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1、第二章 固液萃取(浸取),一、浸取基本知识和基本理论,浸取(固液萃取)是指用溶剂将固体物中的某些可溶组分提取出来，使之与固体的不溶部分(或称惰性物)分离的过程。被萃取物质在原固体中，可能以固体形式或液体形式(如挥发物或植物油)存在。固液萃取在制药工业中广泛应用，尤其是从中草药等植物中提取有效成分，或从生物细胞内提取特定成分。,1浸取体系与扩散溶剂从固体颗拉中浸取可溶性物质，其过程一般包括： 溶剂浸润固体颗粒表面； 溶剂扩散、渗透到固体内部微孔或细胞壁内； 溶质解吸后，溶解进入溶剂； 溶质经扩散至固体表面； 溶质从固体表面，扩散进入溶剂主体。,2浸取相平衡浸取过程中的相平衡可用分配系数 KD 表
2、示： KD = y / xx 、y 平衡时溶质在固相、液相中的浓度；注：若 y 和 x 用体积浓度 (kg/m3) 表示，KD一般为常数；如用质量浓度 ( kg/kg ) 表示，则 KD 值会发生变化。因为在浸取过程中，随着溶质的浸出，固体内外的溶液密度将发生变化。,二、影响浸取过程的因素,1固体物料颗粒度的影响各类固体生物物料是由细胞组成的，可溶性物质通常存在于细胞内，细胞膜产生一种不同于一般情况下的扩散阻力，因此浸取速率通常比较小。为了从动、植物等中浸提药品，在浸取前需先对固体原料进行恰当的预处理，即进行细胞破碎，以缩短固体或细胞内部溶质分子向其表面扩散的距离，而溶剂也容易进入细胞内部直接
3、溶解溶质，从而提高浸取速率。,工业上常通过物料干燥、压片、粉碎等方法，对固体物料进行预处理。固体物料的颗粒度越小，药物的浸出速率越快。过细的颗粒虽溶质浸出效果好，也会使无用或有害物质浸出量增大，给下一步药物的分离纯化造成困难另外，过度粉碎将使耗能增大、还会造成固液分离困难。,2浸取溶剂的影响(1) 浸取溶剂的选择 固体药物可看成由可溶物和不溶物（载体或基质）组成。浸取溶剂的选择原则如下： 溶剂对目的药物成分的分配系数KD 要大，且对目的药物成分的选择性要高； 溶剂对目的药物成分的溶解度要大，节省溶剂用量；,溶剂与目的药物成分之间应有较大的性质差异，易于从产品中去除，且便于溶剂的回收利用； 目的
4、药物成分在溶剂中的扩散系数要大； 价格低廉，粘度小，无腐蚀性，无毒，闪点高，无爆炸性等。,常用的浸取溶剂: 水、乙醇、丙酮、乙醚、氯仿、乙酸乙酯等。 水最常用的极性浸取溶剂，价廉易得，对很多物质都具有较大的溶解度，如生物碱类、苷类、蛋白质类等药物在水中都具有较好的溶解度，对于酶类药物和含少量挥发油的药物也能被水浸出。水的浸出范围广，选择性较差，固体中大量无用、甚至有害的物质也被浸出，增加了进一步分离的难度，影响收率。, 乙醇仅次于水的常用半极性浸取溶剂。乙醇的溶解性能介于极性与非极性之间，能溶解溶于水的某些成分，也能溶解溶于非极性有机溶剂的某些成分。与水形成任意组成的混合液，可通过组成的改变，
5、有选择地浸取某些成分。如乙醇含量90%时，可有效地浸取有机酸、挥发油、叶绿素等物质；乙醇含量在50%70时，主要浸取生物碱、苷类等药物；乙醇含量50时，适用于浸取苦味质、蒽醌类化合物等。,无毒无害，价格低廉，还具有一定的防腐作用，其比热容小，沸点低，汽化热不大，使分离回收费用低，可降低生产成本。但乙醇具有挥发性和易燃性，生产中应注意安全防护。 丙酮一种良好的脱脂溶剂，与水形成任意组成的混合液。丙酮也是一种脱水剂，常用于新鲜动物药材的脱水和脱脂。丙酮的防腐性能较好，但有一定的毒胜，而且丙酮易于挥发和燃烧，使用时要特别注意。, 乙醚非极性有机溶剂，可与乙醇及其他有机溶剂任意混溶。其溶解选择性较强，
6、可溶解游离生物碱、挥发油、某些苷类等物质。因乙醚有强烈的生理作用，又极易燃烧，且价格昂贵一般仅用于生物有效成分的提取、精制。 氯仿一种非极性溶剂，微溶于有机溶剂，与乙醚、乙醇都能任意混溶。,(2) 浸取辅助剂 浸取时有时可能会出现原先不溶或难溶的大分子等物质向可溶性、分子量较小的物质的转变，如原果胶向果胶的转变，在此浸取过程中，包含了增溶作用。浸取时可能还会出现某些物质向不溶性物质的转变，如用开水浸泡固体药物，使可溶性蛋白凝固，改变了细胞膜的通透性，从而提高了浸取过程的选择性，在此浸取过程中，也包含了增溶作用。,为了提高浸取溶剂的浸取效能，增加浸取成分在溶剂中的溶解度，增强其稳定性，除去某些杂
7、质，减少其他成分对浸取的影响，往往需要采取一定措施（如改变浸取条件）或加入某些浸取辅助剂。,常用的浸取辅助剂：酸 可使有机酸游离，使碱性物质沉淀；碱 可使某些物质水解，使酸性物质沉淀；表面活性剂 常可有助于有机物的溶解，提高浸取效果。,(3) 浸取溶剂用量及浸取次数浸取溶剂用量大，溶质浸取率高，但溶剂消耗量大，进一步分离难度增加，增大成本。浸取溶剂用量一定时，多次浸取可提高浸取率。一般情况下，第一次浸取时，溶剂的用量较大，这是因为要考虑浸出后剩余在固体物料中的溶剂量。通常浸取溶剂用量和浸取次数需通过大量实验确定。,(4) 浸取溶剂的pH值在浸取操作时，溶剂的pH值与浸取效果密切相关。通过调整浸
8、取时的pH值，可使浸取的选择性提高。如用酸性溶剂提取生物碱，用碱性溶剂提取皂苷等。,3浸取操作条件的影响(1)浸取温度温度升高，可使固体物料的组织软化、膨胀，促进可溶性有效成分的浸出。当固体物料中含有蛋白质、酶等杂质时，温度升高可使蛋白质类杂质凝固，使酶类杂质失活，从而有利于后序分离过程的进行。温度升高，会破坏热敏性药物成分，造成挥发性药物成分的散失，降低收率。温度升高，一些无效成分也容易被浸出。,(2) 浸出时间达到浸取平衡前，浸取时间与浸取量成正比；达到平衡时，浸取量为最大，但所需时间较长，影响生产效率。长时间浸取会使大量杂质溶出，也会导致一些有效成分被一起浸出，还使酶类等物质分解或发生降
9、解反应而降低溶质的收率。以水作溶剂，长期浸泡则易发生霉变，从而影响浸取液的质量。,(3) 浸取压力当固体物料组织密实，较难被浸取溶剂浸润时，可采用提高浸取压力的方法，促进浸润过程的进行，可提高固体物料组织内充满溶剂的速度，缩短浸取时间。在较高压力下的渗透，还可能将固体物料组织内的某些细胞壁破坏，利于溶质的浸出经一旦固体物料被完全浸透而充满溶剂后，加大压力对浸出速率的影响将迅速减弱。,两种常用加压方式：密闭升温使压力升高；通过加压设备使压力升高，但不升温。常压煮提(水温100，101.3kPa)与加压煮提(水温65-90，表压为200500kPa)的有效成分浸出率相同，而加压煮提浸出时间可节省一
10、半，固液比也有所提高；但需考虑因加压、加热可能造成的有效成分破坏问题。,三、浸取方法,1浸渍法浸渍法常用于制备药酒、酊剂。一般在常温或适当升温下进行，浸渍时间不等，加入的溶剂量也没有统一规定，多结合具体药材和实际经验采用定量浸出，然后根据需要配制药剂。,浸渍方法(中华人民共和国药典)：取适当粉碎的药材，置于有盖容器中，加入规定量的溶剂，密闭搅拌或振摇，浸渍35h或规定的时间，使有效成分浸出，倾取上层清液，过滤，压榨残渣，收集压榨液与滤液合并，静置24h，过滤即得。,浸渍法是一种最常用的浸出方法，适用于粘性药物、无组织结构的药材、新鲜及易于膝胀的药材。浸渍法简便易行，但由于浸出效率差，故对贵重药
11、材和有效成分含量低的药材，或制备浓度较高的制剂时，应采用重浸渍法或渗漉法为宜。,2煎煮法煎煮是将经过处理的药材，加适量的水加热煮沸23次，使其有效成分充分煎出，收集各次煎出液、沉淀或过滤分离异物，低温浓缩至规定浓度，再制成规定的制剂。需要注意的是在煎煮药材前，必须加冷水浸泡适当时间，以利于有效成分的溶解和浸出，除极难浸透的饮片外，一般浸泡时间为3060min。,煎煮法适用于有效成分能溶于水，对湿热较稳定的药材，它除用于制备汤剂外，同时也是制备部分散剂、丸剂、片剂、冲剂及注射剂或浸取某些成分的基本方法之一。但煎煮法浸出的成分比较复杂，对精制不利；而在中医用药方面，对于有效成分尚未搞清的中草药或方
12、剂，通常采用煎煮法。,3渗漉法渗漉法是向药材粗粉中不断加入浸取溶剂，使其渗过药粉，从下端出口收集流出的浸取液的浸取方法。溶剂渗入药材细胞中溶解大量可溶性物质之后，浓度增高，密度增大而向下移动，上层的浸取溶剂流下，形成良好的浓度差，使扩散较好地自然进行，故浸出效果优于浸渍法，提取较完全，省去分离浸取液的时间和操作。,对于非组织药材，因溶剂浸泡使其软化成团而堵塞孔隙，使溶剂无法透过药材，故不宜采用渗漉法。渗漉法的操作主要包括润湿膨胀、药材装填和渗漉。(1) 润湿膨胀 将药材粗粉放入有盖的容器中，加入粗粉量60%70 % 的浸取溶剂，均匀润湿后，密闭放置15min6h，使药材充分膨胀后备用。,(2)
13、 药材装填取脱脂棉一团，用浸取液润湿后，铺垫在渗漉筒的底部，然后将已润湿膨胀的药材粗粉分次装入渗流筒中，装入量不多于渗漉筒容积的2/3，松紧程度视药材及及取溶剂而定。若为醇含量高的溶剂则可压紧些，若含水最大则宜装得疏松些，装完后用滤纸或纱布覆盖，并加一些玻璃珠或瓷块之类的重物，以防止加入溶剂时将药粉冲浮起来。,(3) 渗漉 首先将渗漉筒的出口圈打开，然后向渗漉筒中缓慢加入浸取溶剂，待渗漉筒下部的空气排除后，关闭出口阀；继续加入浸取溶剂至高出药粉数厘米，加盖放置2448h，使溶剂充分渗透扩散。浸出溶剂的流速一般控制在15mL /l000g药粉，并随时补充浸取溶剂，使药材中的有效成分充分浸出；浸取
14、溶剂用量一般是药材量的48倍。,四、浸取工艺,1单级浸出工艺单级浸出是指将药材和溶剂一起加入到浸取设备中，经一定时间的浸取后，放出浸取液和固体物的过程。单级浸出时，浸出速率随时间的增长而逐渐减慢，直至达到平衡状态。工艺简单，常用于小批量生产，缺点是浸取时间长，固体相中含有一定的浸取液，浸出率低，浸取液的浓度小，浓缩时消耗能量大。,2单级回流浸出工艺及温渗法浸出工艺又称索氏提取，其工艺流程如图2-1，主要用于酒提或有机溶剂(如乙酸乙酯、氯仿等)浸提。由于溶剂的回流，使溶剂与药物细胞组织内的有效成分之间始终保持较大的浓度差，加快了浸取速率，提高了浸取率，而且最后放出的浸取液已是浓缩液。此法的生产周
15、期一般约为10h，浸取液受热时间较长，对于热敏性药物成分的浸取是不利的。,温浸法是在热回流浸出工艺基础上发展起来的一种方法。此法将浸取器内的温度控制在4050，较好地运用了温度对加速浸出的有利因素，减少了较高温度对浸取成分的破坏，降低了无效成分的浸出率。温浸法的浸取率高于渗漉法，但浸取液的澄明度不及渗漉法。,图2-1 索氏提取工艺流程示意,1酒提罐2缓冲罐3泵4冷凝器5冷却器6凝液受槽7浓缩罐,3单级循环浸出工艺单级循环浸出是将浸出液循环流动，使固液两相在浸取器中发生相对运动，从而提高浸取速率。在循环浸出工艺中，固体物成为自然滤层，浸取液经过多次的循环过滤，澄明度好。由于整个浸取过程可以是密闭
16、的，在使用易挥发溶剂浸提时，溶剂消耗量小，但此法的浸取剂用量较大。,4. 多级浸出工艺若固相中含有一定的浸取液，将会降低有效成分的浸取收率。为提高浸取收率，减少有效成分的损失，可以将一定量的溶剂分多次加入，进行多次浸渍法，从而达到多级浸取的目的。也可以将固体药材分成多份，依次进行浸取，从而实现多级浸出工艺。,固相中含浸取液浓度越高，有效成分损失越大，多级浸取可降低固相中的浸取液浓度，提高浸取收率，但浸渍次数过多意义不大。,5逆流浸出工艺图2-2为罐组式逆流提取法工艺流程。经预处理（粉碎、压片或切片）的药材，分别加入各提取罐中。溶剂由计量罐 I1 计量后，经阀门1控制加入提取罐A1中，开阀门2进
17、行循环提取2h左右；一级浸取液经循环泵 C1 和阀门 3 打回计量罐 I1，再经阀门 4 加入提取罐 A2 中，开启阀门5 进行循环提取 2h 左右；,二级浸取液经循环泵 C2 和阀门 6 打入计量罐 I2，再经阀门 7加入提取罐 A3 中，开启阀门 8 进行循环提取 2h 左右；以此类推，新鲜溶剂经过循环多次浸取，浓度相对较高，使浸提收率提高。罐组式的提取罐数越多，相应的浸取率越高，溶剂用量越少，浸取液浓度越大；但是相应的设备投资增大，生产周期延长，耗能增加。,实际操作一般采用4罐或6罐为佳。此工艺保持了循环浸出法的优点，克服了溶剂用量大的缺点。,图2-2 罐组式逆流提取法工艺流程示意,A1
18、A4取取罐； B1B4缓冲罐； C1C4循环泵； I1，I2计量罐； 114阀门,五、浸取设备,浸取设备按其操作方式可分为间歇式、半连续式和连续式。按固体物料的处理方法可分为固定床、移动床和分散接触式。按溶剂和固体物料的接触方式可分为单级接触、多级接触和微分接触式。按固体物料与溶剂间的接触情况可分为浸泡式、渗漉式和两种结合方式。,国内药厂所常使用间歇式固定床浸取设备，又称浸取罐。它能较好地适应多品种、小批量的生产特点。浸取罐的形式较多，其中以多能式提取罐应用较多，如图2-3。罐主体为圆筒形容器，有间壁层用于加热或冷却；提取罐、冷却器、油水分离器及泵等组成了单级浸出工艺、单级回流浸出工艺、单级循
19、环浸出工艺等。当多套串联使用时，可组成多级浸出工艺。,图2-3 多能式提取罐示意,平转式连续浸取器如图2-4，又称旋转隔室浸取器，是渗漉式浸取器的一种。其外形为密闭的圆筒形容器，内部装有间隔多个扇形格的水平圆盘，每个扇形格为一级固定床浸取器，底部有可活动的筛网，网上放固体物料，圆盘上设有加料装置和溶剂喷淋装置。,水平圆盘在旋转一周的过程中，完成装料、多级渗漉浸取、卸料等过程，由下部收集浸取液，浸取液可逆流循环使用，以提高浸取液浓度。平转式连续浸取器结构简单，占地较小，适用于大量植物药材的浸取，在中药生产中得到广泛应用。,图24 平转式连续浸取器1溶剂2原料3歇渣 4浸取液,复习思考题,2-1 解释固液萃取的特点。2-2 详细分述影响浸取(固液萃取)过程的因素。2-3 分析液液萃取与浸取(固液萃取)的异同点。,
