第5章萃取技术-2

第三节固液萃取(浸取)

一、浸取基本知识和基本理论浸取(固−液萃取)

指用溶剂将固体物中的某些可溶组分提取出来，使之与固体的不溶部分(或称惰性物)分离的过程。被萃取物质在原固体中，可能以固体形式或液体形式(如挥发物或植物油)存在。固−液萃取在制药工业中广泛应用，尤其是从中草药等植物中提取有效成分，或从生物细胞内提取特定成分。1．浸取体系与扩散溶剂从固体颗拉中浸取可溶性物质，其过程一般包括：

①溶剂浸润固体颗粒表面；

②溶剂扩散、渗透到固体内部微孔或细胞壁内；

③溶质解吸后，溶解进入溶剂；

④溶质经扩散至固体表面；

⑤溶质从固体表面，扩散进入溶剂主体。2．浸取相平衡浸取过程中的相平衡可用分配系数KD表示：KD=y/xx、y—平衡时溶质在固相、液相中的浓度；注：若y和x用体积浓度(kg/m3)表示，KD一般为常数；如用质量浓度(kg/kg)表示，则KD值会发生变化。因为在浸取过程中，随着溶质的浸出，固体内外的溶液密度将发生变化。二、影响浸取过程的因素1．固体物料颗粒度的影响各类固体生物物料是由细胞组成的，可溶性物质通常存在于细胞内，细胞膜产生一种不同于一般情况下的扩散阻力，因此浸取速率通常比较小。为了从动、植物等中浸提药品，在浸取前需先对固体原料进行恰当的预处理，即进行细胞破碎，以缩短固体或细胞内部溶质分子向其表面扩散的距离，而溶剂也容易进入细胞内部直接溶解溶质，从而提高浸取速率。工业上常通过物料干燥、压片、粉碎等方法，对固体物料进行预处理。固体物料的颗粒度越小，药物的浸出速率越快。过细的颗粒虽溶质浸出效果好，也会使无用或有害物质浸出量增大，给下一步药物的分离纯化造成困难另外，过度粉碎将使耗能增大、还会造成固－液分离困难。

生物材料的粉碎度

材料细，面积大，扩散快，效果好。但是太细，吸附作用大，易糊化，扩散慢，同时植物细胞也会遭受破坏，大量蛋白质、淀粉被提出，产生沉淀或胶束状，影响提取。花、叶可适当粗些，皮、茎、根宜细些。2．浸取溶剂的影响(1)浸取溶剂的选择固体药物可看成由可溶物和不溶物（载体或基质）组成。浸取溶剂的选择原则如下：①溶剂对目的药物成分的分配系数KD要大，且对目的药物成分的选择性要高；②溶剂对目的药物成分的溶解度要大，节省溶剂用量；③溶剂与目的药物成分之间应有较大的性质差异，易于从产品中去除，且便于溶剂的回收利用；④目的药物成分在溶剂中的扩散系数要大；⑤价格低廉，粘度小，无腐蚀性，无毒，闪点高，无爆炸性等。常用的浸取溶剂:水、乙醇、丙酮、乙醚、氯仿、乙酸乙酯等。①

水最常用的极性浸取溶剂，价廉易得，对很多物质都具有较大的溶解度，如生物碱类、苷类、蛋白质类等药物在水中都具有较好的溶解度，对于酶类药物和含少量挥发油的药物也能被水浸出。水的浸出范围广，选择性较差，固体中大量无用、甚至有害的物质也被浸出，增加了进一步分离的难度，影响收率。②

乙醇仅次于水的常用半极性浸取溶剂。乙醇的溶解性能介于极性与非极性之间，能溶解溶于水的某些成分，也能溶解溶于非极性有机溶剂的某些成分。与水形成任意组成的混合液，可通过组成的改变，有选择地浸取某些成分。如乙醇含量＞90%时，可有效地浸取有机酸、挥发油、叶绿素等物质；乙醇含量在50%～70％时，主要浸取生物碱、苷类等药物；乙醇含量＜50％时，适用于浸取苦味质、蒽醌类化合物等。无毒无害，价格低廉，还具有一定的防腐作用，其比热容小，沸点低，汽化热不大，使分离回收费用低，可降低生产成本。但乙醇具有挥发性和易燃性，生产中应注意安全防护。③丙酮一种良好的脱脂溶剂，与水形成任意组成的混合液。丙酮也是一种脱水剂，常用于新鲜动物药材的脱水和脱脂。丙酮的防腐性能较好，但有一定的毒胜，而且丙酮易于挥发和燃烧，使用时要特别注意。④乙醚非极性有机溶剂，可与乙醇及其他有机溶剂任意混溶。其溶解选择性较强，可溶解游离生物碱、挥发油、某些苷类等物质。因乙醚有强烈的生理作用，又极易燃烧，且价格昂贵一般仅用于生物有效成分的提取、精制。⑤氯仿一种非极性溶剂，微溶于有机溶剂，与乙醚、乙醇都能任意混溶。(2)浸取辅助剂

浸取时有时可能会出现原先不溶或难溶的大分子等物质向可溶性、分子量较小的物质的转变，如原果胶向果胶的转变，在此浸取过程中，包含了增溶作用。浸取时可能还会出现某些物质向不溶性物质的转变，如用开水浸泡固体药物，使可溶性蛋白凝固，改变了细胞膜的通透性，从而提高了浸取过程的选择性，在此浸取过程中，也包含了增溶作用。为了提高浸取溶剂的浸取效能，增加浸取成分在溶剂中的溶解度，增强其稳定性，除去某些杂质，减少其他成分对浸取的影响，往往需要采取一定措施（如改变浸取条件）或加入某些浸取辅助剂。常用的浸取辅助剂：①酸

可使有机酸游离，使碱性物质沉淀；②碱

可使某些物质水解，使酸性物质沉淀；③表面活性剂常可有助于有机物的溶解，提高浸取效果。(3)浸取溶剂用量及浸取次数浸取溶剂用量大，溶质浸取率高，但溶剂消耗量大，进一步分离难度增加，增大成本。浸取溶剂用量一定时，多次浸取可提高浸取率。一般情况下，第一次浸取时，溶剂的用量较大，这是因为要考虑浸出后剩余在固体物料中的溶剂量。通常浸取溶剂用量和浸取次数需通过大量实验确定一般溶剂用量6-8倍,浸取次数2-3次。(4)浸取溶剂的pH值在浸取操作时，溶剂的pH值与浸取效果密切相关。通过调整浸取时的pH值，可使浸取的选择性提高。如用酸性溶剂提取生物碱，用碱性溶剂提取皂苷等。3．浸取操作条件的影响(1)浸取温度温度升高，可使固体物料的组织软化、膨胀，促进可溶性有效成分的浸出。当固体物料中含有蛋白质、酶等杂质时，温度升高可使蛋白质类杂质凝固，使酶类杂质失活，从而有利于后序分离过程的进行。温度升高，会破坏热敏性药物成分，造成挥发性药物成分的散失，降低收率。温度升高，一些无效成分也容易被浸出。(2)浸出时间达到浸取平衡前，浸取时间与浸取量成正比；达到平衡时，浸取量为最大，但所需时间较长，影响生产效率。长时间浸取会使大量杂质溶出，也会导致一些有效成分被一起浸出，还使酶类等物质分解或发生降解反应而降低溶质的收率。以水作溶剂，长期浸泡则易发生霉变，从而影响浸取液的质量。(3)浸取压力当固体物料组织密实，较难被浸取溶剂浸润时，可采用提高浸取压力的方法，促进浸润过程的进行，可提高固体物料组织内充满溶剂的速度，缩短浸取时间。在较高压力下的渗透，还可能将固体物料组织内的某些细胞壁破坏，利于溶质的浸出经一旦固体物料被完全浸透而充满溶剂后，加大压力对浸出速率的影响将迅速减弱。两种常用加压方式：①密闭升温使压力升高；②通过加压设备使压力升高，但不升温。常压煮提(水温100℃，101.3kPa)与加压煮提(水温65-90℃，表压为200～500kPa)的有效成分浸出率相同，而加压煮提浸出时间可节省一半，固液比也有所提高；但需考虑因加压、加热可能造成的有效成分破坏问题。

（4）浓度差

根据扩散原理，造成提取液的浓度差可以提高提取的效率。

可采取的措施有：搅拌、更换溶剂。

（5）新技术的使用

超声波、微波促提技术的应用，可以加快提取速度，提高提取效率。

目前实验室广泛使用的超声波萃取仪是将超声波换能器产生的超声波通过介质（通常是水）传递并作用于样品，这是一种间接的作用方式，声振强度较低，必须通过增加超声波发生器功率（3300W）来提高萃取效率。但较大的超声波功率，又会发出令人感觉不适的噪音。

A.超声波促取：

为物理过程，无化学反应，不改变生物活性，高能量的超声波产生的强大压力，可造成植物细胞壁及生物体破裂，导致胞内物质释放、扩散、溶解。实验室用小型超声仪工业生产用超声仪

微波辅助技术是利用样品中目标物分子在微波电磁场的作用下，从原来的热运动状态转为跟随微波交变电磁场而快速排列取向，将微波能量转化为样品内的能量，从而加速目标物从固相进入溶剂相的过程。B.微波提取

具有穿透力强，加热效率高，操作简便、快速、节能、高效等特点。缺点：化学成分的结构易发生变化，继而导致生物活性的改变。

微波提取尤其要注意能量的控制，被提取物质的稳定性。工业生产用微波提取罐（1）浸渍法——适于对热不稳定成分（提取率不高）（2）渗滤法——优于（1）法，但溶剂用量大（3）煎煮法——水提，不适于对热不稳定的成分及挥发油成分（4）回流提取法——适于用有机溶剂提（5）连续回流提取法——用索氏提取器提，溶剂用量少，提取率高三、溶剂提取的方法

1．浸渍法浸渍法常用于制备药酒、酊剂。一般在常温或适当升温下进行，浸渍时间不等，加入的溶剂量也没有统一规定，多结合具体药材和实际经验采用定量浸出，然后根据需要配制药剂。浸渍方法(中华人民共和国药典)：取适当粉碎的药材，置于有盖容器中，加入规定量的溶剂，密闭搅拌或振摇，浸渍3~5h或规定的时间，使有效成分浸出，倾取上层清液，过滤，压榨残渣，收集压榨液与滤液合并，静置24h，过滤即得。浸渍法是一种最常用的浸出方法，适用于粘性药物、无组织结构的药材、新鲜及易于膝胀的药材。浸渍法简便易行，但由于浸出效率差，故对贵重药材和有效成分含量低的药材，或制备浓度较高的制剂时，应采用重浸渍法或渗漉法为宜。2．煎煮法煎煮是将经过处理的药材，加适量的水加热煮沸2~3次，使其有效成分充分煎出，收集各次煎出液、沉淀或过滤分离异物，低温浓缩至规定浓度，再制成规定的制剂。需要注意的是在煎煮药材前，必须加冷水浸泡适当时间，以利于有效成分的溶解和浸出，除极难浸透的饮片外，一般浸泡时间为30~60min。

煎煮法适用于有效成分能溶于水，对湿热较稳定的药材，它除用于制备汤剂外，同时也是制备部分散剂、丸剂、片剂、冲剂及注射剂或浸取某些成分的基本方法之一。但煎煮法浸出的成分比较复杂，对精制不利；而在中医用药方面，对于有效成分尚未搞清的中草药或方剂，通常采用煎煮法。

(3)煎煮法以水作为浸出溶剂的水煎煮法是最常用的方法。

A.煎煮法适用于有效成分溶于水，且对湿、热均较稳定的药材。此法简单易行，能煎出大部分有效成分，除作为汤剂外，也作为进一步加工制成各种剂型的半成品。

B.缺点：煎出液中杂质较多，容易变霉、腐败，一些不耐热及挥发性成分在煎煮过程中易被破坏或挥发而损失。药渣依法煎出2～3次。以酒精为浸出溶剂时，应采用回流提取法进行。

以水为溶剂，对遇热易破坏和挥发性成分有影响，对含多量淀粉、黏液质的原料也不适用。

C.传统的中药煎制。

该流程可进行水提，也可进行醇提。一般投料与水为1:10。由于非有效成分的浸出，热回流提取液澄明度较差，一般用于固体口服制剂或外用药。提取罐冷凝器冷却器油水分离器滤渣器D.多能提取流程如图所示。F.工业上常用多功能提取罐：3．渗漉法渗漉法是向药材粗粉中不断加入浸取溶剂，使其渗过药粉，从下端出口收集流出的浸取液的浸取方法。溶剂渗入药材细胞中溶解大量可溶性物质之后，浓度增高，密度增大而向下移动，上层的浸取溶剂流下，形成良好的浓度差，使扩散较好地自然进行，故浸出效果优于浸渍法，提取较完全，省去分离浸取液的时间和操作。对于非组织药材，因溶剂浸泡使其软化成团而堵塞孔隙，使溶剂无法透过药材，故不宜采用渗漉法。渗漉法的操作主要包括润湿膨胀、药材装填和渗漉。(1)润湿膨胀

将药材粗粉放入有盖的容器中，加入粗粉量60%～70%的浸取溶剂，均匀润湿后，密闭放置15min～6h，使药材充分膨胀后备用。(2)药材装填取脱脂棉一团，用浸取液润湿后，铺垫在渗漉筒的底部，然后将已润湿膨胀的药材粗粉分次装入渗流筒中，装入量不多于渗漉筒容积的2/3，松紧程度视药材及及取溶剂而定。若为醇含量高的溶剂则可压紧些，若含水最大则宜装得疏松些，装完后用滤纸或纱布覆盖，并加一些玻璃珠或瓷块之类的重物，以防止加入溶剂时将药粉冲浮起来。