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聚能式超声波在中药提取中的广泛应用


聚能式超声波在中药提取中的广泛应用
一、摘要:
聚能式超声波在中药提取中药材的有着其优越性,此方法主要通过压电换能器产生的快速机械振动波来减少目标萃取物与样品基体之间的作用力从而实现固-液萃取分离。根据此原理及其工作特点能够高效对中药材中的药效物质进行处理。此技术的应用在中药领域中有着重要的地位,人类在进步中也带来了此超声波提取中药技术的发展,对于中药材的处理也有了更广泛的应用,因此此技术在其发展中也出现了很多种有效处理中药材的方法,对于社会的进步,其带来的经济效益是不能忽视的。
 
二、关键字:超声波、提取、中药、应用发展
 
三、正文:
近几年来的大量研究表明,超声波作为一种物理能,不仅能通过在空化作用中产生的极大压力造成被破碎物细胞壁及整个生物体破裂而使胞内物质释放、扩散及溶解。在应用方面,利用超声波进行清洗、干燥、杀菌、雾化及无损检测等,是一种非常成熟且有广泛应用的技术。
1聚能式超声波在中药提取的原理。
超声波萃取中药材的优越性,是基于超声波的特殊物理性质。主要通过压电换能器产生的快速机械振动波来减少目标萃取物与样品基体之间的作用力从而实现固-液萃取分离。(1)加速介质质点运动。高于20KHz声波频率的超声波的连续介质(例如水)中传播时,根据惠更斯波动原理,在其传播的波阵面上将引起介质质点(包括药材重要效成分的质点)的运动,使介质质点运动获行巨大的加速度和动能。质点的加速度经计算一般可达重力加速度的二千倍以上。由于介质质点将超声波能量作用于药材中药效成分质点上而使之获得巨大的加速度和动能,迅速逸出药材基体而游离于水中。(2)空化作用。超声波在液体介质中传播产生特殊的“空化效应”,“空化效应”不断产生无数内部压力达到上千个大气压的微气穴并不断“爆破”产生微观上的强大冲击波作用在中药材上,使其中药材成分物质被“轰击”逸出,并使得药材基体被不断剥蚀,其中不属于植物结构的药效成分不断被分离出来。加速植物有效成份的浸出提取。(3)超声波的振动匀化使样品介质内各点受到的作用一致,使整个样品萃取更均匀。中药材中的药效物质在超声波场作用下不但作为介质质点获得自身的巨大加速度和动能,而且通过“空化效应”获得强大的外力冲击,所以能高效率并充分分离出来。
2聚能式超声波在中药提取萃取的特点。
适用于中药材有效成份的萃取,是中药制药彻底改变传统的水煮醇沉萃取方法的新方法、新工艺。与水煮、醇沉工艺相比,超声波萃取具有如下突出特点:
(1)无须高温。无水煮高温,不破坏中药材中某些具有热不稳定、易水解或氧化特性的药效成份,提高中药的疗效。(2)常压萃取,安全性好,操作简单易行,维护保养方便。(3)萃取效率高。萃取时间仅为水煮、醇沉法的三分之一或更少。萃取充分,萃取量是传统方法的二倍以上。(4)具有广谱性。适用性广,绝大多数的中药材各类成份均可超声萃取。(5)超声波萃取对溶剂和目标萃取物的性质(如极性)关系不大。可供选择的萃取溶剂种类多、目标萃取物范围广泛。(6)减少能耗。由于超声萃取无需加热或加热温度低,萃取时间短,因此大大降低能耗。(7)药材原料处理量大,成倍或数倍提高,且杂质少,有效成分易于分离、净化。(8)萃取工艺成本低,综合经济效益显著。
3超声波提取(Ult ra Sonic Ext raction ,USE)技术的理论应用发展。
 超声波是一种弹性机械振动滤,是听觉阈以外的振动,它产生强烈振动,高速度,强烈的空化效应,搅拌作用,因此能破坏植物药材的细胞,使溶媒能渗透到药材细胞中,从而加速药材中的有效成分溶解于溶媒中,以提高有效成分的提出率。同时以常规方法提出的有效成分作对照,考察超声提取出的有效成分的结构是否有改变。超声提取不会改变有效成分的结构,并且缩短了提取时间,提高了提出率,从而为中草药成分的提取提供了一种快速、高产的新方法。超声技术在中草药有效成分提取、工艺选定、含量控制方面的应用都很有成效。以下应用实例反映了现今超声波提取技术的应用发展的成熟:
(1)应用频率20 KHz 的超声波发生器提取槐米中芦丁及黄连中黄连素,与传统热碱沸提取法比较,芦丁提取率由12~14 %明显增加至16~22 %,成分稳定、不被破坏。与传统稀硫酸法法、石灰乳法、酸性酒精漉渗回流提取黄连素法比较,超声波法提取率提高,图谱鉴定显示成分结构无被破坏。用不同频率的超声波提取黄芩中黄芩甙,与常规煎煮法比较,无需加热,20 KHz 超声波处理40 Min,提出效率能够提高53 %。
(2)利用超声波技术提取挥发性活性成分,并进行高分辨GC-MS分析能鉴定出几百种成分。在中药鉴定中有很重要的作用。
(3)超滤(Uit ra Filt ration ,UF) 技术,是指常温下以一定压力和流量,利用不对称微孔结构和半透膜分离介质、以错流方式进行过滤,使溶剂及小分子物质通过,高分子物质和微粒子如蛋白质、水溶性高聚物、细菌等被滤膜阻留,从而达到分离、纯化、浓缩的发展蕞快的新型膜分离技术,能够分离分子量为1000~1000000道尔顿的物质。使用不同的超滤膜如醋酸纤维、磺化聚砜、聚砜、聚砜酰胺、聚丙烯睛,能够对不同分子量物质进行选择性截留。在中药生产中,与传统分离方法相比,具有分离过程无相变、分离效率高、无需添加化学试剂、无污染、无需加热、能耗低、条件温和无破坏成分、操作方便、流程短的特点,能够部分取代传统的过滤、吸附和萃取等分离技术,已开始广泛应用于生物工程及中药制剂工艺中。
4超声技术在中草药成分提取技术发展中的实际应用
(1)提取皂甙类成分皂甙类成分常用加水煎煮法或有机溶剂浸泡进行提取,耗时长,提出率低。采用超声技术则可缩短提取时间,提高提出率。从长梗绞股蓝中提取其主要有效成分绞股蓝皂甙,以75%乙醇回流为对照,超声提取3次,每次80min,可明显提高绞股蓝皂甙的得率;从党参中提取党参皂甙,以常规的溶剂浸渍法为对照,党参细粉经超声处理40min后,党参皂甙的提出率高出常规法(甲醇冷渍48h)1倍多,时间缩短了98.6%,而且经超声提取的党参皂甙得到的粗品量是常规法的近2倍,纯度也高;有关专家从穿山龙根茎中提到主要有效成分薯蓣皂甙,以70%乙醇浸泡48h为对照,用20kHz的超声波提取30min,其提出率是对照且的12倍,并用1MHz的超声波提取30min,其提出率是对照组的1.34倍,此工艺可以节约药材23.4%。由此看出,超声提取皂甙类成分具有省时、节约药材、杂质少、提出率高等优点。
(2)提取生物碱类成分从中草药中用常规提取生物碱一般提取时间长,收率低,而经超声处理后可以获得很好的效果。从黄柏中提取小檗碱,以饱和石灰水浸泡24h为对照,用20kHz的超声波提取30min,提出率比对照组高18.26%,且小檗碱的结构未发生改变;郭孝武等从黄连根茎中提取黄连素,实验证明超声法优于浸泡法,即用20kHz的超声波处理30min,其提出率高达8.12%。在我国1985年版药典中,曾用超声技术提取木鳖碱(士的宁)、马钱子碱这些毒性成分,并明确规定:在药物含量测定时,用超声波处理40min,相当于冷浸24h。由此看出,应用超声技术提取得生物碱类成分的工艺简便、省时、提出率高。
(3)提取黄酮类成分黄酮类成分常用加水煎煮法,碱提酸沉法或乙醇、甲醇浸泡提取,费时、费工、提取率低,而超声提取则可提高提出率,缩短提取时间。从黄芩根茎中提取主要有效成分黄芩甙,以水为溶剂,仅超声提取10min就高于加水煎煮3h的提取率,并以20kHz超声波提取40min的黄芩甙的提出率为蕞高。从槐米中提取芦丁,超声提取40min,其提出率为22.53%,是目前大生产得率的1.7~2倍,经对比试验可知,节约药材30~40%,具有较高的经济效益。
(4)提取蒽醌类成分蒽衍生物在植物体朵存在形式复杂,游离态与结合态经常共存于同一种中草药中,一般提取都采用乙醇或稀碱性水溶液提取,因长时间受热而破坏其中的有效成分,影响提出率。从大黄中提取大黄蒽醌类成分,与常规烈煮法相比,用超声法提取10min比煎煮法提取3h的蒽醌类成分高,同时以频率为20kHz的超声波提取的提出率蕞高,在复方首乌口服液的提取工艺中,对含有大量的蒽醌类衍生物的何首乌、大黄、番泻叶采用超声提取,从而避免蒽醌甙类物质因久煎破坏有效成分失败。
(5)另外,应用中空纤维素超滤器,对原料水提液预过滤后,以2万截留分子量超滤制备南方参茶。应用超滤法并乙醇沉淀法比较制备神宁胶囊,能够减少中药提取物用量,且有效成分损失少、工艺流程缩短。利用超滤法分离银杏叶乙醇提取液,去除其中鞣质、蛋白质和糖类等杂质,纯化银杏黄酮甙。利用超滤技术改进了丹参注射液的制备工艺。比较超滤法及醇沉法对金银花中绿原酸的影响,并测定成分含量与超滤体积的关系,显示1125 倍体积超滤能够保留有效成分。利用超滤技术制备刺五加注射液,能够有效去除热原。利用外压式中空纤维素膜超滤,探讨操作压力、膜面速度、浓缩比、温度等条件的优化,对其它体系超滤操作也具有指导作用。
中草药中所含的成分相当复杂,不仅含有有效成分,还含有无效成分。要提高中草药的治疗效果,必须把其有效成分提取出来。提取是直接关系到成品中有效成分含量及其内在质量、监床疗效、经济效益。
  目前中药材提取技术发展中,提取中草药有效成分的常见方法有浸渍法(常温浸渍法、温浸法、煎煮法)、渗漉法、回流法等,提取时间长,提出率也低。随着现代科学技术的发展,超声技术已广泛地应用于工业、农业、医药卫生等领域。由于该方法所需设备简单、操作方便、提取时间短、提取率高、节能、节约药材、无需加热等优点,其在提取中草药成分方面的应用受到了越来越多的重视。
 
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