有机酸提取技术研究进展

黄玉香，吴雅清，许瑞安

（华侨大学分子药物研究院，分子药物教育部工程研究中心，福建泉州 362021)

有机酸提取技术研究进展

黄玉香，吴雅清，许瑞安*

（华侨大学分子药物研究院，分子药物教育部工程研究中心，福建泉州 362021)

有机酸提取对于研究和利用有机酸具有重要意义。文章综述了近年来有机酸的提取技术，系统介绍了不同技术在有机酸提取方面的原理、特点和应用。

有机酸，提取技术，综述

有机酸是指具有酸性的有机化合物，最常见的有机酸是羧酸（不包括氨基酸)，可分为脂肪羧酸和芳香羧酸两类。植物中常见的脂肪羧酸有一元、二元、多元羧酸，如：酒石酸、草酸、苹果酸、枸椽酸、抗坏血酸（即维生素C)等。脂肪酸多与甘油结合成酯或与高级醇结合成蜡。一般认为脂肪族有机酸无特殊生物活性，但有些亦可作药用，如：抗坏血酸可用于治疗坏血病和提高免疫力。芳香族羧酸有许多可作药用，如：苯甲酸、水杨酸、咖啡酸等。其中，咖啡酸衍生物中的绿原酸，为许多中草药的有效成分，有抗菌、利胆、升高白血球等作用。有机酸除少数以游离状态存在外，一般都与钾、钠、钙等结合成盐，如：甘草中甘草甜素为甘草酸的钾、钙盐[1];有些与生物碱类结合成盐。有机酸的研究对于开发、利用药用植物资源具有重要的意义。随着提取技术的改进和发展，如何从药用植物中有效提取有机酸，吸引了人们越来越多的关注。本文从原理、特点和应用角度对有机酸的提取技术作了综述。

1 传统溶剂提取技术

结合型有机酸多溶于水、乙醇、甲醇，难溶于其他有机溶剂;游离型有机酸可溶于有机溶剂，难溶于水，而成盐后则易溶于水和醇。基于这种特性，可用不同的溶剂将有机酸从药用植物中提取出来。传统的提取方法包括煎煮法、浸渍法、渗漉法、回流提取法[2]、索氏提取法及水蒸气蒸馏法。刘祥兰等比较了多种提取工艺对金银花中绿原酸含量的影响，其结果表明乙醇回流法的提取率高于传统水煎法、动态温浸法、超声提取法及渗漉法[3]。此外，还可用碱提取酸沉淀法，如：陈琦等分别采用超声提取法（溶剂为水);碱提酸沉法;酸沉后有机溶剂萃取法;有机溶剂加酸后，水直接提取法等多种方法提取鹅不食草总有机酸，其结果显示，碱提酸沉法提取鹅不食草总有机酸的方法比其他方法的提取率高[4]。传统溶剂提取技术设备简单，媒介廉价且量大，易于工业化生产，但存在物耗高、能耗高、时间长、收率低、劳动强度大、长时间高温会破坏热敏性成分及易残留有害物质等缺点[5]。

2 高新提取技术

2.1 超声波提取技术

超声波提取技术（UAE)是利用超声发生器产生的高频机械波（20～5×106kHz)对目标物进行提取[6-7]，涉及的原理有机械原理、热学原理和空化原理，其中以空化原理最为重要，即利用超声波的空化过程，在超声波振动过程中发生的空化泡可使植物细胞周围形成微流，还可击破植物细胞壁，这不仅有利于提取介质进去细胞内，而且有利于细胞内有效成分的溶解并分散到细胞外[8-9]。在超声发生器方面常用机械式超声波发生器，其是以高速气体或液体为介质，通过机械装置产生谐振的系统，如凌敏等[6]利用超声波清洗机SB-80辅助提取迷迭香酸的研究;府旗中等[7]采用KCT-Ⅲ型数控超声波清洗器提取金银花中的绿原酸，均采用机械式超声发生器。

超声提取技术用于有机酸提取，具有操作简单、提取效率高、提取时间短等优点。府旗中等[7]应用超声波法提取金银花中的绿原酸，采用紫外分光光度法测定不同提取工艺下制备的提取物中绿原酸的含量，并与传统的水提法、乙醇回流提取法比较，根据绿原酸的得率及抑菌效果确定金银花提取的优化工艺，得出超声波法的绿原酸提取率高于水提法、乙醇提取法的结论;尹波等[10]用超声水提取金银花中的绿原酸，与常规的水提取法相比，超声的空化作用大大加速了绿原酸成分的提取速度，还能很好地保持有机酸的特性和品质，同时，也提高了绿原酸成分的提取率;李胜华等[11]亦采用超声波提取结合正交实验优化并采用高效液相色谱法来测定翻白草中熊果酸的含量。但超声提取仅适用于对热稳定的成分，对于某些对热敏感的有机酸则可能破坏其结构，从而影响其生物活性[10]，且该技术的研究和应用主要停留在实验室的微小规模，很难在工业上得到大规模放大，在药用植物有效成分提取方面，应充分利用超声提取的优势，但也要对其作用机理和提取参数的选择进行深入研究，有望在将来能使超声提取技术在中药现代化工程中得到放大[8]。

2.2 微波萃取技术

微波萃取技术（MAE)是指利用波长在1mm到1m之间，频率为3×106～3×109Hz的电磁波对目标物进行提取[12]，可使用专用微波实验设备，操作方便快捷但价高，故常使用普通家用微波炉或家用微波炉经改装后的微波萃取装置[13]。其原理普遍认为是在微波场中，具有一定介电常数的离解物质受到微波场作用形成离子电流，并在流动过程中与周围的分子或离子发生高速摩擦和碰撞，使微波能转为热能，由于离解物质介电常数不同，这样便可利用物质吸收微波能力的不同而选择性地将目标物加热，从而使目标物从基体或体系中分离，进入对微波吸收较弱的溶剂中[14-15]。此外，也有人提出微波作用于细胞结构的机制[16]，可见，目前对于MAE的机理研究还有待深入，这也将是MAE理论研究的重要方向。

微波萃取技术具有：a.选择性高（基于离解物质的介电常数不同);b.受热均匀，质量稳定（内加热型)[14];c.溶剂消耗量少，省时节能，不产生噪音，污染少;d.设备简单，操作方便，适合进行工业化生产[11，15]。E N Papadakis等[17]用微波辅助萃取的方法提取希腊的奶酪、绵羊奶的酸奶中13种有机酸，其结果表明，微波辅助萃取法比普通的搅拌提取法在精确度和重复性方面有显著优越性。郭锦棠等[18]采用正交实验设计比较微波提取与传统索氏提取方法对甘草酸的提取效果，数据显示微波辐照8min的提取效果与索氏提取3h效果相当，提取速率是索氏的10～20倍，结果表明，微波萃取技术用于中草药提取有其独特的优越性。Pan X J等[19]报道微波提取甘草中的甘草酸，与热回流、索氏提取法、室温提取法、超声波提取法等传统方法相比，只要4～5min就可以达到传统萃取法的回收率，具有提取高效、快速、完全及节省时间、溶剂和能源等优点。不足之处：a.微波萃取适用于对热稳定的成分，对于某些对热敏感的有机酸则可能破坏其结构，进而影响药物有效成分的生物活性;b.微波泄漏对操作者影响甚大[2]。目前，微波辅助萃取有机酸在国外研究比较多，基于微波萃取主要是对极性分子的选择，该项技术在有机酸提取方面是很有应用前景的。

2.3 超临界流体萃取技术

超临界流体萃取技术（SFE)是利用超临界状态下的流体（即超临界流体，常用CO2)作为萃取溶剂，从液体或固体物料中萃取出某种或某些组分的一种新型提取技术。超临界流体有类似气体的较强穿透力和类似于液体的较大密度和溶解度，具备良好的溶解能力和扩散能力。

超临界流体萃取技术与常规溶剂提取方法相比，具有提取温度低、提取效率高、溶剂用量少且无三废等优点。在提取过程中无溶剂残留，可以进行高选择性提取，缩短生产周期，并且在萃取过程中提取完全，能充分利用中药资源[20]。李巧玲等[21]用超临界流体萃取技术提取甘草中甘草酸，并与冷浸法、超声辅助法和热提法进行比较，结果在提取效率和提取周期上具有显著差异。张虹等[22]采用正交实验法，以超临界萃取为提取条件，以阿魏酸含量为考察指标，对影响川芎中阿魏酸提取工艺的因素进行了研究，结果进一步证实了，超临界流体技术具有萃取率高、传质速度快、选择性高、提取物较干净、省时、环境污染小等优点，类似研究还见于夏枯草果穗的熊果酸[23]、中华雪胆的齐墩果酸中[24]。不足之处：有关SFE技术的工业化研究还比较薄弱，要真正实现超临界萃取技术的产业化，还有若干问题亟待解决，这包括装置的设计和规模、萃取釜、装置的转产、二氧化碳的回收、系统能耗以及安全保证等问题[25]。

2.4 半仿生提取技术

半仿生提取技术（SBE)是在新思维指导下的一种科学突破，是对传统中药研究思维的一种颠覆，改变了形而上学的思维方式，它是将整体药物研究法与分子药物研究法相结合，从生物药剂学的角度，模拟口服给药及药物经胃肠道转运的原理。这是针对通过消化道给药的中药制剂而设计的一种新的提取工艺，即将药料先用一定pH的酸水提取，继以一定pH的碱水提取，提取液分别滤过、浓缩，制成制剂。这种新提取法可以提取和保留更多的有效成分，能缩短生产周期，降低成本[26]。孙秀梅等[27]利用半仿生法以甘草次酸、甘草总黄酮、浸膏量为指标，将其与水提取法（WE)比较，其结果显示SBE法优于WE法。张兆旺[26]、程艳芹等[28]亦利用该技术进行过相关研究。该技术a.思维模式上体现了分析思维与系统思维的统一，思路概括起来是：“有成分论，不唯成分论，重在机体的药效学反应”;b.工业选择上体现了单体成分与混合成分的统一，不仅充分发挥了混合物的综合作用，又能利用单体成分控制中药制剂的质量，尤其适用于复方中药制剂的研究[29-30];c.口服给药特点与中医治病特点的统一，即考虑口服给药的生物药剂学及药物动力学过程，又考虑到中医用药的整体观念[29]。但是，目前半仿生提取法仍沿袭高温煎煮方式，容易影响许多有效活性成分，降低药效。因此，有学者建议将提取温度改为近人体温度，在提取液中加入拟人体消化酶活性物质，使提取过程更接近于药物在人体胃肠道的转运吸收过程，更符合辨证施治的中医药理论。

2.5 酶解技术

酶工程技术是近年来用于天然植物有效成分提取的一项生物工程技术。中药制剂的杂质大多为淀粉、果胶、蛋白质等，针对杂质可选用合适的酶予以分解去除。酶反应较温和地将植物组织分解，可以较大幅度提高收率，故酶解不失为一种最大限度从植物体内提取有效成分的方法之一。目前，用于中药提取方面研究较多的是纤维素酶，大部分中药材的细胞壁是由纤维素构成，植物的有效成分往往包裹在细胞壁内;纤维素则是由β-D-葡萄糖以1，4-β-D-葡萄糖苷键连接，用纤维素酶酶解可以破坏β-D-葡萄糖键，使植物细胞壁破坏，有利于对有效成分的提取[31]。杨茉等[32]采用纤维素酶处理并优化金银花中绿原酸的提取工艺，探讨了酶的用量、酶解时间、酶解温度及酶解pH对绿原酸得率的影响，其结果显示纤维素酶处理能显著提高金银花中绿原酸得率。类似研究与相似结论还可见于刘佳佳等[33]及梅林[34]对于金银花提取新工艺的研究。陈永胜等[35]亦报道了采用纤维素酶、蛋白酶以及二者联合作用于葵花粕提取绿原酸，并设计了正交实验探讨酶解时间、酶用量对绿原酸提取率的影响，结果表明，纤维素酶和蛋白酶联合作用能显著提高葵花粕绿原酸的提取率。

2.6 联用技术

a.超声-微波联用技术，凌敏等[6]研究了超声波辅助微波萃取法从迷迭香中提取迷迭香酸的工艺条件，结果表明：采用超声波辅助微波提取迷迭香酸，具有提取率高、提取时间短和节能等优点。b.超声-酶联用技术，何粉霞等[36]以小麦麸皮为原料，研究了在超声波辅助条件下利用木聚糖酶酶解小麦麸皮制备阿魏酸的最佳工艺条件。目前联用技术在有机酸提取方面的应用尚且不多，在以后的研究中可尝试使用多种技术的交叉使用。

3 结论

有机酸是中药中不可忽视的一类重要化学成分，快速高效、节约能源、简便易行的提取特点，对于中药现代化具有重要意义，传统提取技术比较成熟，但存在溶剂、能源消耗大且效率不高等问题，合理使用一些新技术可以有效改善提取效率，使有机酸制备向高效节能的方向发展。高新提取技术虽有其优势，但在对具体药物有效成分进行提取时，有时候却未必比传统提取技术好，因此实际生产时应根据各有机酸特有的理化性质，选择合适的提取技术，为了能够扬长避短，还可以将多种技术联合使用，探寻最佳的工艺条件与作用机理。不断探索和完善提取技术，将会使有机酸的制备向绿色、现代化的方向发展。

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Extraction techniques of organic acids

HUANG Yu-xiang，WU Ya-qing，XU Rui-an*
（Institute of Molecular Medicine，Huaqiao University&Engineering Research Center of Molecular Medicine，Ministry of Education，Quanzhou 362021，China)

According to study and application，it was extremely valuable that the extraction techniques of organic acids was explored.This article reviewed that the recent progresses in extraction technologies of organic acids，and systematically introduced different extraction technologies of extraction mechanisms，characteristics，applications and prospects.

organic acids;extraction technique;review

TS201.1

A

1002-0306（2012)14-0426-04

2011－10－28 *通讯联系人

黄玉香（1982-)，女，硕士研究生，讲师，研究方向：中药药理与中药制剂。

泉州市科技计划重点项目（2011Z29)。