分子蒸餾技術(shù)在天然藥物分離純化中的應(yīng)用

魏胄

摘要：目的 介紹國內(nèi)分子蒸餾技術(shù)在天然藥物分離純化中的應(yīng)用狀況。

方法 依據(jù)文獻(xiàn)資料，討論分子蒸餾在國內(nèi)天然藥物分離純化中的應(yīng)用。

結(jié)果 分子蒸餾在國內(nèi)天然藥物分離純化上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

結(jié)論 分子蒸餾作為液-液熱敏分離及高提純的專用技術(shù)，其在天然藥物分離純化中的應(yīng)用前景非常看好。

關(guān)鍵詞： 分子蒸餾；天然藥物；分離純化

分子蒸餾 （molecular distillation ） 又叫短程蒸餾 （short pathdistillation） 是一種非平衡蒸餾， 它依據(jù)不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別在高真空（壓強(qiáng)一般小于5Pa ）下實(shí)現(xiàn)物質(zhì)間的分離。它具有真空度高，蒸餾溫度低，受熱時(shí)間短，分離程度高等特點(diǎn)， 因此能大大降低高沸點(diǎn)物料的分離成本， 能極好地保護(hù)熱敏物料的品質(zhì)， 特別適用于高沸點(diǎn)、熱敏性及易氧化物質(zhì)的分離純化， 它能解決大量用常規(guī)蒸餾技術(shù)分離難于解決的問題。此技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高純物質(zhì)的分離純化， 特別適合天然物質(zhì)的分離。目前分子蒸餾技術(shù)已成功應(yīng)用于石油化工、精細(xì)化工、食品、塑料、醫(yī)藥等行業(yè)[1]。近年來分子蒸餾技術(shù)己逐漸成為中藥現(xiàn)代化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

1.分子蒸餾的原理與特點(diǎn)

1.1基本原理

常規(guī)蒸餾是建立在氣液相平衡的基礎(chǔ)上， 根據(jù)組分間的相對(duì)揮發(fā)度不同而進(jìn)行的分離， 分離操作是在混合物的沸點(diǎn)溫度下進(jìn)行的。而分子蒸餾的分離是依據(jù)不同物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)平均自由程的差別，在高真空下（壓強(qiáng)一般小于5Pa）實(shí)現(xiàn)物質(zhì)間的分離。分子蒸餾屬于高真空蒸餾，分離操作在低于物質(zhì)沸點(diǎn)下進(jìn)行， 它既不同于簡(jiǎn)單蒸餾，也不同于一般的蒸發(fā)，是一種完全非平衡蒸餾過程。當(dāng)冷凝表面與蒸發(fā)表面有溫度差時(shí)， 就能進(jìn)行 離操作。 在分子蒸餾操作過程中，輕組分分子的平均自由程大， 重組分分子的平均自由程小，若在離蒸發(fā)面小于輕組分分子的平均自由程而大于重組分分子平均自由程處設(shè)置一冷凝面， 使得輕組分分子落 在冷凝面上被冷凝，從而破壞其分子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡使其連續(xù)不斷地逸出，而重組分分子因達(dá)不到冷凝面而返回原來液面，很快趨于動(dòng)態(tài)平衡，從而混合物中的不同組分就被分離開來。分子蒸餾原理如圖1所示。

分子蒸餾過程一般可分為五步：（1）物料在加熱面上形成液膜；（2）組分分子在液膜表面上的自由蒸發(fā)；（3）組分分子從加熱面向冷凝面的運(yùn)動(dòng)；（4）組分分子在冷凝面上的冷凝；（5）餾出物和殘留物的收集。

1.2分子蒸餾技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和局限性

由分子蒸餾原理得知，分子蒸餾操作必須滿足三個(gè)必要條件：（1）輕、重組分的分子運(yùn)動(dòng)平 均自由程必須要有差別；（2）蒸發(fā)面與冷凝面間的距離要小于輕組份的分子運(yùn)動(dòng)平均自由程；（3）必須有極高真空度。分子蒸餾與常規(guī)蒸餾相比具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在一定的局限性，由于分子蒸餾要求在高真空下進(jìn)行分離 ，所需要的設(shè)備成本過高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)技術(shù)要求高，相應(yīng)的配套設(shè)備也多，投資過大，國內(nèi)尚未見大規(guī)模運(yùn)用；分子蒸餾受設(shè)備結(jié)構(gòu)和加熱面積 的限制，設(shè)備體積比常規(guī)蒸餾設(shè)備體積大，在大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用中有不少困難。

3 分子蒸餾技術(shù)在天然藥物分離純化中的應(yīng)用

3.1天然藥物的特點(diǎn)

天然藥物是存在于動(dòng)植物、海洋生物和微生物體內(nèi)的各類物質(zhì)組分，在應(yīng)用中主要是利用在藥理學(xué)和生物學(xué)角度具有生物活性的物質(zhì)，被稱作為有效成分。而天然藥物中的有效成分往往需要從成分復(fù)雜的天然藥物原料中提取出來，然后通過分離和除去各種雜質(zhì)以達(dá)到純化和精制的目的，才能作為藥品應(yīng)用。另一方面相當(dāng)多的天然藥物中的有效成分是熱敏性、易氧化和分解， 這就要求在提取分離精制過程中盡量避免有效成分的氧化分解，保持其生物活性。如藥用的揮發(fā)油，主要成分為醛、酮、醇類，其沸點(diǎn)高， 屬熱敏性物質(zhì)，采用一般蒸餾方法進(jìn)行精制時(shí)極易引起成分的氧化、分解聚合而受到破壞。而采用分子蒸餾方法進(jìn)行精制， 由于在高真空、低溫下進(jìn)行， 能有效地避免有效成分的氧化、分解、聚合，在提純同時(shí)還可以除臭和脫色，大大地提高產(chǎn)品的質(zhì)量。例如通過分子蒸餾精制，廣藿香油中的廣藿香醇和廣藿香酮的含量由原來30%提高到 60%-90%，山蒼子油中的檸檬醛含量由40%上升到90%以上，大蒜油中的大蒜素含量由0.5%提高到 8.0%-10%，澳大利亞茶樹油中松油醇含量由30%提高到60%-80% ，而桉葉油素由15%降至1%以下。因此這說明分子蒸餾方法進(jìn)行精制天然藥物是非常適宜的。

3.2 分子蒸餾技術(shù)在天然藥物分離純化中的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）天然藥物中揮發(fā)油的純化。

（2）天然藥物提取物的精制。

（3）天然藥物標(biāo)準(zhǔn)品的制備。

（4）天然藥物新藥開發(fā)的新方法。

（5）天然藥物中殘留農(nóng)藥和有害重金屬的脫除。

4 分子蒸餾技術(shù)在天然藥物提取分離過程中的應(yīng)用

4.1 姜等有效成分的提取分離

以姜為原料， 采用二氧化碳（CO2）超臨界萃取技術(shù)，并聯(lián)合分子蒸餾技術(shù)，提取姜中重要功能成分姜精油，使姜精油萃取率達(dá)到3.04%，姜精油中主要萜烯類化合物含量提高到80%，其中姜烯含量達(dá)到50%。王發(fā)松等 [2] 利用分子蒸餾技術(shù)對(duì)超臨界CO2萃取所得的干姜油進(jìn)行了分離純化后的化學(xué)組成分析，結(jié)果姜油中的萜類和姜辣素類組分中姜烯酚類化合物的含量達(dá)到86%，（6）-姜酚的含量達(dá)到約60%，分離出萜類成分中的（1）-姜烯和丁香烯的含量分別達(dá)到55%和20%。

4.2 蒼術(shù)油有效部位的分離

高英等[3]用分子蒸餾技術(shù)對(duì)超臨界萃取的蒼術(shù)油進(jìn)行有效部位的分離，以HPLC法和GC-MS技術(shù)對(duì)各水平精制的蒼術(shù)油進(jìn)行蒼術(shù)素含量及分離后的剩余物測(cè)定。結(jié)果在溫度為105 ℃、真空度 為100 Pa的條件下，蒼術(shù)油中的蒼術(shù)素含量為52.17%，達(dá)到有效部位用藥的要求。

4.3 毛葉木姜子果油的分離純化

王發(fā)松等[4]用分子蒸餾技術(shù)開展了從毛葉木姜子果油中分離純化檸檬醛的工藝研究，結(jié)果所得到的檸檬醛的純度達(dá)到95%，產(chǎn)率為53%（檸檬醛/毛葉木姜子果油），檸檬醛的損失率僅15%。毛葉木姜子的干燥成熟果實(shí)在我國湖北西部等地作畢澄茄入藥，其揮發(fā)油中所含的化學(xué)組成與山蒼子果實(shí)揮發(fā)油相似，后者是重要的香精和工業(yè)原料檸檬醛的天然資源。

4.4獨(dú)活有效分成的提取

古維新等[5]用分子蒸餾法對(duì)獨(dú)活超臨界CO2萃取物進(jìn)行分離，并對(duì)其提取物和蒸出物進(jìn) 行GC-MS分析，結(jié)果從超臨界CO2萃取物和蒸出物中分別得到37種和29種成分。

5.結(jié)束語

綜上所述，分子蒸餾技術(shù)應(yīng)用于天然藥物分離純化具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。隨著人類回歸自然、追求天然潮流的發(fā)展，以及我國中藥現(xiàn)代化進(jìn)展， 分子蒸餾在天然藥物分離純化上得到了越來越廣泛的應(yīng)用； 特別是分子蒸餾技術(shù)與傳統(tǒng)提取分離技術(shù)、超臨界萃取技術(shù)相結(jié)合用于中藥產(chǎn)業(yè)， 應(yīng)用前景誘人，分子蒸餾技術(shù)將越來越廣泛地用于中藥有效成分的分離純化。

參考文獻(xiàn)

[1] Burrow s G. Molecular Distillation [M]. Oxford： Clarendon Press， 1960.

[2]王發(fā)松，胡海燕，黃世亮，等.姜油的分子蒸餾純化與化學(xué)成分分析[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志，2003，34（3）：125-127.