双水相萃取在中药有效成分提取中的应用
[摘要]介绍了双水相萃取技术，综述了近年来双水相萃取在中药有效成分提取分离方面的应用,并指出了双水相在中药提取分离的发展方向。
[关键词]双水相萃取；中药有效成分
Aqueous Two Phase Extraction of Effective Constituents from Chinese Herbal Medicine
Abstract: Introduces phasepartitioning technology, in recent years were reviewed in TCM phasepartitioning effective components extraction and separation, and points out that the extraction and separation of the development direction.
Keywords: Aqueous Two Phase Extraction Effective Constituents of Chinese Herbal Medicine
中药有效成分是以中药材为原料，经提取、分离、干燥等制成符合一定质量标准的粉状提取物，是采用现代制药技术对中药材进行较深程度加工的产品，有较高的附加值。然而中药材所含成分十分复杂，一味中药可能富含上百种成分，有效、无效、甚至有毒成分均含其中，为提高中药的有效利用，中药提取就成为中药生产的关键环节。传统的提取分离方法[1,2,3]有煎煮法、回流法、浸渍法、渗漉法等，但这些提取方法存在着有效成分提取率不高、杂质清除率低、生产周期长、工序繁杂、易残留有害物质等缺点。近年来，一些新技术、新工艺的应用，提高了中药有效成分产率与纯度，提高了生产效率，加快了中药现代化与国际接轨的步伐，有着广阔的应用前景。文章将对双水相萃取技术在提取中药有效成分中的应用进行阐述。
1.双水相萃取技术
双水相萃取技术[4,5]是一种高效温和的新分离技术,在生物制药、分析检测、稀有金属分析等方面均有应用,特别是在生化分离工业中,比传统的萃取方法有着更加明显的技术和条件优势。
1.1双水相的萃取原理
双水相萃取与水-有机相萃取的原理相似,都是依据物质在两相间的选择性分配。当萃取体系的性质不同时,物质进入双水相体系后,由于表面性质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键等) 的存在和环境因素的影响,使其在上、下相中的浓度不同。影响待分离物质在双水相体系中分配行为的主要参数有成相聚合物的种类、成相聚合物的分子质量和总浓度、无机盐的种类和浓度、pH 值、温度等。
1.2双水相萃取技术的优势
ATPE作为一种新型的分离技术，对生物物质、天然产物、抗生素等的提取、纯化表现出以下优势：
(1)含水量高(70％--90％)，在接近生理环境的体系中进行萃取，不会引起生物活性物质失活或变性；
(2)可以直接从含有菌体的发酵液和培养液中提取所需的蛋白质（或者酶），还能不经过破碎直接提取细胞内酶，省略了破碎或过滤等步骤；
(3)分相时间短，自然分相时间一般为5min～15 min；
(4)界面张力小(10-7～ 10-4mN／m)，有助于两相之间的质量传递，界面与试管壁形成的接触角几乎是直角；
(5)不存在有机溶剂残留问题，高聚物一般是不挥发物质，对人体无害；
(6)大量杂质可与固体物质一同除去；
(7)易于工艺放大和连续操作，与后续提纯工序可直接相连接，无需进行特殊处理；
(8)操作条件温和，整个操作过程在常温常压下进行；
(9)亲和双水相萃取技术可以提高分配系数和萃取的选择性。
1.3双水相萃取的研究方向
国内自20世纪80年代开始对双水相萃取技术进行研究,经过20多年的发展,已经在生物制药、分析检测、稀有金属的分析分离等领域有研究和应用。
目前国内外对双水相萃取技术的研究主要集中在:(1)双水相体系成相机理及热力学模型的探索。由于双水相体系自身的复杂性,目前还没有一套完整的理论来解释双水相体系,近年来对双水相液-液相平衡的热力学模型的研究非常活跃;(2)新型、高效、廉价的双水相体系的开发。如用低分子有机物与无机盐所形成的双水相体系来分离提取中草药。这种双水相体系的引入,可以大大节约能耗,降低成本,简化操作流程,提高产品收率,为大规模工业化的实现提供了可能;(3)双水相萃取技术应用领域的拓展,利用其它相关技术对双水相萃取过程优化。如双水相技术与相关技术的集成问题,就充分地利用了双水相体系的技术和条件优势,为分离科学提供了新思维;(4)双水相萃取技术中体系的放大以及新工艺流程的开发等。
2.双水相萃取技术在药物提取分离中的应用
由于双水相萃取条件较为温和，不会导致被分离物质的失活，该技术已应用于生物物质的分离和纯化，并且在抗生素提取、中药中有效成分提取分离、天然产物纯化等方面得到了广泛的应用。
2.1双水相体系在蛋白质、酶、氨基酸、激素等的提取分离中的应用
Settu Saravanan等[6]采用聚乙二醇/聚丙烯酸双水相萃取体系萃取分离肌红蛋白和卵白蛋白。研究了聚合物的分子量、pH、温度的影响。实验表明，蛋白富集在上相的聚乙二醇相中，随着PEG分子量和温度的增加，分离的蛋白质量减少。当分离条件为PEG 4000-聚丙烯酸、温度20℃、pH 8.0时，蛋白质得到了很好的分离，提取分离到的肌红蛋白和卵白蛋白百分含量分别为95.2%和87.4%。
2.2双水相萃取技术在中药及天然产物中提取与分离的应用
中药黄芩是一种疗效确切的传统中药，黄芩苷是黄芩主要有效成分，赵爱丽等[7]通过采用非离子表面活性剂聚乙二醇-磷酸氢二钾-水双水相体系分离纯化黄芩苷，萃取率为98.6%。此方法所形成双水相体系操作简便，萃取率高，方法重复性好，可适用工业化生产。
2.3双水相萃取技术在抗生素及其他药物提取分离与制备中的应用
Mokhtarani等[8]用聚乙二醇-硫酸钠-水双水相体系分离环丙沙星，实验中运用正交设计的方法考察了温度、盐的浓度、聚合物浓度和聚合物分子量的影响。结果表明环丙沙星的分离情况受到盐浓度的很大影响。温度和聚合物浓度影响较小，聚合物分子量大小没有任何影响。
3.展望
中药中含有大量的有机化合物且成分十分复杂，提高中草药中有效成分提取及分离技术对我国中医中药进入国际市场有很大的促进作用。中草药有效成分分子中多具有疏水性结构，因此双水相萃取技术在中草药有效成分分离纯化中具有一定的应用价值。
双水相萃取体系自身的一些特殊性质以及优点,使其在生物化工产品的萃取与提纯方面表现出不俗的优势。但是体系自身也存在的一定的缺陷,如双聚合物体系价格较高,限制了其在工业中大规模的应用;体系的易乳化问题,导致萃取过程极不稳定,操作十分不方便,条件难以控制;某些高聚合物双水相体系分相时间较长,大大降低了生产效率;此外双水相萃取缺乏理论基础,目前的研究还停留在热力学模型的探索阶段。因此认为未来双水相萃取技术的发展方向应该集中在:(1)对液-液相平衡热力学模型的探索,应该加快基础数据的收集,寻求一套完整的理论依据;(2)新型双水相体系的开发,寻找更加廉价高效的双水相体系;(3)新工艺的开发,为实现大规模工业化寻找新思路;(4)双水相萃取技术与相关技术的耦合,扩展双水相萃取的应用领域,减少双水相体系自身的一些缺点带来的影响;(5)废液的回收以及再利用问题。在当今越来越重视人类生存环境的前提下,开发出环境友好、可循环利用的双水相体系是非常有意义的。
参考文献
[1]马玉哲,张俊杰,李红霞.中药有效成分提取分离技术最新进展[J].河北理工大学学报(自然科学版),2009(1).
[2]刘颖新,范业雪,王振月.酶技术在中药有效成分提取与转化中的研究现状[J].辽宁中医药大学学报,2008(9).
[3]朱小娟,安小宁.中药有效成分的提取分离技术研究进展[J].广州化工,2008(4).
[4]赵爱丽,陈晓青,姜新宇.应用双水相萃取法分离黄苓苷研究[J].中成药,2008,30(4):498~500.
[5]石慧,陈媛梅.PEG/(NH4)2SO4双水相体系在加杨叶总黄酮萃取分离中的应用[J].现代生物医学进展,2008,8(5):854~857.
[6]SARAVANAN S,RAO J R,NAIR B U,et al.Aqueous two-phase poly(ethylene glycol)-poly(acrylic acid)system for protein partitioning:Influence of molecular weight,pH and temperature[J].Process Biochem,2008,43(9):905-911.
[7]ZHAO A L,CHEN X Q,JIANG X Y.The separation of baicalin by aqueous two-phase extraction system[J].Chin Tradit Pat Med(中成药),2008,30(4):498-500.
[8]MOKHTARANI B,KARIMZADEH R,AMINI M H,et al.Partitioning of ciprofloxacin in aqueous two-phase system of poly(ethylene glycol)and sodium sulphate[J].Biochem Eng J, 2008,38(2):241-247.
