專利名稱：一種中藏藥有效成分聚能型超聲高效提取工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于制藥技術領域，涉及一種中藏藥提取工藝，具體涉及一種中藏藥有效成分聚能型超聲高效提取工藝。
背景技術：
中藏藥有效成分提取工藝是中藏藥制劑加工流程的首要環節。我國目前制藥行業在中藏藥提取的方法上，仍然在沿用基于擴散傳質理論的水煎煮法為主的幾十年一貫制的傳統工藝、使用多能提取罐一類的落后裝置。傳統工藝存在煎煮時間長、多種有效成分會受高溫而損失、提取率不足、效率低、能耗高等弊端，極大地浪費了藥材資源、降低了中藏藥的藥理藥效。中藏藥提取理論和工藝創新、促進中藏藥現代化是我國科技工作者的歷史使命。我國在制定了中藏藥現代化十二五發展規劃以來，超聲、超臨界提取等非傳統中藏藥提取技術的研究應用越來越受到重視。其中，由于超聲提取工藝的高效性、安全性和廣譜性，已逐步應用于天然產物提取研究，并取得了廣泛的實驗數據和實踐經驗。《中華人民共和國藥典》2008年版已有100多種藥材和制劑使用了超聲提取。顯然，先進的超聲提取工藝取代傳統提取工藝，是中藏藥現代化改革的方向之一。國外，特別是日本和東南亞中草藥市場占有率較高的國家，由于其節能和環保的優勢，超聲強化提純中草藥的研究也形成熱點。近幾年來，在中草藥提取技術國際會議上，國外學者發布的超聲提取技術研究成果多具地域特色，亦有借鑒價值。然而，國內外有關超聲技術提取中藏藥有效成分的研究雖然屢見不鮮，但由于多數處于實驗室研究，實用上仍存在某些技術瓶頸，使其在制藥產業的規模化應用仍然受到制約。究其原因，關鍵在于人們對超聲提取方法的深層次機制缺乏完整認識，缺乏對超聲提取裝置聲學參數的科學設置。因此，難以有效利用超聲能量、充分發揮超聲空化效應等作用機制，導致其產業化應用的技術水平不高、規模不大。綜合研究可知，當前實際應用的中藏藥超聲提取裝置與工藝，基本屬于如下幾類(I)超聲提取罐類對傳統的煎煮提取罐進行改造，在罐內分布安裝多組超聲換能器(包括中間放置柱狀換能器、四周放置換能器板或者分散安裝鞭狀換能器等)。這類改造型的超聲提取罐不同程度存在超聲能量不足、分布不均勻等問題，影響超聲提取效率，難以保證藥用有效成分得到充分提取；(2)超聲提取管類這類水平或傾斜放置的提取管，其直徑遠小于提取罐，內徑約35 40cm左右,換能器分布在管道的四壁,超聲波向管道中心方向發射。溶液和藥材分別從管道的不同入口注入，并連續沿某方向流動，也可以混合流入。使用這類設備的提取工藝較典型的是被稱為“逆流提取”工藝，溶液和藥材入口分別在管道兩端，流向相反，故為“逆流”。該提取工藝的主要優點是實現了連續性提取，提取效率稍高于提取罐類。但管道提取的主要缺點是，管道內部需要螺旋推動器、結構復雜，成本較高，運行過程中故障率高。(3)集束型超聲生物成分快速提取器是本發明所有單位2010年獲取的國家實用
3新型專利。該專利技術的主要特點是將幾十個超聲換能器組裝在提取管的外壁上，以便在提取罐內部產生高強度超聲場。該項新型技術可以與上述逆流提取技術緊密結合，以提高生物成分的提取效率。該類提取器的優點是工作效率高，但因仍采用常規超聲換能器，功率有限。另外，與此相關的“一種中藥超聲提取樹脂純化工藝”，是本發明所有單位牽頭、三單位共同申請授權的發明專利。其主要創新點，是將中藥超聲提取工藝與大孔樹脂吸附純化工藝相結合，形成一套連續的中藥提取、純化配套工藝。然而，該專利仍采用上述常規超聲提取裝置，僅強調兩種工藝的配套融合，并未涉及中藏藥超聲提取工藝條件的特殊要求，更未涉及聚能型超聲場聲學參數的科學設置。
發明內容
本發明的目的為了突破當前對中藏藥超聲提取方法和機制認識的局限性，克服技術瓶頸，提出一種中藏藥有效成分聚能型超聲高效提取工藝；該新工藝包括中藏藥超聲高效提取的工藝流程和最佳工藝條件，實現了中藏藥有效成分提取的高效性和實用性，為工程化應用提供科學依據與實踐支撐。本發明的原理不同能量超聲作用于生物組織，會產生不同的超聲生物效應，包括酶激活、細胞破壁、組織凋亡、碳化等。不同的生物效應用于不同的生物工程，如分別應用于超聲透皮、聲催化、殺死癌細胞、體外碎石等。理論研究與實驗表明，不同超聲生物效應的物化機制(包括熱學、動力學及聲空化機制)受聲場物理參數的有效控制。當超聲能量和相關物理條件被控制在合理范圍內，使生物效應僅限于細胞破壁，胞內活性成分無損轉移到溶媒，此乃中藏藥有效成分的高效提取的理想機制。顯然，關鍵是設置合理的超聲參數與媒介特征，也是以前未能完全克服的技術瓶頸。本發明采用反饋優選法，經過反復調整，獲得了滿足中藏藥有效成分高效提取的最佳超聲參數和媒介特征，提出一套包括工藝步驟及工藝條件的中藏藥有效成分聚能型超聲高效提取工藝。本發明工藝步驟a)材料預制中藏藥材清洗晾干、粉碎成30目左右，采用純凈水為溶液，藥-液比選I : 10或I : 12，浸泡40 60min，得到預制的藥-液混合物；對于質地疏松的藥材，選藥-液比I : 12、浸泡時間40min ;對于質密堅硬藥材，選藥-液比I : 10、浸泡時間60min ；b)進料參考圖3，控制閥門9，將預制好的藥-液混合物通過進料口 7送入聚能型超聲提取裝置，裝滿提取器內腔約90%空間；c)萃取在最佳工藝條件下，對預制的藥-液混合物聚能型超聲強化萃取12min，使藥材細胞破壁，胞內藥用有效成分轉移到溶劑中；d)分離萃取后的藥渣-藥液混合體通過控制閥門10經出料口 8送入過濾器，分離出含有藥用有效成分的藥液；e)純化將步驟d)所得藥液經大孔樹脂吸附、70%乙醇洗脫，回收乙醇，得到中藏藥有效成分提取物；f)濃縮對提取物進行濃縮或干燥；g)檢驗利用高效液相色譜儀(HPLC)對步驟e)所得提取物的化學成分及含量進行檢驗、包裝儲存。本發明工藝條件理論和實驗研究證明，最佳工藝條件是中藏藥活性成分高效提取的關鍵。本發明的工藝條件包括采用發射功率大于常規換能器15倍以上的高能超聲換能器，其發射體的面聲功率密度為5 18. 6ff/cm2,超聲場的空間聲功率密度為O. 4 I. 5W/cm3，超聲頻率為25±5kHz ;溶液溫度20 60°C ;藥-液比I : 10或I : 12 ;浸泡40 60min ;提取周期約12min。實際采用的工藝參數，應據藥材的不同特質在上述范圍內設置。
本發明工藝步驟c)所采用最佳工藝條件的超聲場聲學參數，是利用特制的聚能型超聲提取裝置進行設置的。該裝置的機電構造原理如圖3所示裝置采用的高能超聲換能器I由多片壓電陶瓷組成，用螺絲桿2和后蓋板4與聲波傳導組件3和超聲聲波發射體5緊密固定；所述超聲波發射體5為摻有稀土材料的合金梯形圓柱體，并經聲波傳導組件3固定在裝置的不銹鋼外殼6底部；超聲波發射體5整體處于不銹鋼外殼6的內部正中央；所述不銹鋼外殼6內腔是用于藏藥有效成分提取的聚能型超聲場空間。與不銹鋼外殼6右上方連接相通的是藥-液混合物的進料口 7 ;與不銹鋼外殼6右下方連接相通的是出料口 8 ；所述進料口 7用于將預制的藥-液混合物送入聚能型超聲空間；進料口 7與不銹鋼外殼6的連接處外側，安裝有閥門9，控制藥-液混合物流入；所述出料口 8用于將超聲萃取后的藥渣-藥液混合物送出，進入過濾分離流程；出料口 8與不銹鋼外殼6的連接處外側安裝有閥門10，控制藥渣-藥液混合物流出。 本發明與現有技術相比的有益效果實驗證明，本發明中藏藥有效成分聚能型超聲高效提取工藝，既可用于傳統中藏成藥改造，又可用于新型中藏藥開發及其產業化。與中藏藥傳統水煮法、常規超聲提取工藝比較，本發明中藏藥有效成分聚能型超聲高效提取工藝具有如下幾方面優點(I)本發明與傳統煎煮工藝的有效成分提取率和節能效果比較選取了幾味中藏藥，分別采用本發明工藝與傳統煎煮工藝進行了藥用成分提取實驗。根據聚能型超聲提取與傳統水煮法的比較實驗研究，得到如下結論①有效成分提取率比較在處理時間縮短8倍前提下，本發明的聚能超聲中藏藥提取所得有效成分，比傳統水煮提取有效成分一般多得19% 32%，少數藥材(如白芍)的有效成分提取率比水煮工藝提高了 45% ；②工作效率比較本發明工藝的提取時間(12min)是水煮提取時間(50minX2)的1/8，即工作效率顯著提高；③節能效果比較根據實驗數據，可以計算出相應的能量消耗本發明與傳統水煮提取工藝的能耗比為I : 5，即能耗降低到五分之一；(2)本發明與常規超聲提取工藝的工作效率與節能效果比較選幾種中藏藥，分別采用聚能超聲與常規超聲進行提取實驗。根據聚能型超聲提取與常規超聲提取工藝的效果對照，得出如下結論①工作效率比較聚能超聲提取時間是常規超聲提取的50%，即工作效率提高I倍;②節能比較聚能型超聲提取比常規超聲提取工藝平均節能58%左右。(3)生產成本與產品物流成本比較本發明工藝由于節能、高效、省輔料等原因，其生產成本比常規超聲、傳統煎煮工藝的成本降低很多。同時，由于產品濃縮精致，其貯藏、運輸等物流成本也相應降低。
圖I為工藝條件優化示意圖2為利用本發明的工藝流程圖；圖3為本發明中藏藥有效成分聚能型超聲高效提取工藝中“聚能型超聲提取”步驟使用的專用超聲裝置的結構示意圖。
具體實施例方式結合附圖，對本發明的具體實施方式
，按工藝步驟、工藝條件及具體實施案例作一說明。(I)本發明的工藝步驟a)材料預制中藏藥材清洗晾干、粉碎成30目左右粗粉，用純凈水作溶液，藥-液比為I : 10或I : 12，浸泡40 60min，得到預制的藥-液混合物；對于質地疏松、高膨脹的藥材，選藥-液比為I : 12、浸泡時間40min ;對于質密堅硬藥材，選藥-液比為I : 10、浸泡時間60min ；b)填料參考圖3，控制閥門9，將預制好的藥-液混合物通過進料口 7送入聚能型超聲提取裝置，裝滿整個提取器內腔約90%空間；c)萃取設置合理的工藝條件，對藥-液混合物聚能超聲強化萃取約12min,藥材細胞壁破損,胞內的藥用有效成分轉移到溶劑中；d)分離超聲萃取后的藥渣-藥液混合體通過控制閥門10經出料口 8送入過濾器，分離出含有藥用有效成分的藥液；e)純化將步驟d)所得藥液經大孔樹脂吸附、70%乙醇洗脫、回收乙醇，得到中藏藥有效成分提取物；f)濃縮對提取物進行濃縮或干燥；g)檢驗利用高效液相色譜儀(HPLC)對步驟f)所得提取物的化學成分及含量進行檢驗、包裝。(2)本發明的工藝條件設置利用圖I所示的工藝條件優化過程，對工藝條件和技術參數進行反復優化調整，探求最佳的中藏藥有效成分提取條件，形成一種構思新穎、工藝先進的發明專利“一種中藏藥有效成分聚能型超聲高效提取工藝”。本發明的工藝條件主要包括“聚能型超聲”的聲學參數、介質參數和提取周期。其中聲學參數超聲頻率為25±5kHz，超聲發射的面聲功率密度為5 18. 6W/cm2，空間聲功率密度分布為O. 4 I. 5ff/cm3 ;超聲提取的介質參數溶液溫度為20 60°C;藥-液比為I : 10或I : 12;浸泡40 60min;提取周期為12min左右。工藝條件中，超聲頻率在規定范圍內變化，對處理效果幾乎無影響，但超聲的空間聲功率密度、溶媒溫度、藥-液比等應視不同藥材的質地，需在上述范圍內略作調整。例如，對于硬度較大的根莖質地，可設置l.OW/cm3以上的功率密度，而對于葉、花類藥材，可采用O. 4 O. 6ff/cm3功率密度；溫度設置也很重要，如白芍苷提取，水溶液溫度為60°C左右，提取效率較高；而對藏紅花超聲提取，溶液溫度30°C較合適。步驟b)、c)和d)采用特制的聚能型超聲提取裝置，其機電原理如圖3所示。所述裝置采用的高能換能器I是由多片壓電陶瓷組成，并用螺絲桿2、后蓋板4和工業膠與聲波傳導組件3和超聲聲波發射體5緊密固定；所述超聲波發射體5為摻有稀土材料的合金梯形圓柱體，通過聲波傳導組件3固定在裝置的不銹鋼外殼6底部；超聲波發射體5整體處于不銹鋼外殼6的內部正中央，在不銹鋼外殼6內腔形成聚能型超聲場；與不銹鋼外殼6右上方連接相通的是藥-液混合物的進料口 7 ;與不銹鋼外殼6右下方連接相通的是出料口 8 ；所述進料口 7用于將預制的藥-液混合物送入聚能型超聲場；出料口 8用于將超聲萃取后的藥渣-藥液混合物送出，推入外接的過濾器；所述進料口 7與不銹鋼外殼6的連接處外側，安裝有閥門9，控制預制的藥-液混合物流入；出料口與不銹鋼外殼6的連接處外側安裝有閥門10，控制藥渣-藥液混合物流出。(3)本發明的具體實施案例具體實施案例I—聚能型超聲場參數的設置舉例之一 采用前端面半徑5. 5cm、頻率為25±5kHz、聲功率1200W的新型高能超聲發射體，發射面聲功率密度約為12. m/cm2 ;裝置的不銹鋼腔體內部實用空間設計為半徑8cm、長Ilcm的圓柱形空腔，則空間聲功率密度達到O. 55W/cm3，符合上述發明工藝條件對超聲場參數的設置要求；以此測算，裝置不銹鋼外殼的機械結構尺寸不改變，僅將高能超聲發射體的半徑提高到7. 5cm，頻率不變、發射聲功率在880W 3300W范圍連續調整，即滿足本發明權利要求的參數范圍發射面聲功率密度為5 18. 6ff/cm2,空間聲功率密度為O. 4 I. 5W/cm3，均能連續調整。具體實施案例2—聚能型超聲場參數的設置舉例之二 為加大中藏藥提取的處理量，針對具體實施案例1，將裝置的不銹鋼腔體內實際空間擴大到案例I容積的4倍。在該腔體內均勻安置4只同類型超聲發射體，同時發射880W 3300W超聲波，同樣達到本發明權利要求的聲學參數范圍面聲功率密度為5 18. 6ff/cm2,空間聲功率密度為O. 4 I. 5W/cm3。具體實施案例3-—康藏荊芥聚能型超聲高效提取工藝流程舉例選藏荊芥藥材，洗凈晾干，稱取lkg，粉碎成30目，用10倍水浸泡40min，完成藥-液混合物預制；然后，混合物通過進料口送入實施案例I所述聚能型超聲提取裝置，裝滿容量90% (留10%空間);在30°C條件下，聲功率1200W，空間聲功率密度為O. 55ff/cm3,對藥-液混合物強化萃取12min ;處理過的藥渣-藥液混合物通過出料口進入離心過濾器；過濾后的藥液經大孔樹脂吸附、酒精洗脫后，再經干燥，得到藏荊芥的胡薄荷酮等藥用成分提取物；然后，利用HPLC對提取物的藥用有效成分進行含量檢驗；對提取物稱重、包裝儲存。該案例相關工藝參數及測試數據，以及實施案例4的數據，列入表I。具體實施案例4中藏藥聚能型超聲高效提取工藝與煎煮提取工藝對比為了與傳統煎煮工藝進行對比，選用藏荊芥等6種中藏藥材，分別采用案例3所述聚能型超聲提取工藝與傳統煎煮提取工藝，進行中藏藥有效成分提取的對比實驗。首先，將所選藥材洗凈晾干，每種藥材稱取Ikg兩份，粉碎成30目；根據各種藥材的質地，分別用10 12倍水浸泡40 50 60min，完成藥-液混合物預制；然后，分別參照案例3所述的聚能型超聲高效提取工藝，將溶液溫度分別調整在20、30、35、40、601，超聲功率分別調整為880、1200、2000W和3300W，其中880W對應面聲功率密度5W/cm2和空間聲功率密度O. 4W/cm3 ;1200W對應面聲功率密度為6. 8W/cm2，空間聲功率密度O. 55ff/cm3 ;2000W對應面聲功率密度為llW/cm2，空間聲功率密度為O. 9ff/cm3 ；3300ff對應面聲功率密度為18. 6ff/cm2,空間聲功率密度I. 5ff/cm3 ;聚能型超聲提取12min，并過濾出藥液，經樹脂吸附洗脫、干燥得提取物；同時，利用傳統煎煮提取工藝，對上述各種中藏藥的藥用有效成分進行提取、樹脂吸附純化得提取物。然后，利用HPLC對各提取物的藥用有效成分進行含量檢驗、稱重。最后，對兩種中藏藥提取工藝的實驗數據進行對比分析。該案例中，不同質地的藥材采用的工藝條件對應參數值列于表I。本發明所述中藏藥聚能型超聲高效提取工藝，與傳統水煎煮工藝的提取物進行檢驗對比，所得實驗數據及工藝參數列于表I :
表I聚能型超聲提取與傳統水煎煮提取的實驗數據對比
權利要求
1.一種中藏藥有效成分聚能型超聲高效提取工藝，其特征在于，包括以下步驟 a)材料預制中藏藥材清洗晾干、粉碎成30目粗粉，用純凈水為溶液，藥-液比選I: 10或I : 12，浸泡40 60min，得到預制的藥-液混合物；對于質地疏松的藥材，選藥-液比I : 12、浸泡時間40min ;對于質密堅硬藥材，選藥-液比I : 10、浸泡時間60min ;b)將預制好的藥-液混合物送入聚能型超聲提取裝置，裝滿內腔容量的90% ;c)在聚能型超聲提取的工藝條件下，對藥-液混合物強化萃取12min，使中藏藥材的細胞壁快速破損，胞內的藥用有效成分轉移到溶劑中；d)超聲處理后的藥渣-藥液混合體送入過濾器，分離出含有藥用有效成分的提取液；e)將步驟d)所得提取液經大孔樹脂吸附、70%乙醇進行洗脫，回收乙醇，即得藏藥有效成分提取物；f)對提取物進行濃縮、干燥；g)利用高效液相色譜儀對步驟e)所得提取物的化學成分及含量進行檢驗、包裝儲存。
2.根據權利要求I所述的中藏藥有效成分聚能型超聲高效提取工藝，其特征在于，所述聚能型超聲高效提取裝置內部的工藝條件為發射的面聲功率密度為5 18. 6W/cm2，空間聲功率密度為O. 4 1.5W/cm3，超聲頻率為25±5kHz，藥-液比I : 10或I : 12，溶液溫度為20 60°C，提取周期為12min。
3.根據權利要求I和2所述的中藏藥有效成分聚能型超聲高效提取工藝，其特征在于，步驟b)、c)和d)中藏藥高效提取工藝所采用的聚能型超聲提取裝置，其構成為內部安裝的高能換能器(I)由多片壓電陶瓷組成，并利用螺絲桿(2)、后蓋板(4)和工業膠與聲波傳導組件(3)和超聲聲波發射體(5)緊密固定； 所述超聲波發射體(5)為摻有稀土材料的合金梯形圓柱體，并經聲波傳導組件(3)固定在不銹鋼外殼(6)底部；超聲波發射體(5)整體處于不銹鋼外殼(6)的內部正中央； 所述不銹鋼外殼(6)內腔是用于中藏藥有效成分提取的聚能型超聲場空間；與不銹鋼外殼(6)右上方連接相通的是藥-液混合物的進料口(7);與不銹鋼外殼(6)右下方連接相通的是出料口⑶； 所述進料口(7)用于將預制的藥-液混合物送入聚能型超聲空間；進料口(7)與不銹鋼外殼￠)的連接處外側，安裝有閥門(9)，控制預制的藥-液混合物流入； 所述出料口(8)用于將超聲萃取后的藥渣-藥液混合物送出，進入過濾分離流程；出料口(8)與不銹鋼外殼(6)的連接處外側安裝有閥門(10)，控制藥渣-溶液混合物流出。
全文摘要
本發明公開一種中藏藥有效成分聚能型超聲高效提取工藝。工藝步驟a)藥材清洗晾干粉碎成30目，加10～12倍水浸泡40～60min得預制物；b)將預制物送入聚能型超聲提取裝置；c)在特定工藝條件下，預制混合物經聚能超聲萃取12min，有效成分轉移至水溶劑；d)經萃取的混合物送入過濾器，分離出有效成分提取液；e)將步驟d)所得提取液經樹脂吸附、洗脫，得藥用有效成分提取物；f)用HPLC對步驟e)所得提取物的成分含量進行檢驗。特定工藝條件超聲頻率25±5kHz，發射面聲功率密度5～18.6W/cm2、空間聲功率密度0.4～1.5W/cm3，溶媒溫度20～60℃。本發明具有節能、提取率高、成本低等特點。
文檔編號B01J19/10GK102920740SQ20121044749
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月12日 優先權日2012年11月12日
發明者王保強, 楊磊, 李永紅, 張 林, 鐘婷婷, 黃磊, 侯紀龍 申請人:成都信息工程學院