超高压技术在中药有效成分提取中的应用

井凤　刘峰　刘伟

摘要：超高压技术在食品杀菌、保藏及某些加工过程中，而且在微生物菌种诱变具有巨大的应用潜力。近年来，人们开始将该技术应用到中药有效成分的提取方面。本文就超高压提取技术的原理、特点以及在中药有效成分提取中的应用等方面进行阐述。

关键词：超高压；中药有效成分；提取

中图分类号：R284 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2016.04.008

超高压技术（High Hydrostatic Pressure Technique）的研究始于1914年[1]，在超高压条件下，生物大分子的非共价键发生变化，使蛋白质变性以及酶失活等，而维生素、香精等小分子化合物是共价键结合，能够完整保留。因此，该技术在国内外主要应用于食品业，目的是为了防止食物的微生物污染、延长食品储藏时间[2]。

中药有效成分的提取分离是中药生产过程中的关键环节，其工艺特点、工艺流程的选择和设备配置都直接关系到被提取有效成分的数量和质量，从而影响到产品质量的稳定性和有效性等。因此探明中药提取、分离技术的机制、优化提取工艺参数，明确应用前景等逐渐成为中药生产和研究的重点内容。随着我国中药现代化进程的不断推进，中药提取分离新技术的基础和应用研究十分活跃，并取得了长足的进步。传统的中药有效成分的提取方法有煎煮法、回流提取法、超声辅助提取技术、超临界流体萃取技术、微波辅助萃取技术，但这些方法由于大多数中药有效成分含量低，难于富集，许多有效成分热敏，易水解等因素，使得传统分离与富集技术获得的产品收率低，同时成本高、耗时长、工艺复杂、消耗溶剂多、能耗高、成本大、一些溶剂毒副作用较大等缺点[3]。超高压技术作为一种新型的提取技术，具有快速、高效、环保、节能的技术特点，已逐渐应用于中药有效成分的提取中，2004年吉林工业大学张守勤等[4]率先将该技术应用于中药提取。本文将对超高压提取的原理、特点以及在中药提取中的应用等方面进行阐述。

1 超高压技术基本原理和技术特点

超高压提取（ultra-high pressure extraction technology， UHPE）的基本原理是在常温条件下，对原料液施加 100-1000 MPa 的流体静压力，保压一定时间后迅速卸除压力，进而完成整个提取过程[5，6]。提取植物样品的提取过程为两个过程，一个是植物样品浸润、其中溶质溶解的过程，另一个是溶质与溶液之间的扩散过程。超高压能够快速、高效地提取天然产物有效成分，主要是超高压能改变基质材料的组织结构，大大减小目标成分的扩散阻力，同时超高压力差是目标成分扩散的传质动力，其独特的提取机理可以从升压、保压和卸压3个阶段加以说明：升压阶段使压力在极短的时间内（一般小于1 min）由常压升到几百兆帕，而细胞内部的压力却很小（1个大气压），由于渗透压差极大，在渗透过程中溶剂易形成湍流，使细胞边界层变薄、细胞膜发生疏松、破碎等结构变化，增大固液接触面积，减小有效成分由细胞内部向外扩散的传质阻力。升压阶段引起压力的快速变化，可以改变体系的体积，进而推动了化学平衡发生移动。快速渗透到细胞内部的溶剂与有效成分充分接触，在较短的时间内实现有效成分溶解平衡，因此保压阶段一般在几分钟内完成。卸压在几秒内完成使组织细胞的压力从几百兆帕迅速减小为零，溶解了有效成分的溶液在超高反向压力差的作用下形成强大的湍流。卸压时间越短，细胞内流体扩散时产生的冲击力越强，湍动效应越强，有效成分扩散的传质阻力越小，溶解了有效成分的溶剂快速转移到细胞外，达到快速、高效提取的目的。

基于超高压技术的上述原理，与传统的浸渍法、渗漉法、煎煮法、热回流提取法、索氏提取法等常规提取方法，以及近年来研究和开发的超声提取法、微波提取法、超临界流体萃取法等方法相比，超高压提取技术具有独特的优势：提取时间短、能耗低、大分子物质溶出少、有效成分提取率高以及可避免热效应引起的有效成分结构改变、损失和生理活性降低等，同时由于超高压提取是在密闭环境中进行，没有溶剂挥发，不会造成环境污染。

2 超高压在中药有效成分提取中的应用

2.1 黄酮类化合物的提取

2004年吉林工业大学[4]率先将该技术应用于中药提取。Liu等利用超高压技术，从朝鲜淫羊藿中提取淫羊藿总黄酮，并与回流提取进行比较，结果显示以70%乙醇作为提取溶剂，超高压下提取5 min总黄酮的提取率为9.67%，而回流提取4 h提取率仅为6.14% [7]。Li等采用超高压技术从山楂叶中提取黄酮类化合物，选择50%乙醇为提取溶剂、固定料液比1：45 （g/mL），控制温度为60 ℃，在400 MPa高压下提取3 min，实验结果证明超高压提取技术具有效率高、时间短、杂质少等优点[8]；而骆晓沛等采用超高压技术对山楂果实中的总黄酮进行了提取研究，并同超声波提取法、微波提取法、索氏提取法进行比较。超高压提取山楂中总黄酮的最佳工艺：50%乙醇作为提取溶剂、料液比为1：40 （g/mL）、浸泡2 h、300 MPa高压下提取3 min，在此工艺条件下总黄酮有最高的提取率为5.44%；采用索氏提取法提取3 h，提取率仅为5.12%；超声波提取法的提取率为4.66%；微波提取法的提取率为3.76%，由此可以看出：超高压提取法耗时极短、提取率高。另外，超高压提取后的提取液十分澄清，而索氏提取法、超声波提取法和微波提取法处理后的提取液都比较混浊，这说明超高压提取法具有选择性提取的特点，更加有利于山楂中黄酮类成分的进一步分离纯化，实验可操作性强[9]。其他相关文献报道如下表所示。

2.2 皂苷类化合物的提取

Chen等利用超高压法从人参中提取人参皂苷，通过对溶剂的浓度、料液比、提取压强和提取时间的优化，获得最佳体系：70%乙醇作为提取溶剂、提取压强200 MPa、提取时间5 min、料液比为1：50 （g/mL），在此工艺条件下，人参皂苷的提取率为4.42%，与传统热回流提取的提取率（4.33%）相比，提取率没有明显的提高但是时间显著缩短，省时、节能[19]；Zhang等也利用超高压法成功从人参中提取人参皂苷[20， 21]。郑群雄等采用超高压提取法对山茱萸中总皂苷进行了研究，95%乙醇与药材按1：15 （g/mL）混合，400 MPa高压下提取8 min，最终总皂苷的提取率为17.60 mg/g，同微波提取法（45-65 ℃，20 min，提取得率为19.30 mg/g）和热回流提取法（60-80 ℃下，6 h，提取得率为7.80 mg/g）相比，超高压提取所耗时间最短，超高压提取和微波提取得率相近，但是热回流提取得率相对来说很低。超高压提取过程在常温下进行，保护了热不稳定成分的活性[22-25]。

2.3 多糖类化合物的提取

Zhu等利用超高压技术进行了破壁提取灵芝孢子多糖的研究，发现该方法在降低提取

用的同时提高了灵芝孢子多糖提取得率[26]。谢银军等利用超高压提取可破坏鱼腥草的细胞，促进多糖溶出。采用超高压提取鱼腥草中多糖的优化工艺条件为固液比1：20g/mL，超高压处理压力320Mpa、超高压处理时间4.5 min，多糖得率可达5.850%，该方法时间短，多糖得率高，是提取鱼腥草多糖的适宜方法[27]。

2.4 生物碱类

宁志刚[28]等采用超高压提取乌头原碱，工艺条件为：乙醇浸泡2h，压力为 600MPa，料液比为1：10，时间为5min。以乌头原碱的提取率为指标，超高压提取5min的收率为5.21mg/g药材，热回流提取6h的收率为1.06mg/g药材，煎煮法提取1h的收率为0.76mg/g药材。即超高压耗时分别为热回流的1/72、煎煮法的1/14，而提取率分别为热回流的5倍、煎煮法的7倍。可见，超高压法克服了传统提取法耗时长、效率低的缺点。

2.5 其他化合物的提取

席军等利用超高压提取法从茶叶中提取茶多酚等茶内物质，并与传统的提取方法相比较，取得了令人满意的实验结果[29-31]。Zhu等利用超高压技术实现对八角莲中木脂素的提取研究[32]，Corrales等利用超高压技术提取葡萄皮中花色素[33]。

3 超高压技术存在的问题

超高压提取技术虽然在提取方面有许多优点， 但该技术仍然存在以下几点不足：一是超高压条件下虽然不会影响生物小分子的结构，但能够影响蛋白质[34]、淀粉[35]等生物大分子的立体结构。因此，该技术在提取中不适于提取活性成分主要为蛋白质类的中药，且当药材中含有大量淀粉时，压力过高可引起淀粉的糊化，从而阻碍有效成分溶入提取溶剂中；二是超高压提取法需要特定的提取设备；三是目前超高压提取法主要在单味药提取中应用，在复方制剂的提取中的应用研究还未见报道；四是该提取技术应用研究还处于起步阶段，提取工艺参数之间的协同效应等问题尚需做进一步的深入研究。

4 展望

综上所述，超高压技术与传统技术相比，可以大大缩短提取时间、降低能耗、减少杂质成分的溶出，提高有效成分的收率，避免因热效应引起的有效成分结构变化、损失以及生理活性的降低，有很好的应用前景。

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（责任编辑：龙 蓉）

Abstract： High Hydrostatic Pressure not only can be applied in food sterilization， conserving and some processing， but also would play a important role in mutation breeding of microbe. Recently， people begin to apply it in Chinese tradition medicine extraction. This article outlines its basic principle， characteristics and application examples.

Keywords： High Hydrostatic Pressure； Active componments of Chinese Tradition Medicine； Extraction