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第四章 浸提、分离、精制、浓缩与干燥
一、浸提
1. 浸出过程
① 浸润与渗透:所用溶剂、药材性质
② 解析与溶解:“相似相溶”
③ 扩散:
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2. 影响因素
药材粒度 |
药材粒度愈细,对浸出愈有利。但实际生产中药材粒度不宜太细,因:①过细的粉末对药液和成分的吸附量增加,造成有效成分的损失;②大量组织细胞破裂,浸出的高分子杂质增加;③药材粒度过细则提取液分离操作困难。 |
药材成分 |
有效成分多为小分子化合物(相对分子质量<1000),扩散较快,在最初的浸出液中占比例高,随着扩散的进行,高分子杂质溶出逐渐增多。因此,浸提次数不宜过多,一般2~3次即可将小分子有效物质浸出完全。 |
浸提温度 |
提高温度可加速成分的解吸、溶解和扩散,有利于浸出。但温度过高,热敏性成分易降解、高分子杂质浸出增加。 |
浸提时间 |
浸提过程的完成需要一定的时间。当有效成分扩散达到平衡时,该浸提过程即已完成。长时间浸提,高分子杂质浸出增加,并易导致已浸出有效成分的降解。因此,有效成分扩散达到平衡时应停止浸提,分出浸提液,更换新的溶剂。 |
浓度梯度 |
是浸提扩散的动力。不断搅拌、更换新溶剂,或强制循环浸出液,采用动态提取、连续逆流提取等均可增大浓度梯度,提高浸出效率。 |
溶剂用量 |
溶剂用量大,利于有效成分扩散,但用量过大,则后续浓缩等工作量增加。 |
溶剂pH |
酸性溶剂提取生物碱,用碱性溶剂提取酸性皂苷等。 |
浸提压力 |
加压浸提可加速质地坚实药材的润湿和渗透,缩短浸提时间。加压还可使部分细胞壁破裂,亦有利于浸出成分的扩散。但浸润渗透过程完成后或对于质地疏松的药材,加压的影响不大。 |
新技术应用 |
超临界流体提取、超声波提取、微波加热提取 |
3. 常用浸提溶剂(水、醇等)与浸提辅助剂(酸、碱)
酸 |
加酸可促进生物碱的浸出,也可使某些以钙盐形式存在于植物中的有机酸游离,便于浸提。 |
常用硫酸、盐酸、醋酸、酒石酸、枸橼酸等。用量不宜过多,一般浓度为0.1%~1%。应注意对设备、管道的腐蚀,及时清洗。 |
碱 |
加碱可增加偏酸性有效成分的溶解度和稳定性,如用稀氨水浸提甘草中的甘草酸、用稀碳酸氢钠水溶液浸提土槿皮中的土槿皮酸。 |
同样应注意其腐蚀性,及时清洗。应用最多的是氨水。 |
水 |
极性溶剂,安全价廉,溶解范围较广。缺点是浸出选择性差,可浸出大量杂质,浸提液滤过、纯化困难,易霉变,也能引起某些有效成分的水解。 |
生物碱盐类、苷类、多糖、氨基酸、微量元素、酶等有效成分,以及鞣质、蛋白质、树胶、果胶、黏液质、色素、淀粉等,均可被水浸出。 |
乙醇 |
既可溶解极性成分,也能溶解亲脂性成分。适当浓度的乙醇可减少水溶性杂质的浸出。 |
90%乙醇适于浸提挥发油、树脂、叶绿素等; 70%-90%乙醇适于浸提香豆素、内酯、某些苷元等; 50%-70%乙醇适于浸提生物碱、苷类等; 50%以下也可浸提一些极性较大的黄酮类、生物碱及其盐等; 含量达40%时,能延缓酯类、苷类等成分的水解,增加制剂的稳定性; 20%以上乙醇具有防腐作用。 |
其它 |
①丙酮可与水以任意比例混溶,常用于新鲜动物药材的脱脂或脱水; ②氯仿、乙醚、苯、石油醚等非极性溶剂,可用于挥发油、亲脂性物质的浸提、分离,或用于脱脂。也可在纯化精制时应用。 |
4. 常用浸提方法
超临界流体提取法:
超临界流体提取法系指利用超临界流体提取药材有效成分的方法。
超临界流体系指处于临界温度(Tc)与临界压力(Pc)以上的流体。超临界流体既具有类似气体低黏度、高扩散系数,又具有接近于液体的高密度和良好的溶解能力。CO2是最常用的超临界流体。
该法的优点:①无溶剂残留,提取速度快,效率高;②提取温度低,无氧,药材成分不易分解;③可选择性地提取药材中的成分;④工艺简单,溶剂可以循环利用。尤适于热敏性、易氧化的有效成分的提取。适于提取亲脂性、相对分子质量较低的物质。
其它方法:
单渗漉法的操作:
①粉碎:常用药材粗粉、最粗粉或薄片;
②润湿:药材在填装前应先以浸提溶剂润湿,避免填装后因膨胀造成的渗漉器堵塞;
③填装:渗漉器底部装假底并铺垫适宜滤材,将已润湿的药材分层均匀装入,松紧一致;
④加液、排气:从上部添加溶剂,同时打开下部渗漉液出口排除空气;
⑤浸渍:添加溶剂后应浸渍放置一定时间(24-48h),使溶剂充分渗透扩散;
⑥渗漉:渗漉速度应符合各品种项下的规定。一般慢漉为每1kg药材每分钟流出1~3ml漉液,快漉为3~5ml。
二、分离与精制
1. 常用分离方法
① 沉降分离法:适于团体物杂质含量高的水提液或水提醇沉(醇提水沉)液的粗分离,简便易行。
但耗时长、沉淀物吸附有效成分较多。对料液中固体杂质含量少、粒子细而轻、料液易腐败变质者不宜使用。
为加速沉降可采取降温或加用澄清剂。
② 离心分离法:对于含不溶性微粒的粒径很小或者黏度很大的滤浆的分离,或者两种密度不同且不相混溶的液体的分离可以考虑。
③ 滤过分离法
2. 常用精制方法
水提醇沉法 (水醇法) |
中药水提液浓缩至每毫升相当于药材1-2g。冷却后,边搅拌边缓慢加入乙醇 | ||||||
药液浓缩的程度 |
过稀,需醇量大,浪费;过浓醇沉时会迅速出现大量沉淀,易吸附有效成分,造成损失。 | ||||||
药液冷却 |
密闭冷藏 |
洗涤沉淀 | |||||
加醇方式 |
分次醇沉、梯度递增逐步提高醇浓度、慢加快搅。 制备颗粒剂、合剂,通常使含醇量达50%~60%,而口服液为提高澄明度含醇量达60%~70%。 | ||||||
醇提水沉法(醇水法) |
适用于含黏液质、蛋白质、糖类等水溶性杂质较多药材的提取。 | ||||||
盐析法 |
主要用于蛋白质类成分的精制,也常用于芳香水中挥发油的分离。 常用氯化钠、硫酸钠、硫酸铵、硫酸镁等。硫酸铵盐析能力强,不会使蛋白明显变性。 | ||||||
pH值在蛋白质等电点附近,可降低盐析所需盐浓度; |
离子强度越大,盐析作用越强; | ||||||
对温度敏感的蛋白质或酶类,最好在4℃以下迅速操作; |
盐的浓度越高,盐析作用越强; | ||||||
不仅可以用于芳香水中挥发油的分离,也可以在提取时或重蒸馏时于水或蒸馏液中加盐,加速挥发油的馏出 | |||||||
盐析后,用透析法或离子交换法进行脱盐处理。 | |||||||
透析法 |
用于去除中药提取液中的鞣质、蛋白质、树脂等高分子杂质和植物多糖的纯化。 | ||||||
预处理 |
加温 |
保持浓度差 | |||||
吸附澄清法 |
吸附或包合固体微粒等特性加速提取液中混悬粒子的沉降。 | ||||||
澄清剂有壳聚糖、明胶、琼脂、蛋清、硫酸铝、101果汁澄清剂、ZTC天然澄清剂等。 | |||||||
药液浓度:一般每毫升相当于药材0.5-1g |
温度:通常为40℃-50℃ | ||||||
壳聚糖加入量:通常为药液量的0.03%-0.3% |
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脂溶性成分的水溶性小,絮凝沉淀时损失大,故不宜应用; | |||||||
大孔树脂吸附法 |
吸附性主要是由表面吸附、表面电性、范德华力或氢键等产生的。筛选性是由其多孔性结构所决定。 | ||||||
经预处理的中药提取液通过大孔吸附树脂柱,成分被吸附后,先以水或低浓度乙醇洗脱盐和小分子糖等杂质,再以适宜浓度乙醇洗脱有效成分; | |||||||
参数:大孔吸附树脂类型、型号、粒度、柱高与直径比、药液上样量、洗脱剂浓度、用量等 |
三、浓缩
1. 影响浓缩效率的因素
生产上多采用沸腾蒸发浓缩,其效率常用蒸发器生产强度,即单位时间、单位传热面积上所蒸发的溶剂量来表述。
U:蒸发器的生产强度[kg/(m2?h)]
W:溶剂蒸发量(kg/h)
S:蒸发器传热面积(m2)
K:蒸发器传热总系数[kJ/(m2?h?℃)]
r:二次蒸汽的汽化潜能(kJ/kg)
△tm:加热蒸汽的温度与溶液沸点之差(℃)
因此,生产强度与传热温度差△tm以及传热系数K成正比,与二次蒸汽的汽化潜能成反比。
△tm的影响 |
加热蒸汽的温度与溶液沸点之差,是传热过程的推动力。 提高加热蒸汽的压力可提高△tm,但过高可能会导致热敏成分破坏。 借助减压适当降低冷凝器中二次蒸汽的压力,可降低溶液沸点和提高△tm △tm的提高也有一定的限度。(真空度过高会增加能耗) 蒸发过程中△tm会逐渐变小。(溶液的沸点随浓度增加而升高) 液层底部的沸点高于液面,△tm变小。采用沸腾蒸发,控制适宜的液层深度可得到改善。 |
K的影响 |
提高K值是提高蒸发效率的主要因素。增大K值的主要途径是减少各部分的热阻。 合理设计蒸发器的结构,建立良好的溶液循环流动,排除加热管内不凝性气体,及时除垢。 |
2. 浓缩方法
常压浓缩 |
耗时较长,易导致某些成分破坏。适用于对热较稳定的药液的浓缩。 | |
减压浓缩 |
适用于含热敏性成分药液的浓缩;也可用于回收溶剂。 | |
溶液的沸点降低;传热温度差增大,提高了蒸发效率;沸点低,可用低压蒸汽或废气作加热源; 不断地排除溶剂蒸汽,利于蒸发顺利进行。因维持真空和由于沸点的降低,黏度增大,传热系数降低,增加了耗能。 | ||
薄膜浓缩 |
浸提液的浓缩速度快,受热时间短;可在常压或减压下进行连续操作;不受液体静压和过热影响,成分不易被破坏; 溶剂可回收重复使用。 | |
各种薄膜浓缩器均适用于热敏性药液的浓缩和溶剂的回收 | ||
升膜式 |
蒸发量较大,热敏性、黏度适中和易产生泡沫的料液。不适用于高黏度、有结晶析出或易结垢的料液。 | |
降膜式 |
蒸发浓度较高、黏度较大的药液。对热敏性药液的浓缩更有益。 | |
刮板式 |
适于高黏度、易结垢、热敏性药液的蒸发浓缩。 | |
离心式 |
适于高热敏性物料蒸发浓缩。 |
四、干燥
1. 物料中水分的性质
结合水与非结合水:结合水难以从物料中完全除去;非结合水易除去。
平衡水分与自由水分:物料中所含总水分=自由水分+平衡水分。干燥过程可除去自由水分,不能除去平衡水分。
2. 影响干燥的因素
⑴ 恒速阶段:干燥介质温度、湿度、流动情况。提高干燥空气的温度,减小湿度(排走湿空气)、增加热空气流速、增大蒸发表面;
⑵ 降速阶段:干燥速率主要与内部扩散有关。
⑶ 干燥速度:若干燥温度过高、速度过快造成表面水分迅速蒸发,物料表面硬结,内部水分很难再扩散出来,影响继续干燥。
3. 常用干燥方法
压干燥 |
烘干 |
简单易行,适用于对热稳定的药物 时间长,易引起某些成分破坏,干燥品板结,较难粉碎。 |
稠浸膏、糖粉、丸剂、颗粒剂 |
鼓式 |
蒸发面大,缩短时间,减少成分受热破坏;干燥品呈薄片状,易粉碎。 又称滚筒式干燥、鼓式薄膜干燥干燥器分为单鼓式和双鼓式。 |
浸膏的干燥和膜剂的制备 | |
带式 |
物料受热均匀,省工省力。 |
中药饮片、颗粒剂、茶剂等物料。 | |
流化技术 |
沸腾干燥 |
气流阻力较小,物料磨损较轻,热利用率较高; 蒸发面积大,干燥速度快,产品质量好; 湿颗粒:20min;不需翻料,自动出料,节省劳力; 大规模生产;热能消耗大,设备清扫较麻烦 |
颗粒性物料:颗粒剂、水丸、片剂 |
喷雾干燥 |
药液呈细雾状,表面积大,热交换快,可瞬间干燥; 受热时间短、温度低,操作流程管道化,符合GMP; 产品多为疏松的细粉或颗粒,溶解性好,可保持色香味。 |
液体物料,特别是含热敏性成分的液体物料的直接干燥。 | |
减压干燥 |
温度低,速度快;减少了物料与空气的接触,避免污染或氧化变质 产品呈松脆海绵状,易粉碎 |
稠膏、热敏性物料 | |
冷冻干燥 |
干品多孔疏松,易溶解;含水量低,有利于药品长期贮存; 设备投资大,生产成本高。 |
热敏性物料 | |
红外线干燥 |
干燥速度快,热效率较高,成品质量好,但电耗大。 适用于热敏性物料、尤其是中药固体粉末、湿颗粒及水丸等薄料层、多孔性物料(振动式);安瓿(隧道式) | ||
微波干燥 |
物料内外加热均匀,热效高,时间短,破坏少;干燥兼杀虫、灭菌; 设备及生产成本较高。 |
饮片、散剂、水丸、蜜丸等制剂与物料 |