《制药工程原理与设备》第04章萃取-固液提取.ppt

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1、,第十章固液提取,第四章 萃取(固液提取),讲授人:王志祥教授中国药科大学,概述,萃取是利用混合物中各组分在某溶剂中的溶解度差异来分离混合物的一种单元操作。用溶剂分离液体混合物的萃取操作称为液液萃取,而分离固体混合物的萃取操作则称为固液提取或浸取,此外,以超临界流体作为萃取剂的萃取操作称为超临界流体萃取。,一、概述,概述,萃取在制药化工生产中有着广泛的应用。例如，中药有效成分的提取，沸点相近或相对挥发度相近的液体混合物的分离，恒沸混合物的分离，热敏性组分的分离等。,一、概述,概述,液液萃取简介（三元体系）萃取剂S，溶质A，稀释剂或原溶剂B,一、概述,固液提取,固液提取是利用有机或无机溶剂将固体

2、原料中的可溶性组分溶解，使其进入液相，再将不溶性固体与溶液分开的单元操作，其实质是溶质由固相传递至液相的传质过程。目前，固液提取在制药生产中有着广泛的应用，如中草药有效成分的提取，滤饼或固体物的洗涤等。,一、概述,固液提取,一、概述,固体原料(药材)中的可溶性组分称为溶质,不溶性组分称为载体。用于溶解溶质的溶剂称为提取剂或浸取剂,提取后所得的液体称为提取液或浸取液,提取后的载体和残余的少量溶液称为残渣。,固液提取,一、概述,提取产物是制剂成型的粗制品,也称为提取物。由提取物制成各种剂型的后期过程各有不同。提取物可按一定质量标准加工制成相应剂型。煎膏剂：药材用水煎煮、去渣浓缩后，加炼蜜或糖制成的

3、半流体制剂。酒剂：药材用蒸馏酒浸提制成的澄清液体制剂。酊剂：药物用规定浓度的乙醇浸出或溶解而制成的澄清液体制剂。,固液提取,一、概述,浸膏剂：用煎煮法或渗漉法制备，全部煎煮液或渗漉液低温浓缩至稠膏状，加稀释剂或继续浓缩至规定的量。每1mL相当于原药材2.5g。流浸膏：指药材用适宜的溶剂提取，蒸去部分或全部溶剂，调整至规定浓度而成的制剂。除另有规定外，流浸膏剂每1mL相当于原药材1g。提取物可进一步浓缩干燥制成一定规格的半成品，以便制成片剂、冲剂等剂型。提取物经适当加工可制成软膏、栓剂等其它剂型。提取物也有需要精制加工，纯化有效成分，制成注射剂等剂型。,固液提取,二、中药成分的分类,中药材的成分

4、比较复杂，不仅复方如此，就是单味药也是如此。所含成分按其生物活性可分为有效成分、辅助成分、无效成分和组织物。,固液提取,二、中药成分的分类,有效成分：指有药理活性、能产生药效的物质。如生物碱、苷类、挥发油等。有效成分一般有一定的分子式或结构式和理化常数，又称为有效单体。如果是尚未提纯（或纯化）成单体的称为有效部位，应能反映一定的活性指标。,固液提取,二、中药成分的分类,辅助成分：指本身没有特殊疗效，但能增强或缓和有效成分作用的物质。强洋地黄中的皂苷可帮助洋地黄苷溶解或促进其吸收，发挥其强心作用。,固液提取,二、中药成分的分类,无效成分：指本身无效甚至有害的物质。如脂肪、淀粉、蛋白质等，往往影响

5、提取效果、制剂的稳定性、外观和药效等。组织物：指构成药材细胞或其他不溶性物质。如纤维素、栓皮等。,固液提取,二、中药成分的分类,药材的有效成分和辅助成分是提取的主要对象，无效成分和组织物应尽量分离除去，因此这是后处理的必要步骤。但应注意，所谓无效成分只是相对概念。如鞣质在没食子酸或五倍子中是收敛的有效成分；在大黄泻下而起止泻作用的辅助成分；在注射剂中多为无效成分。,固液提取,三、中药提取的类型,中药提取可分为单体成分提取、单味药提取和中药复方提取三种类型。,固液提取,单体的提取:指提取物的纯化。若某些药材的有效成分有特殊疗效、化学结构、理化性质、药理、毒性均已明确，含量可观，技术经济合理，可以

6、进行单一成分的提取、分离、精制。如齐墩果酸、豆腐果苷、黄连素、石吊兰素等，都可纯化制成片剂。又如天花粉、一叶秋碱、黄藤素等可纯化制成注射液。许多单体的制剂有利于稳定性与安全性，但是有些药物纯化后不如单味药的有效部分提取物疗效好。,固液提取,单味药的提取:单味药提取物的化学成分,大多数尚不清楚,或不完全清楚,但从中医临床疗效的实践要比单体化合物的作用好得多,制备的成本也较低。单味药提取是中药制剂加工的一项重要提取方法,不仅适用于单方成药的制剂(如五味子、刺五加、益母草等),而且适用于复方成药制剂的生产。,三、中药提取的类型,固液提取,例如,制备银黄片和银黄注射液,分别用金银花和黄芩的单味提取物先

7、制备两个中间品,前者以绿原酸,后者以黄芩苷含量控制质量,然后配料压片或制备注射液。特别是制备注射液,为了防止复方提取中形成沉淀,大多数复方的注射剂,都需在前处理过程中进行单味药提取。,三、中药提取的类型,固液提取,中药复方提取：从古至今，中药复方一直占重要地位，在中医临床实践中基本上都是使用复方，以其综合成分，作为整体而起作用。例如四逆汤是由附子、肉桂、干姜、甘草组成。附子含乌头碱毒性极大，但经煎煮，一方面由于水解可降低毒性，而另一方面甘草中的甘草酸与乌头碱可形成复盐，在体内逐渐分解而起作用。实验证明四逆汤的LD50只有单味附子的1/4，许多复方药，如补中益气汤、麻杏石甘汤、大黄牡丹汤、补阳还

8、五汤等，都是以其整体发挥作用的。,固液提取,四、中药材有效成分的提取过程及机理,药材可分为植物、动物和矿物三大类。矿物药材无细胞结构，其有效成分可直接溶解或分散于提取剂中。动物性药材的有效成分一般为蛋白质、激素和酶等大分子物质,因分子量较大,故难以透过细胞膜,所以提取时应首先破坏其细胞膜。植物性药材的有效成分的分子量一般比无效成分的分子量要小得多,故提取时有效成分需透过细胞膜，而无效成分则应留在细胞内。,固液提取,四、药材有效成分的提取过程及机理,1.提取过程的阶段划分 植物性药材的提取过程一般可分为润湿、渗透、溶解、扩散等几个阶段。,固液提取,四、药材有效成分的提取过程及机理,(1)润湿与渗

9、透阶段 新药材的细胞中,含有多种可溶性物质和不溶性物质。药材经干燥后，内部水分大部分被蒸发,故细胞萎缩。当药材被粉碎时,一部分细胞可能发生破裂，其中所含的成分可直接提取。而大部分细胞在粉碎后仍保持完整状态，当与提取剂接触时被提取剂所润湿，同时提取剂通过毛细管和细胞间隙渗透至细胞组织内。,固液提取,四、药材有效成分的提取过程及机理,提取剂能否润湿药材表面，并渗透进入到细胞组织中，取决于提取剂对物质的润湿性以及该物质与提取剂间的界面张力。一般情况下，非极性提取剂不易从含有大量水分的药材中提取出有效成分，极性提取剂不易从富含油脂的药材中提取出有效成分。对于含油脂的药材可先用石油醚或苯进行脱脂，然后再

10、用适宜的提取剂提取。,固液提取,四、药材有效成分的提取过程及机理,(2)溶解阶段 提取剂进入细胞组织后，与药材中的各种成分相接触，并使其中的可溶性成分转入到提取剂中，该过程称为溶解。,固液提取,四、药材有效成分的提取过程及机理,药物成分溶解于提取剂的过程可能是物理溶解过程，也可能是使药物成分溶解的反应过程。药材的种类不同，其溶解机理有很大差异。一般情况下，水能溶解晶体和胶质，故其提取液多含胶体物质而呈胶体液，乙醇提取液含胶质较少，而亲脂性提取液则不含胶质。,固液提取,四、药材有效成分的提取过程及机理,(3)扩散阶段 提取剂溶解有效成分后，形成的浓溶液具有较高的渗透压，从而形成扩散点，其溶解的成

11、分将不停地向周围扩散以平衡其渗透压，这正是提取过程的推动力。在固体外表面与溶液主体之间存在一层很薄的溶液膜，其中的溶质存在浓度梯度，该膜常称为扩散边界层。,固液提取,四、药材有效成分的提取过程及机理,渗透压,(a)渗透(b)渗透平衡(c)反渗透,固液提取,四、药材有效成分的提取过程及机理,在湿润和溶解过程中，固体内形成的浓溶液中的溶质将向固体表面扩散，并通过扩散边界层扩散至溶液主体中。一般情况下，溶质由固体表面传递至溶液主体的传质阻力远小于溶质在固体内部的扩散阻力。,固液提取,四、药材有效成分的提取过程及机理,此外，在提取过程中还存在提取剂由溶液主体传递至固体表面，再由固体表面传递至固体内部的

12、扩散过程，该过程的速率较快，一般不会成为提取过程的速率控制步骤。,N单位时间内传递至溶液主体的溶质的量，kmols-1；K总传质系数，ms-1；S接触表面积，m2；Cm固相与液相主体中有效成分的对数平均浓度差，kmolm-3。,固液提取,四、药材有效成分的提取过程及机理,2.提取速率,C2、C1分别为提取开始和终了时固相与液相主体中有效成分的浓度差，kmolm-3。,固液提取,四、药材有效成分的提取过程及机理,固液提取,四、药材有效成分的提取过程及机理,总传质系数与药材及提取剂的性质以及溶液的流动状态等因素有关，其值可根据经验选取或在小试设备中通过实验测得。,固液提取,五、常用提取剂和提取辅助

13、剂,1.常用提取剂 适宜的提取剂应对药物中的有效成分有较大的溶解度，而对无效成分应少溶或不溶。此外，提取剂还应无毒、价廉，且易于回收。常用的提取剂有水、乙醇、丙酮、氯仿、乙醚、石油醚等。,固液提取,五、常用提取剂和提取辅助剂,水：水具有极性大、溶解范围广、价廉等特点，是最常用的提取剂。水可提取药材中的生物碱盐类、甙、苦味质、有机酸盐、甙质、蛋白质、糖、树胶、色素、多糖类(果胶、粘液质、菊糖、淀粉等)、以及酶和少量的挥发油等。但由于水的选择性较差，因而提取液中常含有大量的无效成分，从而给制剂带来一定的困难。此外，部分有效成分(如某些甙类等)在水中会发生水解。,固液提取,五、常用提取剂和提取辅助剂

14、,乙醇：乙醇的溶解性介于极性与非极性溶剂之间。有时采用乙醇与水的混合液作为提取剂，可从药材中选择性地提取某些有效成分。研究表明，含量大于90的乙醇适用于提取药材中的挥发油、有机酸、树脂、叶绿素等成分；含量为5070的乙醇适用于提取生物碱、甙类等成分；含量小于50的乙醇适用于提取苦味质、蒽醌类化合物。,固液提取,五、常用提取剂和提取辅助剂,氯仿：氯仿是一种非极性提取剂，能溶解药材中的生物碱、甙类、挥发油和树脂等成分，但不能溶解蛋白质、鞣质等成分。氯仿具有防腐作用且不易燃烧，但有强烈的药理作用，故一般仅用于有效成分的提纯和精制。,固液提取,五、常用提取剂和提取辅助剂,乙醚：乙醚是一种非极性有机提取

15、剂，可与乙醇等有机溶剂任意混溶。乙醚溶解的选择性较强，可溶解药材中的树脂、游离生物碱、脂肪、挥发油以及某些甙类等成分，但对大部分溶解于水的成分几乎不溶。乙醚具有强烈的生理作用，且极易燃烧，故一般仅用于有效成分的提纯和精制。,固液提取,五、常用提取剂和提取辅助剂,石油醚：石油醚是一种非极性提取剂，其溶解的选择性较强，可溶解药材中的脂肪油、蜡等成分，少数生物碱亦能被石油醚溶解，但对药材中的其他成分几乎不溶。在制药生产中，石油醚常用作脱脂剂。,固液提取,五、常用提取剂和提取辅助剂,2.提取辅助剂 凡加入提取剂中能增加有效成分的溶解度及制品的稳定性或能除去或减少某些杂质的试剂称为提取辅助剂。例如，提取

16、生物碱时加入适量的酸，由于酸能与生物碱形成可溶性的生物碱盐，因而有利于生物碱的提取；又如，提取甘草制剂时加入氨溶液则有利于甘草酸的提取等。,固液提取,五、常用提取剂和提取辅助剂,盐酸、硫酸、冰醋酸和酒石酸等均是常用的酸类提取辅助剂，氨水、碳酸钠、碳酸钙等均是常用的碱类提取辅助剂。此外，许多表面活性剂也常用作提取辅助剂。,固液提取,五、常用提取剂和提取辅助剂,3.提取剂的选择依据 中药成分在溶剂中的溶解度直接关系到提取效果的好坏。在实际的生产过程中，根据要提取物质的不同性质选取不同的溶剂，以使要提取的成分达到最高含量。提取剂可分为亲水性有机溶剂和亲脂性有机溶剂。一些常见溶剂的亲水性的强弱顺序：水

17、甲醇乙醇丙酮乙酸乙酯乙醚氯仿苯石油醚。,固液提取,提取剂的选择应以拟提取的主要有效成分及其性质作为主要依据。首先应根据过去的用药经验，选择常用、安全、廉价的溶剂(如水)作为提取剂。一般生物碱、苷、黄酮等在水中的溶解度不大，宜用乙醇提取，但若该制剂以前作医院药剂或临床应用时一直用水煎疗效好，质量检查时鉴别项和含量项均符合要求，提取时应尽量考虑选择水或稀醇作为提取剂。,固液提取,由于水具有价廉、无毒、提取范围广等特点，故水是目前提取中草药有交成分使用最多的溶剂。对某些适应性较差的成分可通过调节pH、值、添加辅助剂或应用特殊技术(如超声提取、微波提取、超临界提取等)，以改善提取效果。,固液提取,其次

18、可考虑使用不同浓度的乙醇或其他有机溶剂提取，提取物中有效成分多、杂质少，在实际操作中多使用不同浓度的乙醇。但95%乙醇作溶剂的可行性较差，因为高浓度的乙醇对药材的润湿性能差、难于循环使用、挥发性强、损失大、易燃烧、安全性差，此外高浓度的乙醇的生产可行性和可操作性均较差。如提取松萝酸用苯作溶剂时提取物纯度及收率均高，但苯有毒，易燃，需特殊厂房、设备和特别劳保方可投产，一般中成药厂皆无此条件。,固液提取,最后还要考虑到成本核算。用有机溶剂提取中药有效成分，不仅溶剂本身价格昂贵，而且所需特殊生产条件的设备费及设备折旧费均很高，劳保费开支也较大，因而不利于生产操作。同时，有机溶剂不太符合中医药的传统用

19、药习惯，临床的安全性较差。,固液提取,六、提取方法煎煮法,该法是药材的传统加工方法。操作时，先将经过预处理的药材加入提取器，然后加入适量的水并加热至沸，经一段时间的煎煮后，药材中的有效成分将进入水相。将去除残渣后的水相在低温下浓缩至一定浓度，再制成规定的剂型即可。实际生产中，药材煎煮前常用冷水浸泡3060分钟，以利于有效成分的溶解和提取。,固液提取,六、提取方法煎煮法,煎煮法适用于有效成分能溶于水，且对热较稳定的药材，可用于汤剂、分散剂、丸剂、片剂、冲剂及注射剂等的制备。,固液提取,六、提取方法浸渍法,该法一般在常温下进行。操作时，先将粉碎后的药材加入提取器，然后加入适量的提取剂，在搅拌或振摇

20、的条件下，浸渍一定的时间，使药材中的有效成分转移至提取剂中。收集上清液并滤去残渣即得提取液。,固液提取,六、提取方法浸渍法,浸渍法适用于粘性药物以及无组织结构、新鲜且易膨胀药材的提取，所得产品在不低于浸渍温度的条件下能保持较好的澄明度。缺点是提取效率较差，对贵重或有效成分含量较低的药材以及制备浓度较高的制剂，均应采用重浸渍法。,固液提取,六、提取方法回流法,该法是将药材饮片或粗粉与挥发性有机溶剂一起加入提取器，其中挥发性有机溶剂馏出后又被冷凝成液体，再重新流回提取器内，如此循环，直至达到规定的提取要求为止。该法的优点是溶剂可循环使用，但由于提取的浓度不断升高，且受热时间较长，因而不适合于热敏性

21、组分的提取。,固液提取,六、提取方法索氏提取法,滤纸套袋与提取器大小相适应。溶剂蒸汽由烧瓶经连接管进入冷凝管，冷凝后的溶剂回流至套袋内，浸取固体混合物。溶剂液面超过提取器的虹吸管时，发生虹吸。升温，再次回流，又发生虹吸，如此循环，将提取物质集中于下面的烧瓶内。每次虹吸前，固体物质都能被纯的热溶剂所萃取，溶剂反复利用，缩短了提取时间，故萃取效率较高。,提取器,虹吸管,连接管,套袋,固液提取,六、提取方法连续逆流提取,以上三种提取方法都属于间歇式单级接触提取过程，其共同特点是随着提取过程的进行，药材中有效成分的含量逐渐下降，提取液浓度逐渐增大，从而使传质推动力减小，提取速度减慢，并逐步达到一个动态

22、平衡状态，提取过程即告终止。常需采用新鲜提取剂提取23次，提取剂用量一般可达药材量的10倍以上，造成提取剂的用量较大，并大大增加了后续浓缩工艺的负荷，导致生产成本大幅增加。由于是间歇提取，因而劳动条件较差，批间差异较大。,固液提取,六、提取方法连续逆流提取,固液提取,六、提取方法渗漉法,将提取剂连续加入药材粗粉中，并在下端出口处收集流出液的一种提取方法。操作时，先将药材粗粉置于设备内，再加入相当于药材粗粉量6070的提取剂进行润湿，放置0.256h，使药材充分膨胀后备用。将经湿润膨胀后的药粉加入渗漉设备中，提取剂由上部入口连续加入，提取液则由底部出口连续排出。,固液提取,六、提取方法渗漉法,渗

23、漉法的提取效果要优于浸渍法，提取剂的用量一般为药材粉末量的48倍。,固液提取,六、提取方法水蒸气蒸馏法,该法是从植物性药材中提取挥发油的常用方法。操作时，先将经过预处理的药材加入提取器(通常为多功能提取罐)，并加入适量的水。然后向水中通入饱和或过热水蒸气，当体系开始沸腾时，水蒸气便与被分离组分的蒸气一起由提取器的上部出口管排出。排出蒸气经冷凝后分层，除去水层即得产品。,六、提取方法超声提取,1.超声波的概念 超声波是指频率高于可听声频率范围的声波，是一种频率超过17KHz的声波。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等的传播规律，与可听声波的规律并没有本质上的区别。超声波属于机械波，是机械振动

24、在弹性媒质中的传播。,超声波很像电磁波，能折射、聚焦和反射，但超声波又不同于电磁波，电磁波可在真空中自由传播，而超声波的传播则要依靠弹性介质。超声波在传播时，使弹性介质中的粒子产生振荡，并通过弹性介质按超声波的传播方向传递能量。超声波可以产生空化效应、热效应和机械效应。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,(1)空化效应 当大量的超声波作用于提取介质时，体系的液体内存在着张力弱区，这些区域内的液体会被撕裂成许多小空穴，这些小空穴会迅速胀大和闭合，使液体微粒间发生猛烈的撞击作用。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,此外,也可以液体内溶有的气体为气核,在超声波的作用下,气核膨胀长大形成微泡,并为

25、周围的液体蒸气所充满,然后在内外悬殊压差的作用下发生破裂,将集中的声场能量在极短的时间和极小的空间内释放出来。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,当空穴闭合或微泡破裂时，会使介质局部形成几百到几千K的高温和超过数百个大气压的高压环境，并产生很大的冲击力，起到激烈搅拌的作用，同时生成大量的微泡，这些微泡又作为新的气核，使该循环能够继续下去，这就是空化效应。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,空化效应中产生的极大压力造成被破碎物细胞壁及整个生物体的破裂，且整个破裂过程可在瞬间完成，因而提高了破碎速度，缩短了破碎时间，使提取效率显著提高。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,(2)热效应 超声波

26、在弹性媒质中传播时，其能量不断被媒质质点吸收并转化为热能，从而使媒质质点的温度升高，这种现象称为超声波的热效应。空穴闭合或气泡崩塌之后，其内“热点”骤然冷却，冷却速度可达108K/s。这相当于将金属熔浆放入液氮中的急剧冷却速度。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,(3)机械效应 超声波的高频振动及辐射压力可在气体或液体中形成有效的搅动与流动，使媒质质点在其传播空间内进入振动状态，从而可加速细胞内物质的释放、扩散及溶解过程。此外，空化气泡振动对固体表面产生的强烈射流及局部微冲流,均能显著减弱液体的表面张力及磨檫力,并破坏固液界面的附着层，起到普通低频机械搅动达不到的效果,上述现象称为超声波的机

27、械效应。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,2.超声波提取原理 超声波提取技术的基本原理主要是利用超声波的空化作用来增大物质分子的运动频率和速度，从而增加溶剂的穿透力，提高被提取成分的溶出速度。此外，超声波的次级效应，如热效应、机械效应等也能加速被提取成分的扩散并充分与溶剂混合，因而也有利于提取。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,利用超声波提取技术提取中药有效成分时，首先在液体介质中产生特有的空化效应，即不断产生无数内部压力达上千个大气压的微小气泡，并不断“爆破”产生微观上的强冲击波而作用于中药材上，促使药材植物细胞破壁或变形，并在溶剂中瞬时产生的空化泡的作用下发生崩溃而破裂，这样溶剂便

28、很容易地渗透到细胞内部，使细胞内的化学成分溶解于溶剂中。超声波破碎过程是一个物理过程，因而不会改变被提取成分的化学结构和性质。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,其次，超声波在介质中传播可使介质质点在其传播的空间内产生振动，从而可强化介质的扩散与传质，即超声波的机械效应，超声波的机械效应对物料有很强的破坏作用，可使细胞组织变形、植物蛋白质变性；同时，它还可给予介质和悬浮体以不同的加速度，且介质分子运动速度远大于悬浮体分子的运动速度，从而在两者之间产生磨檫，这种磨檫力可使生物分子解聚，使细胞壁上的有效成分更快地溶解于溶剂中。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,再次，与其他物理波一样，超声波在

29、介质中的传播过程也是一个能量的传播与扩散过程。超声波在介质中传播时，其声能可以不断地被介质的质点所吸收，同时介质会将多吸收的能量全部或大部转变成热能，导致介质本身和药材组织的温度上升，从而增大药物有效成分的溶解度，加快有效成分的溶解速度。由于这种吸收声能而引起的药物组织内部温度的升高是瞬时的，因而不会破坏被提取成分的结构和生物活性。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,综上所述，在超声波的作用下，中药材中的有效成分不仅作为介质质点而获得巨大的速度和动能，而且在超声波的空化效应、机械效应和热效应的共同作用下而受到强大的外力冲击，从而使提取速率显著提高。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,六、提

30、取方法超声提取,3.特点（1）效率高 采用超声波技术来强化提取过程，提取时间仅为常规溶剂提取法的几分之一，因而提取效率较高。（2）能耗低 施加小功率的超声波即可破碎提取大量的物料，且提取过程可在室温下进行，无需大功率电源。与常规的溶剂提取法相比，单位能耗可下降一半以上。,概述过程特点,（3）提取物的质量高 由于提取过程的温度较低，因而可最大限度地保持物料中原有的各种有效成分，尤其是热敏性有效成分的性质。同时由于提取时间较短，因而可降低提取物中的杂质含量，提高提取物的质量。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,（4）提取物的提取率高 超声波所引起的空化效应可使植物细胞壁及整个生物体破裂，使药材中

31、的有效成分得以充分释出，从而可提高目标提取物的提取率。（5）适用范围广 超声提取中药材不受成分、极性和分子量的限制，适用于绝大多数种类中药材和有效成分的提取，如生物碱、黄酮类化合物、醌类化合物、萜类化合物、鞣质、脂质及挥发油等的提取。,六、提取方法超声提取,概述过程特点,（6）易于实现自动化和自动控制 目前的超声波提取设备大多可自行设定提取时间、提取温度、循环速度等主要操作参数，并可对这些参数进行自动控制,从而可减少外界因素的干扰，这对产品质量的稳定与提高是非常有利的。（7）符合GMP要求 超声波提取设备可采用全不锈钢制造，并可在全封闭的条件下运行，洁净卫生，符合GMP要求。,六、提取方法超声

32、提取,概述过程特点,六、提取方法微波提取,微波是一种电磁波，以直线方式传播，并具有反射、折射、衍射等光学特性。微波遇到金属物质会被反射，但遇到非金属物质则能穿透或被吸收。微波的电场频率介于300MHz300GHz之间。,概述过程特点,六、提取方法微波提取,微波应用极为广泛，特别是通信领域，为了避免相互间的干扰，国际无线电管理委员会对频率的划分作了具体规定。分给工业、科学和医学用的频率有433MHz、915MHz、2450MHz、5800MHz，与通信频率分开使用。常用的微波频率为2450MHz。,概述过程特点,六、提取方法微波提取,微波是一种非电离(微波的量子能量还不够大，不足以改变物质分子的

33、内部结构或破坏分子之间的键)的电磁辐射,被辐射物质的极性分子在微波电磁场中可快速转向并定向排列,由此产生的撕裂和相互摩擦将引起物质发热,即将电能转化为热能,从而产生强烈的热效应。因此,微波加热过程实质上是介质分子获得微波能并转化为热能的过程。,概述过程特点,六、提取方法微波提取原理,微波炉的工作原理1-搅拌器；2-磁控管；3-反射板；4-腔体；5-塑料盘,概述过程特点,六、提取方法微波提取原理,磁控管是一种用来产生微波能的电真空器件。实质上是一个置于恒定磁场中的二极管。管内电子在相互垂直的恒定磁场和恒定电场的控制下，与高频电磁场发生相互作用，把从恒定电场中获得能量转变成微波能量，从而达到产生微

34、波能的目的。,概述过程特点,六、提取方法微波提取原理,1986年，匈牙利学者Ganzler K首先提出利用微波进行萃取的方法。在微波萃取过程中，高频电磁波穿透萃取介质，到达被萃取物料的内部，微波能迅速转化为热能而使细胞内部的温度快速上升，压力增大。当细胞内部的压力超过细胞的承受能力时，细胞就会破裂，有效成分即从胞内流出，并在较低的温度下溶解于萃取介质，再通过进一步过滤分离，即可获得被萃取组分。,概述过程特点,六、提取方法微波提取原理,微波萃取主要是利用微波强烈的热效应，但微波加热方式不同于传统的加热方式。在传统的加热方式中，容器壁大多由热的不良导体制成，热量以热传导方式由器壁一侧传递至另一侧，

35、再以对流传热方式将热量传递至溶液主体。从热源至溶液主体存在温度梯度，热量由外向内传递。,概述过程特点,六、提取方法微波提取原理,而微波加热是一个内部加热过程，它不同于普通的外加热方式将热量由外向内传递，而是同时直接作用于内部和外部的介质分子，使整个物料被同时加热，即为“体加热”过程，从而可克服传统的传导式加热方式所存在的温度上升较慢的缺陷。,概述过程特点,六、提取方法微波提取原理,概述过程特点,六、提取方法微波提取原理,微波萃取离不开合适的溶剂，因此微波萃取可作为溶剂提取的辅助措施。溶剂提取法是根据中草药中各种成分在溶剂中的溶解性能差异，选用对有效成分溶解度大，而对无效成分溶解度小的溶剂，将有

36、效成分从药材组织内提取出来。采用微波协助提取，可使溶剂提取过程更为有效。,概述过程特点,六、提取方法微波提取原理,微波能是一种能量形式，它在传输过程中可对许多由极性分子组成的物质产生作用，使其中的极性分子产生瞬时极化，并迅速生成大量的热能，导致细胞破裂，其中的细胞液溢出并扩散至溶剂中。从原理上说，传统的溶剂提取法，如浸渍法、渗漉法、回流提取法、连续回流提取法等，均可加入微波进行辅助提取，从而成为高效提取方法。,概述过程特点,传统的溶剂提取存在能耗大、耗材多、耗时长、效率低、污染大等缺点。超临界流体萃取的提取效率较高，但难以萃取极性较强的物质，且为了获得超临界条件，所需装置比较复杂，设备的投资较

37、大，建立大规模提取生产线存在一定的工程难度。,六、提取方法微波提取特点,概述过程特点,微波具有波动性(电磁波)、高频性(300MHz300GHz)、热特性和非热特性(生物效应：当微波作用于生物体时，能够对氢键、疏水键和范德华力产生作用，使其重新分配，从而改变蛋白质的构象与活性，从而产生某些生物效应。)四大特点，这决定了微波萃取具有以下特点。1.试剂用量少，节能，污染小。,六、提取方法微波提取特点,概述过程特点,2.加热均匀，且热效率较高。传统热萃取是以热传导、热辐射等方式自外向内传递热量，而微波萃取是一种“体加热”过程，即内外同时加热，因而加热均匀，热效率较高。微波萃取时没有高温热源，因而可消

38、除温度梯度，且加热速度快，物料的受热时间短，因而有利于热敏性物质的萃取。,六、提取方法微波提取特点,概述过程特点,3.微波萃取不存在热惯性，因而过程易于控制。4.微波萃取无需干燥等预处理，简化了工艺，减少了投资。5.微波萃取的处理批量较大，萃取效率高，省时。与传统的溶剂提取法相比，可节省5090的时间。,六、提取方法微波提取特点,概述过程特点,6.微波萃取的选择性较好。由于微波可对萃取物质中的不同组分进行选择性加热，因而可使目标组分与基体直接分离开来，从而可提高萃取效率和产品纯度。7.微波萃取的结果不受物质含水量的影响，回收率较高。基于以上特点，微波萃取常被誉为“绿色提取工艺”。,六、提取方法

39、微波提取特点,概述过程特点,微波萃取也存在一定的局限性。例如，微波萃取仅适用于热稳定性物质的提取，对于热敏性物质，微波加热可能使其变性或失活。又如，微波萃取要求药材具有良好的吸水性，否则细胞难以吸收足够的微波能而将自身击破，产物也就难以释放出来。再如，微波萃取过程中细胞因受热而破裂，一些不希望得到的组分也会溶解于溶剂中，从而使微波萃取的选择性显著降低。,六、提取方法微波提取特点,概述过程特点,常压微波回流装置示意图1.微波炉 2.瓶架 3.蒸馏瓶 4.搅拌器 5.铜管6.冷凝管 7.开关 8.控制面板,固液提取,七、提取方法选择,主要依据所提取药物中有效成分的性质。若有效成分为芳香挥发性成分，

40、多选择水蒸汽蒸馏法提取,如冰片、藿香、当归、川芎、厚朴等；若为热敏性成分,选择连续逆流提取法、渗漉法或温浸法等温度较低的提取方法较好。一般药材可根据有效成分、生产成本、可操作性及生产效率进行综合考虑,中药复方则应兼顾方中所有药材有效成分，不可顾此失彼，同时也要计算生产成本。,固液提取,八、主要工艺参数药材粒度,药材的粒度越小，比表面积就越大，相应的传质表面积也越大，提取速率就越快。但药材的粒度不宜过小，否则会增大提取液与药渣的分离难度。对于植物性药材，粉碎过细还会使大量细胞破裂，细胞内的大量不溶物及较多的树脂、粘液质等将混入提取液中，导致产品质量下降。,固液提取,八、主要工艺参数药材粒度,适宜

41、的粒度取决于提取剂及药材的种类和性质。例如，以水为提取剂时，药材易膨胀，其粒度可大一些，或切成薄片和小段；以乙醇为提取剂时，药材的膨胀作用小，可采用520目的粗粉；叶、花、草等疏松药材宜采用粗粉；根、茎、皮等坚硬药材，宜采用细粉；动物性药材宜采用较小的粒度，这样可使细胞结构破坏得更加完全，有效成分也就更容易地提取出来。,固液提取,八、主要工艺参数温度,一般情况下，溶质在提取剂中的溶解度随温度的升高而增大，同时扩散系数亦随温度的升高而增大，因此，适当升高温度可提高提取速率和产品收率。但随着提取温度的升高，杂质的数量亦随之增加，从而引起产品质量的下降。此外，过高的温度还可能引起热敏性组分的分解破坏

42、，并使易挥发组分的损失增大。实际生产中，一般宜将温度控制在提取剂的沸点以下进行提取。,固液提取,八、主要工艺参数压力,药材组织坚实紧密，提高压力可加快润湿与渗透速度，使药材组织内更快地充满提取剂，并形成浓溶液，从而缩短开始发生溶质扩散过程所需的时间。但当药材组织内充满提取剂后，增大压力对扩散速度的影响甚微。此外，对组织松软、易于润湿和渗透的药材，压力对提取过程的影响并不显著。,固液提取,八、主要工艺参数时间,当条件一定时，提取时间越长，产品的收率就越高。但当提取过程达到动态平衡后，再延长时间收率也不会增加，相反地杂质量会增加，导致产品质量下降。,固液提取,八、主要工艺参数浓度差,浓度差是指药材

43、内部毛细孔内的浓溶液与其外部溶液主体的浓度差，它是提取过程的传质推动力。浓度差越大，提取速率就越快。因此，适当增大浓度差，可缩短提取时间，提高提取效率。实际生产中，常采用增大液固比、增加提取次数、采用逆流提取等方法来增大浓度差。研究表明，逆流提取的平均浓度差和提取效率一般要高于一次提取，故生产中常采用逆流提取。,固液提取,八、主要工艺参数相对运动速度,提高固液两相的相对运动速度，可增强固液两相间的摩擦，从而可减薄扩散边界层的厚度，加速提取过程。例如，采用浸渍法提取时，增设或强化搅拌可加速提取过程。,固液提取,八、主要工艺参数 提取剂用量和提取次数,提取剂用量对提取效果有着直接的影响。在特定的操

44、作条件下，增加提取剂用量，可加速提取过程，减少提取次数。但增加提取剂用量将使提取液变稀，使回收溶质和提取剂的成本增加。,固液提取,八、主要工艺参数 提取剂用量和提取次数,当提取剂用量一定时，增加提取次数可提高提取收率。但首次提取时的用量应不少于润湿和溶解药材所需的最少量。针对不同种类的药材和提取剂，适宜的提取剂用量和提取次数可通过实验和经济衡算来确定。,九、提取设备多功能提取罐,1-下气动装置；2-夹套；3-油水分离器；4-冷却器；5-冷凝器；6-上气动装置；7-罐体；8-上下移动轴；9-料叉；10-带筛板的活动底,提取效率高、操作方便、能耗较少。可用于水提、醇提、热回流提取、循环提取、水蒸气

45、蒸馏提取挥发油及回收有机溶剂等。,固液提取,九、提取设备 搅拌式提取器,结构简单，既可间歇操作，又可半连续操作，常用于植物籽的提取。缺点是提取率和提取液的浓度均较低，一般不适用于贵重或有效成分含量较低的药材的提取。,固液提取,九、提取设备渗漉提取设备,左图：圆柱形渗漉筒右图：圆锥形渗漉筒1-渗漉筒；2-筛板；3-出口阀,渗漉提取的主要设备为渗漉筒或罐，可用玻璃、搪瓷、陶瓷、不锈钢等材料制造。渗漉筒的筒体主要有圆柱形和圆锥形两种。,固液提取,九、提取设备渗漉提取设备,一般情况下，膨胀性较小的药材多采用圆柱形渗漉筒。对于膨胀性较强的药材，则宜采用圆锥形，这是因为圆锥形渗漉筒的倾斜筒壁能很好地适应药

46、材膨胀时的体积变化。此外，确定渗漉筒的适宜形状还应考虑提取剂的因素。由于以水或水溶液为提取剂时易使药粉膨胀，故宜选用圆锥形；而以有机溶剂为提取剂时则可选用圆柱形。,固液提取,九、提取设备渗漉提取设备,为增加提取剂与药材的接触时间，改善提取效果，渗漉筒可采用较大的高径比。当渗漉筒的高度较大时，渗漉筒下部的药材可能被其上部的药材及提取液压实，致使渗漉过程难以进行。为此，可在渗漉筒内设置若干块支承筛板，从而可避免下部床层被压实。,固液提取,大规模渗漉提取多采用渗漉罐。渗漉提取结束时，可向渗漉罐的夹套内通入饱和水蒸气，使残留于药渣内的提取剂汽化，冷凝后收集于回收罐中。,渗漉罐提取工艺流程,固液提取,九

47、、提取设备螺旋推进式提取器,1-出渣装置；2-螺旋板,浸渍式连续逆流提取器,固液提取,九、提取设备肯尼迪(Kennedy)式连续逆流提取器,肯尼迪式连续逆流提取器1-桨；2-螺旋进料器；3-链式输送器；4-提取槽,优点：可通过改变桨的转速及叶片数来适应不同品种药材的提取。,固液提取,九、提取设备波尔曼式连续提取器,渗漉式连续提取器1-半浓液槽；2-壳体；3-篮子；4-桨式输送器；5-提取剂高位槽；6-残渣槽；7-药材料斗；8-半浓液高位槽；9-链条；10-链轮；11-全浓液槽；12-循环泵,固液提取,九、提取设备波尔曼式连续提取器,优点：生产能力较大。缺点：提取剂与药材在设备内只能部分逆流，且

48、存在沟流现象，因而效率较低。,固液提取,九、提取设备平转式连续提取器,平转式连续提取器的工作原理,优点：结构简单紧凑、生产能力大，目前已成功地用于麻黄素、莨菪等植物性药材的提取。,浸渍式连续逆流提取器,固液提取,九、提取设备罐组式逆流提取机组,半连续提取过程或阶段连续逆流提取过程,6单元罐组式逆流提取过程的工作原理,固液提取,九、提取设备罐组式逆流提取机组,实际生产中，通过管道、阀门等将若干组提取单元以图中所示的方式组合在一起，即成为罐组式逆流提取机组。操作中可通过调节或改变提取单元组数、阶段提取时间、提取温度、溶剂用量、循环速度以及颗粒形状、尺寸等参数，以达到缩短提取时间、降低提取剂用量、并最大限度地提取出药材中的有效成分的目的。,固液提取,