重新审视中药水提醇沉工艺

重新审视中药水提醇沉工艺杜松*1,2刘美凤31广州汉方现代中药研究开发有限公司，2中药提取分离过程现代化国家工程研究中心，广州510240,3.华南理工大学化学与化工学院制药工程系，广州510640摘要：水提醇沉是常用的中药提取精制工艺，广泛用于中药产品的生产过程中。自上世纪50年代应用于中药流浸膏剂型以来，醇沉工艺已成为中药浸膏的精制处理“通法”，然而长期应用中，醇沉工艺暴露出很多问题，同时近年来不断有新的工艺的出现，对醇沉工艺提出了挑战。本文回顾醇沉工艺在中药生产中的各种问题，并对其进行评价。EthanolprecipitationofTCMliquidextracts:reviewDUSong*1,2,LIUMei-feng3（1.GuangzhouHanfangPharmaceuticalCo,Ltd,2.NationalEngineerResearchCenterfortheModernizationofExtractionandSeparationofTCM.,Guangzhou,510240,China;3.DepartmentofPharmaceuticalEngineering，SchoolofChemicalandChemicalEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou,510640China）中药水提醇沉工艺最初始于上世纪50年代的中药流浸膏剂型改革［UR］。参考低浓度乙醇浸出草药制备浸膏或流浸膏的做法，有研究者将中药水提浓缩液加入乙醇，达到与流浸膏类似的乙醇浓度，静置后取上清液浓缩成浸膏。该工艺除去部分大分子物质，有利于减小服用量，同时也较一流浸膏工艺节约乙醇。50年代，上百味中药单味药浸膏用此工艺制备。该工艺诞生后，最初在中医药界还是有些争议，在1960年代中除了大青叶颗粒剂R］，《中药制剂汇编》收录品种未见新的中药产品采用醇沉工艺。1970年代大搞中草药制剂，醇沉工艺得到了迅速发展，在各种中药制剂，特别是中药注射剂的前处理工艺中到了广泛的应用。目前，醇沉工艺成为中药生产中的“通法”。然而，醇沉工艺存在很多问题，在应用多年后也日益暴露出来。一.醇沉过程的问题1.1醇沉计算公式的错误1.1.1加醇量的计算错误早期的醇沉工艺多是将药液浓缩至1g生药/ml，加入与药液等体积的乙醇。后期随产品增多。不同产品的药液浓缩程度，加入的乙醇量各有不同，工艺中常规定加乙醇至特定的乙醇含量（体积分数）。多年来生产中包括目前教科书⑶中都是基于下面的公式计算加乙醇量：TOC\o"1-5"\h\zc醇；醇享_广混合液（7药液］v醇） （1）v醇一c混合液v药液/（C醇-c混合液） （2）上述公式存在一个明显但却被人们长期忽略的错误，即该公式是用于计算纯水和酒精的混合液中的乙醇含量（体积分数）。所以应用时不能采用药液的体积，应该以以药液中水的体积来计算加醇量，即VC混合液v水/（C醇-C混合液） ⑶往计算加醇量忽略了药液中提取物（溶质）的存在，将提浸膏（溶液）视为将水（溶剂）。在提取液中含固量较低时，水所占的体积比例很大，加醇量计算结果偏差相对较小。但实际生产中常用浓缩浸膏，药液中溶质含量很大，这时水占药液的体积比例大大降低，按药液体积来计算加醇量将带来很大的偏差。在上世纪90年代起已有人发现这一问题，指出应该以药液中含水量来计算醇沉所需的乙醇量［4］，陆续有人推导了加醇量计算公式，并进行了实验验证［5］［6］。但这些努力似乎未得到业界的注意，目前研究和实际生产中仍大量地沿用以往错误的计算方法。这里我们再推导一下如何以浸膏中实际含水量计算实际需加醇量：TOC\o"1-5"\h\z令a为药液中的含水体积分数，即：a=V水/V药液 ⑷则a=（W水/D水）/V药液由于D水=1，可得a=W水/V［' ⑸取一定体积浓缩液（V），测定干燥失重求得水的质量（W水），计算W水/V药液即得a由（4）得浸膏中含水体积：V水=aV药液 （6）将（6）带入公式（3）得醇沉时达到目标含醇浓度的实际需加醇量为'aC混合液V药液/（C醇-C混合液） ⑺即V’醇=aV醇由此可见，实际需加醇量为原计算加醇量的a倍。随着浸膏浓缩程度增大，a值逐渐减小，导致实际需加醇量随之减小。原计算加醇量与实际需用量之间的偏差可能会很大。比如浓缩至含水量为0.5g/ml（含水体积分数0.5）左右的浸膏，要达到目标含醇量C混合液实际只需加入原计算量一半的乙醇即可。将V药液=W药液/D药液带入⑺得V醇=aC混合液W药液/仕醇-C混合液）D药液］ ⑻ 生产中浸膏体积量取不方便，可测定浸膏重量，比重，用公式（8）计算加醇量。1.1.2醇沉浓度的计算误差按药液体积V药液计算，加入乙醇V醇想达到醇浓度C混合液=C醇V醇/（V产药液）⑼实际上溶剂中的真实含醇量C’混合液=C醇V醇/（V"V水）=C醇V醇/（V醇+aV药液） （10）由（9），（10）得：C’混合液顼V"V药液）/（V醇+aV药液）］C混合液 （11）=［（V醇/V药液+1）/（V醇/V药液+a）］C混合液由于0<a<1,，因此C’混合液〉C混合液，即溶液实际含醇量偏高。文献⑶中含水量为31%的浸膏（比重为1.32），拟加入调整醇含量至70%，实际上含醇量已达到85%。目前错误计算方法导致的生产中加入乙醇量过量，使溶液含醇量偏高，因而对产品质量造成很大的影响。1.2.醇沉工艺的其他影响因素其实醇沉过程可以理解为溶质（提取物干固物）在溶剂（不同浓度的乙醇/水混合溶液）中的溶解过程，利用干固物中的组分溶解度存在差别，来保留有效成分，除去部分杂质。要想使得醇沉工艺标准化，必须保证提取物质量，溶剂的含醇浓度，溶剂的体积等数量相同。目前很多工艺规定了加醇至某一特定含醇量，看似统一标准，实际上仍有很多因素会影响沉淀过程。即使按正确的加醇量达到设定的含醇量，不同的处理过程可能还会有很大差别。一个因素是药液浓缩程度。不同的浓缩液中溶质（提取物）量相同，但溶剂（水）量不同，按正确的加醇量达到相同含醇浓度，最终药液中溶剂（乙醇/水混合溶液）的体积仍不同，导致醇沉工艺无法一致。另一方面，对同样的浓缩液，如果加入乙醇的初始浓度不同，如95%乙醇或回收的80%乙醇，达到体系中相同的醇含量，最终的溶液中乙醇/水混合溶剂体积也不同，无法保持醇沉工艺的统一。当保持药液浓缩程度，加入醇浓度一致，按照正确的计算方法加入醇，才可以保证醇沉工艺达到统一标准。二.醇沉提取物的弊端2.1化学成分的影响目前乙醇沉淀法通常在对浓缩药液中加入乙醇至醇含量50-60%，除去淀粉，粘液质，果胶等多糖类成分。对于一些多糖类成分为有效成分的物质，损失很大。即使小分子有效成分，由于药液浓缩较高，有效成分有时被沉淀包裹或吸附，损失较大。2.2.生产上的影响由于需要静置沉淀，以及乙醇回收，导致生产周期很长，一般醇沉过程都占到整个周期的50-70%。；由于中使用大量的乙醇，回收损失较大，生产成本较高。2.3物理性质的改变经过乙醇处理的提取物，通常很容易发粘，难以干燥。对于进一步加工，储存带来很多麻烦。这方面一直以来是困扰中药生产的一大难题，其相关机理一直没有搞清。我们参考食品，高分子等相关学科文献，认为中药的粉体结块与其无定形物质自身的玻璃化温度转变有关UH。聚合物科学中，玻璃化转变是指非晶态聚合物（包括晶态聚合物中的非晶部分）从玻璃态到橡胶态（或从橡胶态到玻璃态的转变），此时链段的微布朗运动在冷却时被冻结或在升温时被解冻，其特征温度称为玻璃化转变温度，用Tg表示。当T<Tg，体系所处的状态为玻璃态，此时分子运动能量很低，体系的黏度很高n>10Pa・s。相反，当T>Tg时，体系所处的状态为橡胶态，此时体系黏度急剧降低,。多种成分组成的混合物较单一物质不易有结晶产生；所以中药提取物粉末一般为无定型状态。一些晶体物质如通过合适的手段（喷雾干燥，冷冻干燥）阻止其结晶也会形成无定形状态。药品，食品中一些常见成分的玻璃化转变温度见表1，由表可见，有机酸，低分子糖等小分子物质的Tg低于麦芽糊精，淀粉等高分子物质。表2.食品中常见的物料的玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）物料Tg(C)Tm(C)果糖5105葡萄糖31146蔗糖62186乳糖101223柠檬酸12苹果酸-21乳酸-60麦芽糊精DE36(MW=550)100DE25(MW=720)121DE20(MW=900)141DE10(MW=1000)160DE5(MW=3600)188淀粉243水-1350对于无定形混合物，二元体系的玻璃化转变温度可按Gordon-Taylor方程，即Tg=(m^T^+Km^T^)/(m1+Km2)得到，其中k=piT1/p2Tg2。整个体系的7与各成分的7值，体系中所占质量比重等有史对于含有多种成分的混合物T，也有类似计算公式［列：一般来讲，T：低的物质比重大，则整个无定形混合物的Tg越低。 ' '通过测定物质的Tg可以预测粉末状物质的结块温度。当粉末系统在Tg以下时，粉体处于玻璃态，物料粘度高，流动性低，粒子间结块的倾向较小。当体系的温度高于Tg(处于橡胶态)，其粘性明显下降，容易流动变形，粉体间的空隙率逐渐变小，从分散状变成整体块状。因此，Tg就成为研究粉状物料结块现象的一个重要指标。对于含有多种成分的混合物来讲，其玻璃化转变温度与各组分Tg值，以及体系中所占质量比重等有关。如果体系中玻璃划温度较低的成分所占比重较大，则混合物的玻璃化温度就降低，反之，则玻璃化温度高。如果体系的玻璃化温度低于室温，则会出现结块，发粘的现象。水提物中由于含有一定量的淀粉等高孔物质，使得提取物的Tg高于外界环境的温度，因而不易结块，黏附。相反，对于醇提或醇沉后的提取物，由于淀粉等高分子物质被去除，提取液中主要为低J小分子物质，提取物的孔低于环境的温度，容易出现结块，粘壁的现象。另一方面，由于水的丁8很低(-135。0，提取物的的％g将会随着水分含量的增加会急剧降低，醇提或醇沉后的提取物较吸湿，水分含量较高，也是容易出现结块一个因素。。水提醇沉的中药浸膏喷干过程也容易粘在干燥塔的内壁，也是由于物料的Tg低于喷雾干燥时出风温度而导致的。四.新工艺的挑战其实，“醇沉”主要还是在早期生产设备落后，工艺水平比较低下时的一种处理办法，尽管水提醇沉在我国中药生产中得到了广泛的应用，但在日本，台湾等地区，中药生产中都没有采用醇沉工艺，一般采用通过高速离心，膜过滤等物理手段来除去提取液的杂质圆。这样不但可以充分保留有效成分，同时节省乙醇，缩短生产周期，降低成本，并有利于工厂的安全生产。随着近年来制造装备技术的发展，国产的膜过滤，高速离心，喷雾干燥等新的设备也陆续问世，在行业内业得到了应用。同时喷雾干燥工艺，一步制粒工艺等工艺可以很快将提取液干燥成粉或制粒，有利于减小服用量。最早采用醇沉工艺的中药单味药浸膏剂，目前演化成以水提取液直接喷雾干燥制成粉末或颗粒，制成单味中药提取物或“中药饮片颗粒”。乙醇处理并不是处理中药提取液的理想方法。尽管众多基于膜过滤，高速离心等物理手段的新工艺都更好地保持原有的成分，较醇沉工艺更为合理，然而，在目前主要的复方中成药生产方面还应用较少。这与目前的注册法规方面障碍有关。新技术工艺代替目前生产中现有的醇沉工艺，需要进行变更申请，新工艺由于有效成分损失小，产品的含量要高于现有的产品，目前的法规下，与原产品有了较大差异，需要进行临床试验进行对比。很多厂家考虑到投入的费用较大，因此不愿意进行新工艺的技术改进。实际上，大部分水提制得中药制剂都是基于传统的汤剂，而实际上水提液真正的源头，乙醇沉淀工艺只是生产中对提取液的一种处理方法。事实上，很多制剂都是有不同的处理方法。如目前生产厂家最多的板蓝根颗粒，早期各地方标准中制法也都各不相同，很多都是只采用水提取的工艺，后期到地标转国标时不知为何全统一为水提醇沉工艺。将醇沉工艺得到产品视为对照产品的做法是不合理的，真正对照制剂因该是中药提取液(水提浸膏)，。与醇沉工艺相比，膜处理等工艺产品成分损失少，产品更接近于原提取液的质量。因此，正本清源，改变评价标准，采用像日本“汉方”与标准汤剂对照法的做法，来确定合适生产工艺的，将克服以往评价标准的缺陷，避免临床验证的阻碍，推动新技术在中药生产中的应用。小结:药醇沉工艺已经有50年的历史了，由于加醇量计算方法有误，以及其他因素导致醇沉工艺难以准确和统一。另一方面，醇沉导致中药有效成分损失较大，同时增加了物料的粘性，不利于生产和储存。随着新的技术的成熟和推广，以及可能的法规合理修订，从长远看，醇沉工艺将逐渐被膜技术等新的工艺取代。参考文献：［1］ 周森.中药单味制剂操作工艺［M］武汉:武汉人民出版社,1958(超星数字图书馆0:8080/markbook/GoBook.jsp?BID=10460796&ReadMode=0&displaystyle=0