天然药物化学成分的提取

一、天然药物化学成分的提取

天然药物化学的研究是从有效成分的提取、分离开始的。在进行提取之前,应对所用药材的基源(如动物、植物的学名)、产地、药用部位、采集时间与方法等进行考查,并系统查阅文献,以充分了解、利用前人的经验。

目标化合物为已知成分或已知化学结构类型时,如从甘草中提取甘草酸、麻黄中提取麻黄碱,或从植物中提取某类成分(如总生物碱或总酸性成分)时,工作比较简单。一般宜先查阅有关资料,搜集、比较该种或该类成分的各种提取方案,尤其是工业生产方法,再根据具体条件加以选用。

从天然药物或中药中寻找未知有效成分或有效部位时,情况比较复杂。只能根据预先确定的目标,在适当的活性测试体系指导下,进行提取、分离并以相应的药理模型筛选、进行临床验证、反复实践,才能达到目的。

提取分离天然药物化学成分方法的确立,主要取决于被提取成分的性质,将需要的成分尽量提取岀来,不需要的成分尽可能地留在药材中。本节就经典的通用提取分离方法进行简要的介绍。

(一)溶剂提取法

1.基本原理 溶剂提取法是根据被提取成分的溶解性能,选择合适的溶剂和方法提取有效成分的一种方法。其作用原理是溶剂渗透到药材粉末内部,溶解溶质,形成粉末内外的溶质浓度差,将溶质渗出药材转移至溶剂中,直至内外浓度趋于平衡,从而达到提取的目的。

2.操作技术 溶剂根据极性强弱可分为三类:亲脂性有机溶剂(非极性溶剂)、亲水性有机溶剂(中等极性溶剂)、水(极性溶剂)。常用中药化学成分的提取溶剂按照极性从弱到强的顺序排列如下:石油醚<四氯化碳<苯<二氯甲烷<三氯甲烷<乙醚<乙酸乙酯<正丁醇<丙酮<甲醇(乙醇)<水。

选择溶剂的要点:依据“相似相溶”原理,根据中药化学成分的极性,选择极性相似的试剂来进行提取。选择对有效成分溶解度大而对其他成分溶解度小,沸点适中易回收,低毒安全的溶剂。

如果欲提取的成分极性较强,则选用亲水性溶剂进行提取;反之,则选用亲脂性溶剂进行提取。如果欲提取的成分已知,则可根据它的极性强弱来选择溶剂;如果欲提取的成分未知,则水提取的为水溶性成分,亲脂性有机溶剂提取的为亲脂性成分。根据化学成分选择的常用溶剂如下。

(1)石油醚:油脂、蜡、叶绿素、挥发油及三萜类化合物。

(2)三氯甲烷或乙酸乙酯:游离生物碱、有机酸及黄酮类、香豆素的苷元。

(3)丙酮或乙醇、甲醇:苷类、生物碱盐等。

(4)水:氨基酸、糖类、无机盐等。

水是一种强极性溶剂,对细胞的穿透能力较强。无机盐、糖类、分子量不太大的多糖、鞣质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐和极性苷类等都能被水溶解。以水作为提取溶剂的缺点是提取出的杂质多。

亲水性有机溶剂有乙醇、甲醇、丙酮等,其中以乙醇最为常用。乙醇具有经济、安全、无毒,对细胞的穿透能力强,能溶解大多数化学成分等优点,乙醇被称为万能溶剂。

亲脂性有机溶剂有石油醚、苯、乙醚、三氯甲烷、乙酸乙酯等。这类溶剂沸点低,浓缩回收方便,但对细胞的穿透能力差,有毒,易燃,价格昂贵,对设备的要求髙,大量使用有一定的局限性。

3.提取方法 依据被提取成分的性质及所选溶剂的性质,用溶剂法提取中药化学成分可采取下述几种方法。

(1)浸渍法:将中药粗粉装入适当容器中,加入水或乙醇浸渍10余小时,滤出浸渍液后反复操作2~3次,合并浸渍液,减压浓缩。此法适合含淀粉、树胶等成分较多,含挥发性成分,遇热不稳定易分解或易被破坏成分药材的提取。但是此法提取时间长,溶剂用量大,提取效率不高。若以水为溶剂进行浸渍,则药材易发霉、变质,必要时需加适量的防腐剂。

(2)渗漉法:此法是浸渍法的发展,即将药材装入渗漉装置内,加入水或乙醇浸渍数小时,然后由下部接收渗漉液,上部不断补充新溶剂。此法可以保持浓度差,提取效率高于浸渍法。

(3)煎煮法:将中药粗粉加水加热煮沸进行提取。此法简便,各种成分都能被不同程度地提取出来,但是含挥发性成分及遇热不稳定成分的药材不宜用此法,含糖类、淀粉类多的药材也不宜使用此法。

(4)回流提取法:以有机溶剂作为提取溶剂,将药材装入回流装置中,加热回流一定时间,滤出提取液,药渣再添加新的提取溶剂回流2~3次,合并滤液,回收有机溶剂后得到浓缩提取液。本法提取效率高于渗漉法,但由于受热时间长,对热不稳定成分不宜采用此法提取。

(5)连续回流提取法:在回流法基础上发展而来,可用少量溶剂循环提取,提取液与药材分离,实验室常用的是索氏提取器。本法溶剂用量少,提取效率高,但是浸出液受热时间长,故对热不稳定成分不宜用此法提取。

影响溶剂提取法提取效率的因素较多,最主要的是选择合适的溶剂与方法,但也要考虑到药材的粉碎粒度、提取温度及时间等。

(二)水蒸气蒸馏法

水蒸气蒸馏法是将水蒸气通入含有挥发性成分的药材中,使挥发性成分随水蒸气蒸馏出来。此法适用于能随水蒸气蒸馏而不被破坏的难溶于水的成分的提取,主要用于挥发油等成分的提取。此外,挥发性生物碱如麻黄碱和槟榔碱,也可用此法提取。

(三)超临界流体萃取法

超临界流体萃取(SFE)是一种集提取和分离于一体,又基本上不用有机溶剂的新技术。超临界流体是处于临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上,介于气体和液体之间的流体。这种流体同时具有液体和气体的特性,它的密度与液体相似,黏度与气体相近,扩散系数虽不及气体大,但比液体大约100倍。溶质的溶解过程包括分子间的相互作用和扩散作用,溶质的溶解度与溶剂的密度、扩散系数成正比,与溶剂的黏度成反比,因此超临界流体对许多溶质有很强的溶解能力。

可以作为超临界流体的物质很多,如CO2、NH3、C2H6等,实际应用CO2较多。CO2的临界温度(Tc =31.4 ℃)接近室温,临界压力(Pc =7.37 MPa)也不太高,易操作,且本身呈惰性,价格便宜,是中药超临界流体萃取中最常用的溶剂。

(四)其他方法

某些具有升华性质的化学成分,可以用升华法直接从中药中提取出来;某些对热不稳定成分可溶于水时,可用组织破碎提取法;某些成分在新鲜原料中含量较高时,可用压榨法提取。此外,近年来超声提取法、微波提取法也常被用于天然药物中化学成分的提取。