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中药设备现状及制药现阶段改进优势
2010-12-16   人气指数:1600
    中药减压提取法原理及突破点
    1 问题的提出
    中药注射剂一连串不良反应的出现引发了全社会对中药制剂,特别是中药注射剂质量问题的关注。其实中药的质量问题一直是近代行业内外十分关注并讨论的焦点、重点和难点。中药由于历史传统的特点,其生产存在着固有的惯性和惰性,这从现在大多数中药生产厂家仍然采用效率很低的生产方式上可以得到明显的证明。例如:(1)中草药原料中有效成分(组分)的含量在很多植物中本来就不高,如果不能在提取中采用较好的方法,那么对本来就是微量的成分来说,无疑是用落后原始的工艺去“沙里淘金”,损失很大,从而造成资源的浪费和损耗;(2)现在绝大多数生产厂家采用的常压加热煎煮提取法,其实说白了是放大了的“煨药罐”,往往不仅造成许多中药中热敏性成分的破坏,而且还大量带出很多无效杂质,给后续分离纯化造成了困难和麻烦,从而更降低了收率,增加了消耗和成本[1];(3)更为不良的后果是,由于杂质含量过多使得分离纯化难度大且效果不好,造成产品中(特别是中药注射剂)残留异物超标也是形成中药注射剂不良反应的重要原因之一[2]。
    中药注射剂近年来才得到广泛的使用,相对传统中药的汤、丸、散、膏、丹等老剂型而言是一个对质量要求极高的“西洋化”了的创新品种,而这类剂型虽然“西化”了,但关键工段的生产方式仍旧是沿袭古老原始的“中式”,这样生产方式显然已不能适应中药产业发展的需要。问题早已潜在,只是时间问题。中药生产上的这些弊端也早已为业内人士所共识[3],它也是中药现代化道路上的难题和障碍。然而,解决这一行业难题却任重道远且远非可以一蹴而就。在科技飞速发展的今天,为了让中药更好地造福人类,并使之走出国门,国家领导人和许多专家学者为中药尽快实现现代化运筹帏幄、呕心沥血并制定了一系列的政策,并采取了许多措施加以扶持和鼓励。为此,广大科技人员潜心研究出了不少有价值的方法和成果,其中许多工艺值得借鉴并推广,诸如精制提纯方面采用大孔树脂吸附的方法、在浓缩方面采用膜过滤浓缩等等,且收到了可喜的成效。在提高有效成分(组分)的提取效率方面,基于很多药材的药效成分为不耐高温煎煮的热敏性,他们从低温提取的思路入手,除工艺上已有的二氧化碳超临界萃取外,正在研发的还有超声波萃取、微波萃取及仿生提取法等等。当然,这些方法都有其各自的特点和适应范围,因此不可避免地存在一定程度上的局限性。这需要对之进行综合性的评价和论证,直至切实可行才能为大生产和企业所乐意接受和采用。至今能为企业普遍接受而得到广泛应用的提取技术还是较少或不够成熟的。所以,就现阶段而言,中药生产方面能在提取方面进行工艺改进和改造的企业仍是屈指可数,而提取恰恰又是中药生产的质量、收率以及成本方面重要而关键的一步[4]。
    2 真空减压提取的思路和原理
    在中药的提取中,多数厂家采用的溶媒为水或乙醇,即所谓水提和醇提工艺。对于现阶段大多数工艺采用的常压提取来说,提取的操作温度也就相当于水或乙醇在常压下沸点(即沸腾的温度)。这个温度是大家最清楚不过的:水为100℃;乙醇为78℃左右(视含量高低有差异)。
    由于溶媒的沸点是随外界大气压的降低而降低的,所以在减压操作即负压(抽真空)的条件下,就可以在较低的温度下使溶液处于沸腾状态下而进行提取生产,这与在高原上烧水温度不到100℃就会沸腾的道理是一样的。这样既不致使药材中热敏性物质遭受高温煎煮的破坏,又不会高温煎煮中容易水解而产生的许多大分子杂质如淀粉、糊精、蛋白质、色素、鞣酸、粘液质等大量带到提取液中来。
    基于这种思路,采用设计一种能达到这种效果的设备——真空减压回流装置就能很方便地做到这一点。由于是沸腾状态下提取,而不是静态的低温浸泡,所以其效率要高。沸腾状态下能很快缩小溶液的浓度差,加快低分子量有效成分向溶液里扩散速度。同时,由于沸腾是从液体内部溶液所气化形成的现象,即由于存在从浸润的植物细胞内的溶液液体分子的汽化产生微小汽泡并迅速长大和膨胀的作用,因此可加速植物细胞膜的破裂,从而起到了提高有效成分加速溶出的效果。但是,由于药材品种很多,对不同的药材所采用的提取温度也应不尽相同。而采用本技术所控制的温度区域范围也比较宽,方法也很简便。例如,对醇提来说温度的控制可在42~78℃之间任意调节,而水提则可在55~100℃之间调节,控制的主要参数是真空度,亦即控制真空阀门就可以了。以上的温度适合于很多药材的提取温度,所以此工艺的优势是很明显。图1展示了现行中药提取生产与采用专利的工艺设备之间的对比情况。
    下面以醇提为例,常用不同浓度的乙醇在所需不同温度来控制对应真空度的操作点如表1所示,可供读者参考(详细计算及依据可查阅参考文献[5])。
    在表1里,醇提的参数用图表的形式在本文附图中可以更直观地看出,图中还增加了水提时的对应参数供读者参考,此图即为减压提取的原理与温度控制的曲线,如图2所示。
    3 技术突破点
    当然,从上面对原理和思路的分析来看是非常简易而明了的。就此而言,或许有人马上会联想到在提取罐上拉一根管子接到真空上不就可以了吗?但是,在生产实践中如果仅仅简单地将真空管路直截了当地接在现有提取罐的设备上是不是可以呢?回答是否定的。因为无论将真空管接在提取系统的任何一个部位,(如提取罐上封头的任一接管口、抑或在冷凝器下方、冷却器下方或者是油水分离器的下方),都会产生这样一个很令人头疼的问题——溶媒的回流问题。因为此举可能导致溶媒加热后产生的蒸汽被大量吸入真空系统而达不到回流的效果,同时还会损坏真空泵;或者形成压力差,造成提取罐的真空度没有真空管连接口处的高度从而使得溶媒被“吸住”,也不能顺畅地回流。
    而生产实践和理论[6]都告诉我们:只有让提取罐加热的药液挥发的蒸汽上升,并使其通过提取罐上方的冷凝器冷凝后的液体溶媒又能回落到提取罐内(即回流顺利形成时),提取液的浓度差,即浓度梯度才能形成而成为提取的推动力,从而提高提取的效率。由于提取目标成分大多数在提取罐的溶液或药材之中,而加热蒸发的溶媒蒸汽中一般来说药用的成分极少(指对不含药用挥发油的药材而言),所以溶媒的凝液相对提取罐内的药液回流到“娘家”后会形成较高的浓度差,从而成为推动提取过程的推动力。同时,也由于罐内药液的浓度随着提取的进行逐渐变高,继续不断的回流会使得回流的凝液与罐内药液的浓度差越来越大,从而完成整个提取过程。所以,既要在减压真空条件下操作,又能使溶液顺利形成回流的解决方法就是采用本文所推荐的专利技术——用于中药提取的减压提取装置。
    4 减压提取装置技术现阶段的优势
    (1)改造简单快捷。对一般现有的生产厂家而言,不需要大动干戈,只在原有提取系统的基础上增加一台“减压回流罐”即可,如图1所示。企业提取系统原有的设备一概不需改动,只要将管道作稍许调整。准备工作做得好的话,一天即可完成,甚至不会影响正常的生产。
    (2)费用极为低廉。安装一台“减压回流罐”的费用与其它同类工艺改造相比简直是一个零头(比你想象的要低得多),是任何一个企业都有能力承受的费用。
    (3)工艺成熟可靠。已经过大生产使用数年,效果明显,就可以使厂家轻松地分享这项发明带来的效益成果。
    (4)操作简单方便。采用简单的阀门控制,操作一次数分钟就可学会。
    (5)适用范围很广。该装置在一般中药生产企业均能适用。通过安装该装置,在一定的真空减压操作条件下,温度的控制范围在:水提可在55~100℃之间进行调控,醇提可在42~78℃之间进行调控[5]。由于这一温度范畴覆盖了很多药材适合提取的温度,所以其适应性相当之大。由此而言,对目前许多厂家使用的浸渍和渗漉工艺来说,也是一个绝好的提高生产效率的改进方法。
    (6)适合现阶段中国的国情,切实可行解决现存问题。从上述分析可看出,此技术的优势是十分明显的,成熟、低廉、简捷、可靠是它最突出的特色。它的成功再次说明了这样一个道理:以最简单的方法解决复杂问题的技术就是好的技术。
    (7)已申请PCT国际专利,期冀为中药现代化作出努力。
来源:食品制药化工机械人才网

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