分子蒸馏及其耦合技术在中药及天然产物研究中的应用△

郭金秀，宿树兰，李慧，韩淑琦，钱大玮

(南京中医药大学药学院，江苏 南京 210046)

分子蒸馏及其耦合技术在中药及天然产物研究中的应用△

郭金秀，宿树兰*，李慧，韩淑琦，钱大玮

(南京中医药大学药学院，江苏 南京 210046)

在查阅近年国内外文献的基础上，对分子蒸馏技术原理、发展概况及其特点与优势等方面进行论述，并对分子蒸馏技术在中药及天然药物研究中的研究进展进行分析总结，探讨分子蒸馏联用技术的适宜应用范围及发展前景。为中药及天然药物资源的有效利用，提升中药及天然药物资源利用效率提供方法与技术支撑。

分子蒸馏技术；联用技术；中药及天然药物；应用

随着人口剧增和人们崇尚自然、回归自然理念的提升，国内外市场对中药及天然药物资源性产品的需求量激增，利用资源与节约资源、保护资源之间的矛盾日益突出。为了实现中药资源的有效利用与可持续发展，必然要求人们对赖以生存的资源性物质的生产与利用等科学问题展开深入系统研究，以寻求可持续发展的策略与方法技术。

分子蒸馏技术作为一种新型、高效、无污染的分离技术，受到医药科技工作者的重视。该技术问世于20世纪30年代，至60年代已成功应用于从浓缩鱼肝油中提炼维生素A。近年来该技术被用于中药有效成分的分离纯化研究中，取得了较好的成果。本文通过对近年来分子蒸馏技术在中药及天然药物研究中应用情况进行分析归纳，较为系统地阐述了分子蒸馏技术的原理、发展概况及其在中药及天然药物研究领域的应用特点，并深入探讨了分子蒸馏及其联用技术在中药及天然药物研究领域的发展趋势。

1 分子蒸馏技术的原理

分子蒸馏(molecular distillation)又称短程蒸馏，是一种利用分子自由程原理对含有不同物质的物料在液-液状态下进行分离的技术，该技术是高真空条件下的非平衡蒸馏，它可使液体所含的不同物质在远低于其沸点的温度下分离，从而解决常规蒸馏技术所不能解决的问题，尤其适用于高沸点、热敏性及易氧化物质的分离[1]。

分子蒸馏技术的基本原理：液体混合物为了达到分离的目的，首先进行加热，能量足够的分子逸出液面。轻分子的平均自由程大，重分子的平均自由程小，若在离液面小于轻分子的平均自由程而大于重分子平均自由程处设置冷凝面，使得轻分子落在冷凝面上被冷凝，而重分子则因达不到冷凝面，而返回原来液面，将混合物分离[2]。分子蒸馏基本原理如图1所示。

图1 分子蒸馏基本原理示意图

2 分子蒸馏技术在中药及天然产物研究中的应用概况

分子蒸馏技术应用于精油及植物油脂的分离及有效成分的精制在我国尚属起步阶段，目前主要用于挥发油类和油脂类等低极性物质的分离纯化[3]。此外，尚有应用于天然色素有效成分的提取，天然药物标准品的制备以及天然药物中残留农药和有害重金属的脱除等[4]。该技术应用于不同领域研究，归纳总结如下。

2.1 在中药及天然药物挥发性成分分离纯化中的应用

陈慧等[4]采用正交试验法优化分子蒸馏技术纯化广藿香挥发油的最佳工艺参数，结果表明利用分子蒸馏法提纯广藿香挥发油的最佳蒸发温度为65℃时，广藿香挥发油的质量分数和提取率分别达到40.71％和76.55％。比传统水蒸气蒸馏法所得产物中有效成分含量和转移率均提高，在广藿香挥发油提纯的工业化生产方面具有良好的应用前景。

吴永平等[5]采用分子蒸馏技术对泽泻超临界萃取物进行分离，在蒸馏压力0.3 Pa，温度170℃，蒸馏时间45min条件下，蒸出物为轻相，主要是二萜类化合物；蒸馏残余物为重相，主要是三萜和甾醇类化合物。重相中23-乙酰泽泻醇 B的含量为13.89％，有利于泽泻总三萜的提纯。通过超临界二氧化碳萃取和分子蒸馏联用对中药泽泻中的有效成分进行提取，提取效果理想。

2.2 在油脂类及天然色素类成分研究中的应用

运用分子蒸馏技术分离提纯动植物油脂类成分方面研究较为深入，如海狗油脂肪酸乙酯的分离富集。海狗油产品和海狗油保健品常利用海狗油脂肪酸乙酯成分，研究表明分子蒸馏法适用于从海狗油中分离富集含EPA、DPA和DHA的多不饱和脂肪酸，在蒸馏中控制适宜的温度和压力等条件，得到较为满意的分离效果[6]。

α-亚麻酸是人体必需脂肪酸之一，有着重要的生理功能。但天然存在的α-亚麻酸往往因其纯度不高制约了其深度开发利用。采用分子蒸馏及其联用技术，在α-亚麻酸的富集纯化方面具有明显优势，如采用分子蒸馏技术对猕猴桃籽油中的α-亚麻酸进行了分离富集。通过正交试验对影响分子蒸馏的主要因素，即蒸馏压力、蒸馏温度、进料速度、刮膜转速进行了优化，结果表明刮膜式分子蒸馏装置富集猕猴桃籽油中α-亚麻酸的最佳工艺参数为：蒸馏压力3.0 Pa，蒸馏温度110℃，进料速度20d·min-1，刮膜转速 400r·min-1，在此条件下 α-亚麻酸的质量分数提高到83.69％；4级分子蒸馏后猕猴桃籽油中α-亚麻酸质量分数达到86.27％[7]。

金波等[8]采用超临界-分子蒸馏联合提取工艺建立了姜黄油和姜黄素的分步提取分离工艺，达到了姜黄油和姜黄色素提取、分离同时实现的效果。采用超临界二氧化碳萃取技术和分子蒸馏技术提取姜黄中的有效成分，使得姜黄提取物得率高，有效成分回收率高，最大限度地实现了对姜黄的综合利用，在实际生产中具有较高的应用价值。

钟耕等[9]利用分子蒸馏技术对脱蜡的甜橙油提取精制类胡萝卜素，其产品色泽较其他方法良好，且不含有机溶剂。

2.3 在天然药物新药开发研究中的应用

天然药物是寻求新药最丰富的资源之一，为了加快对天然药物活性成分分离纯化要求，分子蒸馏技术所具有的对活性成分有效分离和保护优势，为创制一类和二类新药提供有效的纯化手段。如利用辣椒油或辣椒浸膏可使辣椒碱纯度达到98％以上，姜油中的姜辣素达到90％以上，姜黄油中的姜黄烯类化合物含量达到80％以上[10]。

分子蒸馏是一项国内外正在工业化开发应用的高新技术，近年来一些国家如美国、德国、日本、瑞典、波兰以及前苏联等相继利用分子蒸馏技术解决了许多分离领域中的难题[11]，但尚未实现大规模的工业化。我国对分子蒸馏技术的应用研究起步较晚，到20世纪80年代末期，国内引进分子蒸馏生产线用于硬脂酸单甘酯等的生产，目前该项技术在我国工业化推广应用处于起步阶段。由于该项技术的先进性、独特性以及广阔的应用前景，极大地激发了国内科研人员的兴趣，一些科研单位和大专院校如广州汉维有限公司、北京化工大学、华南理工大学化学工程研究所等对此都做了大量的实验研究工作、分子蒸馏设备的研制和改进，并且取得的研究成果陆续进行了工业化生产，取得了良好的经济效益和社会效益[12]。

2.4 在其他研究领域的应用

由于生长环境和人工种植原因导致许多天然药物提取物中含有残留农药和某些有害重金属。采用分子蒸馏方法脱除残留农药和有害重金属比其他传统方法更为有效[9]。许多科研工作者仍在不断开发分子蒸馏的应用范围，以便更好地发挥其与相关技术联用的优势，如二十八碳醇的精制等[12]。

应用刮膜式分子蒸馏设备对天然维生素E粗产品原料进行提纯，经过三级分离操作可将原料中的天然维生素E由含量3％提高到80％[13]。刘红梅[14]运用分子蒸馏技术分离维生素D3和原维生素D3，经一级蒸馏，维生素D3和原维生素D3含量由30％提高到75％以上。

3 分子蒸馏技术在中药及天然药物研究中的应用特点及优势

3.1 工作温度低

常规蒸馏是靠不同物质的沸点差进行分离，因此料液必须加热至沸腾；而分子蒸馏是靠不同物质分子运动自由程的差别进行分离，因此是在远低于沸点条件下进行分离。基于此，分子蒸馏可以处理高沸点、热敏性物料，且可以分离常规蒸馏中难以分离的共沸混合物[15]。

3.2 蒸馏压力低

分子蒸馏由于其特殊的结构，系统内真空度较高，压强只有0.5～1 Pa，而常规蒸馏尽管可提高真空度，但由于其结构上的制约(特别是板式塔或填料塔)，其阻力较分子蒸馏要大得多。分子蒸馏分离可有效避免易氧化物质的氧化分解。另外，对于混合液中的低分子物质(如有机溶剂、臭味物等)的脱除，分子蒸馏较常规蒸馏有效得多。

3.3 受热时间短

分子蒸馏真空度高，气相和液体表面饱和压差大，传质速率快，液体是以均匀薄膜状蒸发(薄膜厚度在0.05～0.5mm)。加热面与冷凝面的间距要小于分子的平均自由程，即小于50mm。因此，液体分子逸出速度相对较快，待其尚未与下一分子接触就已被冷凝面捕集，使得分子蒸馏时物料的受热时间比常规蒸馏短得多。此外，分子蒸馏还可以通过真空度的调节，有选择性地蒸出目的产物；通过多级分离还可同时分离多种物质，而常规蒸馏则不能。避免了因受热时间长造成混合物内某些组分分解或聚合的可能。假定真空蒸馏受热时间为1h，则分子蒸馏仅用十几秒钟即可完成。

3.4 分离效率高

轻重分子分子量相差愈大，分子蒸馏越易分离，而且往往用常规蒸馏不易分开的物质用分子蒸馏便可分开，如共沸液的分离。

3.5 工艺简单

分子蒸馏技术操作工艺简单，所需设备少[3]。无毒、无害、无污染、无残留，可得到纯净安全的产物[12]。

4 分子蒸馏耦合技术的应用与前景

中药成分极富多样性，按照极性强弱，一般来讲含中等极性化合物的中药占较大比例，而分子蒸馏技术在这方面优势明显，分子蒸馏技术若与上游先进提取技术结合，实现药效成分提取与纯化的一体化、管道化与自动化，可以促进我国传统制药技术现代化与装备化[16]。

4.1 分子蒸馏与超临界流体萃取技术的联用

分子蒸馏技术要求比较高，适用于液态的物质，不能作为药材的直接提取分离，属于精细分离，所以目前大量文献记载与超临界流体萃取联用，提取脂溶性、高沸点、热敏性物质，现多运用于挥发性成分的分离纯化研究。如：为了使香附有效部位的含量达到50％以上，采用分子蒸馏技术从超临界CO2萃取物中富集挥发油。研究表明，在一定真空度下，经70～110℃分子蒸馏后的挥发油含量可达50％以上，馏出物以90℃时最多，且α-香附酮含量也最高[17]。

张忠义等[18]对超临界CO2萃取物在分子蒸馏前后白术挥发油中的成分进行分析，结果表明挥发性成分大部分相同，但其相对含量有较大的改变，相对分子质量小的成分相对含量较高，相对分子质量大的成分相对含量减少。提示分子蒸馏可使挥发油中的相对分子质量较小的成分相对含量大大提高，通过优化蒸馏条件，可将分子蒸馏用于相对分子质量较小的成分的提纯分离。

利用分子蒸馏技术对经超临界CO2萃取所得干姜油进行了分离纯化[19]，并利用GC-MS联用技术对姜油及分离纯化组分进行了化学组成分析，结果表明姜油中的萜类和姜辣素类组分被成功分离，分离出的姜辣素类组分中姜烯酚类化合物的含量达到86％以上，6-姜烯酚的含量达到了60％左右；萜类成分中的(-)-姜烯和丁香烯的含量分别达到了55％和20％以上。

4.2 分子蒸馏与膜分离技术的联用

膜分离技术是一种起分子级分离过滤作用的介质，当溶液或混合气体与膜接触时，在压力或电场或温差作用下，某些物质可以透过膜，而另一些物质则被选择性地拦截，从而使溶液中不同组分，或混合气体的不同组分被分离的技术[20]。

膜蒸馏是一种膜分离过程，它用疏水性微孔膜将不同温度的溶液分开，较高温度下溶液中易挥发组分呈气态透过膜进入另一侧，然后冷凝。与其他较常用的分离过程相比，膜蒸馏的优点包括：理论上能100％分离离子、大分子、胶体、细胞和其他非挥发性物质；比传统的蒸馏操作温度低；比传统膜分离过程的操作压力更低；减少了膜与处理液体之间的化学反应；对膜的机械性能要求较低；比传统蒸馏过程的蒸气空间小。

如人参在加工过程中，通常会产生大量洗参水和人参露，其中含人参皂苷、微量元素和氨基酸等多种有效成分。由于浓度极稀，难以充分利用。采用膜蒸馏技术对洗参水和人参露进行浓缩实验，研究表明皂苷的截留率达到90％以上；膜蒸馏前后人参露和洗参水中主要微量元素和氨基酸的含量也提高了近10倍[21]。相关的研究还有采用膜蒸馏技术制备腹蛇抗栓酶等[22]。

此外，尚对分子蒸馏与顶空加热技术的联用、分子蒸馏与超声技术的联用等技术进行探索，提高了有用物质的提取和分离效率[23]。通过联用使得技术优势互补并拓展分子蒸馏技术的应用范围，也将促进我国制药技术的现代化。

5 小结

分子蒸馏技术是近年来发展起来的一种新的分离纯化技术，在食品和化工行业应用较为多见，在中药及天然产物研究中尚不够成熟。分子蒸馏技术作为一种高新分离技术，主要应用于高沸点、热敏性物料的提纯分离，并且具有低污染、节能、操作温度低等优势和特点，加之通过技术的耦合联用可实现优势互补，拓展应用领域，具有良好的应用前景。随着现代人们崇尚天然、回归自然的潮流兴起，分子蒸馏技术生产的产品必将有更广阔的应用前景，在新药开发过程中的应用也日益引起广大科研工作者的重视。

随着科学技术的进步，各种技术相互渗透、补充、组合和发展，中药及天然药物的提取分离技术集成优化已成为必然趋势[24]。利用已有的和新开发的分离技术进行有效组合，或把两种以上的分离技术合成为一种更有效的分离技术，以达到提高产品选择性和收率，实现中药及天然药物资源利用过程优化的目的。

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封面介绍——美洲凌霄花

美洲凌霄Campsis radicans(L.)Seem.为紫葳科凌霄属植物，以干燥花入药，名为凌霄花。

【植物形态】落叶木质藤本，借气根攀附于其他物上。茎黄褐色具棱状网裂。叶对生，奇数羽状复叶；小叶9～11枚，椭圆形至卵状长圆形，先端尾尖。花萼5等裂，分裂较浅，约裂至三分之一，裂片三角形，向外微卷，无凸起的纵棱；花冠为细长的漏斗形，直径较凌霄小，橙红色至深红色，内有明显的棕红色纵纹，筒部为花萼的3倍。花期7～10月，果期11月。

【性味与归经】酸，微寒。归肝经。

【功能与主治】清热凉血，化瘀散结，祛风止痒。主治血滞经闭，痛经，癥瘕，崩中漏下，血热风痒，疮疥隐疹，酒皶鼻。

Applications of M olecular Distillation and Coupled Technologies to Chinese M edicinal M aterials and Natural Products

GUO Jin-xiu，SU Shu-lan，LIHui，HAN Shu-qi，QIAN Da-wei
(Nanjing University of Chinese Medicine，School of Pharmacy，Nanjing 210046，China)

The authors discussed the principles，advances，developments，and supremacy of molecular distillation and coupled technologies(MDTs)by analysis of literatures in recent years.Furthermore，summarized the progresses of applications to Chinese medicinal materials(CMM)and natural products of MDTs and explored the suitable ranges and prospects for development of MDTs.These data would provide methods and technologies for utilizing effectively and increasing the efficiency of the CMM resources and natural products resources.

Molecular distillation technology；Coupled technology；Chinesemedicinalmaterials and natural products；Applications

2011-12-14)

江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目(11042004000)

*[通讯作者]宿树兰，Tel：(025)85811916，E-mail：sushulan＠njutcm.edu.cn