从天然药物中提取活性成分的方法有哪些?

从天然药物中提取活性成分的方法有溶剂法、水蒸气蒸馏法和升华法等,后两种方法的应用范围十分有限,大多数情况是采用溶剂提取法。

一、溶剂提取法

溶剂提取法是利用不同物质在特定溶剂中的溶解度差异来提取物质的一种技术,可应用于药物的提取。即根据天然药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,对杂质溶解度小的溶剂,将有效成分从药材组织内溶解出来的一种方法。

1.溶剂的选择

溶剂提取法的关键是选择适当的溶剂,选择的依据遵循“相似相溶”原理,即根据天然药物结构性质选择极性与之相近的溶剂。天然植物药成分中萜类、甾体等脂环类及芳香类化合物极性小,易溶于氯仿、乙醚等亲脂性溶剂中;糖苷、氨基酸等成分则极性较大,易溶于水及含水醇中;而酸性、碱性及两性化合物,因为存在状态(分子或离子形式)随溶液pH不同而异,故溶解度将随pH的改变而改变。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。常见的提取溶剂可分为水、亲水性有机溶剂及亲脂性有机溶剂。

水:一种强极性溶剂,可用以提取天然药物中的亲水性成分,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、生物碱盐及苷类等。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。但用水提取时要注意;①苷类成分用水提易酶解(如黄芩苷);②某些含果胶、黏液质类成分的天然药物,其水提取液常常很难过滤;③含淀粉量多的天然药物,因沸水提取时淀粉被糊化而增加过滤的困难,因此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,加温可以增大中药成分的溶解度外,还可能与其他成分产生“助溶”现象,增加了一些水中溶解度小、亲脂性强的成分的溶解度。

亲水性的有机溶剂:如乙醇(酒精)、甲醇、丙酮等,以乙醇最常用,乙醇对天然药物细胞的穿透能力较强,溶解性能比较好,除蛋白质、黏液质、果胶、淀粉和部分多糖外,大多数亲水性成分都能在乙醇中溶解。一些难溶于水的亲脂性成分,也可以溶解在乙醇中,另外,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。用乙醇提取时间短,溶剂量少,溶解出的水溶性杂质少,且提取液不易发霉变质,溶剂还可回收循环使用。因此,乙醇提取法是最常用的方法之一。

亲脂性的有机溶剂:如石油醚、苯、氯仿、乙醚、乙酸乙酯、二氯乙烷等。这些溶剂的选择性强,亲水性杂质不易被提取出。但由于其挥发性大,多易燃,一般有毒,价格较贵,设备要求较高,且它们渗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。如果药材中含有较多的水分,用这类溶剂就很难浸出其有效成分,因此,大量提取天然药物原料时,直接应用这类溶剂有一定的局限性。

2.提取方法

常用的提取方法有浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流提取法及连续回流提取法等。同时也应考虑原料的粉碎程度、提取时间、提取温度、设备条件等因素对提取效率的影响。

(1)浸渍法:浸渍法系将天然药物粉末或碎块装入容器中,加入适宜的溶剂(如乙醇、烯醇或水),浸渍药材以溶出其中成分的方法。本法简单易行,但浸出率较差,且如用水为溶剂,其提取液易于发霉变质,须加入适当的防腐剂。

(2)渗漉法:渗漉法是将天然药物粉末装在渗漉器中,不断添加新溶剂,使其渗透过药材,自上而下从渗漉器下部流出浸出液的一种浸出方法。当溶剂渗进药粉,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药面上补充新溶剂,使药材中有效成分充分浸出为止,或当渗滴液颜色极浅或渗涌液的体积相当于原药材重的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涌液用作另一批新原料的溶剂。

(3)煎煮法:煎煮法是最早使用的传统浸出方法。所用容器一般为陶瓷、砂罐、铜制或搪瓷器皿,不宜用铁锅,以免药液变色。直火加热时最好时常搅拌,以免局部药材受热太高,容易焦煳。有蒸汽加热设备的药厂,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,瓶内装药材约为容量的2/3,溶剂浸过药材表面约1~2cm。在水浴中加热回流,一般保持沸腾约1 h,放冷过滤,再在药渣中加溶剂,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。

(5)连续提取法:应用挥发性有机溶剂提取天然药物有效成分,不论小型实验或大型生产,均以连续提取法为好,而且需用溶剂量较少,提取成分也较完全。实验室常用脂肪提取器或称索氏提取器。连续提取法一般需数小时才能提取完全,提取成分受热时间较长,遇热不稳定的成分不宜采用此法。

3.生物大分子的提取

蛋白质和酶的提取一般以水溶液为主。稀盐溶液和缓冲液对蛋白质的稳定性好,溶解度大,是提取蛋白质和酶最常用的溶剂。影响生物大分子提取的几个主要因素如下。

(1)盐浓度(即离子强度):离子强度对生物大分子的溶解度有极大的影响,绝大多数蛋白质和酶在低离子强度的溶液中都有较大的溶解度,如在纯水中加入少量中性盐,蛋白质的溶解度比在纯水时大大增加,称为“盐溶”现象。但中性盐的浓度增加至一定时,蛋白质的溶解度又逐渐下降,直至沉淀析出,称为“盐析”现象。所以低盐溶液常用于大多数生化物质的提取,通常使用 0.02~0.05 mol/L缓冲液或 0.09~0.15 mol/L NaCl溶液提取蛋白质和酶。

(2)pH:蛋白质、酶与核酸的溶解度和稳定性与pH有关。过酸、过碱均应尽量避免,一般控制在pH在6~8范围内,提取溶剂的pH应在蛋白质和酶的稳定范围内,通常选择偏离等电点的两侧。碱性蛋白质选在偏酸一侧,酸性蛋白质选在偏碱的一侧,以增加蛋白质的溶解度,提高提取效果。

(3)温度:为防止变性和降解,制备具有活性的蛋白质和酶,提取时一般在0~5℃的低温下操作。但少数对温度耐受力强的蛋白质和酶,可提高温度使杂蛋白变性,有利于提取和下一步的纯化。

(4)防止蛋白酶或核酸酶的降解作用:在提取蛋白质、酶和核酸时,常常受自身存在的蛋白酶或核酸酶的降解作用而导致实验的失败。为防止这一现象的发生,常常采用加入抑制剂或调节提取液的pH、离子强度或极性等方法使这些水解酶失去活性,防止它们对欲提纯的蛋白质、酶及核酸的降解作用。例如在提取DNA时加入EDTA络合DNAase活化所必需的Mg 2+ 

(5)搅拌与氧化:搅拌能促使被提取物的溶解,一般采用温和搅拌为宜,速度太快容易产生大量泡沫,增大了与空气的接触面,会引起酶等物质的变性失活。因为一般蛋白质都含有相当数量的巯基,有些巯基常常是活性部位的必需基团,若提取液中有氧化剂或与空气中的氧气接触过多都会使巯基氧化为分子内或分子间的二硫键,导致酶活性的丧失。在提取液中加入少量巯基乙醇或半胱氨酸以防止巯基氧化。

一些和脂类结合比较牢固或分子中非极性侧链较多的蛋白质和酶难溶于水、稀盐、稀酸、或稀碱,常用不同比例的有机溶剂提取。常用的有机溶剂有乙醇、丙酮、异丙醇、正丁酮等,这些溶剂可以与水互溶或部分互溶,同时具有亲水性和亲脂性,因此常用来提取这类物质。有些蛋白质和酶既溶于稀酸、稀碱,又能溶于含有一定比例的有机溶剂的水溶液中,在这种情况下,采用稀的有机溶液提取常常可以防止水解酶的破坏,并兼有除去杂质提高纯化效果的作用。

二、水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法是向不混溶于水的液体混合物中通入水蒸气,将高沸点或热敏性物质从料液中蒸发出来而提纯有机物的一种方法,适用于有一定挥发性的、能随水蒸气蒸馏的有机成分的提取。

将水蒸气连续通入含有可挥发物质A的混合液中,在达到相平衡时,汽相含有水蒸气和组分A,汽相的总压等于水蒸气分压和组分A分压之和。当汽相总压等于外压时,液体便在远低于组分A的正常沸点的温度下沸腾,组分A随水蒸气蒸出。在水蒸气蒸馏操作中,水蒸气起到载热体和降低沸点的作用。

天然药物中的挥发油,某些小分子生物碱,如麻黄碱、萧碱、槟榔碱,以及某些小分子的酚类物质,如牡丹酚等,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,或将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,遇冷后又凝固为固体化合物,称为升华。天然药物中有一些成分具有升华的性质,故可利用升华法直接将有效成分自天然药物中提取出来。例如樟木中升华的樟脑,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药材有效成分的记述。茶叶中的咖啡因在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、有机酸类成分等,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,但天然药物炭化后,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。

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