CN1973941A - 一种集成化提取分离中药有效成分的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成化提取分离中药有效成分的方法及装置，其包括以下步骤：(1)将中药粉碎后，置于提取装置中，加入提取液，进行提取；(2)在提取的同时，将提取液由下而上输送至扩张床柱体内，吸附余液经预热换热管预热后，流回至提取装置中继续参与提取，形成对提取液的动态提取；(3)待提取液中目标成分含量低于设定值后停止提取，将冲洗液从扩张床底部由下而上输送至扩张床的柱体内，将固体颗粒及杂质冲出送入自动收集器；(4)待冲洗液澄清后，将洗脱剂从扩张床顶部由上而下输送至扩张床的柱体内，收集洗脱液于自动收集器内；(5)待目标成分含量低于设定值后停止洗脱，将另一洗脱剂从扩张床顶部由上而下输送至扩张床的柱体内，完成柱的再生过程，收集洗脱液于自动收集器内。本发明方法提取分离效率高、步骤简化、操作周期时间短、有效成分获得比例高。

Description

一种集成化提取分离中药有效成分的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种提取分离中药的方法及装置，特别是关于一种集成化提取分离中药的方法及装置。

背景技术

中药有效组分或成分及有效部位，是几千年来我国传统中药治疗疾病的物质基础。中草药成分极为复杂，起疗效作用的物质应是广义的化学成分，包括无机物、小分子有机化合物(如挥发油、生物碱、黄酮、皂苷等)。提取分离有效成分及有效部位有利于降低原药物毒性，提高药物疗效，有利于改进中药剂型，控制生产质量，有利于扩大中草药资源，有利于进行中药的化学合成或结构改造，对探索中草药治病的原理，促进中药新药研究及现代化方面都有重要意义。中药制药业中最关键的工序是对其有效成分的提取和分离，传统的提取分离方法，普遍存在着有效成分提取率低、能耗高、工序多和生产周期长等缺点，直接制约了中药制药产业的发展。

在中药制药工程中，分离和纯化的费用常占很大的比重。当药渣尺寸较小，用传统的过滤或离心方法，很难除去，且费用较高。由于药材提取液体积大，浊度高，处理难、费时多，故第一步固液分离常成为整个中药分离纯化的制约步骤。通常分离和纯化是由一系列的单元操作组成，其中第一步常为固液分离操作，将中药提取液中的固体颗粒除去，得到澄清液体，接着用其他方法进行浓缩或初步纯化。近年来，随着现代工程技术的迅猛发展，一些现代高新技术不断被应用到中药研究、开发和生产中来，大大促进了中药产业的发展，使中药制药技术水平上升到一个新的高度。在中药有效成分分离方面，提出了诸如膜分离技术、层析技术等新方法。但前者存在膜的污染问题易使通量下降，后者的一大缺点是不能处理含固体颗粒的料液。在层析技术中，一般有效成分分离主要采取固定床方式，即料液从柱上部的速度分布器流经装有层析介质的柱，从柱的下部流出，液体在介质层中流动基本上呈平推流，返混小，柱效高。但当料液中含有固体颗粒时，由于介质间的空隙很小，颗粒滞留在介质间，造成堵塞，床层的压降增大，最终使吸附无法进行。所以采用层析方法之前必须对原料液进行固液分离，即必须经过离心、过滤等步骤，这就使分离过程变长，分离效率降低，而且目标成分损失较多。固液相分离若采取流化床方式，虽然可以直接吸附含颗粒的料液，但存在返混的问题。在粒径呈单分散的流化床中，实验证明固体颗粒几乎可以运动到床层的任何位置，说明存在严重的返混。返混现象的存在使床层的理论塔板数降低(理论塔板数是描述柱效的一个指标)，导致分离能力降低。

集成化技术，即对已有的两种或两种以上的单元操作进行有效的组合，组成一种更有效的单元操作，以达到提高产品收率、缩短纯化步骤、降低纯化费用和投资成本的目的。扩张床吸附(Expanded bed adsorption)是上世纪九十年代发展起来的新型分离纯化技术，是集澄清、浓缩和初步纯化于一体的新型集成操作过程，可以减小离心或过滤等单元操作步骤，节约操作周期，提高目标产物的收率，降低分离纯化的成本，被称为近几十年来出现的第一个新的单元操作。随着商业化吸附剂和装置的出现，扩张床愈来愈多地引起人们兴趣和关注。

作为一个新的单元操作，扩张床技术综合了流化床和填充床的优点，同时克服了流化床和填充床自身的一些缺陷。扩张床与流化床的最大区别是：扩张床中流体以接近平推流的方式流经床层，从而获得良好的分离效果。扩张床和固定床的区别是：扩张床具有较高的空隙率，床层压降小，可以允许料液中固体颗粒的通过，并且吸附剂的利用率高，分离效率高。扩张床吸附分离作为集成化分离技术的一个典范，已经在生物产品分离纯化中有了大量报道，但是在中药有效成分分离中还未见应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种将提取、离心、过滤和纯化的功能集成于一个操作单元中，通过这一个操作单元的操作，便可以直接从中药材中分离出有效成分的集成化提取分离中药有效成分的方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种集成化提取分离中药有效成分的方法，其包括以下步骤：(1)将中药粉碎后，置于提取装置中，加入提取液，进行提取；(2)在提取的同时开启输液泵，将提取液由下而上输送至扩张床柱体内，吸附余液经预热换热管预热后，流回至提取装置中继续参与中药提取，形成对提取液的动态提取，使有效成分吸附于扩张床体内的树脂上；(3)待在线检测控制器检测到提取液中目标成分含量低于设定值后停止提取，通过输液泵将冲洗液从扩张床底部由下而上输送至扩张床的柱体内，将固体颗粒及杂质冲出送入自动收集器；(4)待冲洗液澄清后，通过输液泵将洗脱剂从扩张床顶部由上而下输送至扩张床的柱体内，同时收集洗脱液于自动收集器内；(5)待在线检测控制器检测到洗脱液中目标成分含量低于设定值后停止洗脱，通过输液泵将另一洗脱剂从扩张床顶部由上而下输送至扩张床的柱体内，完成柱的再生过程，同时收集洗脱液于自动收集器内。

所述提取装置为带加热套的提取罐、超声提取装置、微波提取装置、渗漉提取装置、仿生提取装置和半仿生提取装置中的一种。

所述目标成分指预提取或分离的所述中药的有效成分。

一种集成化提取分离中药有效成分的装置，其特征在于，它包括：一提取装置，一换热器，其内设置有预热换热管和冷却换热管，所述提取装置分别通过管路连接所述预热换热管和冷却换热管的进液口，所述冷却换热管的出液口通过管路连接一三通阀；所述三通阀通过管路分别连接一四通阀和一输液泵的进液口；该四通阀的另外三个口分别通过管路连接一个冲洗液罐和两个溶液罐；所述预热换热管的出液口通过管路连接一三通阀，所述三通阀通过管路分别连接一扩张床的上端口和一四通阀，该四通阀的另外三个口分别连接所述输液泵的出液口、扩张床的下端口和一自动收集器，在所述扩张床下端口和所述自动收集器进液口之间管路上的四通阀两端并联一在线检测控制器。

所述提取装置为带加热套的提取罐、超声提取装置、微波提取装置、渗漉提取装置、仿生提取装置和半仿生提取装置中一种。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明集成化提取分离中药中有效成分的方法及装置，省去传统提取分离过程中离心、过滤、浓缩等步骤，将提取、离心、过滤和纯化的功能集成于一个操作单元中进行，能直接从粗提液中分离有效成分，具有效率高、步骤简化、分离含固体颗粒的料液效果好、成本低的特点。2、本发明将提取装置与扩张床集成，当中药提取液从扩张床底部泵入时，扩张床内部吸附剂相互间的空隙增大，并且形成了梯度分布，允许提取液中的固体小颗粒通过床层空隙流出，而有效成分被吸附在扩张床内的吸附剂上，从而实现了提取液的初步分离。整个过程采用动态提取强化传质过程，因此在保证提取效率和有效成分得率的前提下，操作周期比传统提取方式大幅缩短。3、本发明方法及装置采用管道化、全封闭生产过程，减少了与空气的接触时间，可避免物料的污染。4、由于本发明方法集成化提取分离用时短，可以减少某些对热敏感成分与热的接触时间，能防止其降解带来的收率降低的问题。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图

图2是本发明方法步骤2液体流向的示意图

图3是本发明方法步骤3液体流向的示意图

图4是本发明方法步骤4液体流向的示意图

图5是本发明方法步骤5液体流向的示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进行详细的描述。

实施例1：

如图1所示，本发明集成化提取分离中药有效成分的装置包括：一带加热套的提取罐1，一换热器，换热器内设置有预热换热管2和冷却换热管3，提取罐1分别通过管路连接预热换热管2和冷却换热管3的进液口，冷却换热管3的出液口通过管路连接一三通阀5；三通阀5通过管路分别连接一四通阀4和一输液泵6的进液口；四通阀4的另外三个口分别通过管路连接一个冲洗液罐12和两个溶液罐13、14；预热换热管2的出液口通过管路连接一三通阀7，三通阀7通过管路分别连接一扩张床8的上端口和一四通阀10，四通阀10的另外三个口分别连接输液泵6的出液口、扩张床8的下端口和一自动收集器11，在扩张床8下端口和自动收集器11进液口之间管路上的四通阀10两端并联一在线检测控制器9，用以对本发明装置的操作过程进行检测和控制。

上述装置的实施例中，除使用带加热套的提取罐1以外，还可以采用其它提取装置，比如超声提取装置、微波提取装置、渗漉提取装置、仿生提取装置和半仿生提取装置等。

上述装置的实施例中，冲洗液罐12内贮有冲洗液，冲洗液可以是去离子水或各种浓度的乙醇，本实施例采用的冲洗液是去离子水。两溶液罐13、14内贮有洗脱液，洗脱液可以采用各种浓度的乙醇，本实施例在溶液罐13中的洗脱液是浓度为30％的乙醇，在溶液罐14中的洗脱液是浓度为95％的乙醇。实际应用中冲洗液和洗脱液都是可以根据提取分离的不同中药有效成分的需要，有所变化的，此非本发明所特有。

上述实施例中，在线检测控制器9包括检测器和控制器两个装置，其中检测器为常规装置，控制器主要是控制各阀门的开关，以控制液体的流向，其可以根据需要按常规方法进行设置。另外，本发明使用的扩张床8可以采用现有技术中使用在其它生物制品纯化中的扩张床。自动收集器11也可以采用现有技术的装置。

实施例2：

通过采用本发明装置对中药栀子有效成分的提取分离，详细说明本发明集成化提取分离中药有效成分的方法，本发明方法包括以下步骤：

(1)粉碎5g中药栀子，然后将其与常规提取剂(本实施例采用50ml水)一起放入带加热套的提取罐1内，启动加热套，对提取罐1内的栀子进行煎煮提取；

(2)在对提取罐1内的栀子进行煎煮提取的同时，开启输液泵6(如图2所示)，将提取罐1内的栀子提取液，经冷却换热管3、三通阀5和四通阀10，由扩张床8的下端口输入至扩张床8内，进行集成化分离后，经扩张床8吸附后的栀子提取液的余液，由扩张床8的上端口经三通阀7和预热换热管2流回至提取罐1内，继续参与煎煮、提取，形成对提取液的动态提取，使有效成分吸附于扩张床体内的树脂上；

(3)在对栀子不断进行煎煮、提取和在扩张床8内对栀子提取液进行循环吸附的同时，启动在线检测控制器9，对扩张床8下端口与四通阀10之间的管路内的栀子提取液进行检测，检测后的液体作为分析废液流至自动收集器11内的一个收集管a中。当被检测的提取液中栀子有效成分含量低于预先给出的设定值(根据不同中药的具体要求来确定)后，停止提取罐1内的煎煮、提取工作；然后通过输液泵6(如图3所示)，将冲洗液罐12内的冲洗液，经三通阀4、三通阀5和四通阀10，从扩张床8的下端口由下而上输送至扩张床8的柱体内，用2～3倍于柱体积的冲洗液冲洗柱体内部，冲洗液也可以更多，冲洗液携带固体颗粒及杂质成分由扩张床8的上端口流出，经三通阀7和四通阀10流至自动收集器11内的一个收集管b中；

(4)待步骤3流入自动收集器11的冲洗液澄清后，通过输液泵6将溶液罐13中的洗脱液(如图4所示)，经四通阀4、三通阀5、四通阀10和三通阀7，从扩张床8的上端口由上而下输送至扩张床8的柱体内，用5～6倍于柱体积的洗脱液对柱体内进行洗脱，同时通过四通阀10将洗脱液收集于自动收集器11内的另一个收集管c中，本步骤收集的洗脱液含有栀子有效成分中的环烯醚萜苷类成分；

(5)在对扩张床8的柱体内进行洗脱的同时，利用在线检测控制器，对扩张床8的下端口至四通阀10之间的管路内的洗脱液进行检测，检测后的液体作为分析废液流至自动收集器11内的一个收集管a中。当被检测的洗脱液中栀子有效成分含量低于预先给出的设定值后停止洗脱，然后通过输液泵6(如图5所示)，将溶液罐14中的洗脱液，经四通阀4、三通阀5、四通阀10和三通阀7，从扩张床8的上端口由上而下输送至扩张床8的柱体内，用5～6倍于柱体积的洗脱液对柱体内进行洗脱，并通过四通阀10将洗脱液收集于自动收集器11内的再一收集管d中，本步骤收集的洗脱液含有栀子有效成分中的藏红花素类成分，在洗脱藏红花素类成分的同时即完成了对扩张床8的柱体内树脂的再生过程。

在本方法实施例中，在线检测控制器9即可以对提取液中栀子有效成分含量进行检测，又可以对洗脱液中栀子有效成分含量进行检测，还可以对整个集成化提取分离中药有效成分的装置，进行控制操作。

采用本发明方法和装置，对中药栀子有效成分进行提取分离的结果，与传统提取分离方法相比较，其提取分离的指标对比情况如下(如表1所示)：

表1本发明与传统方法在分离5g中药栀子有效成分的情况对比

参数	集成化提取分离	传统提取分离
			样品藏红花素-1得率(％)栀子苷得率(％)纯化时间(h)纯化用水量(mL)纯化用乙醇量(95％)(mL)药渣中藏红花素-1含量(％)药渣中栀子苷含量(％)提取纯化步数	5.0g栀子粗粉52.7919.7545004000.0160.23在线1步	5.0g栀子粗粉24.1218.30328006000.0160.285

从上述表1的对比结果可以看出，本发明方法及装置，具有效率高、步骤简化、操作时间短(仅为传统方式的12.5％。)、有效成分获得比例高等优点。

实施例3：

本实施例是对50g中药栀子，通过本发明装置进行集成化提取分离其有效成分，具体的方法步骤与实施例1相同，其提取分离的指标与传统方法对比情况如下(如表2所示)：

表2本发明与传统方法在分离50g中药栀子有效成分的情况对比

参数	集成化提取分离	传统提取分离
			样品藏红花素-1得率(％)栀子苷得率(％)纯化时间(h)纯化用水量(mL)纯化用乙醇量(95％)(mL)药渣中藏红花素-1含量(％)药渣中栀子苷含量(％)	50.0g栀子粗粉52.3019.154500040000.0160.23	50.0g栀子粗粉23.7317.2032800060000.0160.28

提取纯化步数

在线1步

5

从上述表2的对比结果可以看出，本发明方法及装置在提取分离的规模较大时，同样具有效率高、步骤简化、操作周期时间短、有效成分获得比例高等优点。

实施例4：

本实施例采用本发明装置(如图1所示)，集成化提取分离中药丹参的有效成分，其方法包括以下步骤：

1、粉碎10g中药丹参，然后将其与常规提取剂(本实施例采用100ml水)一起放入带有加热套的提取罐1内，启动加热套，对提取罐1内的丹参进行煎煮、提取；

2、在对提取罐1内的丹参进行煎煮、提取的同时，开启输液泵6(如图2所示)，将提取罐1内的丹参提取液，经冷却换热管3、三通阀5和四通阀10，由扩张床8的下端口输入至扩张床8内，进行集成化分离，经扩张床8吸附后的丹参提取液的余液，由扩张床8的上端口排出，然后经三通阀7和预热换热管2流回至提取罐1内，继续参与煎煮、提取；

3、在对丹参不断进行煎煮、提取和在扩张床8内对丹参提取液进行循环吸附的同时，启动在线检测控制器9，对扩张床8下端口与四通阀10之间的管路内的丹参提取液进行检测，检测后的液体作为分析废液流至自动收集器11内的一个收集管a中。当被检测的提取液中丹酚酸-B含量低于设定值(根据不同中药的具体要求来确定)后，停止提取罐1内的煎煮、提取工作；然后通过输液泵6(如图3所示)将冲洗液罐12内的冲洗液(本实施例采用的冲洗液是去离子水)，经三通阀4、三通阀5和四通阀10，从扩张床8的下端口由下而上输送至扩张床8的柱体内，用2～3倍于柱体积的水量冲洗柱体内部，冲洗液还可以更多，冲洗液携带固体颗粒及杂质成分由扩张床8的上端口冲出，然后经三通阀7和四通阀10流至自动收集器11内的一个收集管b中；

4、待步骤3的冲洗液澄清后，如图4所示，通过输液泵6将溶液灌13中的洗脱液(本实施例在溶液灌13中贮有的洗脱液是浓度为50％的乙醇)，经四通阀4、三通阀5、四通阀10和三通阀7，从扩张床8的上端口由上而下输送至扩张床8的柱体内，用5～6倍于柱体积的乙醇水溶液对柱体内进行洗脱，同时通过四通阀10将洗脱液收集于自动收集器11内的另一个收集管c中，本步骤收集的洗脱液含有丹参有效成分中的丹酚酸类成分；

5、在对扩张床8的柱体内进行洗脱的同时，利用在线检测控制器9，对四通阀10与自动收集器11之间的封闭管道内的洗脱液进行检测，检测后的液体作为分析废液流至自动收集器11内的一个收集管a中。当被检测的洗脱液中丹酚酸-B含量低于设定值后停止洗脱，然后通过输液泵6(如图5所示)将溶液灌14中的洗脱液(本实施例在溶液灌14中贮有的洗脱液是浓度为95％的乙醇)，经四通阀4、三通阀5、四通阀10和三通阀7，从扩张床8的上端口由上而下输送至扩张床8的柱体内，用5倍于柱体积的浓度为95％的乙醇对扩张床8的柱体内树脂进行再生，并通过四通阀10将洗脱液收集于自动收集器11内的再一收集管d中。

本实施例采用本发明方法和装置，对中药丹参有效成分进行提取分离的结果，与传统提取分离方法相比较，其提取分离的指标对比情况如下(如表3所示)：

表3本发明与传统方法在分离中药丹参有效成分的情况对比

参数	集成化提取分离	传统提取分离
			样品纯化时间(h)纯化用水量(mL)纯化用乙醇量(95％)(mL)提取纯化步数	10.0g丹参粗粉5800800在线1步	10.0g丹参粗粉3110009005

从表3所示的对比结果可以看出，本发明方法及装置在对中药丹参有效成分的提取分离中，仍具有效率高、步骤简化、操作周期时间短等优点。

Claims (5)

1、一种集成化提取分离中药有效成分的方法，其包括以下步骤：

(1)将中药粉碎后，置于提取装置中，加入提取液，进行提取；

(2)在提取的同时开启输液泵，将提取液由下而上输送至扩张床柱体内，吸附余液经预热换热管预热后，流回至提取装置中继续参与中药提取，形成对提取液的动态提取，使有效成分吸附于扩张床体内的树脂上；

(3)待在线检测控制器检测到提取液中目标成分含量低于设定值后停止提取，通过输液泵将冲洗液从扩张床底部由下而上输送至扩张床的柱体内，将固体颗粒及杂质冲出送入自动收集器；

(4)待冲洗液澄清后，通过输液泵将洗脱剂从扩张床顶部由上而下输送至扩张床的柱体内，同时收集洗脱液于自动收集器内；

(5)待在线检测控制器检测到洗脱液中目标成分含量低于设定值后停止洗脱，通过输液泵将另一洗脱剂从扩张床顶部由上而下输送至扩张床的柱体内，完成柱的再生过程，同时收集洗脱液于自动收集器内。

2、如权利要求1所述的一种集成化提取分离中药有效成分的方法，其特征在于：所述提取装置为带加热套的提取罐、超声提取装置、微波提取装置、渗漉提取装置、仿生提取装置和半仿生提取装置中的一种。

3、如权利要求1所述的一种集成化提取分离中药有效成分的方法，其特征在于：所述目标成分指预提取或分离的所述中药的有效成分。

4、一种集成化提取分离中药有效成分的装置，其特征在于，它包括：一提取装置，一换热器，其内设置有预热换热管和冷却换热管，所述提取装置分别通过管路连接所述预热换热管和冷却换热管的进液口，所述冷却换热管的出液口通过管路连接一三通阀；所述三通阀通过管路分别连接一四通阀和一输液泵的进液口；该四通阀的另外三个口分别通过管路连接一个冲洗液罐和两个溶液罐；所述预热换热管的出液口通过管路连接一三通阀，所述三通阀通过管路分别连接一扩张床的上端口和一四通阀，该四通阀的另外三个口分别连接所述输液泵的出液口、扩张床的下端口和一自动收集器，在所述扩张床下端口和所述自动收集器进液口之间管路上的四通阀两端并联一在线检测控制器9。

5、如权利要求4所述的一种集成化提取分离中药有效成分的装置，其特征在于：所述提取装置为带加热套的提取罐、超声提取装置、微波提取装置、渗漉提取装置、仿生提取装置和半仿生提取装置中一种。

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