提取是指利用适当的溶媒和方法,从原料药材中将可溶性有效成分浸出的过程。中药材中所含成分很复杂,可分为:有效成分,指起主要药效的物质,如生物碱、普、挥发油等;辅助成分,指本身没有特殊的疗效,但能增强或缓和有效成分作用的物质;无效成分,指本身无效或有害的成分。中药提取过程就是一个将不锈钢提取设备工艺原理、物料性能及操作方法有机结合的过程。
1、中药材溶剂提取的工艺原理
中药提取的工艺过程是溶媒进入药材的细胞组织、溶解或分散其有效成分,变为浸出液的过程。
在浸润、渗透阶段,溶媒首先附着于药材表面,使之湿润,然后通过毛细管和细胞间隙渗入细胞内,这种湿润作用对于浸出有很大的影响,中药材不能被浸出溶媒湿润,浸出也就无法进行。因此,在生产中用洗药和提取前的浸泡来代替润药工序是不妥的。浸泡时间短不能达到润透的效果,浸泡时间长植物细胞内的水解酶会分解药材中的有效成分。如果提取的有效成分在植物细胞内,还可在润药后用微波干燥灭菌机对中药材进行植物细胞“破壁”。细胞壁是植物细胞独有的,它韧性较大。利用微波进行植物细胞破壁的原理是:植物坚硬的细胞壁保护着原生质体,并且维持着细胞的一定形状,它的主要成分是纤维素。大多数植物细胞中都有一个或几个液泡,液泡中充满了液体。植物细胞内的极性水分子是微波能作用的介质,细胞内的水分子可以最大限度地吸收微波能,水分子在微波能的作用下迅速汽化使植物细胞壁破裂,这就为植物细胞内的有效成分在提取过程中的浸出创造了条件。对植物细胞进行破壁的目的,就是获取植物细胞内的有效成分。因中药材成分复杂,是否需要进行植物细胞破壁,要根据提取的目标和工艺验证来确定。
中药材在提取过程中要经过浸润、溶解、扩散、置换等几个阶段,浸润是溶解、扩散、置换的前提。在提取过程中溶媒通过毛细管和细胞间隙进入细胞组织后与经解析的各种成分接触,使其溶入溶媒中,这一过程称为溶解阶段。当溶媒在细胞中溶解大量可溶性物质后,细胞内溶液浓度显著提高,使细胞内外出现浓度差和渗透压差,细胞内高浓度的溶液可不断向低浓度方向扩散。由于渗透压的作用,溶媒又不断进入细胞内,以平衡其渗透压,这一过程称为扩散阶段。在中药材提取过程中几个阶段往往是交叉进行的,这就要求在不锈钢多功能提取罐操作过程中要根据工艺要求,经过工艺设备验证,来确定设备操作过程中的操作顺序、温度、压力、时间等参数。以达到尽可能多地提取有效成分,以保证每批提取物的质量均一性,降低生产成本的目的。
2、常用的提取溶媒
在提取过程中,溶媒的选择对提取效果有显著影响,使用不同的溶媒设备操作的方法也不相同。在中草药提取中常用的溶媒有水和乙醇。
作为常用的浸出溶媒水,经济易得,极性大而溶解范围广。同时,水的选择性差,在提取过程中会提出大量的无效成分。药材中的生物碱类、普类,有机酸盐、蹂质、蛋白质、糖、树胶、色素、多糖类以及酶和少量挥发油都能被水浸出。水的质量对提取液的质量也有一定影响,最好用经过净化和软化处理的纯净水做提取溶媒。
乙醇为半极性溶煤。用乙醇提取可减少药材中粘液质、淀粉、蛋白质等杂质的浸出。乙醇的溶解性能介于极性与非极性之间,既能溶解水溶性的某些成分,又能溶解非极性溶媒所溶解的一些成分。乙醇做溶媒也有一定的缺陷,乙醇具有药理作用,价格贵,易燃易爆。
在中草药提取工艺中,用乙醇作为提取溶媒时,乙醇的浓度要以能浸出有效成分、满足工艺需要为度。不宜盲目地使用过高浓度的乙醇,一般用90%以上的乙醇提取挥发油、有机酸、树脂、叶绿素等。用50%~70%的乙醇提取生物碱、普类等。用50%以下的乙醇提取苦味质、葱醒化合物等。因用乙醇做溶媒进行提取时涉及设备操作方法及乙醇回收的问题,所以,在厂房设计、设备选型和操作上应有不同的要求。醇提车间要按防爆要求设计施工,所有电器设备必须符合防爆要求,屋面要用轴流风机来降低室内乙醇气体的浓度,同时要配备乙醇回收和储存设备。
3、影响提取效果的因素
3.1、药材粉碎度的影响
如以水做溶媒时,药材易吸水膨胀,提取时药材可粉碎得粗一些,或者切成薄片和小段。提取设备应采用排渣口大的直桶式或倒锥型提取罐。用乙醇作溶媒时,因乙醇对药材膨胀的小,中药材可粉成粗粉以提高提取效果。
3.2、提取时间的影响
一般提取量与提取时间成正比,但经一定时间后,扩散达到平衡时,时间即不再起作用。多功能提取设备提取时间对提取液的质量也有影响,时间过短,达不到浸出目的;时间过长,挥发性成分损失过大,提取液中杂质也会增多。确定提取时间的长短,应根据提取方式、投料量多少和药材性质。一般比较坚实及成分不易提出的药材,可适当地延长提取时间;含挥发性成分和质地脆弱而有效成分易于提出的药材,则可适当减少提取时间。
3.3、提取温度的影响
高温能使植物纤维组织软化、细胞内蛋白质凝固、酶被破坏。沸腾可增加物质的溶解和扩散速度,有利于浸出。但过高的温度也会使某些有效成分受到破坏而失效,同时高温提取时,无效成分、辅助成分的浸出量也会增多。这不仅会增加提取物中的杂质,而且会给后期的精制造成困难,特别是在口服液和注射剂生产中会影响产品的澄明度。所以,在提取工艺考核时要以有效成分转移率作为主要指标,在设备操作时,一定要合理地使用罐内明汽和夹层加热,防止在提取罐的底部形成过热的区域和药材冷堆。在使用底部只有明汽加热,没有夹层加热的多功能提取罐时,可采取强制循环的方式来消除提取罐底部的过热区域和药材冷堆。
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