植物活性成分的提取

一、植物活性成分的提取

植物化学成分提取常用的方法主要有：溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、升华法、超临界流体萃取法、超声技术提取法及微波辅助提取法等。

（一）溶剂提取法

1.溶剂提取法的原理

溶剂提取法是根据植物中各种成分在溶剂中的溶解性质，选用对活性成分溶解度大，对不需要溶出成分溶解度小的溶剂，而将有效成分从植物组织内溶解出来的方法。当溶剂加到植物原料（需适当粉碎）中时，溶剂由于扩散、渗透作用逐渐通过细胞壁透入到细胞内，溶解了可溶性物质，而造成细胞内外的浓度差，于是细胞内的浓溶液不断向外扩散，溶剂又不断进入植物组织细胞中，如此多次往返，直至细胞内外溶剂浓度达到动态平衡时，将此饱和溶液滤出，继续多次加入新溶剂，就可以把所需要的成分近于完全溶出或大部溶出。

植物成分在溶剂中的溶解度直接与溶剂性质有关，即所谓“相似相溶”的规律。这是选择适当溶剂提取植物成分的依据之一。溶剂可分为水、亲水性有机溶剂及亲脂性有机溶剂。被溶解物质也有亲水性及亲脂性的不同。

2.溶剂的选择

运用溶剂提取法的关键，是选择适当的溶剂。溶剂选择适当，就可以比较顺利地将需要的成分提取出来。选择溶剂要注意以下三点；（1）溶剂对有效成分溶解度大，对杂质溶解度小；（2）溶剂不能与中药的成分起化学变化；（3）溶剂要经济、易得、使用安全等。常见的提取溶剂可分为以下三类。

①水：水是一种强的极性溶剂。植物中亲水性的成分，如无机盐、糖类、分子不太大的多糖类、鞣质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐及甙类等都能被水溶出。为了增加某些成分的溶解度，也常采用酸水及碱水作为提取溶剂。酸水提取，可使生物碱与酸生成盐类而溶出；碱水提取可使有机酸、黄酮、蒽醌、内酯、香豆素以及酚类成分溶出。但用水提取易酶解甙类成分，且易霉坏变质。某些含果胶、黏液质类成分的植物，其水提取液常常很难过滤。沸水提取时，植物中的淀粉可被糊化，而增加过滤的困难。故含淀粉量多的植物，不宜磨成细粉后加水煎煮。中药传统用的汤剂，多用中药饮片直火煎煮，加温除可以增大植物成分的溶解度外，还可能有与其他成分产生“助溶”现象，增加了一些水中溶解度小的、亲脂性强的成分的溶解度。但多数亲脂性成分在沸水中的溶解度是不大的，即使有助溶现象存在，也不容易提取完全。如果应用大量水煎煮，就会增加蒸发浓缩时的困难，且会溶出大量杂质，给进一步分离提纯带来麻烦。植物水提取液中含有皂甙及黏液质类成分，在减压浓缩时，还会产生大量泡沫，造成浓缩的困难。通常可在蒸馏器上装置一个汽—液分离防溅球加以克服，工业上则常用薄膜浓缩装置。

②亲水性的有机溶剂：也就是一般所说的与水能混溶的有机溶剂，如乙醇（酒精）、甲醇（木精）、丙酮等，以乙醇最常用。乙醇的溶解性能比较好，对植物细胞的穿透能力较强。亲水性的成分除蛋白质、黏液质、果胶、淀粉和部分多糖等外，大多能在乙醇中溶解。难溶于水的亲脂性成分，在乙醇中的溶解度也较大。还可以根据被提取物质的性质，采用不同浓度的乙醇进行提取。用乙醇提取比用水量较少，提取时词短，溶解出的水溶性杂质也少。乙醇为有机溶剂，虽易燃，但毒性小，价格便宜，来源方便，有一定设备即可回收反复使用，而且乙醇的提取液不易发霉变质。由于这些原因，用乙醇提取的方法是历来最常用的方法之一。甲醇的性质和乙醇相似，沸点较低（64°F），但有毒性，使用时应注意。

③亲脂性的有机溶剂：也就是一般所说的与水不能混溶的有机溶剂，如石油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、二氯乙烷等。这些溶剂的选择性能强，不能或不容易提出亲水性杂质。但这类溶剂挥发性大，多易燃（氯仿除外），一般有毒，价格较贵，设备要求较高，且它们透入植物组织的能力较弱，往往需要长时间反复提取才能提取完全。如果样品中含有较多的水分，用这类溶剂就很难浸出其有效成分。因此，大量提取植物原料时，直接应用这类溶剂有一定的局限性。

3.提取方法

用溶剂提取植物成分，常用浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法及连续回流提取法等。同时，原料的粉碎度、提取时间、提取温度、设备条件等因素也都能影响提取效率，必须加以考虑。

（1）浸渍法：浸渍法系将植物样品粉末或碎块装入适当的容器中，加入适宜的溶剂（如乙醇、稀醇或水），浸渍样品以溶出其中成分的方法。本法比较简单易行，但浸出率较差，且如用水为溶剂，其提取液易于发霉变质，须注意加入适当的防腐剂。

（2）渗漉法：渗漉法是将植物样品装在渗漉器中，不断添加新溶剂，使其渗透过样品，自上而下从渗漉器下部流以浸出液的一种浸出方法。当溶剂渗进样品溶出成分比重加大而向下移动时，上层的溶液或稀浸液便置换其位置，造成良好的浓度差，使扩散能较好地进行，故浸出效果优于浸渍法。但应控制流速，在渗漉过程中随时自样品面上补充新溶剂，使样品中有效成分充分浸出为止。或当渗漉液颜色极浅或渗漉液的体积相当于原样品重的10倍时，便可认为基本上已提取完全。在大量生产中常将收集的稀渗漉液作为另一批新原料的溶剂之用。

（3）煎煮法：煎煮法是我国最早使用的传统的浸出方法。所用容器一般为陶器、砂罐或铜制、搪瓷器皿，不宜用铁锅，以免浸出液变色。直火加热时最好时常搅拌，以免局部样品受热太高，容易焦煳。有蒸汽加热设备的，多采用大反应锅、大铜锅、大木桶，或水泥砌的池子中通入蒸汽加热。还可将数个煎煮器通过管道互相连接，进行连续煎浸。

（4）回流提取法：应用有机溶剂加热提取，需采用回流加热装置，以免溶剂挥发损失。小量操作时，可在圆底烧瓶上连接回流冷凝器。瓶内装样品约为容量的1／3～1／2，溶剂浸过样品表面约1～2cm。在水浴中加热回流，一般保持沸腾约1h。放冷过滤，再在药渣中加溶剂，做第二、三次加热回流分别约0.5h，或至基本提尽有效成分为止。此法提取效率较冷浸法高，大量生产中多采用连续提取法。

（二）水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法，适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的植物成分的提取。此类成分的沸点多在100℃以上，与水不相混溶或仅微溶，且在约100℃时有一定的蒸气压。当与水在一起加热时，其蒸气压和水的蒸气压总和为一个大气压时，液体就开始沸腾，水蒸气将挥发性物质一并带出。例如中草药中的挥发油，某些小分子生物碱—烟碱、麻黄碱、茄碱、槟榔碱，以及某些小分子的酚性物质—牡丹酚（paeonol）等，都可应用本法提取。有些挥发性成分在水中的溶解度稍大些，常将蒸馏液重新蒸馏，在最先蒸馏出的部分，分出挥发油层，或在蒸馏液水层经盐析法并用低沸点溶剂将成分提取出来。例如玫瑰油、原白头翁素（protoanemonin）等的制备多采用此法。

（三）升华法

固体物质受热直接气化，遇冷后又凝结为固体化合物，称为升华。植物中有一些成分具有升华的性质，故可利用升华法直接自植物中提取出来。例如樟木中升华的樟脑（camphor），在《本草纲目》中已有详细的记载，为世界上最早应用升华法制取植物有效成分的记述。茶叶中的咖啡碱在178℃以上就能升华而不被分解。游离羟基蒽醌类成分，一些香豆素类，有机酸类成分，有些也具有升华的性质。例如七叶内酯及苯甲酸等。

升华法虽然简单易行，但植物炭化后，往往产生挥发性的焦油状物，黏附在升华物上，不易精制除去；其次，升华不完全，产率低.有时还伴随有分解现象。

（四）超临界流体萃取法

超临界流体萃取（supercriticalfluidextraction，SFE）是一项新型提取技术，二十世纪80年代以来，特别是90年代SFE技术在天然产物有效成分研究中的使用日益增多，现已广泛应用于植物有效成分的提取上。

超临界流体萃取技术就是利用超临界条件下的气体作萃取剂，从液体或固体中萃取出某些成分并进行分离的技术。超临界条件下的气体，也称为超临界流体（SF），是处于临界温度（Tc）和临界压力（Pc）以上，以流体形式存在的物质。通常有二氧化碳（CO2）、氮气（N2）、氧化二氮（N2O）、乙烯（C2H4）、三氟甲烷（CHF3）等。当前最常用的是CO2，因为CO2其有以下优点：①CO2的临界温度近于室温为31℃，其临界压力在73×105Pa下，易于操作；②安全，不燃烧及化学性能稳定；③可防止被提取物的氧化；④无毒；⑤价廉易得。CO2超临界流体萃取方法和溶剂萃取相似，主要是使用高压设备。

超临界流体萃取的基本原理：当气体处于超临界状态时，成为性质介于液体和气体之间的单一相态，具有和液体相近的密度，黏度虽高于气体但明显低于液体，扩散系数为液体的10～100倍，因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力，能够将物料中某些成分提取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，极性增大，利用程序升压可将不同极性的成分进行分部提取。提取完成后，改变体系温度或压力，使超临界流体变成普通气体逸散出去，物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出，达到提取和分离的目的。

超临界CO2流体萃取的特点：超临界萃取装置集萃取、分离于一体，不存在物料的相变过程，不需要高温加热，不需回收溶剂，操作方便，大大缩短了工艺流程，降低成本，节约能耗；萃取温度低，CO2的临界温度为31.04℃，临界压力为7.37MPa，可以有效地防止热敏性成分的氧化和逸散；超临界流体的极性可以改变，一定温度条件下，只要改变压力或加入适宜的夹带剂即可提取不同极性的物质，可选择范围广；超临界CO2流体常态下是气体，无毒，与萃取成分分离后，完全没有溶剂的残留，有效地避免了传统提取条件下溶剂毒性的残留。

超临界CO2流体萃取的局限性：CO2极性较低，较适合于那些亲脂性、分子量较小的物质的提取，对于极性大、分子量太大的物质，要加入适宜的夹带剂或升高系统的压力。

超临界CO2流体萃取技术应用于提取植物精油成分，具有防止氧化热解及提高品质的突出优点。例如，紫苏中特有成分紫苏醛、紫丁香花中的独特香味成分，均不稳定，易受热分解，用水蒸气蒸馏法提取时受到破坏，香味大减，采用超临界CO2流体萃取所得芳香精油气味和物料相同，明显优于其他方法。在柠檬油、大蒜精油、桂花油、香兰素的提取上，应用超临界CO2流体萃取技术均获得良好的效果。

李菁等（1996）用CO2-SFE技术从当归中提取挥发油，不仅得到了乙酸等28个新成分，与水蒸气蒸馏法比较，挥发油得率从0.32%提高到1.5%。陈友鸿用超临界CO2萃取法提取川芎挥发油收率（2.63%）明显高于传统的水蒸气蒸馏法（0.36%）。陈虹等（1997）研究了木香挥发油的超临界CO2萃取，并与水蒸气蒸馏法比较，用SFE法提取时间为2h，主要活性成分去氢木香内酯相对含量为37.0%，挥发油收率为2.52%。而水蒸气蒸馏法的提取时间为12h，去氢木香内酯相对含量为11.5%，挥发油收率为0.53%。彭洪等（1997）用超临界CO2提取小茴香中脂溶性成分，得率为6.8%，且所含成分种类增多，而水蒸气蒸馏的得率仅为1.5%。

超临界CO2流体萃取技术特别适合于对湿热不稳定物质的提取，如飞龙掌血植物中含量较高的两种香豆素类化合物（Ⅰ：aculeatin，Ⅱ：toddalolactone），化合物Ⅰ对热、对极性溶剂均不稳定，用甲醇热提只能得到化合物Ⅱ，用乙醚索氏提取，化合物Ⅰ、Ⅱ均可得到，可见Ⅰ对热和极性溶剂不稳定。在研究两个香豆素类化合物的提取条件时发现，用CO2-SFE提取较之用传统溶剂提取对湿热不稳定物质而言具有很大优越性（王建平，等，1990）。

（五）超声技术提取法

超声技术提取（ultrasonicextraction，UE）植物有效成分是近年来在植物化学研究中逐渐受到重视的一个较新的技术。超声波提取原理主要为物理过程，利用超声波产生的强烈震动和空化效应加速植物细胞内物质的释放、扩散并溶解进入溶剂中，同时可以保持被提取物质的结构和生物活性不发生变化。对许多植物成分来说，超声波提取法较常规的溶剂提取能大幅度地缩短提取时间、消耗溶剂低、浸出率高，因此具有更高的提取效率。例如，从侧柏中提取槲皮素，用超声波提取30min与热回流提取8h的效果相同；采用超声波工业规模地提取萝芙木根生物碱时，提取时间从原来的120h缩短为5h。

（六）微波辅助提取法

微波辅助提取法（microwave-assistedextraction，MAE）就是利用微波加热的特性来对物料中目标成分进行选择性提取的方法。通过调节微波的参数，可有效加热目标成分，以利于目标成分的提取与分离。它的许多优点可以取代目前许多既耗能源、时间，造成环境污染，又无法进行最有效提取的技术，是一项对环境友好的前瞻性“绿色技术”。

微波是一种电磁能，通常是指波长从1mm到1m之间（频率300～300000MHz）的电磁波，介于红外与无线电波之间，而最常用的加热频率是2450MHz。一般来说，介质在微波场中的加热有两种机制，即离子迁移和偶极子转动。通过离子迁移和偶极子转动引起分子运动，但不引起分子结构改变和非离子化的辐射能。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能量由物料外部传递到内部，而是同时直接作用于介质分子，使整个物料同时被加热，即所谓的“体积加热”过程。因此，升温速度快，溶液很快沸腾，易出现局部过热现象。

微波辅助提取法的原理是植物样品在微波场中吸收大量的能量，细胞内部含水量及其他物质的存在，对微波能吸收较多，而周围的非极性萃取剂则吸收少，从而在细胞内部产生热应力被萃物料的细胞结构因细胞内部产生的热应力而破裂，使细胞内部的物质直接与相对冷的萃取剂接触，因而加速了目标产物由细胞内部转移到萃取剂中，从而强化了提取过程。例如，微波辅助提取鹰爪豆碱及其代谢物可将产率由传统的52.3%提高到80.3%，且省时、省溶剂。在适宜的温度、萃取时间（9～10min）、有机溶剂组成（95%乙醇）等优化条件下，微波辅助提取所得紫杉醇与传统方法（5g紫杉针叶＋100mL甲醇，适当温度下震荡萃取16h）相当，明显节省了时间和溶剂的消耗。

用于微波提取的装置分为微波炉装置和提取容器两部分。目前，绝大部分利用微波技术进行的提取都是在商业化的家用微波炉内完成的。这种微波炉造价低，体积小，适合于在实验室应用。但不经改造的微波炉，很难进行回流提取。在商品家用微波炉内进行提取，反应容器只能采取封闭或敞口放置两种方法。对于非水溶剂或一些易挥发易燃烧的物质，敞口反应往往很危险。因而人们就对微波炉加以改造。从而设计出可以进行回流操作的微波装置。家用微波炉的这类改造，系在家用微波炉的侧面或顶部打孔，插入玻璃管同反应器连接，在反应器上插上冷凝管（外露），用水冷却。为了防止微波泄漏，一般要在炉外打孔处连接一定直径和长度的金属等进行保护。回流微波提取装置的发明，使得常压下溶剂中进行的提取非常安全。

在反应物料小的情况下，微波显著促进有机化学反应，而反应物料大，则效果明显降低，所以又设计出连续微波反应器，进行微波提取。目前专门用于微波试样制备的商品化设备已问世，有功率选择、控温、控压和控时装置。一般由PTFE材料制成专用密闭容器作为萃取罐，萃取罐能允许微波自由透过，耐高温高压，且不与溶剂反应。由于每个系统可容纳9～12个萃取罐，因此试样的处理量大大提高。

微波提取的最优化条件包括提取溶剂、功率和提取时间的选择，其中，溶剂的选择至关重要。微波提取要求被提取的成分是微波自热物质，有一定的极性。微波提取所选用的溶剂必须对微波透明或半透明，介电常数在8～28范围内。物料中的含水量对微波能的吸收关系很大。若物料是经过干燥，不含水分的，那么选用部分吸收微波能的萃取介质。由此介质浸渍物料，置于微波场进行辐射加热的同时发生提取作用。当然也可采取物料再湿的方法，使其具有足够的湿浸，便于有效地吸收所需要的微波能。提取物料中不稳定的或挥发性的成分，宜选用对微波射线高度透明的萃取剂作为提取介质，如正己烷。药材浸没于溶剂后置于微波场中，其中的挥发性成分因显著自热而急速汽化，胀破细胞壁，冲破植物组织，逸出药材，包围于药材四周的溶剂因没有自热，可捕获、冷却并溶解逸出的挥发性成分。由于非极性溶剂不能吸收微波能，为了快速进行加热提取，用非极性溶剂时要加入一定比例的极性溶剂。若不需要这类挥发性或不稳定的成分，则选用对微波部分透明的萃取剂。由于这种萃取剂吸收一部分微波能后转化为热能，从而挥发驱除不需要的成分。对水溶性成分和极性大的成分，可用含水溶剂进行提取。微波提取极性化合物在用含水的溶剂萃取时比索氏提取效果更好。而用非极性溶剂萃取非极性化合物，微波提取的效率稍低于索氏提取。如果用水作溶剂，细胞内外同时加热，破壁不会太理想，而且大部分微波能被溶剂消耗。可以先用微波经浸润后的干药材，然后再加水或有机溶剂浸提有效成分，这样既可节省能源，又可进行连续工业化生产，而且可使微波提取装置简化，能在敞开体系中进行。

萃取剂的用量可在较大范围内变动，以充分有效地提取所希望的物质为度，提取剂与物料之比（L／kg）在1∶1至20∶1范围内选择。提取液体积太多，萃取时釜内压力大，超出承受能力，溶液溅失；提取液体积太少，会使提取不完全。

微波提取频率、功率和时间对提取效率具有明显的影响。当时间一定时，功率越高，提取的效率越高，提取越完全。但是如果超过一定限度，则会使提取体系压力升高到开容器安全阀的程度，溶液溅出，导致误差。微波剂量的确定，以最有效地提取出所需有效成分而定。选用微波功率在200～1000W范围内时，提取时间的变化较小。微波提取时间与被测物样品量、物料中含水量、溶剂体积和加热功率有关。由于水可有效地吸收微波能，较干的物料需要较长的辐照时间。

物料在提取前最好经粉碎等预处理，以增大提取溶剂与物料的接触面积，提高微波提取效率。为了减少高温的影响，可分次进行微波辐射，冷却至室温后再进行第二次微波，以便最高得率地提取出所需活性化合物。经过提取的物料，可用另一种提取剂，在微波辐射下进行第二次提取，从而取得第二种提取物，即在天然物中存在两种以上的有效成分，可用多次微波提取法并选用不同的溶剂分别抽提出来。

（七）酶法提取

植物成分往往被包裹在细胞壁内，而大部分植物的细胞壁由纤维素（β-D-葡萄糖以1，4-β-葡萄糖苷键连接）构成。用纤维素酶可以破坏β-D-葡萄糖苷键，使植物细胞壁破坏，有利于成分提取。根据这一原理，在提取植物成分前，先用纤维素酶酶解，使植物细胞壁破坏后再进行提取，可以大大提高活性成分的提取率。此法已应用于黄柏、黄连中小檗碱、葛根总黄酮、补骨脂中补骨脂素和穿心莲中穿心莲内酯的提取。总体来说，加酶与不加酶提取出的成分一致，说明酶解没有破坏植物的成分，但明显提高了其提取量和含量。如葛根总黄酮的收率在加纤维素酶后提高了13%。

酶反应还可将中药制剂的杂质淀粉、果胶等分解除去；植物药渣酶解可形成低聚糖和葡萄糖，变废为宝。

（八）半仿生提取法

半仿生提取法是将整体药物研究法与分子药物研究法相结合，从生物药剂学的角度，模拟口服给药及药物经胃肠道转运的原理，为经消化道给药的中药制剂设计的一种新的提取工艺。它将分析思维和系统思维统一起来，形成观察问题的新思路，即在提取中坚持“有成分论，不唯成分论，重在机体的药效学效应”。

提取时，先将药材用一定pH值的酸水提取，继以一定pH值的碱水提取，提取液分别过滤、浓缩、制成制剂。这种提取方法可提取和保留更多的有效成分，体现中医临床用药的综合作用特点。多种复方制剂和中药饮片颗粒化的研究显示，半仿生提取法有广泛的应用前景，已在当归苦参丸、甘草饮片和川乌、黄柏、麻黄等植物生物碱的提取中应用，效果优于水提取法。如川乌的提取，以乌头总生物碱、酯型乌头生物碱、浸膏得率为指标，结果半仿生提取法明显优于水提取法。其缺点是仍沿袭高温煎煮，影响许多活性成分，降低药效。

（九）破碎提取法

破碎提取法用破碎提取器使植物材料在适当的溶剂中充分破碎，成匀浆状而达到提取的目的，具有提取快速、完全、不需加热、省时、节能和节省溶剂的特点。例如，用破碎提取法进行提取，冬凌草中冬凌草甲素含量高于其他传统方法，车前草中乌苏酸含量高于其他5种提取方法，忍冬叶中绿原酸含量高于回流提取，且杂质少。破碎提取法虽然操作简单，避免了高温加热，提取时间也极短，但提取的收率并不是最高，还局限于实验研究。

（十）空气爆破法

利用植物组织中的空气受压缩后突然减压时释放出的强大压力冲破植物细胞壁，撕裂植物组织，使植物结构疏松，利于溶剂渗入植物内部，大幅度增加接触表面积，提取有效成分，适用于植物的根、茎、皮、叶等多纤维组织，不宜用于短纤维和富含淀粉的植物。本法研究不多，仅限于芒果叶中芒果苷的提取。引入爆破法后，有效成分集中分布于最初阶段的浸出液中，可节省溶剂，减轻浓缩工序的负担。