到分離提純的目的。這就是超臨界流體萃取的基本原理。
目前,超臨界萃取技術主要用於提取揮發油、生物堿、香豆素和木脂素、黃酮類、萜類、苷類和醌類等天然產物的活性成分。
■大孔樹脂吸附
大孔吸附樹脂是20世紀60年代發展起來的壹種新型高分子分離材料,是高分子吸附劑的壹種。根據其孔徑大小、比表面積和組成類型分為多種類型。20世紀70年代末,我國壹些學者開始研究從天然產物中分離純化有效成分。
大孔吸附樹脂分離技術的應用原理主要是基於大孔吸附樹脂和分子篩這種特殊吸附劑的吸附相結合的原理,從天然產物的提取液中選擇性吸附有效成分,去除雜質。尤其是非極性吸附樹脂,在吸附提取物中的有效成分時,主要是物理結構(如比表面積、孔徑等。)起吸附作用。
大孔吸附樹脂分離純化的基本程序大多是:天然產物提取物用大孔樹脂逐級洗脫,吸附有效成分乙醇溶液,回收溶劑,得到幹燥的半成品提取物。大孔吸附樹脂技術能有效富集天然產物中的黃酮類、生物堿類和苷類等有效成分。
■膜分離技術
膜分離技術是壹種新型高效的分離技術,被國際公認為是20世紀末至20世紀中葉最有發展前景的重大高科技生產技術。它是利用具有選擇透過性的天然或合成膜,在外界能量或化學勢差的驅動下,對二元或多元體系進行分離、分類、純化或富集的技術。膜分離技術(以下簡稱膜技術)包括超濾、微濾、納濾和反滲透。
目前,該技術也廣泛應用於中藥制劑的生產,尤其是超濾技術以其高效、節能、綠色的特點,自20世紀90年代以來越來越多地應用於中藥制劑中。
膜分離技術的應用原理類似於機械篩,通過壓力驅動實現溶質和溶劑的分離。溶劑(水)等小分子量溶質通過具有不對稱微孔結構的濾膜,而大分子溶質。
以及粒子(如蛋白質、病毒、細菌、膠體等。)被濾膜截留,從而達到分離、純化和濃縮產品的目的。常溫運行,無相變,能耗低。
超濾技術可用於濾除天然產物水提取液中相對分子量大於數萬的雜質(無效成分),如纖維素、粘液、樹膠、果膠、澱粉、鞣質、蛋白質(少數藥材除外)、樹脂等成分。
對於相對分子量在幾千以上的活性成分,超濾濃縮也是極其有效的。當某些蛋白質、多肽、多糖是天然產物的有效成分時,應盡量先去除分子量較大的雜質和其他可沈澱的成分。然後超濾濃縮,使水、小分子的無效成分、無機鹽、單糖等成分通過濾膜過濾,提高了產品的純度。利用超濾膜分離技術濃縮並濾除提取液中的水和小分子量雜質,可以節約能耗,提高藥物純度。
■澄清技術
近年來,壹些新材料和新技術被應用於天然產物提取物的澄清。不僅可以降低成本,縮短生產周期,而且可以保證制劑穩定性和有效成分的含量。如101果汁澄清劑、甲殼素、ZTC天然澄清劑在提取液澄清中的應用,很大程度上解決了經典乙醇沈澱法帶來的饑餓問題。101果汁澄清劑是壹種水溶性膠體物質,安全無毒,不引入雜質,沈澱後可與不溶物壹起去除。幾丁質(如殼聚糖)帶正電,能沈降提取液中帶負電的懸浮物。ZTC天然澄清劑能去除單寧、蛋白質、膠體等不穩定成分,對有效成分影響不大。
■分子印跡技術
分子印跡技術是20世紀末出現的壹種高選擇性分離技術。該技術是選擇能與印跡分子發生特異性相互作用的功能單體,與印跡分子周圍的交聯劑聚合,形成三位交聯的聚合物網絡。然後,通過合適的溶劑去除印跡分子,在聚合物網絡中形成具有互補空間和化學功能的空穴。整個聚合過程可以分為三個步驟:印跡、聚合和去除印跡分子。
謝建春等采用非* *價法,在極性溶劑中,以丙烯酰胺為功能單體,槲皮素為印跡分子,制備了分子印跡聚合物(MIP)。液相色譜實驗表明。MIP對槲皮素具有特異性親和力。將分子印跡聚合物直接用於分離銀杏葉提取物水解液,得到兩種主要含有槲皮素和與槲皮素結構相似的化合物山奈酚的黃色素。
酮的成分。壹些研究證實了MIT直接從中草藥中分離提取具有特定功效的化合物的可行性。