青蒿中青蒿素提取工艺研究进展

梁晓媛，李隆云，白志川

(1.西南大学园艺园林学院，重庆 400715;2.重庆市中药研究院，重庆 400065)

青蒿(artemisia apiacea)是菊科植物黄花蒿(artemisia annua L.)干燥的地上部分，为我国传统中药。药理研究表明，黄花蒿具有抗疟、抑制光敏反应、抗肿瘤、抗菌杀虫、抑制免疫功能亢进、抗心律失常、抗孕、抑制瘢痕成纤维细胞、抗单纯疱疹病毒等作用，在现代临床上用于对恶性疟疾、发热、血吸虫病、口腔黏膜扁平苔藓、红斑狼疮、心律失常的治疗［1］，并且对类风湿性关节炎的免疫有显著疗效［2］。黄花蒿的有效成分——青蒿素在抗疟方面与传统的奎宁类抗疟药物具有不同的作用机理。青蒿素是一种倍半萜内脂类化合物［3］，分子式为C15H22O5。在青蒿素的基础上开发出了多种衍生物，如双氢青蒿素(dihydroartemisinin)、青蒿琥酯(artesunate)、蒿甲醚(artemether)、蒿乙醚(arteether)等，均有抗疟、抗孕、抗纤维化、抗血吸虫、抗弓形虫、抗心律失常和抑制肿瘤细胞毒性等作用［4－5］。目前，青蒿素用于疟疾防治的价值已被人类认识和接受，世界卫生组织已把青蒿素的复方制剂列为国际上防治疟疾的首选药物。青蒿素因其在丙酮、醋酸乙酯、氯仿、苯及冰醋酸中易溶，在乙醇和甲醇、乙醚及石油醚中可溶解，传统提取方法一般采用有机溶剂法，后来又出现了超临界CO2萃取技术、超声提取技术、大孔吸附树脂提取技术、微波辅助萃取技术、快速溶剂萃取技术以及联用技术。本文对青蒿素的提取方法进行综述，讨论了青蒿素提取工艺的研究方向。

1 传统溶剂提取法

溶剂提取法是植物天然化学成分提取中采用的最普遍的方法。青蒿素是从黄花蒿中提取到的一种无色针状结晶，易溶于丙酮、醋酸乙酯、氯仿、苯及冰醋酸，可溶于甲醇、乙醇、乙醚、石油醚，在水中几乎不溶，因此传统提取青蒿素的方法一般采用有机溶剂法，并采用重结晶和柱层析进行分离，其基本工艺为:干燥—破碎—浸泡、萃取(反复进行)—浓缩提取液—粗品—精制。提取方法主要有室温提取、冷浸提取、回流提取、索氏提取等。

1.1 室温提取

王轶［6］以青蒿叶干粉为原料，在搅拌速度、溶剂量、温度、时间4个水平进行正交实验，得出青蒿素最佳提取条件为:搅拌速度800 r/min，溶剂量60 mL(1 g原料)，提取温度50℃ ，提取时间120 min，原料粒度0.25 mm。青蒿素提取率最高可达78.19%。谢莹等［7］称取50 g干燥青蒿捣碎，依次次用200、150、100 mL石油醚浸泡24 h，抽滤并合并滤液，在35～40℃减压浓缩，得到的粗品在上硅胶柱纯化，其纯品收率为0.13%，由此合成蒿甲醚的收率为75.8%。

1.2 冷浸提取

李自勇等［8］采用工业酒精冷浸法提取青蒿中的青蒿素，以浸渍时固液比、萃取时母液与萃取剂体积比、萃取次数为考察对象，最终确定酒精体积(mL)与青蒿质量(g)比为10∶1，分3次提取，母液体积(mL)为青蒿质量(g)的2.5倍，萃取剂乙酸乙酯与母液体积比为1∶1，分4次萃取，后用活性炭脱色、结晶及重结晶，干燥得到的青蒿素产品产率可达2.73‰，纯度可达99%。黄荣岗［9］建立了低温提取青蒿素的基本流程:青蒿叶—加甲醇搅拌提取—提取液低温冷冻—离心—萃取—精制—青蒿素结晶—检测。通过单因素考察冷冻液体积、冷冻液甲醇浓度、冷冻时间、温度4个关键因素。结果表明:随着冷冻液体积与甲醇比例的增大，青蒿素的转移率逐步提升。之后又采用正交实验，进行上述4因素考察。结果表明:当甲醇浓度为70%、浓缩倍数为1倍、冷冻温度为5℃、冷冻时间为 3 h时，所得青蒿素提取率最高，为82.5%，含量为99.3%。后又与柱层析工艺进行比较，表明低温工艺优势明显。

1.3 索氏提取

韦国峰等［10］从青蒿中提取青蒿素，采用丙酮、乙醇、石油醚、A号油4种溶剂，对索氏提取、回流提取2种提取工艺进行比较。结果表明:采用A号油及索氏提取法所得提取率较高，且时间短、操作方便、耗油少。

1.4 回流提取

韦国峰等［11］探讨了青蒿最佳提取工艺，分别比较了冷浸法、回流法、索氏法、超声法这4种方法。以青蒿素标准品为对照，用紫外分光光度法测定青蒿中青蒿素含量。结果表明:回流提取法的提取率和青蒿素含量较高。杜晓英等［12］对用不同提取溶剂(70%乙醇、石油醚、120#汽油)以及不同提取工艺(回流提取法、渗漏提取法和冷循环提取法)所得到的青蒿素用紫外分光光度法进行检测。结果表明:以120#汽油回流提取法所得的收率和含量最高，并指出以120#汽油作提取溶剂的冷循环提取法适合现代化大规模生产。邓素兰等［13］研究了不同溶剂分离提取青蒿中青蒿素的实验。结果表明:在50℃恒温回流提取2次、固液比为1∶10/1∶8、时间为2h/1h的条件下，石油醚(30～60℃)为最佳溶媒介质，1%活性炭脱色的效果最佳，80%甲醇洗提取液的浓缩浸膏得到进一步分离纯化。此工艺提取分离所得的青蒿素的结晶经HPLC法测定其含量最高为70.761%。

2 新型提取工艺

2.1 超临界CO2萃取技术

超临界CO2萃取(SFE)技术是利用温度和压力均高于临界点的流体进行物质分离的一种方法。在超临界状态下，将超临界CO2与待分离的物质接触，使其依次选择性地把极性大小、分子量大小、沸点高低不同的成分萃取出来。超临界CO2的介电常数和密度随密闭体系的压力的增加而增加，升高程序的压力可以将不同极性的成分分离提取出来。当然，在各对应压力范围内所得到的萃取物不可能是单一的，这就需要通过控制条件得到最佳的混合比例，然后借助升温、减压的方法使CO2气体从超临界状态变为普通态，此时被萃取物质便会自动地基本或完全析出，从而达到分离提纯的目的。

何春茂等［14］采用超临界CO2萃取技术提取黄花蒿中的青蒿素，考察萃取压力、温度以及时间对青蒿素收率的影响。结果表明:萃取压力20 MPa、温度333 K、萃取时间2 h为青蒿素提取最佳条件，萃取产物经简单地分离后所得青蒿素产品纯度大于95%。葛发欢等［15］研究了超临界CO2流体萃取工艺对青蒿素的提取，从压力、时间、温度3方面探讨了产品收率，确定了最佳工艺条件。提取采用二级分离。结果表明:最佳压力为18 MPa，分离器Ⅰ压力为14 MPa，分离器Ⅱ压力为6 MPa;最佳萃取温度为40℃，分离器Ⅰ温度为60℃，分离器Ⅱ温度为50℃;从工业化角度看，较适宜的提取时间为5 h。超临界CO2流体萃取方法与传统生产工艺(如汽油法)相比，收率提高了1.9倍，生产周期缩短近100 h，生产成车降低了447元/kg。钱国平等［16］研究超临界 CO2技术提取青蒿素过程中的影响因素，发现在15.2 ～29.7 MPa和40～60℃，随着萃取压力和萃取温度的升高，萃取率增加，萃取选择性下降。在此基础上优化了提取工艺条件，得出了较佳操作条件:萃取压力20 MPa，萃取温度50℃，CO2流量1 kg/(h·kg)，原料粒径60～80目。在优化条件下萃取4 h，萃取率可达到95%以上，萃取物纯度可达10%以上。

超临界CO2萃取工艺优点众多［17］，其选择性高、特别适合热敏性物质的萃取，分离工艺简单，可节约能源，所用的溶剂CO2无毒、无味、无污染、无残留，非常安全，但因为对设备压力要求高，CO2极性较小，因此其对大分子物质提取率较低，从而导致在工业上的广泛应用受到限制。

2.2 超声提取技术

超声(UE)提取物质由空化效应、机械效应和热效应引起，其中空化效应是提取的主要动力。空化效应为在有相当大的破坏应力存在的情况下，液体内形成空化泡的现象。当一定频率且大量的超声波作用于液体时，尺寸适宜的空化泡能产生共振现象，使其瞬间破碎、胀裂，胀裂的同时在极短的时间和极小的空间内把吸收的声场能量释放出来，在此过程中能产生几千摄氏度的高温和几千个大气压的高压环境，并伴随强大的微声流和冲击波，从而使细胞壁破坏，植物细胞内有效成分进入溶剂中，并充分混合，达到充分提取的效果。另外，超声波中存在的许多次级效应，如乳化、击碎、扩散、化学效应等，也能加速植物中有效成分进入溶剂，加速提取效率。

近些年，超声波在植物有效成分提取及中药化学成分提取中应用广泛［18－19］，已经成为实验室提取青蒿素的常用技术手段。早在2000年，赵兵等［20］就开展了将超声波用于强化石油醚提取青蒿素的研究。结果表明:超声波用于强化石油醚提取青蒿素时采用20 kHz、90 W超声波，在50℃下，单次作用20 r/min后继续搅拌至30 r/min时提取率可达83%;而用超声波处理6次，每次处理2 min，共计12 min，提取相同时间，提取率可达81%，改进了原有青蒿素提取工艺，提高了回收率。他们还对超声波强化提取与其他提取方法进行比较，发现提取效果依次为:超声波强化提取＞搅拌提取＞索氏提取＞室温冷浸提取。邓启华等［21］采用自制QHSTQ－A1型智能连续逆流提取设备，青蒿干料投料速率为0.5 kg/10 rnin。以6号溶剂油为溶剂，料液比为1∶4.5，物料停留时间9 h，浸取液用复合溶剂ZY－1和复合沉淀剂ZY－2处理，青蒿素提取率达89%，含量为99.2%以上。与原有青蒿素工业化提取方法相比提高了提取率，并且设备投资较低，生产安全性高。魏增云等［22］以干叶为原料，考察石油醚萃取青蒿素的工艺条件。如温度、时间、溶剂量及超声功率等因素。正交法确定了最佳萃取工艺条件为:温度40℃，超声功率90 W，时间20 min(2次)，液固比120∶1(mL·g)。用紫外分光光度法直接测定不同产地青蒿中青蒿素的含量。结果表明:用超声波强化石油醚萃取青蒿素与常规浸泡法石油醚萃取比较可以大大缩短萃取时间，提高了萃取率。杨家庆等［23］使用超声提取法，采用正交设计法优化提取工艺，得出当超声数为1次，溶剂量为样品量的60倍，超声时间为70 min时提取效果最佳。

超声提取在青蒿素的提取过程中应用广泛，但是也存在一些缺点，比如会造成严重的噪声污染，且对设备的要求高，因此还需要不断改善。

2.3 大孔吸附树脂提取技术

大孔吸附树脂是以苯乙烯和丙烯酸酯为单体，加入二乙烯苯为交联剂，甲苯、二甲苯为致孔剂，这些物质相互交联聚合形成多孔骨架结构。大孔吸附树脂的吸附性能与活性炭相似，而这种吸附性能与它和被吸附分子间的范德华力有关。因为其是分子吸附，所以解吸比较容易。要分离的天然产物根据其分子大小及吸附力的强弱，在一定的打孔吸附树脂上，经一定的洗脱剂洗脱从而达到分离、纯化、除杂等不同目的［24］。大孔吸附树脂因其具有表面积大、交换速度快、机械强度高、抗污染能力强、热稳定好等诸多优点，在水溶液和非水溶液中都能使用，因此近几年来其在医药工业方面和食品催化方面［25］得到了广泛应用。

韦国峰等［26］探讨大孔吸附树脂提取青蒿素的方法，以青蒿素的吸附量、青蒿素含量、青蒿素收率和提取率为考察指标，确定了大孔吸附树脂提取青蒿素的工艺条件。ADS－17树脂对青蒿素的吸附量大，解吸容易，可用于提取黄花蒿中青蒿素的工业化生产，其工艺条件为:青蒿素最大吸附量112.30 mg/g，吸附流速为 2BV/h，洗脱剂为90%乙醇，解吸流速为2 BV/h，青蒿素含量大于99%，收率高达0.3%，提取率高达75%以上。又有研究表明:溶液的pH值、温度等因素在ADS－17大孔树脂对青蒿吸附性方面均有影响［27］，降低温度有利于吸附;pH值在6.2～6.5范围内，树脂对青蒿素具有良好的吸附性能，因此ADS－17大孔树脂可用于吸附青蒿素。潘凤等［28］通过比较青蒿水煎液经大孔树脂柱层析后所得粗体物对结肠癌HT－29、Lovo细胞核因子－kB(NF－kB)活性的影响，寻找青蒿中对结肠癌细胞NF－kB活性有作用的洗脱相。结果表明:青蒿水煎液采用大孔树脂柱层析分离，30%乙醇洗脱相粗提物(200 μg/mL)对结肠癌HT－29细胞、Lovo细胞NF－kB活性具有抑制作用。

实验表明，大孔吸附树脂在青蒿素的提取中具有诸多优点，比如选择性好、吸附能力强、解吸条件温和、操作简便、机械强度高、抗污染能力强、节省费用等，并且因为其不溶于任何溶剂，故稳定性好，克服了其他方法对原料和溶剂耗费大、不安全、对环境污染严重等缺点。但同时，大孔吸附树脂在应用过程中也存在很多问题，如应用时间比较短、原理尚未完全清楚等，而且国产树脂存在颗粒大小不一、刚性不强、原料及溶剂不易去除等缺点，并且还可能对某些成分形成死吸附，因此在应用过程中有待进一步完善和规范。

2.4 微波辅助萃取技术

微波萃取(ME)技术是食品和中药有效成分提取中的一项新技术［29］。20世纪90年代初，加拿大环境保护部和加拿大CWT－TRAN公司共同开发了微波萃取系统(MAP)。微波介于红外线和无线光波之间，是指波长在1 mm ～1 m，频率在300～300 000 MHz的波。在微波场中，不同物质因其介电常数不同，其吸收微波能的程度也各不相同，其产生及传递给周围环境的热能也不同，就是这种差异促使体系中基体物质的某些区域受热不均衡，使萃取物在合适的溶剂中从基体中分离出来。这其中包括热效应、溶剂界面的扩散效应、溶剂的激活效应。微波萃取的基本工艺流程为:选料—清洗—粉碎—微波萃取—分离—浓缩—干燥—粉化—产品。

韩伟［30］等运用微波辅助提取法提取青蒿素，分别选用乙醇、三氯甲烷、环己烷、正已烷、30～60℃ 石油醚、60～90℃ 石油醚、120#溶剂油、6#抽提溶剂油作为萃取介质，在间歇微波辅助提取装置中进行实验。结果表明，微波辅助提取法适合于提取黄花蒿中的青蒿素，且用6#抽提溶剂油条件最佳。郝金玉等［31］采用乙醇、三氯甲烷、环己烷、正己烷、石油醚(30～60℃和60～90℃两种)、120#溶剂油和6#抽提溶剂油等不同溶剂将微波辅助提取技术同索氏提取、超临界CO2提取以及加热搅拌提取法进行了比较。结果表明:微波辅助萃取可大大提高提取速率，在用6#油提取的情况下，提取率最高可达92.06%。梁忠生［32］采用索式提取法，分别以石油醚、环己烷、120#溶剂汽油为溶剂，对黄花蒿干粉进行有、无微波预处理的青蒿素提取比较实验，考察微波预处理功率、时间以及提取时间对青蒿素提取率、产率的影响。结果表明，较无微波预处理，微波预处理可以使青蒿素产率提高15百分点。李志英等［33］采用单因素和正交实验确定微波提取青蒿中青蒿素的最佳条件，用紫外分光光度法直接测定3种方法提取的青蒿素的含量，得出单因素实验确定的最佳提取条件为:温度40℃、微波功率500 W、料液体比1∶40、微波萃取时间120 s。研究结果表明，因其具有提取的青蒿素含量高，操作简单，溶剂用量少，萃取时间短，成本低，安全，节能等优点，微波萃取法优于索氏提取法。

微波萃取因其具有加热均匀、操作简单、试剂用量少、无污染、无噪音、选择性好、回收率高等优点，在物质提取中得到了广泛的应用，还被誉为“绿色萃取技术”。但是其也具有一些缺点，比如只适合热稳定性物质，并且被提取物质要具有良好的吸水性。

2.5 快速溶剂萃取技术

快速溶剂萃取(accelerated solvent extraction，ASE)是根据溶质在不同溶剂中溶解度的不同，利用快速溶剂萃取仪，通过提高温度和增加压力来提高萃取的效率，在温度为50～200℃，压力为1 000～3 000 psi或10.3～20.6 MPa选择合适的溶剂，实现高效、快速萃取固体或半固体样品的方法，明显提高了萃取效率并且降低萃取溶剂的使用量。升高温度有利于克服基体效应，加快解析动力，降低溶剂黏度，加速溶剂分子向基体中的扩散，从而提高萃取效率。又因液体的沸点随压力的升高而升高，增加压力可使溶剂在高温下仍保持液态，快速充满萃取池，从而提高了萃取效率，并且使易挥发性物质不挥发，增加了系统的安全性。

赵恒强等［34］采用加速溶剂萃取法提取黄连中的生物碱，比较了此方法与回流提取和超声提取法的优越性。结果表明:采用加速溶剂萃取法时，黄连中盐酸小檗碱的提取率明显比采用回流法和超声法时高。喻凌寒等［35］将青蒿样品用无水乙醇萃取剂在90℃、12.6 MPa压力下萃取10 min，用碱衍生化，然后进行色谱测定，其回收率在95.3% ～101.2%，说明快速溶剂萃取法适合于青蒿中的青蒿素提取和分离。他们将快速溶剂萃取法与索氏提取进行比较，结果表明:在青蒿素的提取效果方面两者相同，但是快速溶剂提取回收率高、重复性较好、提取时间短、溶剂用量少。周毅峰等［36］采用快速溶剂法提取黄花蒿中的青蒿素，通过单因素实验确定了最佳溶剂、最佳温度、最佳提取次数、最佳时间，然后设计正交优化实验，研究了青蒿素快速萃取的条件。结果表明:最佳提取溶剂为氯仿，青蒿素快速萃取的条件为温度120℃，时间10 min，提取次数为3次。

快速溶剂萃取技术因其具有众多优点［37］已被应用到环境领域、食品领域和农业领域［38］。郭伟飞等［39］比较了快速溶剂萃取法与几种液固萃取技术和超临界萃取技术、索氏提取技术。结果表明:ASE萃取同样的样品量所用的溶剂最少，溶剂样品比仅为1.5∶1;其他方法的萃取时间用小时计算，而ASE仅需12～20 min。ASE是一个节省时间、节省溶剂、高效率的全自动萃取技术，且其操作更简单，适用范围更广泛，样品适应性更强。

3 联用技术

众所周知，单纯的萃取技术得到的粗品杂质很多，那么要得到提取率高且纯度高的青蒿素成品，就需要在简单萃取的同时结合分离以及精制技术。因此研究一套集萃取、分离、精制于一体的青蒿素提取技术就显得至关重要。徐朝辉等［40］通过比较得出:采用超声提取技术萃取时，参数为频率26 kHz，超声波输出功率400 W，浸提时间45 min;选用30 nm无机陶瓷微滤膜为一级膜除大杂，8KUF膜为二级膜深度除杂;采用超临界工艺条件为萃取压力20 MPa，萃取温度50℃，CO2流量1 kg/h·kg(原料)，萃取时间4 h。采用超声提取—膜过滤—超临界萃取联用技术所得青蒿素收率为0.48%、纯度为92%。此联合方法大大提高了青蒿素的收率和纯度，减少操作工序及污染，提高效益，为青蒿素的工业化清洁生产提供了参考。

4 讨论

青蒿素由我国首先发现，因此在我国发展青蒿素产业有很大的优势，但是因为青蒿素目前只在黄花蒿中发现，而且黄花蒿在我国各地的产量存在很大差异，所以如何在现有的资源情况下尽量提高青蒿素的提取率是研究者面临的一个重要问题。在青蒿素的提取分离方面，要求在除去杂质的同时，最大限度地保留有效成分，并且缩短生产周期，降低生产成本。而青蒿素的传统提取方法所得产品收率低，纯度低且成本高，因此青蒿素提取分离技术的研究越来越受到重视，相关研究层出不穷。超临界CO2萃取技术、超声提取技术、大孔吸附树脂提取技术、微波辅助萃取技术、快速溶剂萃取技术以及联用技术等新型提取技术因为克服了青蒿素传统提取方法的众多缺点，所以倍受青睐。总体来说新型提取技术提取率高、操作简单、所得产品纯度高、安全性高且大多数无污染。超临界CO2技术和微波萃取技术都被誉为“绿色萃取技术”，其在青蒿素提取方面应用前景和发展空间十分广阔。超声提取技术提取时间短、设备简单、操作方便且对技术要求不高，现已发展为实验室提取青蒿素的主要手段。青蒿素的提取分离必然是朝着提取分离一体化方向发展，从而达到更高的提取率及纯度，因此各种技术的联用就显得至关重要。

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