青蒿素的分离纯化方法研究进展

　摘要：青蒿素是从菊科艾属草本植物黄花蒿（artemisia annua L.）中提取分离得到的一种倍半萜内脂类化合物，它是目前世界上公认的最有效的治疗疟疾的药物，具有低毒高效等特点。随着青蒿素制剂的广泛应用其分离纯化工艺也迅速发展，但青蒿素的性质不稳定，且现阶段所用的提取方法效率低、成本高无法，满足市场需求。本文综述了青蒿素的性质及用用途，介绍并比较了目前青蒿素的分离纯化工艺并讨论了青蒿素分离纯化研究的发展方向。

　关键词：青蒿素；有机溶剂法；超临界CO2流体萃取技术；微波萃取法

　　引言

疟疾作为一种危害性严重的世界性流行病，困扰着许多热带地区的人们，该疾病通过携带疟原虫的按蚊叮咬等方式感染并传播人类，感染者主要症状为全身发冷、发热、多汗，重则会导致贫血和脾肿大甚至死亡。在青蒿素之前世界上主要采用氯喹等作为疟疾病的主治药，但该药不能阻止复发，且近年来一些疟疾对该药产生了抗药性，限制了该药的发展[1]。青蒿素的发现给疟疾的治疗带来了新的转机，它作为一种新型抗疟药物具有低毒、高效等特点,青蒿素联合治疗(ACTs)被WTO认定为治疗疟疾的最有效的方法。青蒿素主要从黄花蒿中分离纯化获得，目前提取工艺已比较成熟，可分为传统提取工艺如：有机溶剂法，和新型提取工艺如：超临界CO2流体萃取法(SFE)，超声波提取技术，微波萃取技术(ME)，大孔吸附树脂提取技术，快速溶剂萃取技术和青蒿素提取联用技术等，但是青蒿素性质不稳定，且提取成本高、效率低，需要开发更加可靠、简单、高效的方法满足需求，本文综述了青蒿素的性质和几种青蒿素的分离纯化工艺，讨论了低成本、高效率获得青蒿素的研究方向。

　1 青蒿素的性质及用途

　　1.1 青蒿素的性质

青蒿素是一种倍半萜内脂类化合物[2]，分子式为 C15H22O5,为一种无色针状晶体，溶点为 156 ～ 157 ℃,易溶于丙酮、冰醋酸、氯仿、醋酸乙酯和苯等有机溶剂，可溶于甲醇、乙醇、石油醚等，水溶性和油溶性很差，因此在黄花蒿中提取青蒿素的传统方法为有机溶剂法，并采用重结晶和柱层析等方法分离。青蒿素的结构中含有特殊的过氧基团很不稳定，易受热、湿和还原性物质的影响而分解[3-4]，因此青蒿素的临床应用需要较大的剂量和较高的纯度，这对青蒿素分离纯化的技术有着更高的要求，在传统分离提取工艺上开发出了超临界CO2流体萃取法，超声萃取技术，微波萃取技术等更高效的分离纯化方法。目前青蒿素主要从菊科草本植物黄花蒿的地上部分提取分离，黄花蒿的叶片、花、茎表面的腺毛是青蒿素的主要合成、分泌和储存部位[5-6]。我国黄花蒿资源丰富，世界上约70%的黄花蒿产在我国[7]。

　1.2 青蒿素的用途

黄花蒿是我国传统的中药，其有效成分青蒿素是世界上公认的治疗疟疾最有效的药物。青蒿素具有高效、低毒、速效、安全与氯喹林无交叉抗性等优点，其复方制剂治疗疟疾已被广泛认可[8]。此外，青蒿素还具有抗肿瘤、抗血吸虫病、抗孕、抗白血病、抗心律失常等功效及对免疫调节失调类疾病如红斑狼疮、类风湿性关节炎等在临床上有显著疗效[9-10]。

　2 青蒿素分离纯化的工艺流程

从黄花蒿中获得青蒿素的主要流程为：选种育种.人工选择及培育青蒿素等有效成分含量高的黄花蒿传代种植;基地种植.在适宜的环境及土壤上种植；收割干燥.收割、晒干后取黄花蒿叶处理或储存；分离纯化青蒿素.青蒿素分离纯化的方法包括提取和纯化，根据青蒿素的物理及化学性质，青蒿素的提取可分为两大类即：传统溶剂提取如：室温提取、冷浸提取、索氏提取、回流提取等；和新型提取工艺如：超临界CO2流体萃取法，超声波提取技术，微波萃取技术，大孔吸附树脂提取技术，快速溶剂萃取技术和青蒿素提取联用技术等，纯化的方法主要为传统的柱层析或重结晶等。

　2.1 传统溶剂提取工艺

植物天然化学成分提取采用的最普遍的方法为溶剂提取法，根据青蒿素的物理化学性质即为无色针状晶体，易溶丙酮、冰醋酸、氯仿、醋酸乙酯和苯等有机溶剂，水溶性及油溶性差等特点常采用有机溶剂法提取，后通过重结晶和柱层析等方法分离。基本工艺流程为：将黄花蒿叶片干燥后破碎，经过合适的有机溶剂浸泡、萃取，浓缩提取液得到粗品最后精制。传统溶剂提取法虽然技术路线较成熟，但具有操作复杂、成本高、效率低等缺点，因此应在优化各步骤条件的同时，积极开发新型技术路线及工艺流程，以使青蒿素生产成本最小化，效率最高化。

　2.1.1 室温提取

由于青蒿素对热，湿等因素不稳定，且在不同的有机溶剂中溶解效果不同，提取有效成分时对这些影响因素的把握很重要，室温提取以黄花蒿叶干粉为原料，经过有机溶剂浸泡萃取后浓缩得到粗品品再柱层析纯化，这个过程中每个步骤条件的改变都会影响到的青蒿素的产率，赵兵等[11]实验研究表明在30~60℃条件下，分别用低沸点溶剂如乙醚、正己烷、氯仿、石油醚等提取青蒿素其中石油醚的提取效果较好比较适合作为提取介质，这种方法获得的青蒿素的收率为70~80%左右，此外，朱卫平等[12]研究显示室温浸提要12天以上才能将有效成分较完全提取。

　2.1.2 冷浸提取

因青蒿素受热易分解，所以温度较低有利于青蒿素的提取，屠呦呦团队在开始分离纯化青蒿素的时候也因温度较高而没有得到理想的效果，后来降低了温度得到的青蒿素活性显著提高，实验取得了进展。黄荣岗等[13]建立了较为完备的低温提取青蒿素的基本流程: 将青蒿叶加甲醇等有机溶剂搅拌提取，将得到的提取液低温冷冻后经离心、萃取、精制得到青蒿素再重结晶，低温提取工艺具有较好的分离纯化效果，通过控制条件，所得青蒿素含量可达99%以上。

2.1.3 索氏提取

索氏提取法，又叫连续提取法，该方法从固体物质中萃取化合物的主要利用为溶剂回流和虹吸的原理。提取过程中每一次固体物质都能被纯的溶剂索萃取，因此萃取效率较高。但由于青蒿素对热不稳定，在70℃时会有一部分产物分解，因此在样品数较多时没有室温提取和恒温提取效果好[12]。

　2.1.4 回流提取

利用回流冷凝装置，防止溶剂挥发丧失。韦国峰[14]等对比了冷浸法、回流法、索氏法、超声法提取青蒿素的效率，结果表明: 回流提取法获得提取率和青蒿素含量较其他方法高。但提取时间不宜过长，防止青蒿素分解。

　2.2 新型提取技术

　　2.2.1 超临界流体萃取技术( Supercritical Fluid Extraction，SFE)

超临界流体萃取(SFE)技术是是一种物理分离纯化的方法，它利用了压力和温度均高于临界点的流体进行物质分离。超临界流体具有萃取溶解目的溶质能力和使在其中的物质溶解度对压力、温度变化非常敏感的特性。将超临界流体与待分离的物质接触，超临界流体萃取或分离溶质极性、分子量、沸点等因素的不同的成分，控制条件使萃取物质处于最佳的混合比例，然后通过升温、减压的方法使超临界流体从超临界状态变为普通状态，此时被萃取物质便自动析出，从而达到分离提纯的目的[15-17]。郭发欢等[18]用超临界流体萃取青蒿素的研究表明，青蒿素的 SFE-CO2萃取提取率比传统溶剂法( 汽油或稀乙醇)提高了11% ～ 59%，且大幅缩短了提取时间。超临界流体萃取工艺具有萃取能力强、萃取速度快、操作温度低（适合青蒿素等热敏性物质的萃取）、选择性高、操作方便，且所用溶剂CO2 无毒、无污染、无残留等优点，该技术避免了传统溶剂提取的很多缺陷，非常适合对热敏感的天然物质的分离，在医药、食品、日用等领域都有着应用[19]。但由于该过程需要很大压力，对设备要求高，且运行成本大，限制了这项技术的推广，有待进一步开发与完善以利广泛应用[20]。

　2.2.2 超声波提取技术

超声波提取技术也称超声波萃取法，该技术利用超声波产生强烈的空化效应、机械效应和热效应，以及击碎、乳化、扩散等次级效应（主要动力为空化效应），增大分子运动速度和频率，增加溶剂穿透力，使细胞壁破坏，加速植物细胞中有效成分进入溶剂，从而促进提取，并充分混合[21]。赵兵等[22]将超声强化石油醚的提取青蒿素的工艺与常规石油醚提取青蒿素的技术实验比较，发现超声波强化石油醚工艺能缩短产品的提取时间、提高产品质量并降低溶剂消耗等，此外，实验显示几种工艺的提取效果比较为: 超声波强化提取大于搅拌提取大于索氏提取大于室温冷浸提取。利用超声波萃取技术提取黄花蒿中的青蒿素具有操作简便、效率高、无需加热、耗能少、产品质量好等优点，但该工艺所需设备要求较高且噪声大，产热多。目前只适用于小型实验室，需进一步优化才能广泛应用[23]。

　2.2.3 微波萃取( Microwave Extraction，ME) 技术

微波萃取又称为微波辅助萃取( Microwave－assisted Extraction，MAE),该技术利用微波反应器中的电磁波（频率在300M~300kMHz）有效分离植物、动物等材料中各种有效成分。由于在微波场中，不同物质本身介电常数不同，其吸收微波的能力不同，产生并传递给周围环境的热能就不同，导致体系中基体物质受热不均匀，从而萃取物在相应的溶剂中从基体分离。韩伟等[24]研究显示微波辅助提取法分离纯化黄花蒿中的青蒿素时提取率与物料粉碎度、提取溶剂、微波辐射时间等工艺条件有关。微波萃取技术作为提取是食品和中药中有效成分的一项新技术具有无污染、选择性好、萃取试剂少、回收率高、成本低等优点，但仅针对特定种类的物质有效具有一定的局限性。

　2.2.4 快速溶剂萃取技术( accelerated solvent extraction，ASE)

快速溶剂萃取是利用溶质在不同溶剂中溶解度的不同，在较高温度温度（50 ~200℃）和压力（10．3 ~ 20．6 MPa)下选择合适的溶剂，实现高效、快速萃取固体或半固体样品的预处理方法，该处理有效提高了提取效率并且降低了萃取溶剂的消耗。快速溶剂萃取技术用于青蒿素等食品及药品的分离纯化具有高效率、节省溶剂、节省时间、操作简便等优点[25]。

　2.2.5 大孔吸附树脂提取技术

大孔吸附树脂是以苯乙烯和丙烯酸酯为单体，加入二乙烯苯为交联剂，甲苯、二甲苯为致孔剂，这些物质相互交联聚合形成多孔骨架结构。大孔吸附树脂利用范德华力吸附解吸物质，不同物质有不同的吸附效果，再经洗脱从达到分离纯化、的目的[26]。应用大孔吸附树脂提取黄花蒿中的青蒿素具有选择性好、作用条件温和、操作简便、稳定性好且环保等优点，但大孔吸附树脂工艺流程还未发展成熟其作用规律和使用材料还需进一步完善，开发。

　2.2.6 联用技术

联用技术为集萃取、分离、精制于一体的青蒿素提取技术。徐朝辉等[27]总结出了联用超声提取—膜过滤—超临界萃取的技术。该联合方法很大程度的提高了青蒿素的收率和纯度，并减少了污染，为青蒿素的工业化清洁生产提供了参考依据。

3 展望

青蒿素作为公认的最有效的抗疟疾类药物在国际市场供不应求，目前青蒿素仅在黄花蒿中发现，而世界上有70%的黄花蒿分布在我国，我国具有很大的资源优势，但不同地区不同品种的黄花蒿中青蒿素含量差距很大，因此应从多方面采取措施提高青蒿素的质量及产量，发展方向应为：加强黄花蒿的遗传育种工作，选取优良性状的黄花蒿大量栽培并研究，探究影响青蒿素含量的因素，提高黄花蒿中青蒿素含量；加强青蒿素分离纯化方法及检测技术的开发与优化，采用更可靠且更具科学性的方法分离纯化并检测青蒿素。传统有机溶剂提取法或新型提取工艺超临界流体萃取技术、超声波提取法、微波萃取法等、在提取青蒿素方面都有利有弊。传统溶剂提取技术工艺路线成熟成本低，但获得产品杂质多且消耗大，而新型提取工艺为初步发展阶段，虽可以提高效率、纯度，且具有低能耗、环保等优点，但由于设备未完全优化且操作条件需继续摸索改善，使得现阶段工业上大规模提取生产青蒿素仍采用有机溶剂法。随着技术革新，青蒿素的分离纯化工艺应向提取、分离、纯化一体化方向发展，在有效除去杂质的同时，使提取率及纯度最大化，并缩短生产周期，降低生产成本，优化各种新型提取分离技术使各工艺流程从实验室走向工业化，从而最大程度实现青蒿素的价值。

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