霧化提取技術(shù)介紹
我國古代醫(yī)籍中就有用水煎煮、酒浸漬提取藥材的記載。50年代，全國興起的中藥劑型改革高潮中，基本上是使用煎煮法、浸漬法、回流法、滲漉法等浸提方法制備合劑或口服液。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在多學(xué)科互相滲透對(duì)浸提原理及過程深入研究的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了浸提新方法新技術(shù)，如半仿生提取法、超聲提取法、超臨界流體萃取法、旋流提取法、加壓逆流提取法、酶法提取等，但都因?yàn)橥顿Y大，維護(hù)成本高等種種原因沒有在工業(yè)化生產(chǎn)中廣泛普及。近20年來，工業(yè)化生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的仍然是傳統(tǒng)提取方法，以熱回流提取方法zui為普遍，但煎煮回流法普遍存在生產(chǎn)效率低，能耗高，浸出率低，溶媒用量大的缺點(diǎn)。我公司自主開發(fā)的霧化提取技術(shù)，通過將原料液霧化，使得生產(chǎn)過程動(dòng)態(tài)連續(xù)化，生產(chǎn)效率提高數(shù)倍。霧化改善了物料與溶媒間的傳質(zhì)過程，降低了傳質(zhì)條件限制，使能源消耗、溶劑消耗大大節(jié)省，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)提高有效成分浸出率，充分利用原料藥材，增加收益，未來還可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制。目前已成功運(yùn)用到了生產(chǎn)上，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，具備廣闊的推廣前景。
1.霧化提取原理理論
提取過程是將溶媒送入植物細(xì)胞壁內(nèi)，促使原生質(zhì)中的各種生化成分溶解到溶媒之中，以擴(kuò)散出細(xì)胞外的一個(gè)復(fù)雜過程。需要經(jīng)過三個(gè)階段：
- 浸潤、滲透階段 新鮮藥材的細(xì)胞液中含有多種可溶性物質(zhì)或不溶性性物質(zhì)。而干燥后，組織內(nèi)的水分被蒸發(fā)，細(xì)胞干癟萎縮，細(xì)胞中的物質(zhì)呈結(jié)晶或無定型沉淀于細(xì)胞中，從而使細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)空洞，充滿空氣。在粉碎過程中雖有個(gè)別細(xì)胞壁遭到破壞，但大部分細(xì)胞仍保持完整狀態(tài)。當(dāng)與溶劑接觸時(shí)，先是濕潤藥粉顆粒表面，后通過細(xì)胞間隙和毛細(xì)管進(jìn)入顆粒內(nèi)部，再通過細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，此為浸潤、滲透。這個(gè)過程的完成取決于溶劑和藥材的性質(zhì)及二者之間的界面情況。一般非極性溶劑不易浸潤到含大量水分（如新鮮藥材）的中藥粉末中去；極性溶劑不易浸潤到富含油脂的中藥粉末中去，這些藥材應(yīng)先用笨、石油醚等進(jìn)行脫脂，或榨去油脂，再進(jìn)行適宜溶劑提取。霧化提取時(shí)，原料先做預(yù)處理，藥材粉碎成細(xì)小顆粒，與適量溶媒混合，配合低速攪拌，排除藥材粉末中殘留的空氣，能使溶劑充分浸潤藥材粉末，滲透到細(xì)胞內(nèi)。
- 解吸、溶解階段 溶劑進(jìn)入細(xì)胞之后，先必須克服細(xì)胞中各成分之間的親和力，以使各種成分向溶劑中轉(zhuǎn)移，這種作用為解吸作用。所以要選用具有解吸作用的溶劑（如乙醇或在溶劑中加入適量的酸堿甘油或表面活性劑以助解吸），使其可溶性成分按溶解度的大小向溶劑中溶解，以增加化學(xué)成分的溶解作用。
- 擴(kuò)散、置換階段 當(dāng)溶劑在細(xì)胞中溶解了大量的可溶性物質(zhì)后，細(xì)胞內(nèi)溶液濃度和滲透壓不斷增加，使細(xì)胞內(nèi)外出現(xiàn)一定的濃度差和滲透壓差，由于濃度差的關(guān)系，細(xì)胞內(nèi)高濃度的溶液不斷地向低濃度方向擴(kuò)散；又由于滲透壓的作用，溶液又不斷進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，以平衡其滲透壓，這是擴(kuò)散階段，它是提取的動(dòng)力?？梢姡惶崛〉母邼舛任镔|(zhì)要達(dá)到周圍低濃度的溶劑中去，首先必須通過藥材組織這個(gè)障欄，一般是借助于毛細(xì)管引力，使內(nèi)部提出的高濃度藥液進(jìn)入藥材組織的毛細(xì)管，而與外界溝通不斷地向粉末顆粒外部擴(kuò)散。這時(shí)進(jìn)行攪拌或促使溶劑流動(dòng)，可提高浸出效果和速度，使組織毛細(xì)管外端的溶劑處于不斷移動(dòng)狀態(tài)，使毛細(xì)管的內(nèi)端壓力大于外部壓力，從而使藥材內(nèi)部的提取液不斷通過毛細(xì)管流到溶劑中去，以形成虹吸作用，將細(xì)胞中物質(zhì)置換出來。霧化提取正是在這個(gè)階段發(fā)揮作用，原料液被霧化器霧化成極細(xì)小的霧滴后，比表面積呈幾何倍數(shù)增加，與溶媒充分接觸，在霧化沖力的輔助下，克服藥材組織的阻礙，瞬間將細(xì)胞內(nèi)的高濃度溶液釋放到溶媒中，完成提取過程。
霧化器還會(huì)產(chǎn)生渦流效應(yīng)，在局部內(nèi)產(chǎn)生高速攪拌的效果，加速傳質(zhì)。再配合溶媒逆流，既可使霧滴在逆流梯度中不斷運(yùn)動(dòng)，持續(xù)置換過程，又可充分利用溶媒的溶解度，達(dá)到節(jié)省溶媒使用量的效果，當(dāng)霧滴運(yùn)動(dòng)至提取罐底部時(shí)，細(xì)胞內(nèi)部的絕大多數(shù)目標(biāo)成分已被置換出來。
霧化提取在25℃下就能有正常的提取效果，幾乎不需要額外的熱量補(bǔ)充，這是傳統(tǒng)熱回流工藝不能比擬的。
2.霧化萃取原理理論
萃取原理
當(dāng)含有生化物質(zhì)的溶液與互不相溶的第二相接觸時(shí)，生化物質(zhì)傾向于在兩相之間進(jìn)行分配，當(dāng)條件選擇得其當(dāng)時(shí)，所需提取的生化物質(zhì)就會(huì)有選擇性地發(fā)生轉(zhuǎn)移，集中到一相中，而原來溶液中所混用的其他雜質(zhì)分配在另一相中，這樣就能達(dá)到某種程度的提純和濃縮。
噴霧萃取原理
將原料液通過霧化器霧化成極細(xì)小的霧滴，將料液的表面積增大10000倍，與萃取相接觸后，在數(shù)秒內(nèi)完成萃取過程，達(dá)到萃取平衡。霧化自身產(chǎn)生沖擊力與渦流效應(yīng)還可起到攪拌的效果，輔助萃取操作。噴霧萃取流程可實(shí)現(xiàn)單級(jí)萃取也可實(shí)現(xiàn)多級(jí)錯(cuò)流、逆流萃取，反萃取。
萃取過程的理論基礎(chǔ)
有機(jī)溶劑萃取又稱為溶劑萃取，利用樣品中不同組分分配在兩種互不兼容的溶劑中的溶解度或分配比不同來達(dá)到分離、提取、或純化的目的。
液液萃取是以分配定律為基礎(chǔ)
分配定律：一定T、P下，溶質(zhì)在兩個(gè)互不兼容的溶劑中分配，平衡時(shí)，如果其在兩相中的相對(duì)分子質(zhì)量相等，溶質(zhì)在兩相中平衡濃度之比為常數(shù)。
在常溫常壓下K為常數(shù)；應(yīng)用前提條件
- 稀溶液
- 溶質(zhì)對(duì)溶劑互溶沒有影響
- 必須是同一份子類型，不發(fā)生締合或離解
萃取步驟及方式
工業(yè)上噴霧萃取操作通常包括四個(gè)步驟：
料液霧化—混合萃取—分離—溶劑回收
因而工業(yè)萃取的流程中須有霧化裝置，混合器（如萃取柱），分離器（如碟片式離心機(jī)）和溶劑回收裝置（如蒸餾塔）
一般萃取過程很快，可在數(shù)秒內(nèi)達(dá)到萃取平衡。
萃取操作流程可分為單級(jí)萃取和多級(jí)萃取。
有機(jī)溶劑萃取的影響因素
- 影響萃取操作的因素
pH、溫度、鹽析
pH值的影響
pH對(duì)表觀分配系數(shù)的影響
pH低有利于酸性物質(zhì)分配在有機(jī)相，堿性物質(zhì)分配在水相
對(duì)弱酸隨pH降低K升高
對(duì)弱堿隨pH降低K降低
溫度的影響
*T升高，分子擴(kuò)散速度加快，故萃取速度加快
*T影響分配系數(shù)
- 物質(zhì)—T升高水中的溶解度增加
所以萃取時(shí)T降低使K升高
- T影響弱酸、弱堿的解離平衡
*T影響兩溶劑的互溶度影響
一般生化物質(zhì)的萃取在室溫或較低溫度下進(jìn)行
鹽析
無機(jī)鹽的作用：
生化物質(zhì)在水中溶解度降低，有利于溶質(zhì)向有機(jī)相中分配。
- 有機(jī)溶劑的選擇
*根據(jù)相似相溶的原理，選擇與目標(biāo)產(chǎn)物極性相近的有機(jī)溶劑為萃取劑，可以得到較大的分配系數(shù)；
*有機(jī)溶劑與水不互溶，與水有較大的密度差，黏度小，表面張力適中，相分散和相分離容易；
*應(yīng)當(dāng)價(jià)廉易得，容易回收，毒性低，腐蝕性小，不與目標(biāo)產(chǎn)物反應(yīng)。
常用于生化萃取的有機(jī)溶劑有丁醇、丁酯、乙酸乙酯、乙酸戊酯等。
- 乳化和去乳化
*乳化：水或有機(jī)溶劑一微小液滴分散在有機(jī)相或水相中的現(xiàn)象。
這樣形成的分散體系稱乳濁液。
*乳化帶來的問題：有機(jī)相和水相分相困難，出現(xiàn)夾帶，收率低，純度低。
發(fā)酵液乳化的原因：
- 蛋白質(zhì)的存在，起到表面活性劑
- 固體粉末對(duì)界面的穩(wěn)定作用
乳濁液的破壞措施
物理法：過濾，離心沉降，加熱，吸附，稀釋
*轉(zhuǎn)型法
加入一種乳化劑：
水包油型，加入親油性表面活性劑
油包水型，加入親水性表面活性劑（十二烷酸笨磺酸鈉）
*頂替法
加入一種乳化劑，將原先的乳化劑從界面頂替出來：
形成的乳濁液類型與原來的一致
它本身的表面活性》原來的表面活性
不能形成堅(jiān)固的保護(hù)膜
3.噴霧醇沉原理
利用中藥部分有效成分既溶于醇又溶于水的性質(zhì)，采用醇水液沉淀部分不溶于乙醇的無效組分如多糖，蛋白等，達(dá)到精制成品，調(diào)高制劑成品質(zhì)量的目的。
基本步驟
將待制的中藥濃縮液霧化成液體，與一定醇度倍量的乙醇接觸醇沉靜置，除去料液中的醇不溶物，再回收乙醇并加水稀釋至規(guī)定濃度，過濾后灌封滅菌。
醇量計(jì)算公式
C1濃乙醇濃度（體積分?jǐn)?shù)），V需要加入的濃乙醇體積；
C2混合液乙醇濃度（體積分?jǐn)?shù)），X中藥提取液的體積
令a= W水V藥液=（W藥液-W干固物） V藥液 （1）
取一定體積濃縮液（v），蒸干后測(cè)定干燥失重求得水的質(zhì)量，即可求得a
浸膏中所含水的體積：V水= W水D水= a V藥液D水
由于D水=1，所以V水= a V藥液 （2）
實(shí)際加醇量Vt = C2 V水 (C2- C1)
= a C2 V藥液 (C2- C1)
= a V （3）
大生產(chǎn)中，量取提取液體積不方便，可用計(jì)算轉(zhuǎn)化為重量，
將V藥液=W藥液 D藥液， 帶入（3），得
Vt =a C2 W藥液[(C2- C1) D藥液]
另一方面，按照加入錯(cuò)誤的計(jì)算量的乙醇，實(shí)際上溶液的含醇量
霧化醇沉工藝的影響因素
目前很多工藝規(guī)定了加醇至某一特定含醇量，看似統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上仍有很多因素會(huì)影響沉淀過程。如果藥液濃縮程度不同，雖然溶質(zhì)（提取物）的量相等，但含溶劑（水）量差別很大，即使按正確的加醇量，達(dá)到含醇濃度相同，但不同藥液中乙醇水混合溶劑的體積不同，提取物溶解的情況不同，導(dǎo)致醇沉工藝無法一致。
另一方面，如果加入的高濃度乙醇的濃度不同，如95%乙醇或回收的80%乙醇，對(duì)同樣的濃縮液，達(dá)到體系中相同的醇含量，zui終的溶液中乙醇水混合溶劑體積也不同，無法保持醇沉工藝的統(tǒng)一。
當(dāng)保持藥液濃縮程度，加入醇濃度一致，按照正確的計(jì)算方法調(diào)節(jié)醇進(jìn)入流速，才可以保證達(dá)到準(zhǔn)確的乙醇含量。
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