超高壓技術(shù)在中藥有效成分提取中的應(yīng)用

井鳳　劉峰　劉偉

摘要：超高壓技術(shù)在食品殺菌、保藏及某些加工過程中，而且在微生物菌種誘變具有巨大的應(yīng)用潛力。近年來，人們開始將該技術(shù)應(yīng)用到中藥有效成分的提取方面。本文就超高壓提取技術(shù)的原理、特點以及在中藥有效成分提取中的應(yīng)用等方面進行闡述。

關(guān)鍵詞：超高壓；中藥有效成分；提取

中圖分類號：R284 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2016.04.008

超高壓技術(shù)（High Hydrostatic Pressure Technique）的研究始于1914年[1]，在超高壓條件下，生物大分子的非共價鍵發(fā)生變化，使蛋白質(zhì)變性以及酶失活等，而維生素、香精等小分子化合物是共價鍵結(jié)合，能夠完整保留。因此，該技術(shù)在國內(nèi)外主要應(yīng)用于食品業(yè)，目的是為了防止食物的微生物污染、延長食品儲藏時間[2]。

中藥有效成分的提取分離是中藥生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其工藝特點、工藝流程的選擇和設(shè)備配置都直接關(guān)系到被提取有效成分的數(shù)量和質(zhì)量，從而影響到產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和有效性等。因此探明中藥提取、分離技術(shù)的機制、優(yōu)化提取工藝參數(shù)，明確應(yīng)用前景等逐漸成為中藥生產(chǎn)和研究的重點內(nèi)容。隨著我國中藥現(xiàn)代化進程的不斷推進，中藥提取分離新技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究十分活躍，并取得了長足的進步。傳統(tǒng)的中藥有效成分的提取方法有煎煮法、回流提取法、超聲輔助提取技術(shù)、超臨界流體萃取技術(shù)、微波輔助萃取技術(shù)，但這些方法由于大多數(shù)中藥有效成分含量低，難于富集，許多有效成分熱敏，易水解等因素，使得傳統(tǒng)分離與富集技術(shù)獲得的產(chǎn)品收率低，同時成本高、耗時長、工藝復(fù)雜、消耗溶劑多、能耗高、成本大、一些溶劑毒副作用較大等缺點[3]。超高壓技術(shù)作為一種新型的提取技術(shù)，具有快速、高效、環(huán)保、節(jié)能的技術(shù)特點，已逐漸應(yīng)用于中藥有效成分的提取中，2004年吉林工業(yè)大學(xué)張守勤等[4]率先將該技術(shù)應(yīng)用于中藥提取。本文將對超高壓提取的原理、特點以及在中藥提取中的應(yīng)用等方面進行闡述。

1 超高壓技術(shù)基本原理和技術(shù)特點

超高壓提?。╱ltra-high pressure extraction technology， UHPE）的基本原理是在常溫條件下，對原料液施加 100-1000 MPa 的流體靜壓力，保壓一定時間后迅速卸除壓力，進而完成整個提取過程[5，6]。提取植物樣品的提取過程為兩個過程，一個是植物樣品浸潤、其中溶質(zhì)溶解的過程，另一個是溶質(zhì)與溶液之間的擴散過程。超高壓能夠快速、高效地提取天然產(chǎn)物有效成分，主要是超高壓能改變基質(zhì)材料的組織結(jié)構(gòu)，大大減小目標(biāo)成分的擴散阻力，同時超高壓力差是目標(biāo)成分?jǐn)U散的傳質(zhì)動力，其獨特的提取機理可以從升壓、保壓和卸壓3個階段加以說明：升壓階段使壓力在極短的時間內(nèi)（一般小于1 min）由常壓升到幾百兆帕，而細(xì)胞內(nèi)部的壓力卻很?。?個大氣壓），由于滲透壓差極大，在滲透過程中溶劑易形成湍流，使細(xì)胞邊界層變薄、細(xì)胞膜發(fā)生疏松、破碎等結(jié)構(gòu)變化，增大固液接觸面積，減小有效成分由細(xì)胞內(nèi)部向外擴散的傳質(zhì)阻力。升壓階段引起壓力的快速變化，可以改變體系的體積，進而推動了化學(xué)平衡發(fā)生移動?？焖贊B透到細(xì)胞內(nèi)部的溶劑與有效成分充分接觸，在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)有效成分溶解平衡，因此保壓階段一般在幾分鐘內(nèi)完成。卸壓在幾秒內(nèi)完成使組織細(xì)胞的壓力從幾百兆帕迅速減小為零，溶解了有效成分的溶液在超高反向壓力差的作用下形成強大的湍流。卸壓時間越短，細(xì)胞內(nèi)流體擴散時產(chǎn)生的沖擊力越強，湍動效應(yīng)越強，有效成分?jǐn)U散的傳質(zhì)阻力越小，溶解了有效成分的溶劑快速轉(zhuǎn)移到細(xì)胞外，達(dá)到快速、高效提取的目的。

基于超高壓技術(shù)的上述原理，與傳統(tǒng)的浸漬法、滲漉法、煎煮法、熱回流提取法、索氏提取法等常規(guī)提取方法，以及近年來研究和開發(fā)的超聲提取法、微波提取法、超臨界流體萃取法等方法相比，超高壓提取技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢：提取時間短、能耗低、大分子物質(zhì)溶出少、有效成分提取率高以及可避免熱效應(yīng)引起的有效成分結(jié)構(gòu)改變、損失和生理活性降低等，同時由于超高壓提取是在密閉環(huán)境中進行，沒有溶劑揮發(fā)，不會造成環(huán)境污染。

2 超高壓在中藥有效成分提取中的應(yīng)用

2.1 黃酮類化合物的提取

2004年吉林工業(yè)大學(xué)[4]率先將該技術(shù)應(yīng)用于中藥提取。Liu等利用超高壓技術(shù)，從朝鮮淫羊藿中提取淫羊藿總黃酮，并與回流提取進行比較，結(jié)果顯示以70%乙醇作為提取溶劑，超高壓下提取5 min總黃酮的提取率為9.67%，而回流提取4 h提取率僅為6.14% [7]。Li等采用超高壓技術(shù)從山楂葉中提取黃酮類化合物，選擇50%乙醇為提取溶劑、固定料液比1：45 （g/mL），控制溫度為60 ℃，在400 MPa高壓下提取3 min，實驗結(jié)果證明超高壓提取技術(shù)具有效率高、時間短、雜質(zhì)少等優(yōu)點[8]；而駱曉沛等采用超高壓技術(shù)對山楂果實中的總黃酮進行了提取研究，并同超聲波提取法、微波提取法、索氏提取法進行比較。超高壓提取山楂中總黃酮的最佳工藝：50%乙醇作為提取溶劑、料液比為1：40 （g/mL）、浸泡2 h、300 MPa高壓下提取3 min，在此工藝條件下總黃酮有最高的提取率為5.44%；采用索氏提取法提取3 h，提取率僅為5.12%；超聲波提取法的提取率為4.66%；微波提取法的提取率為3.76%，由此可以看出：超高壓提取法耗時極短、提取率高。另外，超高壓提取后的提取液十分澄清，而索氏提取法、超聲波提取法和微波提取法處理后的提取液都比較混濁，這說明超高壓提取法具有選擇性提取的特點，更加有利于山楂中黃酮類成分的進一步分離純化，實驗可操作性強[9]。其他相關(guān)文獻報道如下表所示。

2.2 皂苷類化合物的提取

Chen等利用超高壓法從人參中提取人參皂苷，通過對溶劑的濃度、料液比、提取壓強和提取時間的優(yōu)化，獲得最佳體系：70%乙醇作為提取溶劑、提取壓強200 MPa、提取時間5 min、料液比為1：50 （g/mL），在此工藝條件下，人參皂苷的提取率為4.42%，與傳統(tǒng)熱回流提取的提取率（4.33%）相比，提取率沒有明顯的提高但是時間顯著縮短，省時、節(jié)能[19]；Zhang等也利用超高壓法成功從人參中提取人參皂苷[20， 21]。鄭群雄等采用超高壓提取法對山茱萸中總皂苷進行了研究，95%乙醇與藥材按1：15 （g/mL）混合，400 MPa高壓下提取8 min，最終總皂苷的提取率為17.60 mg/g，同微波提取法（45-65 ℃，20 min，提取得率為19.30 mg/g）和熱回流提取法（60-80 ℃下，6 h，提取得率為7.80 mg/g）相比，超高壓提取所耗時間最短，超高壓提取和微波提取得率相近，但是熱回流提取得率相對來說很低。超高壓提取過程在常溫下進行，保護了熱不穩(wěn)定成分的活性[22-25]。

2.3 多糖類化合物的提取

Zhu等利用超高壓技術(shù)進行了破壁提取靈芝孢子多糖的研究，發(fā)現(xiàn)該方法在降低提取

用的同時提高了靈芝孢子多糖提取得率[26]。謝銀軍等利用超高壓提取可破壞魚腥草的細(xì)胞，促進多糖溶出。采用超高壓提取魚腥草中多糖的優(yōu)化工藝條件為固液比1：20g/mL，超高壓處理壓力320Mpa、超高壓處理時間4.5 min，多糖得率可達(dá)5.850%，該方法時間短，多糖得率高，是提取魚腥草多糖的適宜方法[27]。

2.4 生物堿類

寧志剛[28]等采用超高壓提取烏頭原堿，工藝條件為：乙醇浸泡2h，壓力為 600MPa，料液比為1：10，時間為5min。以烏頭原堿的提取率為指標(biāo)，超高壓提取5min的收率為5.21mg/g藥材，熱回流提取6h的收率為1.06mg/g藥材，煎煮法提取1h的收率為0.76mg/g藥材。即超高壓耗時分別為熱回流的1/72、煎煮法的1/14，而提取率分別為熱回流的5倍、煎煮法的7倍?？梢?，超高壓法克服了傳統(tǒng)提取法耗時長、效率低的缺點。

2.5 其他化合物的提取

席軍等利用超高壓提取法從茶葉中提取茶多酚等茶內(nèi)物質(zhì)，并與傳統(tǒng)的提取方法相比較，取得了令人滿意的實驗結(jié)果[29-31]。Zhu等利用超高壓技術(shù)實現(xiàn)對八角蓮中木脂素的提取研究[32]，Corrales等利用超高壓技術(shù)提取葡萄皮中花色素[33]。

3 超高壓技術(shù)存在的問題

超高壓提取技術(shù)雖然在提取方面有許多優(yōu)點， 但該技術(shù)仍然存在以下幾點不足：一是超高壓條件下雖然不會影響生物小分子的結(jié)構(gòu)，但能夠影響蛋白質(zhì)[34]、淀粉[35]等生物大分子的立體結(jié)構(gòu)。因此，該技術(shù)在提取中不適于提取活性成分主要為蛋白質(zhì)類的中藥，且當(dāng)藥材中含有大量淀粉時，壓力過高可引起淀粉的糊化，從而阻礙有效成分溶入提取溶劑中；二是超高壓提取法需要特定的提取設(shè)備；三是目前超高壓提取法主要在單味藥提取中應(yīng)用，在復(fù)方制劑的提取中的應(yīng)用研究還未見報道；四是該提取技術(shù)應(yīng)用研究還處于起步階段，提取工藝參數(shù)之間的協(xié)同效應(yīng)等問題尚需做進一步的深入研究。

4 展望

綜上所述，超高壓技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比，可以大大縮短提取時間、降低能耗、減少雜質(zhì)成分的溶出，提高有效成分的收率，避免因熱效應(yīng)引起的有效成分結(jié)構(gòu)變化、損失以及生理活性的降低，有很好的應(yīng)用前景。

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（責(zé)任編輯：龍 蓉）

Abstract： High Hydrostatic Pressure not only can be applied in food sterilization， conserving and some processing， but also would play a important role in mutation breeding of microbe. Recently， people begin to apply it in Chinese tradition medicine extraction. This article outlines its basic principle， characteristics and application examples.

Keywords： High Hydrostatic Pressure； Active componments of Chinese Tradition Medicine； Extraction