青蒿中有效成分的提取分離技術研究進展

趙天明， 徐 溢， 盛 靜， 段艷英

（重慶大學化學化工學院藥學系，重慶 400044）

青蒿中有效成分的提取分離技術研究進展

趙天明， 徐 溢*， 盛 靜， 段艷英

（重慶大學化學化工學院藥學系，重慶 400044）

青蒿；青蒿素；揮發(fā)油；提取分離技術；綜述

青蒿是我國獨具特色的傳統(tǒng)中藥，其有效成分的提取分離技術一直是人們研究的重點。本文按分離提取方法和技術進行了分類，針對國內外青蒿中青蒿素和揮發(fā)油等有效成分的提取技術進行詳細的討論，分別對水蒸氣蒸餾法、溶劑提取法、超臨界提取技術、分子蒸餾技術和聯(lián)用技術等五個方面進行了較為系統(tǒng)的綜述，指出了目前青蒿分離提取技術方面存在的問題，同時也提出我國今后青蒿提取產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢和方向。

1 引言

青蒿，為菊科植物黃花蒿（Artemisia annua L.）的干燥地上部分，是我國的傳統(tǒng)中藥，具有廣泛的藥理作用，其主要成分青蒿素是一種含有過氧基團的新型倍半萜內酯化合物，具有起效快、療效好、毒性低的特點，被世界衛(wèi)生組織稱為是世界上唯一有效的抗瘧藥物。青蒿其它藥理作用還有：抗血吸蟲作用，抗菌作用，抗內毒素作用，消炎鎮(zhèn)痛等。據(jù)文獻報道，青蒿中已經(jīng)分離得到確認的化合物主要分為兩大類：一類是揮發(fā)性成分，另一類是非揮發(fā)性成分。青蒿揮發(fā)性成分主要是揮發(fā)油，由單萜、單萜氧化物、倍半萜、倍半萜氧化物組成。非揮發(fā)油成分主要含有萜類，除此之外還含有黃酮，香豆素類等化合物［1-2］。青蒿中青蒿素的分離提取始終受到人們的關注，近年來，青蒿中其他活性成分如揮發(fā)油，黃酮類化合物等的提取也引起了人們的極大興趣。在青蒿活性成分的提取中，除了傳統(tǒng)分離技術，許多現(xiàn)代分離技術和方法也逐漸得到應用。本文針對國內外青蒿中青蒿素和揮發(fā)油等有效成分的提取和分離技術，進行了詳細的綜述和討論，以明確其現(xiàn)階段在分離提取方面存在的問題和難點，了解相關技術的發(fā)展趨勢，這將為我國今后青蒿綜合利用的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供借鑒。

2 青蒿有效成分提取分離技術

2.1 水蒸氣蒸餾法（Steam Distillation）

水蒸氣蒸餾法是將水蒸氣通入不溶或難溶于水但有一定揮發(fā)性的有機物質中，使該有機物質在低于100℃的溫度下，隨著水蒸氣一起蒸餾出來。由于其具有設備簡單、操作安全、不污染環(huán)境、成本低、避免了提取過程中有機溶劑殘留對油質造成影響等特點，是有效提取中藥揮發(fā)油的重要方法。目前對青蒿揮發(fā)油的化學成分研究有不少，魏興國［3］等用揮發(fā)油提取器按常規(guī)水蒸氣回流進行提取，并采用GC-MS方法進行分析，共鑒定了60種化學成分。通常影響揮發(fā)油得率的主要因素是浸泡時間、蒸餾時間和加水量，其順序為浸泡時間>蒸餾時間>加水量。馮文宇［4］等人通過正交試驗得知，用青蒿干品提取揮發(fā)油時，最佳工藝為加8倍量水，浸泡3 h，蒸餾3 h。產(chǎn)油率達到0.3%以上。水蒸氣蒸餾法主要用來提取青蒿中的揮發(fā)油，但揮發(fā)油中的一些熱敏性成分，長時間與水共沸易發(fā)生化學變化，所以所提青蒿揮發(fā)油的品質并不太好，而且揮發(fā)油的收率也很低，所需時間較長。

2.2 溶劑提取法（Solvent Extraction）

2.2.1 常規(guī)溶劑提取法

溶劑提取法是天然植物有效成分提取采用的最普遍的方法。青蒿中許多有效成分的提取目前仍然用溶劑提取法。選擇適當溶劑是溶劑提取法的關鍵，常見的溶劑有醇類（甲醇、乙醇等）、醚類（乙醚、石油醚等）、烷類（環(huán)己烷、氯仿等）。Filip［5］等人選用6 mL的氯仿對1 g新鮮黃花蒿提取1 min，通過HPLC-Q-TOF-MS測定，青蒿素回收率大于97%。張玲［6］等將青蒿經(jīng)石油醚提取濃縮，浸膏經(jīng)過硅膠柱，用不同配比的乙酸乙酯洗脫，用TLC（Thin Layer Chromatography）薄層色譜法跟蹤，UV法檢測。結果其39～48號收集液青蒿素含量達99.38%，收率62.13%。常規(guī)溶劑提取法是目前國內外青蒿素工業(yè)化提取的主要方法，但所選溶劑有所不同。國內的生產(chǎn)企業(yè)用的較多的是石油醚，而國外是正己烷，雖然正己烷對青蒿素的溶解度較小，但卻有較高的選擇性。

2.2.2 快速溶劑提取法

溶劑提取是目前青蒿素生產(chǎn)采用的最普遍的方法。但溶劑提取存在提取率不高的問題，而且所用溶劑大多有毒有害，易對人和環(huán)境造成危害。快速溶劑萃取是在較高的溫度（50～200℃）和壓力（10.3～20.6 MPa）下用溶劑萃取固體或半固體樣品的新穎樣品前處理方法，具有萃取時間短、溶劑用量少、提取率高、溶劑回收率高、所得產(chǎn)品品質好等優(yōu)點。周毅峰［7］等人選用甲醇、乙醇、丙酮、氯仿、石油醚等有機溶劑，采用快速溶劑萃取法提取黃花蒿中的青蒿素，結合正交設計優(yōu)化實驗方法，研究得出青蒿素快速萃取的條件。結果表明，氯仿為最佳提取溶劑，青蒿素快速萃取的條件為：溫度120℃，時間10 min，提取次數(shù)3次。

溶劑提取也用于青蒿中其他成分的分離，如黃酮類化合物的提取，黃紅英［8］等利用乙醇提取青蒿中的黃酮類化合物，提取條件為：90%乙醇，提取時間3 h，固液比為1 g/40 mL，提取溫度為70℃，在此條件下青蒿中黃酮類化合物的提取率為2.885%。S.L Yang［9］等首先用甲醇提取青蒿葉與莖桿，然后再用一系列有機溶劑提取，其中乙酸乙酯部分含有11種類黃酮、4種黃酮苷。

2.2.3 超聲提取技術（Ultrasound Extraction，USE）

隨著許多現(xiàn)代分離提取技術的發(fā)展及其在中藥提取分離中的應用，青蒿有效成分的提取分離成為人們關注的熱點，并呈現(xiàn)出新的生機。USE是指以超聲波輻射壓強產(chǎn)生的騷動效應、空化效應和熱效應，引起機械攪拌、加速擴散溶解的一種新型的利用外場介入的溶劑提取方法。將超聲波技術應用于天然植物有效成分的提取，主要是因為超聲波的空化效應［10］，它可以加速天然植物中有效成分進入溶劑，以增加有效成分的提取率，同時也免去了高溫對某些天然植物提取成分的影響。與常規(guī)溶劑提取比較，超聲提取時間短、產(chǎn)率高、條件溫和。國外將USE技術用于多種天然植物有效成分提取的研究，但用于青蒿中有效成分的提取研究較少。而國內已有不少研究人員將USE技術應用于青蒿素的分離提取，趙兵［11］等人超聲波用于強化石油醚提取青蒿素，采用20 kHz、90 w超聲波，在50°C下，單次作用20 min后繼續(xù)攪拌至30 min時，提取率可達83%。李再新［12］等人以超聲波強化石油醚提取青蒿中的青蒿素，達到了95%的提取率。實驗條件為：超聲波強度80 W，超聲波作用時間20min，攪拌溫度50℃、攪拌速度800 r/min和提取時間2 h。傳統(tǒng)索氏溶劑回流提取青蒿素，一般要幾個小時，而且提取率不高，超聲提取不僅大大縮短了青蒿素的提取時間，也提高了提取率。最近超聲提取技術在青蒿中黃酮類化合物的提取中也得到應用，隋婧［13］等利用超聲提取技術和正交設計理論，優(yōu)化了青蒿中總黃酮提取的關鍵技術參數(shù)，最佳提取條件為：超聲波頻率59 kHz，60%乙醇，提取時間40 min，料液比1/40，最終黃酮提取率達到1.497%。由于超聲提取時間短，提取率高，同時超聲儀器的運行成本也較低，超聲波提取方法越來越受到人們的青睞。

2.2.4 微波輔助提取法（Microwave Assisted Extraction，MAE）

微波萃取技術作為一種新型的萃取技術，其特點在于微波對極性分子的選擇性加熱從而使其選擇性溶出。MAE能大大降低萃取時間，提高萃取速度，同時微波萃取由于受溶劑親和力的限制較小，可供選擇的溶劑較多，并有效減少溶劑用量。微波萃取技術已經(jīng)用于許多天然植物活性成分的提取，如大豆中異黃酮［14］、茶葉中茶堿［15］等。國外研究人員利用微波輔助萃取方法分離提取青蒿中有效成分的研究較少，而在國內卻受到許多研究人員的關注，郝金玉［16］等采用微波輔助提取法提取黃花蒿中的青蒿素，并將微波輔助提取法同索氏提取法以及加熱攪拌提取法進行了比較。結果發(fā)現(xiàn)，用微波輔助提取法提取青蒿中青蒿素，較加熱攪拌提取法和索氏提取法有著明顯的優(yōu)勢。微波輔助提取所用有機溶劑不到加熱攪拌提取法和索氏提取法的50%，而且其溶劑回收率也較高。更重要的是，微波輔助提取法的提取時間大大縮短，同時提取率也很高（92.06%）。如果與超臨界提取技術相比，微波萃取儀器比較簡單，價廉，而且適應面較廣，較少受被萃取物質極性的限制。

2.2.5 離子液體萃取技術（Ionic Liquid Extraction）

離子液體由帶正電的離子和帶負電的離子組成，現(xiàn)在多指在低于100°C時呈液體狀態(tài)的熔鹽。與典型的有機溶劑不一樣，在離子液體里沒有電中性的分子，都是陰離子和陽離子，具有良好的熱穩(wěn)定性和導電性，離子液體的無味、無惡臭、無污染、不易燃、易與產(chǎn)物分離、易回收、可反復多次循環(huán)使用、使用方便等優(yōu)點，是傳統(tǒng)揮發(fā)性溶劑的理想替代品，它有效地避免了傳統(tǒng)有機溶劑的使用所造成嚴重的環(huán)境、健康、安全以及設備腐蝕等問題，為名副其實的、環(huán)境友好的綠色溶劑。由于離子液體的諸多優(yōu)點，它已應用到許多物質的提取分離中，并取得很好的效果。利用離子液體提取青蒿素，國內外都已開始相關的研究，但國外研究較早，也較為收入。英國Bioliqs公司對青蒿素的離子液體提取進行了研究，并形成了一份詳細的研究報告（2008.2）［17］，他們比較了兩種離子液體對青蒿素提取的影響，并對青蒿素的后續(xù)回收進行了研究，取得了良好的效果，而且正向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。國內相關研究人員也將離子液體用于青蒿素的提取，夏禹杰［18］等人利用溴化-1-乙基-3-甲基咪唑離子液體，超聲強化從黃花蒿中提取青蒿素，在30 min內提取率達到了97%，而傳統(tǒng)石油醚超聲提取率為80-90%，不僅提取率得到提高，而且大大縮短了提取時間。其所在課題組篩選出了對青蒿素溶解度很高的非揮發(fā)性的室溫離子液體，解決了青蒿素提取中使用易燃、易爆、強揮發(fā)性溶劑存在的問題。由于離子液體特殊的性質，可以針對所要提取的物質去設計對其選擇性高的離子液體，所以對青蒿素提取特異性更高的離子液體是一個研究重點。同時可以將離子液體應用中青蒿中其他活性成分的提取中。

2.2.6 HFC 134a溶劑萃取技術（HFC 134a Extraction）

HFC 134a 化學名為 1，1，1，2-四氟乙烷（1，1，1，2-tetrafluoroethane）具有無毒、無色、不燃、熱穩(wěn)定性好等特點，化學性質穩(wěn)定。在常態(tài)下為氣體，但在較低的壓力下就可以液化。液態(tài)的HFC 134a是一種良好的溶劑，可以用來提取很多物質，當進行減壓時，HFC 134a變成氣體，與所提取物質分離。由于在連續(xù)加壓減壓循環(huán)中所需的壓力和溫度較低，所以其用來分離提取天然產(chǎn)物能耗較低。一些天然產(chǎn)物的提取已有文獻報到［19］，并已經(jīng)在泰國開始實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化（Phurua Natural Oils Limited，2004）。HFC 134a對青蒿素有比較好的選擇性，提取物中蠟質和分子量高的揮發(fā)油含量很少，因此，英國Ineos Fluor公司已與Bath大學合作將這項技術應用于青蒿素的大規(guī)模分離和提取研究。

文獻［19］還比較了幾種提取青蒿素的技術：溶劑提取法（己烷），溶劑提取法（乙醇），離子液體提取技術，CO2-SFE技術和HFC 134a提取技術，從提取率，提取時間，設備投資和運行費用幾個方面進行了比較。研究結果發(fā)現(xiàn)：離子液體和CO2-SFE提取率較高（79%和82%），且提取時間較短，但CO2-SFE設備投資和運行費用遠遠高于離子液體。HFC 134a提取效率適中（62%），但設備投資與運行費用最低。因此，HFC 134a溶劑萃取技術是一種極具潛力的可規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的青蒿素的分離和提取技術。

2.3 超臨界CO2萃取技術（CO2Supercritical Fluid Extraction）

超臨界流體萃?。╯upercritical fluid extraction，SFE）技術是20世紀60年代興起的一種新型分離技術。從70年代末，這種技術開始應用于天然產(chǎn)物的分離。其選擇分離效果好，提取率高，產(chǎn)物沒有有機溶劑殘留，有利于熱敏性物質和易氧化物質的萃取等特點，是一種高效的綠色提取技術。由于這些優(yōu)點，SFE技術逐漸被應用到中草藥有效成分的提取上來。青蒿中揮發(fā)油，青蒿素及其他活性成分的CO2-SFE提取，國內外已進行了大量的研究，但還沒有進入產(chǎn)業(yè)化階段。

SFE技術源于國外，國外研究人員將此技術用于青蒿素的提取研究較早。Kohler［20］等采用CO2-SFE技術從黃花蒿中提取青蒿素和青蒿酸，壓力15 MPa，溫度50℃，并用3%甲醇做夾帶劑，在20 min內完成了提取過程，而且效果優(yōu)于傳統(tǒng)的溶劑提取法。不過，目前針對青蒿的分離提取，國內已有較多的采用SFE技術的研究和應用，何春茂［21］等對黃花蒿中萃取青蒿素的SFE工藝進行了優(yōu)化研究，得到純度超過95%的青蒿素。錢國平［22］等研究了用超臨界二氧化碳從黃花蒿中萃取青蒿素的影響因素，在15.2～29.7 MPa和40～60℃范圍內，以萃取率和萃取選擇性為目指標，在優(yōu)化條件：萃取壓力20 MPa，萃取溫度50℃，CO2流量1 kg/h下萃取4 h，萃取率達到95%以上，萃取物純度10%以上。

由于CO2-SFE明顯的優(yōu)勢，使它在中藥提取工藝中有廣闊的應用前景，而青蒿中的有效成分，尤其是青蒿素的CO2-SFE提取，國內外都進行了大量的研究，研究者也給出了各種工藝路線。但是作為一種新技術，它又是高壓設備，其設備投資高，維護費用高，受這兩方面的影響，青蒿中活性成分的CO2-SFE提取分離大多都處于實驗室階段，并沒有走向工業(yè)化生產(chǎn)。再者，因為CO2-SFE萃取技術主要用來提取青蒿中的青蒿素，所以資源利用率不高，這也是導致其成本高的一個重要原因，可以通過提高青蒿的利用率而減低成本，對青蒿中活性成分進行連續(xù)提取，通過改變不同的超臨界條件，使其中的青蒿素，揮發(fā)油，黃酮類化合物等活性成分得到分離，這些方面是今后的研究重點。

2.4 分子蒸餾技術（Molecular Distillation）

分子蒸餾技術（MD）不同于一般的蒸餾技術，它是運用不同物質分子運動平均自由程的差別而實現(xiàn)物質的分離。分子蒸餾技術具有明顯的特色和優(yōu)越性，其與普通蒸餾相比，分子蒸餾是在遠低于沸點的溫度下進行操作，對熱敏性的物質破壞非常??；分子蒸餾是基于不同物質分子運動自由程的差別而實現(xiàn)分離的，受熱時間非常段，蒸餾時間大大縮短，它也常常用來分離常規(guī)蒸餾難以分開的物質，分離度更高；另外，分子蒸餾操作工藝簡單，設備少，無毒，無害，無污染，無殘留，可以得到安全純凈的產(chǎn)物。目前分子蒸餾已在化學工業(yè)和許多天然植物的揮發(fā)油的精制方面獲得良好應用。國外對于MD技術的研究集中在油脂工業(yè)和一些天然產(chǎn)物的富集和純化［23-25］，應用于青蒿中有效成分的提取則鮮見報道。國內已經(jīng)有人將MD技術應用于青蒿揮發(fā)油的精制中，李銀塔［26］等用超臨界 CO2流體萃取技術制得青蒿油浸膏，然后用分子蒸餾技術進行精制，所得青蒿油呈淡黃色，得率為0.47%，高于傳統(tǒng)的水蒸氣蒸餾法；所得精油經(jīng)GC-MS分析，檢測出60種成分，主體成分為萜類化合物。而且所得青蒿油品質較好，基本保留了青蒿原有揮發(fā)油的味道，各項指標均達到美國 2006年版《食品化學品事典 》〔FCC 2006〕質量要求。而一般水蒸氣蒸餾總會有一些低沸點易氧化組分遭到破壞，而分子蒸餾則避免了這些問題。

2.5 聯(lián)用技術（Coupling Technique）

許多分離提取技術的聯(lián)用也用于青蒿有效成分的提取中。不同的分離技術有其各自的優(yōu)點和適用范圍，而分離技術的聯(lián)用可以將各個技術的優(yōu)勢結合起來，從而取得更好的提取分離效果。鄒耀洪［27］等人使用同時蒸餾-萃取裝置（Simultaneous Distillation Extractor，SDE）提取了青蒿的揮發(fā)性物質，用GC-MS法分析鑒定出50種化合物。同時蒸餾萃取法較單一的蒸餾法或萃取法提高了提取效率，縮短了提取時間。徐朝輝［28］等人將超聲提取技術、膜分離技術、超臨界流體萃取技術進行了耦合并應用于青蒿素的生產(chǎn)工藝中，討論了提取試劑、提取方式的差別，考察了膜的選擇與運行狀況，得到了收率為0.48%、純度為92%的青蒿素粗品，工藝路線簡化，資源利用率高，生產(chǎn)污染少。

3 結論和展望

青蒿是我國獨具特色的傳統(tǒng)中藥，其活性成分的有效分離提取是一項具有重要意義的工作，目前青蒿有效成分提取分離技術中，傳統(tǒng)技術主要存在提取純化效率不高，成本高，再應用和綜合利用困難等問題?；诖?，許多現(xiàn)代分離方法受到越來越多的重視，相關研究方興未艾。這些技術的出現(xiàn)，正在逐步解決傳統(tǒng)方法中提取率不高、提取時間長、對環(huán)境危害大等問題，其中CO2-SFE萃取技術在青蒿素及其揮發(fā)油的分離提取中顯示出較強的優(yōu)勢，但是由于其設備投資大，維護費用高，工業(yè)化生產(chǎn)受到一定限制，因此，對青蒿中活性成分進行連續(xù)提取，有效提高青蒿的利用率，進而降低成本，這是十分值得研究和開發(fā)的領域；同時隨著政府和人們對環(huán)境問題越來越多的關注，SFE萃取技術作為一種綠色提取技術，必將會有更大的發(fā)展和應用空間。離子液體作為一種新興的技術，由于其選擇性強，提取率高，而且它也是一種綠色提取技術，在青蒿素的提取中將會得到更廣泛的應用；而HFC 134a溶劑提取技術也有很好的前景，可以將其應用于青蒿中其他成分的提取中，如揮發(fā)油，黃酮類化合物等。

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R284.2

B

1001-1528（2010）07-1195-05

2010-10-18

趙天明（1985－），男，碩士研究生，研究方向：天然產(chǎn)物提取與分離。Tel：13637983201

*通訊作者：徐 溢，女，教授，研究方向：分析化學。Tel：（023）65111022 E-mail：xuyibbd@sina.com