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酶技术在中药材提取制备中广泛应用是因为这个优势!

日期: 2020-03-17
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中医药是我国传统医学的瑰宝,是华夏上下5000年璀璨文化的结晶,在当下医学高速发展的今天占着非常重要的地位,它不仅反映了中华民族对生命、健康和疾病的认识,也是我国医学体系的重要组成部分,因此对于它的提取制备也是有着相当严格的要求,下面我们一起来详细了解一下。

提取物从医学角度来讲一般分为植物提取物(包含中药提取物或草药提取物),动物提取物。而通常意义上讲的提取物一般是植物提取物、中药提取物、动物提取物三种。我国的植物提取物产业由于受到传统中医药文化的影响,具有着独特的发展优势并凭借其丰富的资源优势和技术优势让我国成为了世界上最重要的植物提取物供应国之一。

植物提取物是生物医药的核心原料,目前已被广泛应用于植物药、食品添加剂、功能性食品、化妆品等生产领域。随着21世纪生物医药的迅猛发展,在新的医学模式影响下,具备活性或功能性的植物提取物产品备受市场青睐,具有着广阔的发展空间,对推动医药对外贸易发展意义重大。

酶技术在中药材提取制备中广泛应用是因为这个优势!

2010-2017年中国植物提取物行业销售情况


酶技术在中药材提取制备中广泛应用是因为这个优势!

2010-2017年中国植物提取物行业供需平衡情况

地域方面,陕西、湖南和四川是我国植物提取物三大主产区,这三省植物提取产业起步较早,药用植物资源相对丰富,目前已形成了一定的规模优势。近几年,江浙粤地区和河南地区的植物提取物也取得了不错的发展。2017年我国植物提取物产值区域格局如下图所示:


酶技术在中药材提取制备中广泛应用是因为这个优势!

2017年我国植物提取物产值分布格局


总体来说植物提取物作为刚性需求的产品,世界很多国家对其都有着很大的需求,加之中国保健品市场的全面开放,植物提取物市场也变得空前大好,在国内市场和国外市场同时拉动的情况下,植物提取物产业的未来发展前景可期。预计到2023年行业规模将突破341亿元。

酶技术在中药材提取制备中广泛应用是因为这个优势!

图表3:2018-2023年中国植物提取物行业市场规模预测(单位:亿元)


市场前景虽大好,但需要高效的提取工艺技术来支持,目前,很多传统提取工艺的弊端并没有得到很好的解决,严重制约了我国中草药的高效利用,比如(1)提取过程中会消耗大量的有机溶剂和水资源; (2)提取时间过长或者提取温度较高会导致高能耗; (3)提取过程中经常会产生复杂的副产物导致提取物纯度较低,增加了进一步纯化的工作难度; (4)提取过程中具有生物活性的有效成分容易被破坏,导致提取物的活性明显降低。因此很多研究者开始关注提取工艺的升级换代。而现代提取工艺( 主要包括超声辅助提取法、微波辅助提取法、超临界 CO2萃取法、酶辅助提取法等) 在一定程度上可以缓解上述难题。这些提取工艺都被成功地运用于中草药的提取中,为中草药的充分开发利用奠定了强大的技术基础。

我们都知道常用中药材约90%为植物类药材,植物细胞由细胞壁及原生质体组成,细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶质、木质素等物质构成的致密结构,一般分为3层, 即胞间层、初生壁和次生壁。胞间层的主要成分为果胶质,初生壁则主要由纤维素、半纤维素和果胶质组成。初生壁的结构十分复杂, 由纤维素分子组成的微纤丝构成了其基本骨架, 在微纤丝之间的空隙中,填着果胶质和半纤维素的胶体状物质。和初生壁一样, 次生壁的骨架也是由纤维素分子组成的微纤丝构成。在中药提取过程中, 细胞原生质体中的有效成分向提取介质扩散时, 必须克服细胞壁及细胞间质的双重阻力,所以通过选用一些恰当的酶类, 如纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等作用于药用植物细胞, 使细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素、果胶等物质降解, 破坏细胞壁的致密结构, 引起细胞壁及细胞间质结构产生局部疏松、膨胀、崩溃等变化, 减小细胞壁、细胞间质等传质屏障对有效成分从胞内向提取介质扩散的传质阻力, 真正从传质角度促进有效成分提取率提高。

在这里常用的酶除了纤维素酶、果胶酶等,另外还会使用复合酶,复合酶常使用纤维素酶、果胶酶、蛋白酶等不同种类的酶按适宜比例混合而成。葡萄糖苷酶、转糖苷酶一般用于某些活性成分的转化过程。糖苷酶及糖转移酶在中药提取中具有广泛的应用前景,它可通过酶反应改变中草药目标活性物质的结构, 有望制备出高附加值的医药产品,对推动医药行业的发展具有重要意义。

由于中药水提液含有多种杂质,如淀粉、蛋白质、鞣质、果胶等。采用常规提取法时,煎煮过程中药材里的蛋白质遇热凝固、淀粉糊化,影响有效成分煎出,分离困难。而木瓜蛋白酶、淀粉酶则主要在精制、纯化和改善提取液的澄清度中起作用。所以选用恰当的酶,通过温和的酶解反应将影响液体制剂中的杂质组分分解去除 ,从而改善中药口服液、药酒等液体制剂的澄清度,提高成品质量。

酶辅助提取主要有以下特点: (1)具有高效性和专一性,因其可直接针对细胞壁作用,通过降解细胞壁中纤维素、果胶等成分,使细胞内容物迅速溶出,进入提取溶剂中,提高提取效率,缩短提取时间; (2)反应条件温和,不易破坏药效成分,酶要发挥其活性需要较温和的条件,温度不宜过高,因此适宜于提取热敏性成分及不稳定的化学成分; (3)酶辅助提取对温度和pH等影响因素的要求较高,因此提取时需要严格控制条件,以免酶失活。因为酶用于辅助提取时,酶的种类、用量、提取温度、时间和pH等都会对其提取效率产生不同程度的影响,若使用复合酶,不同酶的配比也是重要的影响因素,所以需要考察其条件,选用适宜的工艺。

酶技术在中药材提取制备中广泛应用是因为这个优势!


纤维素的破坏引起细胞壁的瓦解, 从而促使有效成分从细胞中流出,溶解到提取液中( 如图 1 所示) , 实现生物活性化合物的充分释放和高效提取。

酶提取法的优势:

(1)降低持水率

通过降低持水率从而使滤液在过滤时从滤饼中释放出更多的水或溶剂。酶可降解植物高聚物成分如果胶、淀粉、半纤维素、木质素等, 从而减少与之结合的含水量。

(2)节约能源和时间,降低生产成本

由于酶的高效性,当使用植物细胞壁降解酶后, 可使第一次提取更有效, 同时降低了提取温度,缩短了提取时间, 减少了提取能耗和溶剂的使用量,因此大大地降低了生产成本, 减少了环境污染。

(3)产物稳定、纯度高、活性高

有些植物提取物在贮藏过程中会出现浑浊及沉淀的问题,这些浑浊/沉淀物往往是果胶-多酚-蛋白质的复合体。果胶和蛋白质在提取过程中通过果胶酶和蛋白质酶, 被降解为小分子而避免浑浊物的形成,从而生产出稳定的提取物。由于酶催化作用具有专一性的特点, 所以在提取的时候能直接作用于有效成分, 而不会有很多杂质。同时,酶的常温下作用特性也会使许多易挥发和分解的产物有相对更高的生物活性。

酶技术在中药材提取制备中广泛应用是因为这个优势!


以上优势在酶法辅助提取中草药有效成分的应用结果中也有所表明,酶反应在较温和的条件下将植物细胞壁分解 ,从而明显提高了药用有效成分的提取率, 可以克服工业醇水提取方法中有效成分提取率低、工序复杂等问题, 提高提取体系澄清度,改变药材质地,还可以在提取中改变原有天然成分的结构,增加提取物的生理活性,而且酶处理技术是在传统中药提取基础上进行的,只要增加酶解前处理即可完成,因此,酶法用于中药的提取分离, 操作简便,成本低廉,并具备大生产的可行性。

针对以上中草药提取,夏盛开发了相关的酶制剂产品,以便更好的服务广大中药材提取企业。详见网址:https://www.sunsonenzymes.com/products.aspx?Id=70&TypeId=70&fid=t3:70:3




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