天然藥物化學(xué)成分的提取方法
第二章 天然藥物化學(xué)成分的提取方法
§2.1 溶劑提取法
(以植物類(lèi)原料為例)
一．提取法的一般程序
二．溶劑提取法的理論依據
三．三．選擇提取溶劑的一般思路 （怎樣選擇提取溶劑）
四．常用提取方法簡(jiǎn)介 （怎樣選擇提取方法）
五．影響提取效率的因素 （怎樣選擇提取條件）
一．溶劑提取法的一般程序
干燥 粉碎 選適當溶劑提取
原料 提取液
增大接觸表面 （含目標成分）
實(shí)例:
溶劑 提取方法
泡補酒 乙醇 浸漬法
浸漬法
圖 示
.煎 藥 水 煎煮法
為了選擇適宜溶劑和適宜方法有必要熟悉以下相關(guān)理論依據。
二．溶劑提取法的理論依據
1．溶劑提取法的基本原理
（1）相似相溶原理
一般經(jīng)驗：
化學(xué)成分易溶于與其結構相似、極性相似的溶劑之中。
化學(xué)成分
親水性溶劑中
親脂性溶劑中
親水性成分（極性大）
易溶
難溶或不溶
親脂性成分（極性小或非極性）
難溶或不溶
易溶
例外：提取混合物成分時(shí)，各成分間有可能存在互溶和助溶作用。
例如：水提法也可能提出親脂性成分。
（2）濃度差原理
由于擴散、滲透作用，溶劑逐漸通過(guò)細胞壁透入到細胞內。溶劑進(jìn)入細胞后，溶解大量可溶性物質(zhì)，造成了細胞內外的濃度差，于是細胞內的濃溶液不斷向外擴散，溶劑又不斷進(jìn)入被提取原料組織中，可溶成分不斷被提取出來(lái)。如此多次往返，直至細胞內外溶液濃度相等達到動(dòng)態(tài)平衡為止。
因此，進(jìn)行溶劑提取的重要前提是：組織細胞內外存在濃度差。
試分析比較以下方法中的濃度差特點(diǎn)：
物料內外 濃度差 提取 效率
比 較 比 較
靜態(tài)提取 不能保持：
不斷縮小，直至消失 低
（達到平衡）
滲漉法
動(dòng)態(tài)提取 圖示
動(dòng)態(tài)提取 能夠保持： 高
一直存在，直至提盡
靜態(tài)提取中，被提取的物料與提取液之間處于相對靜止狀態(tài)，例如浸漬法；
動(dòng)態(tài)提取中，被提取的物料與提取液之間處于相對運動(dòng)狀態(tài)，例如滲漉法。
由于提取液與被提取物料的相對關(guān)系不同，進(jìn)而導致其濃度差特點(diǎn)不同，提取效率不同，選擇動(dòng)態(tài)提取法，可以獲得更高的提取效率。
小結 （1）相似相溶原理 可用于指導 選擇提取溶劑
. （2）濃 度 差原理 可用于指導 選擇提取方法
上述“相似相溶原理”中的相似是指被溶解成分和溶劑二者之間的極性相似，因此我們還有必要熟悉以下有關(guān)化學(xué)成分的極性判斷，以及溶劑的極性和其它特性。
2．化學(xué)成分的極性判斷及其溶解特性
（1）關(guān)于極性的概念
極性：分子中電荷不對稱(chēng)的程度。
（2）常見(jiàn)官能團的極性強弱順序：參見(jiàn)教材P.25 表1-3
-C O O H > - O H > - NH2 > - SH 羧 羥 胺 巰 強
> -CHO > >C = O > -COOR > -OCH3 醛 酮 酯 烷 氧
> -CH = CH - > -CH-CH- 烯 烷 最 下 方
（3）判斷化學(xué)成分極性強弱的一般規律
a. 看分子(骨架)大?。?碳鏈 長(cháng)短
。 芳環(huán) 多少
b. 看官能團特點(diǎn)： 極性 強弱
數目 多少
a 分子越小, 碳鏈越短, 芳環(huán)越少，其極性越大；
分子越大, 碳鏈越長(cháng), 芳環(huán)越多，其極性越??；
極性判斷
b 所含官能團極性越強, 分子極性越大；
所含官能團極性越弱, 分子極性越??；
c 含 極性官能團數目越多, 分子極性越大；
含非極性官能團數目越多, 分子極性越小。
以上為化學(xué)成分極性判斷的 三條規律， 兩個(gè)要點(diǎn)
（4）化學(xué)成分極性與其溶解性的關(guān)系
一般情況下, 極性越大，親水性越強；極性越小，親脂性越強。
3．常用溶劑的極性、分類(lèi)及其特性
（1）判斷溶劑極性強弱的一般規律 (與上述判斷化學(xué)成分的極性規律一致)。
（2）常用溶劑的極性順序及其主要特性
親 脂 性
石油醚、己烷--苯--氯仿--乙醚--乙酸乙脂--正丁醇--丙酮--乙醇--甲醇--水
親 水 性
（3）常用溶劑的分類(lèi)
（一） 粗分
親水性溶劑：其結構和溶解特性與水相近, 極性較大；易溶解親水性成分 。
親脂性溶劑：其結構和溶解特性與油相近, 極性較??；易溶解親脂性成分。
（二） 細分 (見(jiàn)下表)
表 1 中藥成分及其適用的提取溶劑
中藥成分的極性
中藥成分的類(lèi)型
適用的提取溶劑
強親脂性（極性?。?div style="height:15px;">
揮發(fā)油、脂肪油、臘、脂溶性色素、甾醇類(lèi)、某些苷元
石油醚、己烷
親 脂 性
苷元、生物堿、樹(shù)脂、醛、酮、醇、醌、有機酸、個(gè)別苷
氯仿、乙醚
中等極性
小
某些苷類(lèi)（如強心苷等）
氯仿：乙醇（2：1）
中
某些苷類(lèi)（如黃酮苷等）
乙酸乙脂
大
某些苷類(lèi)（如皂苷、蒽醌苷等）
正 丁 醇
親 水 性
極性很大的苷、糖類(lèi)、氨基酸、某些生物堿鹽
丙酮、乙醇、甲醇
強親水性
蛋白質(zhì)、黏液質(zhì)、果膠、糖類(lèi)、氨基酸、無(wú)機鹽類(lèi)
水
表2 常用提取溶劑系統
部 位
方 法
dragendorff
zelliner
Puwer FB
brieger
米達夫
stabl
強親脂性
親脂性
中等極性（?。?div style="height:15px;">
中等極性（大）
極性大
石油醚
乙醚、氯仿
無(wú)水乙醇
無(wú)水乙醇
水
酸水
堿水
石油醚
乙醚、氯仿
醋酸
鉛法
石油醚
乙醚
戊醇
石油醚
乙醚
無(wú)水
乙醇
冷水
沸水
酸水
堿水
石油醚、苯
—
乙酸乙脂
乙醇
石油醚
乙醚、氯仿
丙酮
三、選擇提取溶劑的一般思路
1．從溶解度考慮：對目標成分溶解度大；對其他成分溶解度小。
2．從成本和安全性等方面考慮
四、常用提取方法簡(jiǎn)介
方法分類(lèi)
優(yōu) 點(diǎn)
缺 點(diǎn)
適 用 范 圍
冷提
常溫，液清雜質(zhì)少
溶出率低，需時(shí)長(cháng)
熱不穩定成份, 含淀粉等多者
熱提
溶出率高
熱不穩定者不宜,含淀粉等多者不宜
方法分類(lèi)
優(yōu) 點(diǎn)
缺 點(diǎn)
靜態(tài)提取
裝置簡(jiǎn)單
1．效率低 2.多次更換溶劑，操作繁
動(dòng)態(tài)提取
效率高
1．需專(zhuān)用裝置 2.其他缺點(diǎn)，各法不同
實(shí)際工作中需恰當組合 : 熱提 冷提 靜態(tài)提取 動(dòng)態(tài)提取
1. 浸漬法
操作: 可將原料粗粉裝入適當的容器中，加入適當的溶劑（多用水或稀醇），以能浸透原料稍有過(guò)量為度；時(shí)常振搖或攪拌，放置一日以上過(guò)濾;浸過(guò)的原料另加新溶劑。如此再提兩次。第二、三次浸提時(shí)間可縮短。合并提取液，濃縮后可得提取物。
特點(diǎn): 冷提 + 靜態(tài) ...
利： 本法比較簡(jiǎn)單，不需加熱（必要時(shí)溫熱）。
弊： 提取時(shí)間長(cháng)，效率不高，特別用水浸漬時(shí)，水提取液易發(fā)霉變質(zhì)，必要時(shí)應加適量防腐劑。
適用于： 1.有效成分遇熱易破壞 2.含多量淀粉、樹(shù)膠、果膠、粘液質(zhì)的原料（冷提法溶出雜質(zhì)少）。
2．滲漉法
操作: 將原料粗粉用適當的溶劑（常用乙醇）潤濕膨脹后，裝入滲漉筒中，然后不斷地添加新溶劑，浸出成分后，自滲漉筒的下口收集提取液。
特點(diǎn): 冷提 + 動(dòng)態(tài) ...
利： 本法由于隨時(shí)保持相當的濃度差，故提取效率較高，浸出液較澄清，
弊： 溶劑消耗量大，費時(shí)長(cháng)，操作仍嫌繁瑣。
3．煎煮法
操作： 將原料粗粉放在適當的容器中（如砂鍋、金屬夾層鍋等，應避免鐵器），加水浸過(guò)原料粗粉，充分浸泡后，加熱煎煮，一般煮2 - 3次，每次0.5 - 1h，煎煮次數及時(shí)間可按投料量及原料質(zhì)地適當增減。直火加熱時(shí)，應避免焦糊。
特點(diǎn): 熱提 + 靜態(tài) ...
利： 此法較簡(jiǎn)便，原料中大部分成分可被不同程度地提出。
弊： 含揮發(fā)性成分及有效成分遇熱易破壞的原料不宜用此法，含有多糖類(lèi)的原料，煎煮液比較粘稠，過(guò)濾較困難。
4．回流提取法
有機溶劑加熱提取時(shí)，需采用回流加熱裝置，以免溶劑揮發(fā)損失和帶來(lái)其它的有害結果。
操作： 一般小量操作時(shí)，可將原料粗粉裝入大小適宜的燒瓶中（原料量為燒瓶容量的1/3 - 1/2），再加溶劑使其浸過(guò)原料1 - 2cm高，燒瓶上接一冷凝器， 水浴加熱，沸騰后溶劑蒸氣經(jīng)冷凝器冷凝又流回燒瓶中。如此回流1小時(shí)，濾出提取液，加入新溶劑重新回流1/2 h , 通常共回流2 – 3次?；亓骱蠛喜⑻崛∫?，蒸餾回收溶劑即得提取濃縮物。大量生產(chǎn)亦可采用類(lèi)似的裝置。
特點(diǎn): 熱提 + 靜態(tài) ...
利： 此法提取效率較冷滲法高。但
弊： 受熱易破壞的成分不宜應用，該法溶劑消耗量仍大，操作麻煩。
5．連續提取法
為了彌補回流提取法中需要溶劑量大，操作較煩的不足，可采用連續
提取法。連續回流裝置，實(shí)驗室內常用索氏提取器。
特點(diǎn): 動(dòng)態(tài)提取 + 受熱長(cháng) 有機溶媒
利： 比回流提取法溶劑量少，操作簡(jiǎn)便。
弊： 提取液受熱時(shí)間長(cháng)，因此對受熱易分解的成分不宜用此法。
右圖:
1.冷凝管 2. 溶劑蒸汽上升管 3. 虹吸回流管
4.裝有藥物的濾紙筒 5． 溶劑 6. 水浴
五、影響提取效率的因素
1．粉碎度：被提取物的粉碎度要適中，粉碎度太粗，表面積小，不利于溶劑擴散、滲透、溶解等提取過(guò)程；粉碎度太細，相互吸附作用增強，反而影響擴散速度。通常水提可采用粗粉或薄片，有機溶劑提取則采用過(guò)20目的粗粉。
2．溫度：溫度增高，有利于溶劑擴散、滲透和溶解，故提取效率增高。但溫度過(guò)高，則有些成分破壞，且雜質(zhì)提取也多。
3．時(shí)間：應選擇合理提取時(shí)間，使被提取物細胞內外有效成分濃度達到平衡即可，時(shí)間過(guò)短，提取不完全；過(guò)長(cháng)，則浪費時(shí)間。
§2.2 水蒸氣蒸餾法
水蒸汽蒸餾法可適用于具有揮發(fā)性的，能隨水蒸汽蒸餾而不被破壞，與水不發(fā)生反應，且難溶或不溶于水的成分的提取。
此類(lèi)成分的沸點(diǎn)多在 100oC以上， 而且在100oC左右時(shí)有一定的蒸汽壓（至少 5～10 mmHg以上）。
一. 實(shí)驗室常用裝置 (右圖)
二. 原理
水蒸汽蒸餾所依據的原理，
是基于兩種互不相溶的液體
A、B共存時(shí)所具有的下述性質(zhì)：
1．各組分的蒸汽壓和它們在純粹狀態(tài)時(shí)的蒸汽壓相等
2．另一種液體的存在并不影響它的蒸汽壓
3．混合體系的總蒸汽壓等于兩純組分蒸汽壓之和, 即
P = P0A + P0B
P0A 代表純 A 在某溫度時(shí)的蒸汽壓；
P0B 代表純 B 在某溫度時(shí)的蒸汽壓；
P 代表同溫度下的 總蒸汽壓。
由于該體系總蒸汽壓P要高于其中任一純組分的蒸汽壓，所以混合物的泡點(diǎn)T必低于其中任一純組分的沸點(diǎn)。
換言之：水蒸汽蒸餾法可以使被蒸餾組分沸點(diǎn)降低。
三. 應用水蒸汽蒸餾法的必要條件
1．具有揮發(fā)性，并且沸點(diǎn)>1000C
被提取的成分，在1000C左右應有一定的蒸氣壓（至少 5～10 mmHg以上）
2．難溶或不溶于水（便于分層分離）
3. 不與水反應， （以免被水蒸氣破壞）
四. 主要應用
該法主要適合于一些不便于常壓蒸餾方法進(jìn)行提取的有機化合物:
1.高沸點(diǎn)物；2.沸點(diǎn)之前易分解之物。
常用于下述化學(xué)成分：某些小分子酚性物質(zhì)，小分子生物堿, 以及揮發(fā)油類(lèi)等.
§2. 3 其它提取新技術(shù)（簡(jiǎn)介）
1. 超聲提取法: 試驗教材 P. 6 -- 7
2. 超臨界流體提取法:試驗教材 P.8 第2自然段
3．其它 ………
在此我們簡(jiǎn)單介紹超臨界流體技術(shù)在天然產(chǎn)物提取分離中的應用
一．基本概念
超臨界狀態(tài)和超臨界流體：
超臨界狀態(tài)是指物質(zhì)的溫度和壓力處于其臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc）之上的狀態(tài)，超臨界狀態(tài)下的物質(zhì)即被稱(chēng)做超臨界流體。
二．超臨界流體的特性
1．它是一種特殊流體，兼有氣體、液體的雙重優(yōu)點(diǎn)，具有良好的溶解性能，可用于提取技術(shù)。
超臨界流體處于一種既象氣體，又象液體的特殊狀態(tài)，無(wú)論怎樣增大壓力，它也永遠不會(huì )變成液體。
超臨界流體兼有氣液二態(tài)的雙重優(yōu)點(diǎn)：它的密度很大，接近于液體，因而具有較強的溶解性能（這是一般氣體所不具備的）；其次，它的粘度低，擴散系數很大，顯著(zhù)優(yōu)于一般液體，而與氣體相似，因而使其表現為傳質(zhì)阻力小，傳質(zhì)速度快，因而其溶解速度較快，達到溶解平衡所需時(shí)間短。
上述優(yōu)良特性，使超臨界流體具有良好的溶解性能，不僅可以溶解許多物質(zhì)，而且傳質(zhì)性能良好，溶解速度較快，因此可以用做很好的提取介質(zhì)。
2．在臨界點(diǎn)附近，其密度和溶解性能隨壓力的變化非常敏感
因此，它可以用作分離純化手段。由于在臨界點(diǎn)附近，壓力的微小變化，即可引起超臨界流體密度的巨大變化，從而導致其溶解能力的顯著(zhù)不同，所以，通過(guò)調節壓力，即可控制超臨界流體的溶解性能差異，將需要提取的成分進(jìn)行一定程度的分離，這是常規溶劑提取技術(shù)所難以做到的。
3．通過(guò)調節壓力可使之復原為普通氣態(tài)。
據此特性，不經(jīng)加熱，即可使流體循環(huán)重復使用，勿需常規回收溶劑之操作。通過(guò)調節壓力，還可以實(shí)現超臨界流體和普通氣態(tài)之間的相互轉換，當它轉為氣態(tài)時(shí)，可以很容易地同已提取的成分進(jìn)行分離，從而免去通常加熱回收有機溶劑的許多弊病。例如，受熱時(shí)間長(cháng)，引起功能因子變質(zhì)，以及耗能、毒害等等。
三、超臨界提取分離裝置簡(jiǎn)介
用 途
萃取罐規格
常用組合（1）
實(shí)驗室工藝研究及樣品制備
0.5L、1L、2L、5L等
一萃一分不循環(huán)式
一萃二分循環(huán)式
二萃三分循環(huán)式等
中試裝置
10L、24L、50L；(10+10)L、(24+24)L等
一萃 二分循環(huán)式
二萃二分循環(huán)式等
生產(chǎn)裝置
(50+50)L、(300+300)L、(500+500)L、1000L、3000L、3*4000L、3*6500L等
略
注（1）根據需要，還可配加精餾柱。
四、超臨界流體提取分離技術(shù)的優(yōu)勢
由于超臨界流體具有上述優(yōu)良特性，因而用作提取分離技術(shù)時(shí)，具有下述顯著(zhù)優(yōu)勢：
1．可以實(shí)現提取分離一體化，并且沒(méi)有常規回收溶劑的許多弊端。
因此，該技術(shù)不僅可使所得產(chǎn)品純度高，質(zhì)量穩定，而且操作簡(jiǎn)便，尤其適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
2．可實(shí)現真正的循環(huán)式動(dòng)態(tài)提取，提取完全，收率高。
3．應用CO2時(shí)，可提供常溫、無(wú)氧分離條件，尤其適合于怕氧化或遇熱不穩定的成分。
五、超臨界二氧化碳技術(shù)簡(jiǎn)介
二氧化碳是最常使用的超臨界流體，其臨界溫度接近室溫（Tc＝31.1℃），臨界壓力也不算太高（Pc=7.3MPa）。此外，二氧化碳不燃、無(wú)毒，是生物體內代謝的自然產(chǎn)物，這些特點(diǎn)都有利于它成為超臨界流體技術(shù)的首選溶劑。
以往超臨界二氧化碳技術(shù)曾側重于提取脂溶性成分，后續研究發(fā)現，在二氧化碳中加入夾帶劑或表面活性劑類(lèi)助溶劑，可顯著(zhù)改變其溶解性能，使其適用范圍也擴展至水溶性成分，目前，天然植物原料中的許多類(lèi)別的化學(xué)成分都可應用該技術(shù)提取分離。
例如，超臨界CO2技術(shù)，用于提取沙棘油、小麥胚芽油；以及用于分離EPA（二 十碳五烯酸）、DHA（二十二碳六烯酸），卵磷脂，辣椒紅色素等，均有許多報道；應用超臨界CO2提取蛋白質(zhì)、多糖等強極性成分近年也有學(xué)者進(jìn)行研究；已有報道，用全氟聚醚碳酸銨（PFPE）可使CO2與水形成分散性很好的微乳液，從而可以把超臨界CO2的應用擴展到水溶性體系，此技術(shù)已成功用于生物大分子蛋白質(zhì)的提取。
