中 藥 逆 流 罐 組 提 取

一．前言

隨著我國(guó)中藥制藥工藝的不斷進(jìn)步，原來生藥直接入藥的丸、散、膏、丹等傳統(tǒng)劑型發(fā)生了很大的變化。目前，大量出現(xiàn)的中藥片劑、滴丸、沖劑、口服液、針劑等都是通過中藥的提取濃縮，使有效成份富集，以富集后的提取物為原料加工而成的。因而中藥提取在中藥制藥過程中占有越來越重要的地位，中藥的提取工藝及裝備也在不斷的改進(jìn)中穩(wěn)步發(fā)展。提取工藝由zui初的水缸內(nèi)加蒸汽盤管煎煮逐步發(fā)展到多能提取、動(dòng)態(tài)提取、熱回流提取，逆流提取，超臨界萃取，超聲波提取、微波提取等。

就中藥提取過程而言，zui大限度的提取中藥材中的有效成份，避免有效成份的破壞和流失，杜絕或減少無效成份的溶出，是中藥提取技術(shù)所要解決的首要問題。在充分分析比較現(xiàn)有的中藥提取方法優(yōu)劣的基礎(chǔ)上，利用已有的中藥研究成果和在線檢測(cè)、控制技術(shù)，開發(fā)新一代的中藥提取工藝及裝備，這是擺在我們醫(yī)藥裝備工作者面前的一個(gè)重大任務(wù)。

二．植物性藥材的浸提原理

1、溶劑通過干燥藥材的毛細(xì)管向內(nèi)部滲透浸潤(rùn)階段：

新鮮藥材干燥后，組織內(nèi)部的水分被蒸發(fā)，細(xì)胞逐漸萎縮，細(xì)胞液中的物質(zhì)呈結(jié)晶或無定型狀態(tài)沉淀在細(xì)胞內(nèi)的液泡中和細(xì)胞壁上。并使細(xì)胞內(nèi)形成空洞，充滿了空氣。

對(duì)干燥后的藥材粉碎時(shí)，部分細(xì)胞壁被破壞，其中所含的成分可直接被溶媒浸出，轉(zhuǎn)入浸出液中。另外大部分細(xì)胞壁是完整的，在與溶媒接觸時(shí)，被溶媒濕潤(rùn)，溶媒通過毛細(xì)管滲透到細(xì)胞中。

2、細(xì)胞內(nèi)部的可溶性物質(zhì)的解吸、溶解階段：

溶媒通過藥材的毛細(xì)管和細(xì)胞的間隙進(jìn)入到細(xì)胞組織后，溶媒克服細(xì)胞中各種成分之間的親和力（解吸）并使各種成分轉(zhuǎn)入到溶媒中（溶解）。

3、擴(kuò)散階段：

當(dāng)溶媒在細(xì)胞中溶解大量可溶性物質(zhì)后，細(xì)胞內(nèi)的溶液濃度增高，使細(xì)胞內(nèi)、外出現(xiàn)濃度差和滲透壓差。因?yàn)樗幉牡募?xì)胞壁為透性膜（植物細(xì)胞的原生質(zhì)膜是半透膜，藥材被干燥過程中細(xì)胞死亡，原生質(zhì)被破壞，半透膜消失而成為透性膜），在濃度差的推動(dòng)下，細(xì)胞內(nèi)的高濃度溶液不斷通過細(xì)胞壁向細(xì)胞外低濃度方向擴(kuò)散；而溶媒為稀溶液，在滲透壓的作用下不斷進(jìn)入細(xì)胞，以平衡其滲透壓。這就是擴(kuò)散過程。

擴(kuò)散過程可以用擴(kuò)散公式來描述：

式中：dt：擴(kuò)散時(shí)間；

      ds：在dt時(shí)間內(nèi)物質(zhì)的擴(kuò)散量；

      F：擴(kuò)散面積。代表藥材的粉碎度；

      D：擴(kuò)散系數(shù)。其數(shù)值隨藥材而變化；

  “-”表示擴(kuò)散趨向平衡時(shí)濃度降低。

上式中的D可由試驗(yàn)按下式求得：

式中：R：氣體常數(shù)；

T：溫度；

N：阿伏加德羅常數(shù)；

γ：擴(kuò)散分子的半徑；

η：藥液黏度。

這種擴(kuò)散需要通過藥材組織這道屏障，而通過藥材組織這道屏障是借助毛細(xì)管的引力，使細(xì)胞內(nèi)高濃度藥液進(jìn)入藥材組織的毛細(xì)管而與外部溝通，不斷向外部擴(kuò)散。攪拌及流動(dòng)性溶媒浸出的方法之所以能提高浸出效果與浸出速度的原因，不僅由于提高了濃度差，還在于藥材組織的毛細(xì)管外端的溶媒處于不斷移動(dòng)的狀態(tài)，使毛細(xì)管內(nèi)端壓力保持大于毛細(xì)管外端壓力，從而使藥材內(nèi)部的浸提液不斷通過毛細(xì)管流到溶媒中去。

當(dāng)這種擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，溶液的濃度即為平衡濃度。此時(shí)溶液濃度等于藥材內(nèi)部液體的濃度，此時(shí)該階段的提取過程結(jié)束?？傊?，浸提過程是由浸潤(rùn)、滲透、解吸、溶解、擴(kuò)散、置換等幾個(gè)相互的作用綜合組成的。

三．影響浸提的主要因素：

1．藥材的粒度

藥材粉碎的愈細(xì)，與溶媒的接觸面積愈大，擴(kuò)散面積F愈大，故擴(kuò)散速度愈快；藥材粉碎的愈細(xì)，分子擴(kuò)散的路徑愈短，散速度亦愈快，浸出效果愈好。但對(duì)于植物藥材并不是粉碎的愈細(xì)愈好，這是因?yàn)椋?/span>

① 藥材過細(xì)時(shí)，雖能提高其浸出效果，但吸附作用亦增加，因而使擴(kuò)散速度受到影響。故藥材的粉碎要視藥材的性質(zhì)和所采用的溶媒而定。如以水為溶媒時(shí)，藥材易于膨脹，藥材可以粉碎的粗些；酒精對(duì)藥材膨脹的作用小，藥材應(yīng)粉碎的細(xì)一些；疏松的藥材可以粉碎的粗些；堅(jiān)硬的藥材可以粉碎的細(xì)些。

②粉碎的過細(xì)，將使藥材的細(xì)胞壁大量破裂，使細(xì)胞內(nèi)大量不溶物及較多的樹脂、黏液質(zhì)等混入或浸出，使浸出雜質(zhì)增加、黏度增大、擴(kuò)散作用緩慢、過濾困難、產(chǎn)品渾濁。

③易于堵塞，操作困難。

2．浸提溫度

溫度提高能使植物性藥材組織軟化，促進(jìn)膨脹，增加可溶性成分的溶解和擴(kuò)散速度，促進(jìn)有效成分的浸出；并可以使細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)凝固、酶被破壞，有利于浸出和制劑的穩(wěn)定性。

溫度提高能使藥材中某些不耐熱成分和易揮發(fā)性成分分解、變質(zhì)或揮發(fā)散失；有些藥材在高溫浸提后，放冷時(shí)由于膠體凝聚等原因又出現(xiàn)沉淀；另外高溫也可使一些無效成分被浸提出來，影響制劑質(zhì)量。

3．浸提時(shí)間

一般說來，浸提時(shí)間與浸提量成正比，時(shí)間愈長(zhǎng)，擴(kuò)散值愈大，愈有利于浸提。當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到平衡后，時(shí)間即不起作用。另外時(shí)間過長(zhǎng)，往往導(dǎo)致大量雜質(zhì)溶出、一些有效成分如皂甙類等易被在一起的酶所分解。

4．濃度差

因?yàn)闈舛炔钍羌?xì)胞內(nèi)外濃度相平衡過程的擴(kuò)散作用的主要?jiǎng)恿?，所以增加濃度差能增加擴(kuò)散速度，使擴(kuò)散物質(zhì)的量增多。浸提過程的攪拌、經(jīng)常更換新的溶媒，就是為了加大擴(kuò)散層中有效成分的濃度差。

5．PH值

溶媒的PH值與浸提的效果密切相關(guān)，在浸提過程中往往需要調(diào)整PH值，以利于某些成分的提取，如用酸性溶媒提取生物堿、用堿性溶媒提取皂甙等。

四．關(guān)于浸取率的計(jì)算：

考慮藥材中可溶性成份浸取率的條件是：

1、溶媒的加入量足夠多，確保溶質(zhì)能夠全部溶解在溶媒中，即溶液為非飽和溶液；

2．溶液的濃度達(dá)到平衡濃度，即在單位時(shí)間內(nèi)藥材的可溶性成份從藥材中擴(kuò)散到溶液中的量等于從溶液中擴(kuò)散到藥材中的量，此時(shí)可排出的提取液的濃度等于藥材吸入的提取液的濃度。

在上述條件下，提取率與排出的提取液量和藥材中含有的提取液量有關(guān)，現(xiàn)討論如下：

對(duì)于分次提取

設(shè)：藥材中所含提取液量為1，加入的溶媒量為藥材中的含液量的M倍，則排出的提取液量為藥材中所含提取液量的M-1倍。  

根據(jù)上式、不難得到如下結(jié)論： 

1．增加分次提取的提取次數(shù)n、可以提高提取率；

2．增加溶媒的加入量（也就是加大M）、可以提高提取率；

溶媒加入量和提取次數(shù)的確定：根據(jù)前述的提取率計(jì)算方法,可得下圖： 從圖中可以看出，增加溶媒量或浸出次數(shù)，雖然可以提高提取率，但隨著溶媒用量的加大或提取次數(shù)的增多，會(huì)使提取液量增大，隨后的蒸發(fā)濃縮時(shí)的能量消耗也隨之增大，所以現(xiàn)在對(duì)植物類中藥提取一般都是提取2次，個(gè)別情況提取3次，溶媒用量為干燥中藥材重量8~10倍（初次加10倍重量的溶媒，以后各次加8倍重量的溶媒），由于干藥材的吸水率約在200%（植物類藥材），即存留在藥材中的溶液為2倍藥材重量，可收集的提取液為（10-2）=8倍的藥材重量，M=（10÷2）=5，二次提取率為96%。

五．中藥提取的現(xiàn)狀

目前，在我國(guó)中藥提取應(yīng)用較多的是熱回流提取和多能提取。

熱回流提取：在單個(gè)多能提取罐和單效濃縮機(jī)組中進(jìn)行。提取過程為：從提取罐的底部將提取液引到單效濃縮器進(jìn)行濃縮，濃縮液存于單效蒸發(fā)室中，單效的汁汽進(jìn)入提取罐，作為提取熱源使用，提取罐產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)冷凝后再回到提取罐，作為新溶媒使用，如此循環(huán)，直致提取液無色時(shí)為止。此種工藝存在的主要問題是藥材受熱時(shí)間過長(zhǎng)，不適用于熱敏性藥材的提取。其次這種高溫、長(zhǎng)時(shí)間的提取將導(dǎo)致藥材中淀粉的過分裂解、糊化，使大量非有效成分的溶出，不僅使提取液的澄明度降低，同時(shí)大量淀粉的溶出為下一步的濃縮、醇沉等工序的操作帶來困難。另外，為適應(yīng)有機(jī)溶媒提取，則機(jī)組只能配備單效濃縮器（如采用多效濃縮器，因汁汽將進(jìn)入多效蒸發(fā)器的殼程而造成有機(jī)溶媒的污染）；由于單效汁汽須作提取的熱源使用，故常壓提取時(shí)，單效也只能在常壓下濃縮（因負(fù)壓濃縮的因而，雖然單效汁汽得以利用，但其節(jié)能性仍然偏低。

動(dòng)態(tài)提?。涸趩喂拗羞M(jìn)行，將藥材預(yù)加工成2—5mm左右的顆粒，加入10倍量的溶媒，在攪拌狀態(tài)下提取，藥渣經(jīng)離心機(jī)分離，由于藥渣中合液量很少，一般經(jīng)過一次提取即相當(dāng)于分次提取的2~3次提取，因而提取效率較高。但由于藥材的前處理及離心分離工序復(fù)雜，成本偏高，故制藥廠家采用不多，多數(shù)廠家是在原來的多能提取的基礎(chǔ)上，增加了液體攪拌功能，進(jìn)行分次提取。因而溶媒耗量、提取次數(shù)與提取率之間的矛盾及提取溫度偏高的缺陷等依然存在。

六．關(guān)于逆流罐組提取

針對(duì)分次提取時(shí)的提取率與濃縮時(shí)能耗之間的矛盾，人們?cè)O(shè)想：把若干個(gè)提取罐首尾相連，組成一個(gè)串聯(lián)提取罐組，各罐中的藥材依次是新裝藥材，經(jīng)1次提取的藥材，經(jīng)2次提取的藥材、……、經(jīng)n次提取的藥材，將新鮮的溶媒加入到zui后的（裝有n次提取藥材的）罐中，其它各罐依次裝有從下一級(jí)罐中轉(zhuǎn)移過來的提取液進(jìn)行提取，zui終提取液從zui前面的罐中排出，然后，zui后的提取罐排出藥渣并裝入新藥，變成zui前的提取罐，如此環(huán)循提取，由此，產(chǎn)生了一種新型的提取工藝，即逆流罐組提取工藝。其流程如下圖所示

上圖中的符號(hào)代表的意義如下；

c：新加入的溶媒中含有中藥可溶性成份的量，c=0

x：zui終排出的藥渣中含有中藥可溶性成份的量；

t₁、t₂……t_n分另代表罐1、罐2、……、罐n排出的提取液中的含中藥可溶性成份的量；

y₀:罐n中新加入的藥材中含有可溶性成份的量；

y₁、y₂、……、y_n-1分別代表罐n-1、罐n-2、…、罐1中的藥渣中的含可溶性成份的量；

通過對(duì)各罐的可溶性物質(zhì)的衡算，可以計(jì)算出逆流罐組提取的提取率E_z。其前提條件是提取液應(yīng)為非飽和（可溶性物質(zhì)全部溶解）的平衡（藥渣中溶液濃度與可排出的提取液濃度相同）溶液。

如果令各罐排出的提取液量與藥材中含有的提取液量之比為α時(shí)，對(duì)各罐進(jìn)行物料衡算：因?yàn)樘崛∏八幵械奶崛∫汉械目扇苄猿煞莸牧渴上录?jí)罐轉(zhuǎn)移過來的提取液中所含有的可溶性成分的量=提取后藥渣中的提取液含有的可溶性成份的量+排出的提取液（向上級(jí)罐轉(zhuǎn)移）中含有的可溶性成份的量

參照上圖：第1罐：y_n－1+c=x+t₁

                ∵t₁= α.x

                ∴y_n－1=x+α.x=x（1+α）

          第2罐：t₂=αy_n－1=α.x（1+α）=x（α+α² ）

                  y_n－2+t₁=y_n－1+t₂

                 y_n－2=x（1+α）+x（α+α²）－αx

                  =x（1+α+α²）

         第3罐t₃=α.y_n－2= α.x（1+α+α² ）=x（α+α²+α³ ）

                 y_n—3+t₂=y_n—2+t₃

y_n—3=x（1+α+α² ）+x（α+α²+α³ ）－x（α+α² ）

 =x（1+α+α²+α³ ）

┊

第n罐：t_n=x（α+α+ ……+αⁿ ）

      y₀=x（1+α+α²+……+αⁿ ）  

現(xiàn)以由5個(gè)提取罐組成的逆流提取罐組為例，與分次提取作以比較：取α=4，相當(dāng)于分次提取時(shí)M=5

計(jì)算結(jié)果表明,分次提取需要進(jìn)行4.5次提取才能達(dá)到逆流罐組的提取率,也就是說,分次提取液量是逆流罐組提取液量的4.5倍,因而從節(jié)省溶媒和濃縮時(shí)的能耗方面,逆流罐組提取的優(yōu)勢(shì)是十分明顯的。

七．逆流罐組提取工藝流程的確定：（以由5個(gè)操單元組成的罐組為例）

根據(jù)逆流罐組提取的原理，我們可以確定其提取過程中，提取液轉(zhuǎn)移的流程，如下頁(yè)罐組轉(zhuǎn)移過程示意圖所示：

             罐組轉(zhuǎn)移過程示意圖

在圖中，提取液轉(zhuǎn)移的原則是：加新藥經(jīng)過1次提取的提取液（其濃度zui高）作為zui終提取液排出，其余提取液按其濃度依次向?qū)?yīng)濃度（指藥渣中所含液體的濃度）的提取罐轉(zhuǎn)移。

在制訂其工藝流程時(shí)，應(yīng)考慮：

1．每個(gè)提取罐均配備一個(gè) 100L容積的中間儲(chǔ)罐，這樣可以使各罐的提取液同步轉(zhuǎn)移，縮短轉(zhuǎn)移時(shí)間；    

2．進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆鬯?，以加快浸出速度，在粉碎時(shí)藥材如產(chǎn)生細(xì)粉，可以用紗布包起后隨藥材一同提取，這樣即可避免藥材資源的浪費(fèi)，又可避免細(xì)粉造成的濾網(wǎng)堵塞、糊化等弊端；

3．取時(shí)應(yīng)通過提取液轉(zhuǎn)移泵使液體在提取罐中循環(huán)流動(dòng)，起到攪拌作用。為避免濾網(wǎng)的堵塞，這種循環(huán)流動(dòng)應(yīng)通過一個(gè)流向切挨閥使其流動(dòng)方向交替改變，流向切挨閥的工作原理與二位四通液壓換向伐的原理是一致的。伐芯的換位（施轉(zhuǎn)或滑動(dòng)）可通過氣動(dòng)執(zhí)行原件實(shí)現(xiàn)；

4．溫度的確定：因?yàn)橐话闱闆r下，熱敏性物料的變性溫度多在75℃左右，故提取溫度應(yīng)控制在60~70℃為宜；

1．溶媒的用量一般為10倍干藥材的量。

逆流罐組提取的工藝流程見下圖：