減排、集采等新形勢下關于中藥提取研究的思考

鄧雙炳,呂翔,王章偉,劉地發(fā),李慧勇,錢東,周婧,段金廒,馬宏躍

(1.南京中醫(yī)藥大學藥學院,江蘇省中藥資源產業(yè)化過程協同創(chuàng)新中心,江蘇省方劑高技術研究重點實驗室,江蘇 南京 210023;2.創(chuàng)新天然藥物與中藥注射劑國家重點實驗室,江西青峰藥業(yè)有限公司,江西 贛州 341000;3.黑龍江省藥品檢驗研究中心,黑龍江 哈爾濱 150088)

按藥品注冊分類的“中藥”是指在我國中醫(yī)藥理論指導下使用的藥用物質及其制劑[1],是相對狹義的定義,本文所述廣義的“中藥”涵蓋狹義中藥、天然藥物、民族藥。中藥制劑特有的工藝步驟,包括中藥提取純化工藝(是指根據臨床用藥和制劑要求,用適宜溶劑和方法從凈藥材中富集有效物質、除去雜質的過程[2]),及相關的濃縮、干燥等工序,是步步緊密相連的工藝過程,類似化學藥“合成”范疇,故本文所述廣義的“中藥提取”涵蓋提取物制備相關的藥材前處理、提取、濃縮、純化、干燥等步驟。

在中藥現代化進程中,因為藥材質量不均一、提取工藝粗放、不同廠家生產工藝和標準不同等原因,導致長期存在中藥質量不均一的問題,對中藥現代化形成一定的阻礙。早在2005年國家食品藥品監(jiān)督管理總局發(fā)布了《中藥、天然藥物提取純化工藝研究的技術指導原則》[2]、《中藥、天然藥物中試研究技術指導原則》[3],對中藥新藥提取工藝研究發(fā)揮了積極的指導作用。2020年以來國家藥品監(jiān)督管理局陸續(xù)發(fā)布《中藥注冊分類及申報資料要求》(2020年第68號)[1]、《中藥生產工藝、質量標準通用格式和撰寫指南》(2021年第32號)[4]等注冊法規(guī),要求企業(yè)在申報時提供更多的提取、制劑生產工藝相關研究內容,但尚未發(fā)布新的中藥提取相關指導原則。在當前國家號召“雙碳雙減”及開始“中藥集采”“中藥標準化”等新形勢下,本文以新發(fā)布注冊法規(guī)的新要求為重點,就中藥提取研究相關內容進行探討,供同行參考。

1 當前新形勢

雙碳雙減:2020年9月,習近平主席在聯合國大會上鄭重宣布“中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和”?！半p碳”工作是黨中央經過深思熟慮做出的重大戰(zhàn)略決策,關乎人類的命運和發(fā)展。2021年10月,國家工業(yè)和信息化部發(fā)布《限期淘汰產生嚴重污染環(huán)境的工業(yè)固體廢物的落后生產工藝設備名錄》(2021年第25號)[5],目的是加快淘汰產生嚴重污染的落后生產工藝、設備,持續(xù)提高工業(yè)綠色發(fā)展水平?？梢姟半p碳雙減”形勢下的節(jié)能減排、綠色發(fā)展是大勢所趨。

中藥集采:2021年9月25日,由湖北牽頭的19省市聯盟在湖北省醫(yī)藥價格和招標采購管理服務網發(fā)布《中成藥省際聯盟集中帶量采購公告(第1號)》[6];10月21日,廣東牽頭的7省聯盟在廣東省藥品交易中心發(fā)布《關于開展廣東聯盟藥品集團帶量采購相關藥品價格申報工作的通知》[7]。8月9日,國家醫(yī)療保障局發(fā)布《國家醫(yī)療保障局對十三屆全國人大四次會議第4126號建議的答復》[8],明確“在完善中成藥及配方顆粒質量評價標準的基礎上,堅持質量優(yōu)先,以臨床需求為導向,從價高量大的品種入手”。

中藥標準化：2015年國家中醫(yī)藥管理局下發(fā)了關于申報國家中藥標準化項目的通知(國中醫(yī)藥辦科技函〔2015〕125號)[9],雖在2019年已開展各項目任務、財務驗收,但遲遲未能完全結題,2021年10月開始新一輪的質量標準答辯,最終目標是要求各項目建立和執(zhí)行高于國家藥品標準的優(yōu)質中藥材、中成藥行業(yè)標準。

綜上所述,節(jié)能減排、優(yōu)質中藥是行業(yè)發(fā)展趨勢,應貫穿于中藥提取、制劑生產過程中。中藥提取影響提取物的質量均一性，是中成藥生產過程的關鍵環(huán)節(jié)，但與化學原料藥比較,中藥提取的研發(fā)、生產在技術、設備、能耗等方面相對落后、存在的問題相對較多,對中成藥質量的影響較大,故本文聚焦中藥提取研究相關內容。

2 中藥提取的研究內容

美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)在2004年發(fā)布、2016年新修訂的《植物藥研發(fā)工業(yè)指南》[10],要求制備過程說明的描述應包括每個工藝步驟(例如粉碎、煎煮、壓榨、水和/或乙醇提取)、植物原藥材量、溶劑、提取和/或干燥的溫度和時間以及中間工藝過程控制。工藝產率應以提取物量與投入的植物原藥材量的比率表示。如果是復方混合提取,則應提供每種原藥材的量以及投料、混料、研磨和/或提取的順序;如果是復方單獨提取,則應提供每種提取物的工藝說明。國家藥監(jiān)局在2021年7月發(fā)布的《中藥生產工藝、質量標準通用格式和撰寫指南》[4]中提出了明確要求:①前處理:投料所用藥材前處理的方法、條件,以及處理后的保存時間和條件等。②提取:提取方法及條件,提取用溶媒的種類、用量,提取次數,提取溫度、時間,提取液過濾的方法和條件,以及提取液的貯存條件和期限等。③濃縮:濃縮的方法、條件,如溫度、壓力、時間,濃縮液的貯存條件和期限等。④純化:純化的方法及條件,詳述相關工藝參數,如醇沉乙醇的濃度,醇沉前浸膏的相對密度等。⑤干燥:干燥的方法、條件及設備等,明確干浸膏得率(簡稱干膏率)范圍。此步驟對提取率沒有顯著影響,但溫度、時間參數可能使個別熱不穩(wěn)定成分的含量產生一定的變化。⑥其他處理:需根據具體品種的實際工藝情況,列出各單元操作步驟的相關方法、條件及要求。

以上研究內容,在申請臨床試驗時,應提供包括但不限于中試放大批等的研究資料;申請上市許可時,應包括但不限于中試放大批、臨床試驗批、商業(yè)規(guī)模生產工藝驗證批等的研究資料。但提取從小試放大到中試、大生產時,經常會出現干膏率、目標成分含量波動大等問題,可能與提取方法相關的設備、溶媒等有關,故在總結提取常見問題前先回顧提取方法,有助于對問題的分析。

3 中藥提取的方法

3.1 中藥傳統提取方法

我國藥用植物有11 146種,藥用植物資源約占中藥資源的87%[11],在提取有效成分時,傳統提取方法主要有溶劑提取法(包括煎煮法、回流提取法、浸漬法、滲漉法、索氏提取法)和水蒸氣蒸餾法、升華法、壓榨法等[12]。其中溶劑提取法是目前中藥提取中最常用的方法,溶劑提取法的溶劑可以是水、親水性有機溶劑(如乙醇、甲醇、丙酮等)、親脂性溶劑(如石油醚、二氯甲烷、乙酸乙酯等),可適當加入酸、堿、表面活性劑等浸提輔助劑,改變提取溶劑的pH,或改變藥材與溶劑之間的表面張力,或破壞植物細胞壁的結構,提取目標成分[13]。如苦木提取生物堿時采用酸水提取,穿心蓮提取脂溶性成分穿心蓮內酯時采用乙醇提取;而生產中藥配方顆粒都應以水為溶媒加熱提取。傳統的提取方法的缺點是工藝相對復雜,產品純度不高,而且易殘留有毒有害的有機溶劑,是工藝粗放、設備自動化程度低、質量控制手段落后等問題的重災區(qū)。

3.2 現代提取方法

近年應用于中藥提取分離的新技術有:大孔樹脂吸附法、超臨界流體萃取法、膜分離技術、超聲提取法、微波提取法、半仿生提取法、酶法、分子蒸餾法等,以及文獻報道的超聲波輔助內部沸騰法[14-15]、動態(tài)高壓微射流提取[16-17]、加壓液提取[18-19]、脈沖電場輔助提取[20-21]、蒸汽爆破輔助提取[20,22]、單寧沉降法[23]等新的提取方法。其中大孔樹脂吸附法、超臨界流體萃取法是工業(yè)化生產應用較多的方法;近年來酶法也已在工業(yè)化中實現應用,如上海中藥一廠生產生脈飲時采用酶法進行提取。與傳統提取方法比較,現代提取方法具有提取率高、產品純度好、流程簡單、能耗低等優(yōu)點。

3.3 分離純化方法

分離純化是為了進一步提高目標成分的含量或純度,可理解為“深度提取”,是為了將中藥提取液與藥渣、沉淀物和固體雜質進行分離,進而采用合理的分離純化工藝除去無效成分,保留有效成分和輔助成分的技術。傳統的分離純化技術有溶劑分離法、兩相溶劑萃取法、沉淀法、鹽析法、結晶法、色譜法、大孔樹脂吸附技術等。近年來,膜技術、澄清技術等新技術也迅速發(fā)展,且有很好的應用前景[12]。

4 中藥提取的常見問題

提取按規(guī)?？煞譃樾≡?、中試、工業(yè)化生產,其中中試是小試轉入工業(yè)化生產的過渡性研究工作,對小試工藝能否成功地進入規(guī)?；a至關重要。但因為藥材大小、設備原理不同等原因,提取工藝在逐步放大過程中經常存在以下問題:

4.1 干膏率波動大

不同規(guī)模、不同批次提取物，因藥材產地、采收時間、加工方式、規(guī)格大小、設備原理不同等原因，經常會發(fā)生干膏率有較大差異。如溫胃舒泡騰片中試提取時干膏率最高可達30%，工業(yè)化生產時干膏率最低可至21%。

4.2 目標成分含量波動大

4.2.1 提取物質量不穩(wěn)定 目標成分損失(也可能增加)較多,如水提損失水不溶性成分;或是高溫操作會引起熱敏性目標成分的大量分解。

4.2.2 提取過程目標成分活性變化 酸堿水溶液或有機溶劑有可能與目標成分作用,使其失去原有效用,甚至產生毒性物質,影響臨床的有效性、安全性。

4.2.3 雜質多 提取液中除目標成分外,往往也含有較多雜質成分,如水提液中常含有少量脂溶性成分、非目標成分不能被最大限度地除去,影響提取物中活性成分的純度及其有效性。

4.3 干燥后樣品流動性差,易吸潮

樣品提取放大后因為批量較大,含糖量或含鹽量較高的浸膏,干膏粉常常發(fā)生不易流動、易吸潮等問題。羅毓等[24]報道,以羥丙基甲基纖維素和碳酸氫銨分別為包裹劑與致孔劑,采用流化床共處理后進行干燥,讓制劑輔料提前介入可得到粒徑、流動性和抗張強度均優(yōu)于中藥提取物原粉的復合粒子。

4.4 提取技術、設備相對落后,能耗高

我國目前主流的中藥生產技術與國內外化學藥的生產技術相比差距較大,提取濃縮技術落后于制劑技術,存在著提取工藝粗放、設備自動化程度低等問題，在生產過程以單元操作、人工操作為主的間歇式生產[25]，增加中成藥生產的能耗和人工成本。

4.5 廢渣廢水的再生利用不夠重視,資源浪費

中藥企業(yè)在中藥加工、提取過程中產生大量的廢渣、廢水。廢渣多采用焚燒、填埋的方式處理[26],廢水進行簡單處理、符合環(huán)保要求后排放,不重視廢渣廢水資源的再生利用，存在資源浪費的現象。

5 中藥提取問題的原因分析

中藥提取從小試逐步放大后出現的提取物質量相關問題主要是干膏粉率、目標成分含量波動大,以煎煮法、回流提取法為例探討其影響因素和原因,主要有以下幾點:

5.1 藥材質量的均一性

中藥材因為生長環(huán)境復雜或人為因素等導致質量存在不均一的現象。采用用藥部位非單一的藥材,比如莖葉、根莖或全草都可入藥的藥材,藥材質量均一性相對較差,影響提取放大時的干膏率、含量穩(wěn)定性。如果提取小試、中試與工業(yè)化大生產所用藥材不是同一批號,受藥材質量的影響更大,筆者在項目實施過程中發(fā)現:山香圓葉含片的藥材提取是浸漬法,需選擇浸出物在特定限度以上的山香圓葉提取,后續(xù)制劑工序方可生產出符合質量要求的產品。

5.2 飲片的規(guī)格

理論上,飲片的規(guī)格(包括薄厚、長寬或粒徑不同)越小,比表面積越大,與溶劑的接觸面越大越容易被提取。小試時藥材常被粉碎成粗粉后提取,但中試、工業(yè)化生產時,因采用的提取罐多為下方安有篩網、出料口,所用藥材不宜粉碎過細,否則會影響料液的分離,甚至堵塞提取罐,導致工藝流程不順暢。因此,在進行提取工藝開發(fā)時,飲片規(guī)格的選擇需要同時考慮提取率和工藝的順暢性及可放大性。

5.3 投料順序

中藥復方中各藥材的投料順序不同,在提取罐中所處位置不同,導致受熱傳導或溶劑的滲透力有所差異,也會影響提取率、干膏率。郝鵬彬等[27]研究復方麝香注射液不同的投料順序對α-細辛醚和β-細辛醚含量的影響,分別將石菖蒲置于提取罐的最上層、中上層、中下層和底部;結果顯示,不同的投料順序對α-細辛醚和β-細辛醚的含量有很大的影響,應使石菖蒲位于提取罐上部,以保證其含量穩(wěn)定。

5.4 提取設備

中藥提取小試研究一般選擇不銹鋼鍋、圓底燒瓶等容器,用電熱套或水浴鍋等電器直接加熱,因藥材量少、容器空間及內表面小,提取過程藥材容易流動或翻動,能在短時間內升至提取溫度,并在提取過程中保持受熱均勻;但中試、工業(yè)化生產一般選擇多功能提取罐,在提取罐內外層夾層中通水蒸氣加熱,可以設置上、中、下多個加熱層,因藥材量大、容器空間和內表面大,提取過程藥材基本保持堆積狀態(tài)不容易流動,蒸汽的壓力大小影響沸騰的劇烈程度,熱量分布均一性相對較低,不容易在短時間內升溫到提取溫度,在提取過程藥材的上、中、下層受熱不完全一致。

5.5 提取參數

不論是小試還是中試、工業(yè)化生產,理論上在一定范圍內,提取參數如浸泡時間、提取時間、提取溫度、提取次數與干膏率均為正相關,達到一定程度后再增加則會浪費能耗,需根據目標成分,選擇適宜的工藝參數,且工藝放大后,應對工藝參數進行確認。

5.6 提取溶媒

中藥提取溶媒一般是以“相似相溶”原則選擇合適溶媒,并考慮成本低、毒性小、安全環(huán)保等因素,一般多采用水或不同濃度的乙醇。劉偉民提取決明子時,分別用水及30%、50%、70%、80%、90%乙醇提取時,隨著乙醇濃度的增加,決明子總蒽醌的含量也在增加,當乙醇濃度增加至80%以上,總蒽醌含量的增加幅度趨于穩(wěn)定,變化不大[28]。溶媒種類一樣時,溶媒用量在一定范圍內是溶媒體積越大、提取越多,但增加到了一定體積,溶解能力滿足漏槽條件以上,其溶解能力足以達到完全溶解目標成分時,再增加體積則會浪費溶媒。另在工藝開發(fā)過程中,中試、工業(yè)化生產用的溶媒種類一般與小試一致,但是溶媒的級別可能不同,如小試時多用化學純、分析純,中試、工業(yè)化生產采用藥用級溶媒。

6 減排、集采政策下中藥提取問題的解決措施

從提取小試到中試的過程中,設備原理和飲片規(guī)格等均可能會發(fā)生較大變化,但從中試到工業(yè)化生產的階段中,只要設備原理一致,提取過程則一般不會再發(fā)生太大的變化,故中試放大出現的問題在中試階段應有較好的解決措施,才能使工業(yè)化生產時更順利。關于提取問題的解決措施,除了提取物質量相關問題,還應結合設備、環(huán)保等因素,選擇既能解決產品質量問題,又能提升效率、節(jié)能減排的綠色提取方法。相關解決措施的探討如下:

6.1 提升藥材的質量

6.1.1 固定藥材的來源 按中藥材生產質量管理規(guī)范(GAP)2022年版的要求，應固定藥材的來源，包括固定種子種源、產地，必要時鑒定種子、藥材的基原，確定屬名、種名，避免使用偽品、混淆品，種植基地統一供應種子種苗，在從源頭上保障優(yōu)質中藥材的種植。

6.1.2 規(guī)范化種植 按新版GAP的種植規(guī)范要求，在適生區(qū)種植，應研究種植技術，包括種子種苗標準、種植地的土質、氣候，播種方式是移栽或直播，施肥方法、噴灑農藥的種類、用量、頻次等應符合減排、低毒的生態(tài)環(huán)保要求，優(yōu)選后制定規(guī)范化技術規(guī)程。

6.1.3 采收加工方法及貯藏條件 研究不同采收時期對藥材質量的影響,應根據目標成分含量、指紋圖譜等關鍵質量指標的變化,選擇最佳采收期;研究采收后干燥、凈制、切制等炮制加工方法,以及貯藏條件的影響,兼顧節(jié)能減排引入高效干燥技術以及集約化干燥技術；減少目標成分的損失,確定最佳的加工方法、貯藏條件，避免生態(tài)污染。整個種植、采收加工過程應建立可溯源的質量管理體系，如藥品符合標識“藥材符合GAP要求”，預計在集采時會有加分。

6.2 均一化研究

質量均一、穩(wěn)定是優(yōu)質中藥的重要指標。為降低中藥制劑批間的質量差異,保證其臨床用藥安全有效,應開展均一化研究。參考《中藥均一化研究技術指導原則(試行)》,均一化對象為中藥制劑質量標準“處方”項下的藥味,包括飲片、提取物等;可根據需要對一個或多個批間質量差異較大的處方藥味等進行均一化處理,也可根據品種情況對全部藥味進行均一化處理。均一化指標主要是與中藥制劑關鍵質量屬性相關的指標,如有效成分、指標成分、大類成分的含量、浸出物量、指紋圖譜、生物活性等,最終確定均一化方法、操作技術規(guī)范。

6.3 科學、合理設計批量

批量的逐步放大便于工藝的銜接、問題的排查解決。按《中藥、天然藥物中試研究的技術指導原則》[3]要求,一般情況下,中試研究的投料量為制劑處方量(以制成1 000個制劑單位計算)的10倍以上,裝量大于或等于100 mL的液體制劑應適當擴大中試規(guī)模。參考《化學藥物(原料藥和制劑)穩(wěn)定性研究技術指導原則(修訂)》[29]的要求,對固體口服制劑,中試規(guī)模一般至少是生產規(guī)模的十分之一。為了使后續(xù)大生產更順利,應考慮逐步放大,每次放大應不大于10倍,使中試最大規(guī)模盡量接近、模擬工業(yè)化大生產規(guī)模。另可參考《化學仿制藥注冊批生產規(guī)模的一般性要求(試行)》[30]的要求,如口服制劑的注冊批三批均應至少達到擬定商業(yè)化生產規(guī)模的10%或100 000制劑單位,兩者中選更多的。

6.4 深化工藝研究

關于提取物質量不穩(wěn)定、目標成分變化或是雜質多的問題,在小試階段應進行工藝參數摸索,采用單因素考察或多因素的正交設計[31-32]、響應面算法[33-35]、直接搜索算法[36]、神經網絡[37]與遺傳算法[38-39]等統計學的一種或多種方法相結合進行工藝優(yōu)化、確定關鍵工藝參數,必要時在中試規(guī)模進行工藝優(yōu)化、確定參數的變化對提取結果的影響趨勢,篩選確定提取完全、損失較小、雜質相對較少的最佳工藝參數,然后進行中試或工藝驗證驗證工藝參數及產品質量的穩(wěn)定性。

6.5 結合工業(yè)化生產選擇設備、參數,并努力實現智能制造

從小試開始考慮是否適合中試或工業(yè)化生產、是否節(jié)能減排。中試是小試到大生產中間關鍵的銜接環(huán)節(jié),提取中試時參考小試考察后的優(yōu)選提取方法,結合目標成分的理化性質選擇合適的設備,選擇能在工業(yè)化生產條件可實現的設備、參數,提高中試、工業(yè)化生產的關聯性。

在智能制造方面,提高中藥制藥裝備自動化程度,不僅能有效地控制藥品質量,還能降低生產成本、提高生產效率。中成藥提取-濃縮-干燥過程智能化生產線融合自動化控制技術、過程分析技術、信息化管理技術等,構建中成藥提取自動化、一體化聯動生產線和信息化管理技術,建立單元工藝實時放行控制策略,實現提取、濃縮、純化、干燥和溶劑回收全流程的放行控制[40]。另應參考FDA《連續(xù)制造的質量考慮指導原則》[41]努力實現連續(xù)制造,即由一系列2個或2個以上的單元操作(系統)組成的集成過程,在這一過程中,輸入物料在過程中不斷地被輸入和轉化,加工后的輸出物料不斷地從系統中被移出。

6.6 引進新技術

引進前面所述的現代提取技術,如超臨界流體萃取法、超聲提取法、酶法、膜分離技術,等技術,不但可以提高效率,還能節(jié)能減排。如膜技術的應用,膜分離作為新型化工單元操作,可在溫和、低成本條件下實現物質分子水平的“高效、低耗”分離,已用于分離揮發(fā)油、黃酮、多糖等成分[42];膜技術也可用于廢水處理,可實現膜法“零排放”[43]。

6.7 廢渣廢液的再生利用

廢渣廢液的再生利用是減排的重要措施。據統計,中藥提取每年直接產生廢渣高達數百萬噸,這些廢棄物富含豐富的蛋白質、氨基酸、微量元素以及粗纖維等成分,是一類具有資源量豐富、低成本、可再生利用等特點的廢棄物[44]。目前,除焚燒、堆放或填埋等簡單技術處理中藥固體廢棄物外,還采用了以熱化學轉化、生化轉化為主的新型先進技術,將中藥廢棄物應用于能源、材料、化學品等資源產品的開發(fā)研究[45-47]。另外,提取、純化等工序產生大量的廢水,也有一定的回收利用價值。

7 結語

在當前“雙碳雙減”、中藥“集采”及“中藥標準化”等中藥行業(yè)新形勢下，本文結合新發(fā)布中藥注冊法規(guī)《中藥注冊分類及申報資料要求》《中藥生產工藝、質量標準通用格式和撰寫指南》等的要求，對中藥提取相關的研究內容及干膏率、目標成分含量波動大等行業(yè)共性問題進行總結，并對問題原因進行分析，探討性地提出重視中藥材新版GAP、均一化研究等解決措施。期望企業(yè)重視深入中藥提取的研究，從而實現優(yōu)質中藥、節(jié)能減排的行業(yè)愿景。