液體濃縮技術(shù)在中草藥研究中的應(yīng)用進展

王 玲袁 珂劉延澤*

（1 河南中醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，河南 鄭州 450046；2 浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 臨安 311300；3 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所/中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)，北京 100193）

液體濃縮技術(shù)在中草藥研究中的應(yīng)用進展

王 玲1袁 珂2劉延澤3*

（1 河南中醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，河南 鄭州 450046；2 浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 臨安 311300；3 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所/中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)，北京 100193）

在中草藥研究及生產(chǎn)中，提取是常使用的重要工藝之一，而提取液的濃縮也是同等重要的一步。本文對傳統(tǒng)的常壓蒸發(fā)（熬制）、減壓蒸發(fā)（真空濃縮）、薄膜濃縮、冷凍濃縮及噴霧濃縮的基本原理和應(yīng)用進展進行了簡要概述，尤其對實現(xiàn)薄膜濃縮中的旋轉(zhuǎn)薄膜濃縮和流動式瞬間蒸發(fā)進行了較詳細的介紹，以期對本領(lǐng)域的同道具有一定的參考與啟發(fā)。

液體濃縮；中草藥；流動式瞬間蒸發(fā)；薄膜濃縮；閃式濃縮

提取是中草藥研究與制劑生產(chǎn)中最常用的基本工藝之一，提取的效率、提取物的收率及有效成分的含量是評價提取工藝優(yōu)劣的重要指標(biāo)。近年不斷發(fā)展的中草藥組織破碎提取法以其快速、安全、簡便等優(yōu)勢正不斷得到業(yè)界的認可，使研究者從繁瑣枯燥的提取勞動中解放出來，并逐步向中試及生產(chǎn)方面轉(zhuǎn)化[1-4]。但是，提取液的濃縮技術(shù)具有同等甚至更為重要的作用，因為幾乎任一提取步驟之后的提取液都要經(jīng)過濃縮。如果濃縮效率低、溫度高、時間長，那么不僅使提取工藝的先進性大打折扣，而且也將會因長時間加熱所可能導(dǎo)致非耐熱成分的破壞而功虧一簣。為此，作者等曾根據(jù)最基本的真空薄膜蒸發(fā)的原理設(shè)計了實驗室用真空薄膜蒸發(fā)器[5，8]，之后又經(jīng)儀器化和實用化的不斷改進發(fā)展出了閃式濃縮器[6]、多級閃蒸器[7]及旋轉(zhuǎn)閃蒸器[9]等。這些儀器的研發(fā)及真正實現(xiàn)中草藥的快速提取濃縮并使研究者從繁瑣的勞動中解脫出來，對中草藥研究的現(xiàn)代化起到了積極的作用。本文將在對傳統(tǒng)方法簡要回顧基礎(chǔ)上，重點對閃式濃縮等新技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景進行較詳細的論述。

1 傳統(tǒng)濃縮技術(shù)的回顧

熬制膏藥應(yīng)該是最早的液體濃縮技術(shù)。海水經(jīng)日曬自然蒸發(fā)后析出食鹽的結(jié)晶及甘蔗榨汁后經(jīng)除雜和熬制濃縮后形成冰糖、白糖等結(jié)晶，均為傳統(tǒng)液體濃縮技術(shù)的典型代表，在當(dāng)今制藥工業(yè)中傳統(tǒng)濃縮技術(shù)仍在較大范圍使用。

1.1 常壓蒸發(fā)

前已述及，海水曬鹽為常壓蒸發(fā)的典型實例，通過水分的蒸發(fā)而使海水中鹽的濃度不斷提高，通過達到過飽和而實現(xiàn)食鹽氯化鈉結(jié)晶的目的。熬制膏藥、熬制阿膠等藥用膏或膠劑及生產(chǎn)中藥糖漿劑等則是加熱常壓蒸發(fā)的典型實例，目前仍常使用。現(xiàn)代中藥制劑中的片劑、丸劑、膠囊劑、沖劑、顆粒劑、注射劑等還是用水作溶劑進行提取時，多是采用常壓蒸發(fā)濃縮至一定程度再行噴霧干燥、真空干燥或直接用于制備糖漿，沖劑等。其主要優(yōu)點是：①完全尊重了中藥使用的傳統(tǒng)；②設(shè)備簡單，不需要真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等；③作為溶劑的水易得，不必回收。實驗中常使用大口蒸發(fā)器在水浴鍋上直接蒸發(fā)成膏。當(dāng)需要較精準(zhǔn)回收所使用的乙醇等有機溶劑時也往往使用常壓蒸發(fā)，但這時冷卻系統(tǒng)是必不可少的。常壓蒸發(fā)的主要缺點就是加熱溫度隨濃縮程度的提高而不斷升高，在如此較高的溫度及長時間加熱的情況下，一些不耐熱的有效成分容易發(fā)生水解、氧化、聚合等反應(yīng)而至破壞，如苷類化合物、酚酸類化合物、脂和內(nèi)酯類化合物等。

1.2 真空濃縮

無論在實驗室規(guī)模還是在工業(yè)生產(chǎn)中，無論是有機溶劑、含水有機溶劑或純水溶劑，真空濃縮是當(dāng)前最普遍的一種方式。中草藥提取液在真空條件下蒸發(fā)的溫度（沸點）顯著降低，且隨真空度的提高而降低。這樣不僅使?jié)饪s過程的時間顯著縮短，而且十分有利于避免或減少不耐熱成分的破壞，同時往往因為冷凝裝置的使用可達到回收乙醇等有機溶劑的目的。實現(xiàn)真空濃縮可以通過實驗室中最基本的減壓蒸餾系統(tǒng)（一般由電熱套、蒸餾瓶、蒸餾接頭、冷凝管、真空泵、冷凝水及管線等）及旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器實現(xiàn)，工業(yè)生產(chǎn)中則通過依同樣原理放大的真空濃縮罐、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及收集裝置等聯(lián)合實現(xiàn)。該方法與常壓蒸發(fā)相比，效率顯著提高，有效成分破壞的可能性減小，且更有利于回收溶劑。其主要缺點是裝置或設(shè)備組成復(fù)雜，操作麻煩，尤其是被濃縮成分自始至終一直處于受熱狀態(tài)而仍有發(fā)生分解等破壞的風(fēng)險。無論是旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、簡易蒸溜，還是工業(yè)蒸餾罐蒸餾等均有此風(fēng)險。此外，在蒸發(fā)過程中常因大量泡沫的產(chǎn)生及爆沸現(xiàn)象而影響蒸發(fā)效果。

1.3 薄膜濃縮

作為一般原理，當(dāng)受熱或蒸發(fā)面積增大時，蒸發(fā)效率就會提高；當(dāng)液層變薄時，液體也更易受熱而蒸發(fā)。據(jù)此原理發(fā)展出來的薄膜蒸發(fā)器無論在實驗室規(guī)模，還是應(yīng)用于大生產(chǎn)規(guī)模都得到了廣泛使用。

1.3.1 旋轉(zhuǎn)薄膜濃縮

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器利用燒瓶壁上溶液薄膜的形式及因不停轉(zhuǎn)動所形成的攪拌和均勻沸騰現(xiàn)象而使蒸發(fā)速度加快且能因真空作用而降低蒸發(fā)溫度。另外，該儀器由于開發(fā)較早，儀器化及易控性程度高，操作相對簡便，因而得到了廣泛的普及。但是，該儀器雖然旋轉(zhuǎn)速度、真空度、加熱溫度及承載容量等均易調(diào)控，但其致命缺點就是前述的被濃縮液體自稀至濃始終處在受熱狀態(tài)下，尤其在大量稀溶劑需要不斷注入到液體蒸餾瓶的情況下，從而為其有效成分帶來分解的可能性。另外，泡沫與爆沸現(xiàn)象常是不易克服的難題，在此情況下，往往需要視所濃縮液體的目的不同通過加入甲苯、正丁醇、乙醇等有效溶劑達到消除泡沫的目的。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器的另一優(yōu)勢就是能將被濃縮液體一直濃縮至稠膏直至干燥粉末。

1.3.2 升膜和降膜薄膜濃縮器

工業(yè)生產(chǎn)中使用的薄膜濃縮器有升膜型薄膜濃縮機和降膜型薄膜濃縮器。在降膜型薄膜蒸發(fā)器中被濃縮液體在內(nèi)壁光滑的加熱空腔內(nèi)沿壁自上而下流過加熱室形成液體薄膜，該液體薄膜受熱的作用迅速蒸發(fā)，然后在真空的引領(lǐng)下，蒸發(fā)的汽體離開加熱室再經(jīng)冷卻回收得到溶劑，濃縮后的液體流入到收集器內(nèi)而達到濃縮目的。升膜蒸發(fā)器與其相反，被濃縮液體在真空的作用下自下而上通過加熱室，從而達到濃縮的目的。欲使液體由下而上移動，除真空外還要借助另一種外力即旋轉(zhuǎn)刮板將液體均勻涂布于加熱器表面，因此，該方法又稱刮板型薄膜濃縮器。

1.3.3 流動式瞬間蒸發(fā)器

為了克服前述減壓濃縮中被濃縮液體中的成分受熱時間過長的問題，流動式瞬間蒸發(fā)器起到了積極作用。其基本原理就是被濃縮液體在真空的作用下，通過粗細合適的管路進入加熱室，在加熱室內(nèi)迅速被加熱至真空下的沸點而發(fā)生汽化，汽化后的混合體在同一真空系統(tǒng)的作用下進入汽液分離器而脫離熱源，在汽液分離器內(nèi)汽體因質(zhì)輕而隨真空進入冷凝系統(tǒng)受冷卻成回收溶劑，濃縮后液體因質(zhì)重靠重力作用流入濃縮液收集器，從而達到蒸發(fā)濃縮的目的。早期制成的多功能閃蒸裝置[5-8]除用于中草藥提取液的快速濃縮外，還可以用于制備蒸餾水，用作部分中草藥的連續(xù)提取。

為進一步提高溶劑回收效率，袁珂等在汽液分離器的出口加裝了并聯(lián)的冷凝管。此外，在提高加熱效率、提高蒸發(fā)速度等方面仍有多方面的改進潛能。

該裝置完全克服了傳統(tǒng)薄膜濃縮和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中被濃縮液體受熱時間過長的弊端。為了能使各組成部分標(biāo)準(zhǔn)化、儀器化、電子化和功能優(yōu)化并利于控制，目前已基本實現(xiàn)了除真空系統(tǒng)外，所有部件均一體化的較合理設(shè)計[6]。由于其快速突現(xiàn)濃縮的功能而稱之為閃蒸濃縮器。為了進一步提高加熱效率，經(jīng)改進將加熱器部分用多級串聯(lián)起來形成了多級閃蒸器[7]。該儀器不僅適合于常用的水及含水有機溶劑的濃縮，在最大限度縮短被濃縮液體的受熱時間、減少有效成分破壞的可能方面發(fā)揮出了積極作用。

受旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器和上述流動式瞬間蒸發(fā)器兩種原理的啟發(fā)，兼具二者優(yōu)點的旋轉(zhuǎn)閃蒸器的概念型儀器已初步試驗成功并獲得國家專利[9]，有望在近期投放市場。

1.4 冷凍濃縮

作為冷凍干燥的前身，對于一些含熱超敏感成分的中草藥提取液的濃縮，冷凍濃縮將起到十分重要的作用。通過壓榨、勻漿化、連續(xù)萃取等方法獲得的含熱超敏感成分的中草藥水提取液可直接用于冷凍干燥機，冷凍至冰狀的中草藥提取液在高真空的作用下，通過升華作用，冰態(tài)水分子以汽體形式離開，溶質(zhì)則以蜂窩狀形式得到濃縮直至干燥。中草藥中蛋白、酶類、活性多肽等均可通過冷凍濃縮或干燥的方法獲得。更多信息可參考李亞等對冷凍技術(shù)的應(yīng)用及研究進展的綜述[10]。

1.5 噴霧濃縮

噴霧干燥設(shè)備已在食品及制藥生產(chǎn)中廣泛使用[11]，通過改進和調(diào)節(jié)控制參數(shù)也可達到濃縮的目的。近期開發(fā)出的噴霧冷凍濃縮器[12]集中了冷凍、噴霧、真空等技術(shù)優(yōu)勢于一體而達到了濃縮的目的。該裝置主要由空氣冷凍機、預(yù)冷器、噴霧結(jié)冰器、集冰罐、濃縮液儲罐、儲冰罐、旋風(fēng)分離器、分離機及自動控制系統(tǒng)組成。主要可用于中藥提取液、工廠廢水、發(fā)酵液等含固量較少的液體的濃縮。通過調(diào)整參數(shù)，可達到既可濃縮，又可冷凍干燥的目的。

2 小 結(jié)

濃縮是中草藥化學(xué)成分研究、制劑生產(chǎn)及食品行業(yè)中常用工藝，節(jié)能、高效、安全、簡易是評價濃縮工藝是否先進的重要指標(biāo)。本文在從傳統(tǒng)到現(xiàn)代、從實驗室規(guī)模到工業(yè)生產(chǎn)方面，對當(dāng)今常用的濃縮技術(shù)進行簡要描述與評價的基礎(chǔ)上，對流動式瞬間蒸發(fā)器的原理及實踐表現(xiàn)出的諸多優(yōu)勢給予了更多地肯定。“瞬間蒸發(fā)，一過了之”的基本概括充分表達了實現(xiàn)該技術(shù)的基本思想。盡管與旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器相比尚未能實現(xiàn)通過一次或幾次循環(huán)達到濃縮至干的目的，但通過進一步技術(shù)優(yōu)化，其優(yōu)勢將會更加明顯，并將會在工業(yè)生產(chǎn)中起到積極作用。

[1] 劉延澤,袁珂,冀春茹.中草藥化學(xué)成分提取新方法:植物組織破碎提取法[J].河南科學(xué),1993,4(11):265-268.

[2] 劉延澤.植物組織破碎提取法及閃式提取器的創(chuàng)制與實踐[J].中國天然藥物,2007,5(6):401-407.

[3] 李精云,劉延澤.組織破碎提取法在中藥研究中的應(yīng)用進展[J].中草藥,2011,42(10):2145-2149.

[4] 趙余慶.中藥及天然產(chǎn)物提取制備關(guān)鍵技術(shù)[M].北京:中國醫(yī)藥科技出版社,2012.

[5] 劉延澤,袁珂.多功能閃蒸裝置[P].中國,92232741.6.1993-06-16.

[6] 劉延澤,盧付軍,等.閃式濃縮器[P].中國,200620031407.1.2006-04 -03.

[7] 劉延澤,盧付軍.多級閃蒸器[P].中國,200820148242.5.2008-07-29.

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[9] 劉延澤,盧付軍.旋轉(zhuǎn)閃蒸器[P].中國,200820148240.6.2008-07-29.

[10] 李亞,孫瀟,孫衛(wèi)東.冷凍濃縮技術(shù)的應(yīng)用及研究進展[J].廣西輕工業(yè),2008(3):9-10.

[11] 徐江波,肖江,陳元濤.噴霧干燥法制備紫蘇籽油微膠囊的研究[J].中國調(diào)味品,2013,38(12):9-13.

[12] 宋力飛.噴霧冷凍濃縮器[P].中國,CN2569062.2003-08-27.

R282.710.2

A

1671-8194（2014）16-0080-02

中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部國際科技合作項目（2007DFB31610）；國家自然科學(xué)基金課題（29000003）

*通訊作者