中药药剂学课件(北京中医药大学) 5-浸提、分离6-浓缩、干燥.doc

第六章 浸提、精制、浓缩与干燥浸提、分离与浓缩、干燥的意义保留有效物质基础，去粗取精，- 成型前单元操作.浸提原则 植物药中各类成分的溶解性能生物碱盐水溶性成分 苷类有机酸盐粘液质、果胶、单糖和低聚糖鞣质、蛋白质、水溶性色素、无机盐（水溶性）生物碱（游离）脂溶性成分 苷元有机酸、挥发油纤维素、树脂和蜡类醇溶性蛋白、脂溶性色素、植物细胞壁等药材成分与疗效有效成分 生物碱、苷类、有机酸、挥发油辅助成分 某些鞣质（地榆）、蛋白质（天花粉）、多糖（灵芝）无效成分 多数鞣质、蛋白质、树脂、淀粉、粘液质、果胶等组织物质 纤维素、栓皮、石细胞等随方确认有效成分去“粗”（杂质）取“精”（有效成分或部位，有效物质基础）第二节 中药的浸提第一节 浸提一、浸提过程与影响因素解吸与溶解 浓度差（高低）浸润与渗透 浸出成分扩散 FickS 扩散定律： 渗透压差（高 低） 扩散速率ds与扩散面积 F 、浓度差 、温度T、时间t成正比；与扩散物质分子半径r、液体的粘度成反比。R-摩尔气体常数 N阿伏伽德罗常数影响浸提的因素1药材粒度 正比关系2药材成分 溶解性能；分子量大小（不同浓度的乙醇）3浸提温度 正比关系 4浸提时间 扩散达到平衡前，成正比关系5浓度梯度 扩散作用的主要动力6. 溶剂pH 弱酸（pH高，溶解度 ）；弱碱（pH低，溶解度 ）7. 浸提压力 正比关系新技术设备的应用：超声提取；微波萃取；超临界流体萃取等二常用浸提溶剂水 极性大，溶解范围广乙醇 半极性溶剂90以上 浸提挥发油、香豆精、树脂、叶绿素等脂溶性成分5070 适于浸提生物碱、苷类50以下 适于浸提苦味质、蒽醌苷类20以上 具有防腐作用40以上 延缓水解，增加制剂稳定性其他有机溶剂（应尽量少用），用于分离有效成分；酸、碱、表面活性剂（视情况选用）三常用浸提方法1、煎煮法 适用于有效成分溶于水，对湿、热较稳定的药材，浸提成分谱广，但是带杂质较多（多功能提取罐）；2、浸渍法 适宜于粘性药材、无结构组织；新鲜、易膨胀药材，分为冷浸渍法、热浸渍法和重浸渍法（推导如下）一次浸渍时：，整理，得二次浸渍时： 整理，得：多次浸渍时：浸渍次数为m, 药渣中成分损失量为rm药渣中成分损失量rm 与药渣吸液量a值有关，随方次成反比的减少；即，浸渍的次数越多，药渣中成分损失量越少。3、渗漉法 适用于贵重、毒性药材、高浓度制剂的制备，分为单渗漉法和重渗漉法；4、回流法 适用于对湿、热稳定，有效成分溶于有机溶剂的药材；5、水蒸气蒸馏法 适用于含挥发性成分的药材基本原理：1）道尔顿定律：相互不溶也不起化学作用的液体混合物的蒸汽总压P等于该温度下各组分饱和蒸汽压（即分压PA、PB）之和. P = PA + PB PA = (1-PB/P) 100PB = (1-PA/P) 1002）由于蒸汽总压比任何一纯组分的蒸汽压高，所以彼此不互溶的混合液的沸点低于各组分的沸点，当分压之和等于大气压时，混合液体即行沸腾而被蒸馏出来，挥发性有机物质可在低于其沸点的温度下沸腾蒸出。组分的分压和分子量的乘积愈大，则该组分被蒸馏出来的愈多。常用浸提方法与适用范围、特点比较浸提方法 适用范围 特点 煎煮法 有效成分溶于水，对湿、热较稳定的药材 浸提成分谱广，带杂质多浸渍法 粘性药材、无结构组织；新鲜、易膨胀药材重浸渍法 热浸渍法 冷浸渍法(提取效率比较)渗漉法 贵重、毒性药材；高浓度制剂的制备 重渗漉法 单渗漉法 有效成分含量低 提高浓度差回流法 对湿、热稳定，有效成分溶于有机溶剂的药材 用有机溶剂提取水蒸气蒸馏法 含挥发性成分的药材 直接加热法；通水蒸气蒸馏法；水上蒸馏法超临界流体提取法 在超临界状态下药材有效成分 具有良好溶解度提取效率高；适用于热敏、易氧化药物；工艺简单煎煮方法 浸泡 煎煮次数等（见汤剂） 6、超临界流体萃取法（Supercritical Fluids Extraction，SFE）定义 利用超临界状态下的流体为萃取剂，从液体或固体中萃取药材中有效成分并进行分离的方法。特点 超临界流体具有化学惰性、无色无味无毒、无溶解污染、高纯度、不易燃等特点，在高压超临界状态下具有高密度、低粘度的性质，故能提取有效成分，降压后溶质与流体分离而得。气体凝聚成液体是一种常见现象。例如气体二氧化碳在高温时，服从理想气体，但当温度降低至T4（如图所示），沿着这条等温线，随着压力的增加，体积变小，即可发生凝聚现象。 图 二氧化碳在不同温度时的等温线临界点 在某一特定温度，等温线与水平线相切的点相应的温度、压力和体积分别称为临界温度（Tc）、临界压力（Pc）和临界体积（Vc）。当温度低于Tc时，则可发生凝聚现象，超过临界温度Tc时，无论压力有多大，也不会发生凝聚现象。含义 温度与压力均处于超临界状态下的气体。AT线 气-固平衡的升华曲线BT线 液-固平衡的熔融曲线CT线 气-液平衡的饱和液体的蒸气压曲线T点为气-液-固三相共存的三相点C点为临界点，有阴影线的区域表示“超临界流体状态”。以超临界流体二氧化碳提取萘为例来说明其分离原理，如图所示。(1)在等温下，萘在高压下的溶解度比低压时大。若将二氧化碳的压力升高达到30MPa和55时，固态萘的浓度为15，将此气体降至9MPa（点2），气体中萘的饱和浓度为2.5%，有部分固体萘析出。(2)在临界点附近，溶质在超临界流体中的溶解度随温度的升高而降低。压力和温度分别为8MPa和32时（点4），萘在二氧化碳中的溶解度约为2.7%，等压升温至40（点5）后，萘的溶解度降为0.5%，并有部分固体萘析出。 超临界流体示意图 萘在二氧化碳中的溶解度示意图(3)在溶剂的近临界区（点6），压力和温度均比溶剂的Tc与Pc略低。若将该液态二氧化碳气化成为图中的点7（压力降低），则溶解的萘大部分会从气体中析出。(4)降低温度会导致萘在超临界二氧化碳中的溶解度降低。图中点1作等压冷却至20（点8）时，萘的溶解度将从15下降到3.6%，有部分萘析出。特点 具有高密度、低粘度的性质，密度接近于液体，故分子间相互作用增大，对物质的溶解度增大；又因其粘度接近于气体，扩散系数比液体大100倍以上，故传质快。 优点： 操作范围广，便于调节。最常用的操作范围是压力830Mpa，温度3580； 选择性好，可通过控制压力和温度，改变超临界CO2的密度，从而改变其对物质的溶解能力，有针对性地萃取中草药中某些成分，如提取含量低的成分（如奎宁碱），选择性地提取目标产品（如小檗碱）。 操作温度低，在接近室温（31.06）条件下萃取，尤适宜于热敏性成分的提取。萃取过程密闭、连续进行，使萃取物稳定，且回收方便，节省能源。 从萃取到分离可一步完成。萃取后CO2不残留于萃出物； CO2价廉易得，可循环使用。 可以调节萃出物的粒度，即可借超临界流体的核晶作用，使萃出物达到期望的粒度和粒度分布。7酶解提取法8、超声提取法（ultrasonic extraction）：利用超声波具有的机械效应、空化效应及热效应，通过增大介质分子的运动速度，增大介质的穿透力以提取中药有效成分的方法。 超声波是指频率高于20kHz、人的听觉阈以外的声波。特点: 超声提取时不需加热，适用于对热敏性物质的提取；提高了药物有效成分的提取率，节约了溶剂；超声提取是一个物理过程，不影响大多数药物有效成分的生理活性；提取物有效成分含量高，有利于进一步精制。超声提取法基本原理（1）机械效应 超声波在介质中的传播可以使介质质点在其传播空间内产生振动，从而强化介质的扩散、传质。 蛋白质 （变性）超声波 传播过程 辐射压强 细胞组织 （变形） 介质（加速分子运动）（2）空化效应 超声波 介质内微气泡 振动（声压） 共振腔 闭合 空化效应在周围产生高达几千个大气压的压力，形成微激波，造成植物细胞壁及整个生物体破裂（瞬间完成），利于有效成分的溶出。（3）热效应 声能 介质的质点（吸收） 转变成热能 介质和药材组织温度升高，超声波还可以产生许多次级效应，如乳化、扩散、击碎、化学效应等作用。但生产效率较低，仅为10kg/h。超声提取的影响因素 超声频率对有效成分提取率的影响结果超声频率/KHZ 总蒽醌/% 游离蒽醌/% 黄连素/% 黄芩苷/%20 0.95 0.41 8.12 3.49800 0.67 0.36 7.39 3.041 100 0.64 0.33 6.79 2.50超声提取温度与得率的关系温度/ 频率/KHZ 时间/min 固溶物含量/% 得率/%20-30 26 45 0.81 17.040-50 26 45 1.10 18.650-60 26 45 1.11 19.180-90 26 45 1.02 18.3第二节 精制一、常用的分离方法分 离方 法 基 本 原 理 适 用 范 围沉降分离法依据本身重力在液体介质中自然沉降，用虹析法吸取上清液，使固/液体达到分离固体物含量高的水提液粗分离离心分离法通过离心技术使料液的固液产生不同离心力而达到分离含水量高、不溶性微粒或粘度大的滤浆；密度不同且不相混溶液体的分离滤过分离法通过滤材使微粒被截留，经介质孔道流出滤液达到分离常压滤过、减压滤过、加压滤过、薄膜滤过、超滤 （特点及设备）（一）离心分离法1. 分离因数 = C / G (离心力/重力)高速 = 30050000； 超高速 500002. 分类：离心过滤：三足式离心机（三个支柱）=7001170、转速：2001200转/分 上悬式离心机 （电动机）- 可用于分离结晶或粗粒。 卧式自动离心机-装有刮刀，可刮除滤渣。离心沉降：管式超速离心机（管状转鼓）50000 转速：800050000转/分 可用于分离乳浊液、混悬液。 蝶式离心机：转速：10000转/分 （二）滤过分离法 影响因素 V = Prt V/t = Pr 8l 8l P(加压或减压)；r滤器的面积；r滤渣层毛细管半径 l长度；料液粘度 ；t 滤过时间 滤过分离方法简介 滤过方法 常用滤器 用 途 常压过滤 玻璃漏斗 搪瓷漏斗等 粗滤 减压过滤 布氏漏斗 垂熔玻璃滤器 实验室小量操作 精滤 加压过滤 板框压滤器 大生产滤过操作 薄膜过滤 微孔滤膜（反渗透、渗析等） 精滤 除菌 超 滤 超滤膜 分子（nm级）分离含义：膜分离是利用一张特殊制造的、具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种分离新方法。类别：1. 微孔滤膜( Micro-filtration，MF ) 过滤 园盘形膜滤器（见 讲义118页 图6-23）或圆筒形膜滤器 膜材料：混合纤维素酯（硝酸纤维素和醋酸纤维素混合而成） 中药药液 硝酸纤维素、醋酸纤维素 以上不耐酸碱 较常用 聚酰胺、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等耐酸碱2.超滤（ultrafiltration , UF）原理： 浓缩液（向右移动） 产生浓度极化， 滤膜 设备类型： 静止型；搅拌型 错流湍动型（图示）-使料液高速流过膜的表面，液流湍动而减轻浓度极化 错流薄层层流型 膜技术的应用例：反渗透 盐水处理，回收盐溶液和水循环再利用超滤 含多糖、蛋白质类液体的澄清、浓缩；废水（油）处理回收；食用油澄清反渗透 / 超滤 从植物中抽提油的溶剂用膜法回收超滤 / 反渗透 果汁分馏 / 浓缩反渗透或超滤 乳制品加工电渗析 ED生物反应器用于食品加工中废物转化为高附加值产品渗透气化 水果蔬菜加工过程从废水中回收香精二、常用纯化方法（一）水醇法与醇水法 利用中药材中有效成分大部分既溶于水又溶于醇的原理，通过水和不同浓度乙醇交替处理而进行精制的方法。 5060%乙醇除去多糖，70%以上除去蛋白。C1 x = C2 ( x + V ) (三)吸附澄清法吸附剂与吸附质吸附剂-内部拥有许多孔的多孔物质，如沸石（分子筛）、活性炭、硅胶、活性氧化铝等； 吸附质-被吸附的物质吸附澄清 ( 沉淀pricipitation ) 法 吸附澄清剂-代替醇沉法以吸附方式除去溶液中的淀粉、鞣质、胶质、多糖、蛋白质特点：有效、专属性、无毒、方便、成本低、成品稳定性好凝聚过程 Coagulation （如图示）由异向凝聚或同向凝聚形成松散絮团，通过机械脱水成为洋葱结构的滤饼。絮凝过程（Flocculation） 系指在混悬液中加入高分子化合物，由于高分子链状结构遇水充分伸展，微粒与其相互吸附进行架桥作用，将悬浮粒子粘结成团逐渐沉降的过程，如图示。絮凝过程示意图量筒A-1：悬浮液；A-2 ：加入絮凝剂开始沉降；A-3：沉降完毕量筒B-1：亲水胶体或溶胶；B-2：微粒与其相互吸附进行架桥作用量筒B-2：形成的絮团开始沉降；B-3：絮凝物沉于底部吸附澄清剂分类 1）凝聚剂（无机电解质）碳酸钙；硫酸铝；硫酸钠；硅藻土；高岭土 ；皂土等 2）絮凝剂（有机絮凝剂）明胶；海藻酸钠；单宁；枸橼酸；琼脂；蛋清；酶素；蜂蜜；甲壳素及其衍生物；101果汁澄清剂 ；ZTC 天然澄清剂；合成絮凝剂 甲壳素及其衍生物结构和特性 （四）大孔树脂吸附分离性能：能从水溶液中吸附有机化合物（具有吸附性和筛选性）型号：根据孔度、孔径、比表面积等不同，分型。极性和弱极性树脂 如S-8 ;AB-8型 可用于吸附具有多酚结构和糖苷链的黄酮类；非极性树脂 D-101型可用于提取精制三七皂苷；X-5型虽然有较大孔径，对黄酮类的吸附则很小。（五）酸碱法生物碱或有机酸除去鞣质（六）盐析法 在高分子溶液中加入大量电解质（中性盐），降低高分子物质溶解度，沉淀析出而得以分离。离子强度、氢离子浓度、蛋白质浓度（性质）、温度等影响因素。以蛋白质为例， R 极性集团：NH3 COO- -NH2 -OH 影响稳定性因素:1，离子强度 = 1/2CiZi2溶液中每一离子的强度等于其离子浓度乘以其价数的平方和的1/2，愈大，蛋白质溶解度愈小。2，氢离子浓度 log K= log Ko + 1.02 ZAZB 3，蛋白质性质和浓度蛋白质性质和浓度不同，沉淀所需的中性盐浓度也不同。4，温度：5060 蛋白质容易变性加入大量电解质或盐类，产生盐析作用。第三节 浓缩溶液受热借气化作用除去溶媒而达到浓缩的过程. 蒸发过程： 热能 气化水分 传热 传质湿物料物体分子得到热能后，振动，当超过分子间内聚力时，即可产生气化。除去水分子或有机溶媒同理，需要加热温度高于液体温度，存在温度差，使溶媒分子获得足够的热能而不断气化。 一影响浓缩的因素1.蒸发公式m - 单位时间的蒸发量S -液体暴露面积 F -在一定温度时液体的饱和蒸汽压f -在一定温度时液体的实际蒸汽压P -大气压力S - 薄膜蒸发效率最大；蒸发皿 烧杯F - f 压差是蒸发的动力P - 减压蒸发使m ；2 蒸发效率 蒸发器生产强度U的表达式W- 蒸发量 A- 蒸发器的传热面积U与 蒸发器传热总系数K、tm成正比:K 蒸发器的传热总系数tm 加热蒸汽的饱和温度与溶液沸点之差r 二次蒸汽的气化潜能提高tm(传热温度差)的措施：提高加热蒸汽的压力减低冷凝器中二次蒸汽的压力 增大总传热系数K值：蒸发器K值的影响，如盘管式、升膜式、离心式 K 1 1/0 1/iRW + Rs0 管间蒸气冷凝传热膜系数i 管内溶液沸腾传热膜系数 图6-27 i最大 RW 管壁热阻（很小，可略去不计）Rs 管内垢层热阻 定期除垢二. 浓缩方法与设备常压蒸发 小量用瓷制蒸发皿，大量用不锈钢或搪瓷制蒸发锅.减压蒸发 在密闭蒸发器内抽真空降低液面蒸汽压，使药液沸点降低的蒸发操作. 减压蒸发操作步骤：先抽真空；灌入药液，通蒸汽加热；浓缩；关闭蒸汽阀，关闭真空泵，打开放气阀；放浓缩液。 二次蒸汽说明：非热源用蒸汽，而是溶液中气化出来的蒸汽.常压蒸发与减压蒸发特点比较 特点 常压蒸发 减压蒸发 1 100以下 （近100） 4060（温度较低） 2 有效成分受热易破坏 防止有效成分热解破坏 3 效率低 效率较高 4 溶媒无法回收(操作场所湿度大) 溶媒可回收，循环应用薄膜蒸发 使液体形成薄膜而进行蒸发的操作。比减压蒸发更具优越性。 图 传热膜系数 i最大多效蒸发 节能型蒸发器第四节 干燥 干燥 湿物料受热借气化作用除去水分的过程一、干燥的基本原理 自由水分（非结合水与部分结合水） 总水分 平衡水分（剩余结合水） 物料湿含量非结合水分 自由水分 平衡水分线结合水分 平衡水分相对湿度100% 干燥速率U与干燥速率曲线 U d W S dt d W气化水分量 S 干燥面积 dt 干燥时间 二、影响干燥的因素物料性质：形状、大小、料层厚薄、水分结合方式干燥介质：温度、速度、流速干燥方法与速率： 压力：减压有利于提高干燥速率气流掠过物料表面 气流穿过物料层 物料悬浮于气流中厢式干燥器 沸腾干燥器 喷雾干燥器 三、常用干燥方法常压干燥：移动床（隧道式干燥器）减压（真空）干燥：适于中药浸膏、不耐高温的物料 双锥真空回转干燥器-湿物料在真空状态下随干燥器的转动而不断翻动，水分气化，干燥速度为真空干燥的二倍。沸腾干燥：利用热空气使湿颗粒悬浮，呈流动态“沸腾”。适于湿物料（如颗粒）的干燥 气浮式干燥器：物料置成紊流状态进入风室呈沸腾状态，比烘房提高工效8倍喷雾干燥：从药液直接得到干燥粉末的操作冷冻干燥：适于生物制品，如酶、蛋白质等热敏性药物压力（Pa） A 熔化曲线 C蒸发曲线 水 BI冰 O三相点610.38 O 水蒸气 OB 升华曲线13.33 C 1.33 B-60 -40 0 温度（）说明：1.物体可由固相不经液相直接变成气相；2.OB 为升华曲线，若蒸气压仍为13.33 Pa，温度上升至-20升华仍在进行；3.蒸气压从13.33 Pa降为1.33 Pa，温度仍为-40，也能发生升华；4.OC表示：在升华曲线的位置，继续降温或升压，可由气态变回固态实验二：养阴清肺糖浆和碘酊的制备【处方】 丹皮6g 白芍6g 浙贝6g 玄参10.0g麦冬9g 生地15g 甘草3g 薄荷油0.1g单糖浆54ml （相当于总量的30）共制成180ml【制法】 1提取：取浙贝等6味药置2000ml烧杯中，加水没过药面（约加水1000ml）浸泡10min后，直火加热，煮沸后继续加热25min，加入丹皮，继续煎煮约15min，以双层纱布过滤，如法煎煮2次，第二次30 min，合并两次滤液，浓缩至每ml相当于原生药1g （55ml），放冷，加乙醇使含醇量达60，置冰箱中静置过夜，过滤，回收乙醇，于水浴中浓缩至无醇味，以煮沸过的蒸馏水稀释至110ml.2配制：以适量的乙醇（约15ml），将薄荷油溶解并加至溶液中，混匀，加入单糖浆，搅拌均匀，即得。【功能主治】清热润肺，止渴化痰。用于因阴虚肺热引起的咳嗽，口渴咽干，喉痛声哑，痰中带血等症。【用法用量】日服3次，每次30ml，温开水送服。