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1、天然药物有效成分的微波连续提取技术9天然药物有效成分的微波连续提取技术 东南医药生物工程技术研究所 郭维图1 温州神华轻工机械有限公司 孙福平2摘 要 ：天然药物有效成分提取长期以来一直采用水（醇）热回流提取和醇（水）沉，这种方法提取率低。为了加快中药提取的现代化进程，应用科技前沿技术，如超临界、超声波、微波浸提辅助技术及大孔径树脂、膜分离技术以及冷冻、喷雾和微波干燥相配套，组成一条技术先进又符合国情的生产线，这不啻是极为明智的选择。当前，中央把节约能源、降低消耗、减少污染立为基本国策；国家中医药局提出“中药新产品开发以高效、优质、安全、稳定为目标。”同时指出：“中药工业生产工艺和工程化技术落
2、后，缺乏标准化的专用制药工业装备.”本文着重介绍一种在植物提取物研究、生产中应用的微波连续提取装置。通过22个产品其中单方14个反复8个近300次试验证实，采用微波连续提取工艺不但可以节能、降耗、减排，还可以使中药提取物生产实现自动化、连续化，同时使提取率和有效组分含量大幅度得到提高，进而使中药实现规模化、产业化。这是我们克服重重困难，身体力行执行中央指示和国家中医药局提出的中医药发展战略目标所获得的成果，以此向国庆60周年献礼。关 键 词 天然药物 中药 提取 有效成分 传统提取 微波提取 微波功率 间歇 连续 节能 减排 降耗 新技术 装备 规模化 产业化 现代化 经济效益Abstract
3、 Extracting effective ingredients of natural drugs always uses heat reflux extraction and alcohol-precipitation, these traditional extraction are inefficient. In order to accelerate Chinese tradition medicine extraction realizing modernization , it is a wise choice that uses the frontier science and
4、 technology composing of a production line which is advanced technological and in consonant with the situation of country, such as supercritical, ultrasonic, microwave extractioon assistive technology combined with large aperture Eastotac and membrane separation technique, refrigeration, spray and m
5、icrowave drying. The central government put energy saving, lower consumption and pollution reduction as basic national policy. National bureau of TCM propose that New Chinese traditional medicine product development should take high efficiency, excellent quality, safty and steady as target. At the s
6、ame time, National bureau of TCM also point out that Chinese traditional medicine manufacturing technique is backward, and lack of standardized dedicated pharmaceuticals industry devices. This article introduces a set of microwave extraction device used in plant extracts research and production. We
7、used 22 kinds of medicine which contain 14 single and 8 compound medicine, for 300 times experiments to to verify that using microwave ectraction continuous production not only can realize energy saving, lower consumption and pollution reduction, but also can make extracting process realize automati
8、on and serialization. At the same time it can greadly improve the extraction efficiency and active principle content, and then bring about Chinese traditional medicine scale and industrialization. This is the achievements that we overcome numerous difficulties an practise the central govement direct
9、ives and National bureau of TCM medicine development strategic objective. For this reason, we present it as present of National Days 60th anniversary.Key words natural drugs, chinese traditional medicine, extraction, active ingredients, traditional extraction, microwave extraction, microwave power,
10、interval, continuous, energy-saving, emission reduction, consumption reduction, new technique, equipment, scale, industrialization, modernization, economic benefit.由于化学合成药的毒副作用，医源性、药源性疾病逐渐增多，其新产品研制成本越来越高，医疗费用成为患者不堪的重负。因此，人们冀望于一类毒性、副作用相对较小的治疗药物取代或部分取代化学药物。于是，人们将目光投向天然药物，实践证明，它具有疗效稳定、安全、毒副作用小及对一些疑难病与慢
11、性病疗效好的显著特点，据统计，全球有70%的人接受过中医药治疗或保健。全球天然药物的销售量每年以20%速度增长。世界各民族在与疾病斗争和预防疾病、营养保健中积累应用天然药物的宝贵经验，纵观中华民族悠久的发展历史，追溯祖国医药学的前进步伐，中医药作为中华民族优秀文化的灿烂结晶，我们的先辈如张仲景、华佗、李时珍、张思邈他们为民族的昌盛和人类的文明作出了不可磨灭的贡献。近代，为了确定天然药物的确切疗效，科学工作者通过对植物所含成分进行分析，确认其有效成分、无效成分和有害成分，然后采用提取、分离和纯化等科学手段吸其精华弃其糟粕让它为人类的健康服务。随着科学技术的发展，必将进一步推动中药制药工业的进步，
12、在保持中药传统特色和优势的基础上，实现中药现代化是必然的趋势。在加强基础研究和应用研究时应该吸取综合相关学科的理论与实践，充分应用新技术、新方法、新工艺、新设备、新材料、新辅料，从整体上提高中药制药技术水平和产品技术含量，以此作为中药现代化的可靠技术保障。天然药物几乎都是以植物（俗称中草药）为原料，植物有效成分的分离分析研究是当今研究的热点，由于新技术方法的不断出现和应用，植物活性成分的提取、分离、纯化工作逐步从长周期、低效率、低收率、低含量向短周期、高效率、高收率和高质量方向发展，活性成分的分析测定也更加迅速、微量和准确。中药制剂或保健品、食品添加剂质量好坏、成本的高低取决于提取物活性成分含
13、量的多少、提取率高低。提取物目标成分高、纯度高意味着用药剂量少、疗效高、疗程短，不但可以降低产品成本，而且可以降低居高不下的药费，减轻患者的经济负担。因此，如何提高提取率？怎样增加目标成分的含量和提高纯度？寻找降低产品成本途径成为目前提取物生产和项目研究的重要课题。同时，如何将科研成果转化为生产力，将其成果产业化，这是工艺与装备研究者的急切愿望。1.目标组分提取的沿革 我国古代医药极为丰富，古书就有“神农尝百草，始有医药”的记载。公元前2140年发现酿酒法及其作用，在商代（公元前1766年）创用汤剂，内经中已有汤、丸、散、膏、药酒等记载，后汉张仲景（公元142219年）著述中有栓、洗、软膏、浸
14、膏、糖浆和丸剂的论述。公元十六世纪前，我国收载近40个药物剂型，除现代剂型中的注射剂与片剂外几乎都有（1）。希腊药学家格林（Galen，公元129199）认为 ：“植物中有我们需要的成分，但也有无效物质，必须加以分离才能更好地发挥它的效能。”按照他的指导思想，我们从植物中提取所需要的物质（1）。因此,提高了用药质量，也促进药剂学的发展。为纪念他人们将浸出制剂如醋剂、酊剂、浸膏剂、油浸剂及乳剂、合剂、溶液剂、软膏剂均称为格林制剂。近代，科学技术发展很快，西方一直在科技发展的前沿，而我国，由于种种历史因素的困挠，直至上世纪80年代才步入经济技术发展的轨道。在此以前，中药仍然停留在丸、散、膏、丹、汤
15、传统剂型上，生产仍然停留在用刀切、大锅熬、石磨推、草纸包的落后工艺，因此，产品外观呈现的是大、黑、粗的形貌。这种令人尴尬的产品质量，主要是提取、浓缩、纯化工艺落后所致，因此，必须采用先进技术，方可有中药产品的未来，才不至于把老祖宗遗留的宝贵遗产挥霍歹尽。应该看到，近25年来，中药提取虽然由多功能提取、多效浓缩、醇（水）沉等近代生产工艺取代大锅熬的传统工艺，产品质量有所改观。但这种技术仍然是能耗高、物耗大、排放多的落后技术。科学技术部等16部委制定的国家中医药创新发展规划纲要提出“中药新产品开发以高效、优质、安全、稳定的三效（高效、速效、长效）、三小（剂量小、毒性小、副作用小）、三方便（储存、携
16、带、服用方便）为目标。”同时指出：“中药工业生产工艺和工程化技术落后，缺乏标准化的专用制药工业装备.” 中药工业生产工艺和工程化技术落后尤其体现在中药提取物的生产上,中药提取生产线由提取、浓缩（纯化）收膏、干燥组成。常用的提取方法有浸渍法、渗漉法、加热回流法和煎煮法。传统的浓缩方法是直接过滤然后沉降分去沉淀物，清液直接送入加热器浓缩。目前，采用三效或双效浓缩器者居多，三效浓缩器第1效加热温度为95、第2效加热温度为85，双效浓缩器则第1效加热温度为85、第2效加热温度为75，此温度为敏感温度，热敏性有效成分易大量被分解，这容易造成收率大大降低。此方法由于过滤不彻底，固形物易粘附于加热管壁，不但
17、造成结垢导致传热速度减慢浪费能源，而且垢层炭化造成浓缩液污染。现在不论采用三效或双效浓缩器，都是在真空状态下进行，而且第三效或第二效后蒸出水蒸汽还须冷凝、冷却，增加能源消耗。按照能耗统计，蒸出1T水需要消耗1.2T蒸汽,冷凝并冷却1T水蒸汽及其凝水需要消耗34T冷却水,由此可见其能耗相当可观,尤其CME工艺提取所加水量为MAE工艺的1.52.5倍,能源消耗就更加突出( 2)。尽管浓缩已经改为真空减压蒸发，但由于蒸发量大、加热时间长、能耗高，被分解的热敏性成分大量增加。因此，有些对新技术兴趣浓厚的企业采用超滤法用于浓缩，由于不加热，不存在相变，经实践证明可取得热敏性成分分解大大减少、浓缩时间大大
18、缩短、能源消耗大大降低的可喜效果。中药分离精制方法有水提醇沉法、醇提水沉法、酸碱法（调pH值法）、离子交换法等。尤其醇（水）沉更为普遍，它主要是利用提取液中各种杂质在不同浓度的醇中的不同溶解度来加以分离，达到纯化的目的。但采用醇沉工艺进行分离除杂时有效成分损失2575，有效成分不能最大限度保留。不能有效地减少服用剂量，口感差 ，疗效相应也会下降，生产过程中还需要消耗大量的乙醇，导致能耗较高。而且，其它蛋白质分子、生物碱和多糖形成分子间氢键，生成不溶于水的沉淀物；鞣质的酚羟基还会与大多数重金属离子发生络合反应，使高价金属离子还原成低价态，并形成沉淀，使药液浑浊。所以必须将口服液中所含的鞣质去除(
19、2)。传统的提取分离工艺存在的弊端，首先，提取范围广、选择性差易浸出大量杂质给后续工序带来很大困难。其次，具有主要疗效的成分容易流失、有效成分容易分解，因此提取转移率低。总之，路线长，操作繁杂，有效成分损失大。目前传统提取方法(CEM)能源消耗大（中药制剂产品75%的能耗集中在提取物生产过程，此过程70%能耗又集中在提取工序）、药材损耗多、溶媒用量大、有效成分转移率低（药渣中残存30%的有效组分被丢弃）、提取物质量差、生产环境不良、操作不方便、劳动强度大、劳动生产率低、生产周期长、设备利用率低、产品成本高等因素严重困挠着中药工业现代化进程（3）。这也是我国在国际市场缺乏竞争力的重要原因。那么出
20、路在何方？2采用先进工艺技术是提取物生产现代化的必由之路提取从广义上讲包括提取（浸提）、浓缩、分离纯化、收膏、干燥等工序，关键工序提取和纯化，为了获得提取率高、纯度高目标组分的提取物，科研单位纷纷开展产品的课题研究，其重点放在提取与分离纯化上。21提取（浸提）工艺目前在提取（浸提）方面有半仿生提取法（简称SBE法）、生物酶解技术、破碎提取技术、超临界流体萃取技术（简称SFE法）、超声波辅助提取技术、微波辅助提取技术等。半仿生提取法 是将整体药物研究法与分子药物研究法相结合，从生物药剂学角度，模拟口服给药及药物经肠胃道运转的原理，为经消化道给药的中药制剂设计的新提取工艺（4）。生物酶解技术 因植
21、物中富含果胶、淀粉、蛋白质等采用适当的酶法予以分解除去。破碎提取技术 通过对植物材料在适当的溶剂中，充分破碎而达到提取的目的（4）超临界流体萃取技术 一种流体（气体或液体），当其温度和压力均超过其相应临界点值，则称该状态下的流体为超临界流体，它的密度接近于液体，它具有与液体溶剂相当的萃取能力。扩散系数界于气态和液态之间，其黏度也接近于气体，其传质速率远大于处于液态下的溶剂萃取速率（5）。超临界法适用于从单一植物的热敏性化合物中的异构体不同的沸距，提取纯度高的单一组分，它不适用于复方多种成分的提取。超声波辅助提取 超声波是频率高于20kHz，并不引起听觉的弹性波。普遍认为其空化效应、热效应和机械
22、效应是超声波技术在中药提取中的三大理论依据。超声波提取就是利用超声波具有的机械效应、空化效应及热效应，通过增大介质分子的运动速度，增大介质的穿透力以提取中药有效成分的方法（6）。影响中药超声提取的因素有超声参数和溶剂的选择，尤其是超声参数如超声波频率、超声波强度、超声时间和溶剂浸渍时间等的选择尤为重要。微波辅助提取 它是建立在CME的基本理论基础上,利用微波(频率:2450MHz.波长12.2CM的连续波)在传输过程中遇到不同的物质其不同性质产生反射、穿透、吸收的差异现象。不同物质的介电常数、比热容、形状及含水量不同，将导致各种物质吸收微波能的能力不同（7）。以上的生物酶解、超声波辅助提取、微
23、波辅助提取等技术都市利用细胞破壁来达到提取目的，他们都有各自的应用范围，超临界适用与高纯度高附加值的产品，不适用于复方提取。它要求条件比较苛刻。破碎提取由于细胞完全被粉碎，因此杂质多，后处理难度大。生物酶解适用于含果胶、淀粉、蛋白质等的药材。超声波相应比较噪音大、能耗较高，相对比较微波应用范围较广、能耗较低，有更大的推广价值。22分离与纯化浸泡提取后需要将药渣与提取液进行固液分离，此乃是将机械杂质滤除，其次，还需要尽可能将无益及有害物质（组分）分离，以提高目标成分的纯度，醇（水）沉是常用的经典方法，此工艺一是有机溶剂用量大、成本高，其次，有效成分损失严重、收率低。为克服此弊端，有必要采用新的分
24、离纯化方法。那么，目前用于分离纯化有那些新的手段？以吸附澄清剂代替醇沉：中药水提液中杂质含有淀粉、蛋白质、黏液质、鞣质、色素、树胶、无机盐等，由于吸附剂存在巨大的界面能，易聚集，聚集后质点的大小超出胶体分散体系的范围，使质点本身的布朗运动不足以克服重力作用，从而分散介质中析出沉淀（8）。常用吸附澄清剂有：碳酸钙、明矾、硅藻土、高岭土、101果汁澄清剂、甲壳素类吸附澄清剂及ZTC系列天然澄清剂。在中药粗提物的分离纯化工艺中使用的吸附剂有活性炭、硅胶、氧化铝、分子筛、凝胶聚酰胺、交联聚维酮、大孔树脂等。大孔树脂吸附分离技术是采用特殊的高聚合的有机化合物作为吸附剂，选择性地吸附中药中的有效成分或主要
25、成分，去除了一些无用成分或其他成分，达到使中药制剂的剂量大大减少的目的。大孔树脂吸附分离技术运用于单一药材某种成分的吸附分离有许多研究，也是目前较好的方法。运用大孔树脂吸附分离技术要进行树脂种类的选择、树脂的前处理、再生条件、吸附与解吸的分析、残留物的检查、成分分析等工作。指纹图谱技术 无论是现代中药制剂，还是传统制剂，指纹图谱技术无疑是一项有效的控制和监测的技术。指纹图谱技术是利用光谱或色谱技术，如薄层色谱、高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳，并与二极管阵列检测器、质谱联用，获得组分群体的特征图谱或图象。通过计算机与数据处理获得特征数据，从而对药物质量进行判断。指纹图谱技术为成分复杂的中药监
26、控质量提供了一个有效的方法，它也适应传统中医药理论的需要，对传统中药制剂的质量监控有积极地促进作用。目前国际上这一技术已趋于流行，并应用于植物药研究或控制产品质量中。膜分离技术是现代分离领域最先进的技术之一。膜技术包括使用超滤膜、微孔滤膜、半透膜、反渗透等，其作用是可以富集药材中的有效成分，去除杂质。中药的有效成分如生物碱、黄酮类、苷类等分子量较小，无效成分分子量较大，结构复杂，通过选择适宜分子量截留值的超滤膜，可达到保留有效成分，去除无效成分。发展成熟的技术有反渗透、纳滤、超滤、微滤、透析、电渗析、渗透蒸发、液膜、膜萃取、膜蒸馏等。【原理】（2）膜过滤技术是一类以压力差为推动力，使混合物溶液
27、中的某些分子量较小的组分透过膜孔，而另一些分子量较大的组分被截留下来的膜分离技术。透过和截留的物质的大小与膜的孔径有关。一般根据膜的孔径将膜过滤分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)等。微滤膜的孔径范围在50nm到10 nm左右，可用来分离溶液中的细小的固体悬浮颗粒、细菌等，特别适用于从一些高分子的蛋白质、多糖产品中去除不溶物和细菌；超滤膜的孔径范围在5 nm到0.1nm左右，可用来将蛋白质、多糖等生物大分子与生物碱、多肽、激素等分子量较小的生物活性物质分离；而纳滤膜的平均孔径在0.9 nm到9 nm左右，无机盐、糖类、氨基酸等小分子也可以被截留，可用于对热和有机溶剂特别敏感的生物小分子
28、活性物质的浓缩。【膜分离技术的特点】（2） （1）选择范围广，适用性强已有广泛的应用如反渗透、纳滤、超滤、微滤、渗透蒸发、液膜、膜萃取、膜蒸馏等，为适用于各种中药生产的需求，提供了广阔的选择空间。 （2）富积产物或滤除杂质效率高 可根据药效物质或杂质分子量的分布情况，有目的地选择一定孔径范围的滤膜，一次或两次即可完成药效成分的富集，同时完成杂质的去除，其过程简单，操作方便。因此，分离效率高。 （3）无需加热浓缩，药效成分不被破坏 根据不同分子量大小选择不同孔径的滤膜，如先用超滤膜截留大分子物质，分出溶液和中小分子物质，再通过反渗透膜除盐，达到富集药物有效组分的目的，起到膜分离的浓缩作用和纯化作
29、用。该技术不需要加热。因此，能耗低，药效成分被破坏的可能性小。 （4）其他优点类似于超临界萃取和大孔树脂吸附分离技术。但超临界需超低温、超高压；而树脂吸附、解吸，需用大量酸硷，不利环保。膜分离则在常温、操作压力不高的条件下工作。 以上新技术只作概念性的一般介绍，本文着重推荐具有节能、减排、降耗、突出经济效益的微波辅助提取（MAE）技术。微波辅助提取（MAE）是建立在传统中药提取（CME）的基本理论基础上,利用微波(频率:2450MHz.波长12.2CM的连续波)在传输过程中遇到不同的物质其不同性质产生反射、穿透、吸收的差异现象及不同物质的介电常数、比热容、形状及含水量不同，将导致各种物质吸收微
30、波能的能力不同（3）来得到有选择性的提取物。它具有提取周期短、温度低、溶剂用量少、提取率高、纯度高、生产成本低等优点。微波技术在中药研究应用方面主要涉及到提取、干燥及炮制三方面。（3）1微波技术在植物目标组分提取中的应用1.1微波协助提取技术(MAE)的基本原理:极性分子接受微波辐射能量后，通过分子偶极以每秒24.5亿次频率旋转碰撞而迅速生成大量的热能产生热效应。其加热过程对被提取物是内外同时加热，其速度快无热损耗，从而大大提高提取速率，又大幅度降低提取温度，使提取的目标成分的生物活性得到充分保护。它的另一个特点是萃取时微波透过透明的萃取剂到达植物内部，因其维管束和腺胞系统含水量高，故吸收微波
31、快而升温，使细胞内压增大。当内压超过细胞壁承受能力时，细胞壁破裂，其内部的有效成分自由流出，进入萃取剂而被溶解，去渣存液达到提取目的。而传统提取加热是热传递时物料内外温差大，细胞内温度上升慢，目标产物的溶解及扩散速度慢，造成整个提取速度减慢。因在浸提过程中溶剂进入植物细胞内部要经历液泡和细胞器的膜透过，细胞浆中的目标组分的扩散也要透过细胞壁和细胞膜等复杂的传质过程，故有效成分浸出慢。1.2微波的重要特性(9)：【微波的穿透特性】它具有良好的穿透能力，快速进人分子内部而产生大量热量，导致植物细胞因被加热而膨胀破壁，而且其热扩散与分子扩散运动方向一致，同时因细胞壁被电击穿而破裂，加速溶媒分子对基体
32、的渗透和促使提取成分的溶解，故提取时间短、效率高、目标组分萃取更完全、提取率更高。此外，提取温度相对低而均匀，避免长时间高温引起有效成分分解，又因微波具有选择性加热的特点，对不同形态结构中药的有效成分有选择性，故获取的目标组分含量高、质量好，其含量可高出常规提取30-70%，有些品种甚至超过100，同时具有穿透的选择性，对塑料如PTFE、PE、PP等能穿透，故可用作设备的内部材料，用于制作物料的容器、输送管道、谐振腔内的运转支架等。【微波的热效应】微波具有很强的内热效应，具有极高的频率，使极性分子以24.5亿次/秒的速度做极性变换运动，产生的内热效应而生成大量热能，可让溶媒与溶质分子同时无热阻
33、、无热惯性地加热，其加热速度比常规加热方式要快10-100倍，提取时间大大缩短。【微波的似光性】微波具有似光性即对金属的反射性，所以可用金属加工作谐振腔，让微波在谐振腔内反复反射，但微波能随着反射次数的增加而衰减。因微波不能穿透金属，因此，可用作屏蔽装置，以防止微波泄露，保护生产环境安全。【微波具有对生物的非生物效应】借助它可以用于杀灭各种微生物，达到灭菌的目的。用此原理可设计各种灭菌设备，利用低温杀灭混在物料中的各种微生物，避免因高温有效成分被破坏，以提高药物疗效和食品的营养价值。【微波易控制】微波是交变高频电磁波，其作用随电流的存在而产生，舜间即生、舜间即逝，而且其功率密度可调、可控、因此
34、温度、时间、功率、流量等均可编程控1.3 微波的突出特点(10):【节约能源】微波加热所产生的热量系来自极性分子内部的内热效应，无热阻，热扩散与分子扩散运动的方向一致，所以加热速度快，时间短，溶质与溶剂互为渗透快，萃取时间一般只需30s-2min，温度6075，CME提取温度需要100，时间分23次则共需1216Hr，而浓缩时间CME为MAE的2.53倍，浸泡所需外加热源不用蒸汽只用热水,而且热水可以循环利用.由于时间短、温度低而且外加热源可以循环利用，故MAE能耗仅为CME（传统提取）的20-30%【降低物耗】MAE所需溶媒为药材量68倍，一般可一次提净，CME则需1620倍，尤其是有机溶媒
35、还需一套溶媒回收设备，和增加回收溶剂的时间，MAE溶媒仅CME的3040，既减少溶媒消耗、又减少浓缩所耗的能量，同时大大减少有机溶媒的污染。由于微波的穿透性使植物纤维里腺胞液的有效组分迅速转入溶剂，因而大大提高转移率，据分析测定，药渣中残留的有效成分01%，而传统方法药渣中仍含有效成分达30%以上，由此可见，可提高有效成分提取率30-70%，充分利用有限的药材资源生产出更多的产品，可降低药材消耗。【环境友好】有机溶媒用量减少与药材利用率的提高，也降低药渣及含有机溶媒废水的排放量，MAE可实现系统密闭操作，空气中可大大降低有害气体浓度，防止对环境的污染，又便于进行编程控制，而且提取温度在60-7
36、0之间，避免CME生产环境高温高湿之虞。因采取多项频蔽措施，使微波漏场量维持在1mW/cm2以下，微波泄露量大大小于国家与国际安全标准。【量多质优】MAE具有选择性加热及温度相对较低，相对比较温度分布比较均匀、无温度梯度之优点，而且植物腺胞内的有效成分是因细胞壁破裂而浸出，不像CME因高温而大量分解、破坏，在控制条件稳定下，它的重现性好，故转移率高、质量好。【经济效益好】由于能耗降低，物耗减少，生产周期缩短，设备利用率提高，劳动强度显著降低，治理污染的费用减少，并且收率提高、产品纯度好，因而，产品的运行成本降低，给企业创造实实在在的经济效益。【操作自动化】浸泡罐的搅拌及转子泵转速可变频调速，温
37、度、压力、流量、功率密度、自卸渣离心机过滤等均可编程控制，操作极为方便，大大减轻劳动强度，改善工作环境。操作方便还可真空、常压低温操作，因而可保护有效成份不被分解，从而提高转化率和含量，质量得到优化。若因故发生故障，可自动报警自动停车。整个提取过程完全实现自动化、连续化操作。2.微波提取的课题研究中的喜和忧由于微波具有上述优点，从事植物有效成分分离研究的药物工作者开始探索如何将微波的穿透、吸收的特性用于从植物细胞破壁更多的溶解出更多组分，同时，利用其选择性加热使热分布比较均匀温度较低的另一特性来保护提取出来的有效成分不被分解。最早从事这项工作的是1986年匈牙利学者K.Ganzler首次将微波
38、技术应用于提取（4）,有文献记载,我国开始将微波技术应用于中药提取上是上世纪90年代,1994年谢永荣用微波法从柑橘皮中提取天然色素获得成功,其收率与传统方法相同,但传统提取方法使用时间是微波法的22倍.从此开始我国步入试验研究的快车道，研究范围广泛、研究成果累累，据不完全统计,十几年来已经报导提取的种类有苷类、黄酮类、帖类、多糖、生物碱、蒽醌类、有机酸类、色素、挥发油等成分的提取。应用的溶媒有水、有机溶媒、混合溶媒，提取物可供医药、化工、食品、保健品、化妆品、日用洗涤用品等行业，品种在百种以上，所发表的相关论文六、七百篇，研究工作蒸蒸日上，方兴未艾，品种开发研究工作可以说是形势一片大好。但又
39、不能不看到存在的隐忧，笔者曾询问多个部门多位研究人员，你们的成果有多少个转让出去形成生产力，回答是极少或还没有。为什么？主要原因有两个：一是小试验目前所看到的都是单方，而且都是以克为单位，固液比非常大，如有的1：100、1：200、1：300，如此大的固液比，后续能耗必然相当高，此外，有的用的有机溶媒种类多、浓度高，甚至需用酸碱，小实验看不出环保问题，规模化大生产却造成严重的环境污染，虽然试验可获得目标成分的产品，但实现产业化带来的利弊，需要做可行性分析。应该指出：微波提取最适合非热敏成分的提取，对于含有热敏成分的提取，必须控制适当的浸泡温度微波功率也需适当选择。它不适用于非极性成分提取和动物
40、细胞包容物的提取。二是，小实验通常是在玻璃烧瓶及烧杯里进行，工业装置对小实验所得到的工业技术参数往往需要修正，它必须更地考虑传热、传质、流体输送、环境保护、产品成本、操作易难等一系列与生产相关的问题，到目前为止，除了华东理工大学对微波提取的传质、传热机理有些实验研究外，尚未见到装置研究的系统报导，由于产品开发与装置配套研究脱节，所以研究成果转化为生产力严重滞后。目前，有一些单位相继推出多种形式的微波加热干燥设备，在国内此类设备的开发和应用正走向成熟。微波提取设备大体上分为两大类，一类是间歇釜罐式，另一类是连续式，此又可分为管道流动式和连续渗漉微波提取装置，不论那一类其设计应符合下列基本条件。4
41、工业微波提取设备必须具备的基本条件4.1微波发生功率足够大,工作状态稳定,一般应配备功率选择、控制温度、压力、时间相关元件（2）。控制系统应有超载报警装置。4.2设备材料和结构合理、严格依照微波三大特性设计，结构于精度符合GMP要求并可灵活调整。4.3安全屏蔽可靠,微波泄漏量安全卫生要求（3）,用大于10mW量程的漏场仪在距离被测处5cm处检测,漏场强度应小于5Mw/cm2。4.4技术上与国际标准接轨，尽量采用模块化设计，控制操作系统尽可能优化。 5.产业业化的微波连续提取装置微波连续提取装置（国家发明专利，专利号：ZL200610138359.0）该装置将动态与连续相结合，采用传感、气动、变
42、频与程控技术相结合，应用直观的触摸屏控制，使参数的控制更灵活、准确、方便。此装置适用于含有极性物质的植物药材，将其粉碎浸泡于极性溶剂中，在常温或低于70浸泡。可以连续辐射连续过滤进行固液分离达到快速提取的目的。我们与温州神华共同研制的管道式微波连续提取装置，通过至今已完成的22个产品（其中14个单方、8个复方）反复试验，经合作单位采用定性、定量对有效成分进行分析测定，提取液（物）有效成分不低于相同产物或超过30%，提取率比传统方法高出30%，能源消耗节省70%，成本可降低40%以上，此装置既可以用于水提、也可以用于醇提，更可贵的是整个生产过程可以实现连续化，可以实现中药提取生产的规模化、产品生
43、产的产业化。5.1工艺流程5.2流程简述5.2.1工艺流程说明溶媒储罐（T1101）内的溶媒由溶媒泵（T1102）打入溶媒计量罐（T1103）再分次计量加进混溶罐T1104，随后将配方称过的药粉加入、启动搅拌、缓慢升温、浸透后开启底阀由调频螺杆泵T1108打入辐射腔T1109经辐射加热、含挥发油蒸汽进入冷凝器T1105后凝液流入冷却器T1107后入分层、油层进入受罐，另提取液打入下出料离心机T111O药渣卸入药渣车。药液流入储罐T1112.5.2.2浸提工艺过程简述 将粉碎至所需细度的药材粉末投入浸泡罐，然后加入所需溶媒量1/2搅拌，浸泡一定时间后加入另1/2的热水(或药材粉末与定量溶剂加入后
44、逐渐升稳)，继续搅拌浸泡到规定时间，用泵打入微波辐射腔，循环数十秒后启动微波辐射装置,循环至规定次数(此方法乃试验装置,大型设备则由经微波辐射腔时间而定)，关闭循环阀，开启中间罐阀门，同时，开启通往离启动微波辐射装置沉降罐沉淀、分层，分弃沉淀物清液抽入浓缩器进行真空浓缩至规定体积。5.2.3微波提取的影响因素主要有：溶剂的性质与选用、固液比、提取时间与温度、微波的剂量、溶剂的pH值等（3）。6.自动控制连续操作是提取物生产规模化的必由之路目前,国内微波提取装置基本上都是间歇式,其消耗微波功率比连续式高,提取率及有效成分含量也比它低,其原因是不同频率的微波它有相应的波长,2450MHz波长为12
45、.2CM,在透明液体中,其穿透深度仅4CM左右,釜罐式瓷控管是呈罐的周边布置,而微波对浸泡液的辐射是靠流体在周边的流动,由此可知,需要的微波功率随着罐径增大而增加，而且整罐接受到的辐射不可能是均匀的,故消耗功率大而提取率及有效成分含量也比它低。此外，其出渣方式仍然沿用劳动量大、环境差传统出渣方式，更重要的是整个生产过程依然是间歇方式，难以实现产业化。而管道式微波连续提取装置则浸泡液接受的微波辐射是均匀的，微波功率可根据物料对微波吸收功率的大小而调整。其次，生产过程的操作参数如温度、流量、时间、液位、搅拌转速、阀门开闭等都通过传感元件、执行结构进行操作，参数设定后通过PLC进行控制，整个生产过程
46、由显示屏直观表达。其三，由于提取温度较低，不需要加热蒸汽仅用热水加热，而且热水可以循环利用，加上提取时间短、温度低，所以能耗节约70%以上。更重要的是整个生产过程实现自动化、连续化操作，因此，使中药提取物生产实现产业化、规模化成为现实。参考文献1刘国杰等 药剂学 （1985年版）人民卫生出版社4、 62郭维图 膜分离技术在中药提取液浓缩中的应用 机电信息 2007年23期 83郭维图 孙福平 加速微波提取研究成果的规模化和产业化 中国制药装备 总37辑164蔡宝昌 罗兴洪 中药制剂新技术与应用 人民卫生出版社 45元英进等 中药现代化生产关键技术 化学工业出版社 116刘小平等 中药分离工程
47、化学工业出版社 607郭维图 微波管道式连续提取工艺设备的优势 医药工程设计 第29卷第6期548董方言 现代实用中药新剂型新技术 第二版 503 5209郭维图 微波技术在医药与化学工业上的应用 机电信息 2008年第35期 总209期7810郭维图 微波技术在中药提取研发与生产中的应用 医药工程设计 第27卷第6期52作者简介1郭维图（1937-）教授级高级工程师 原山西医药规划设计院 总工程师、副院长代院长，长期从事医药工程设计工作担任项目总负责人，目前与制药机械公司合作开发节能减排降耗的新产品。2孙福平（1970-）温州神华轻工机械有限公司董事长 从事医药设备生产加工经营十几年。郭维图通信地址：厦门市集美区乐海南路216号302室 邮编 361021E-mail：Guo.weitu
