分子蒸餾技術(shù)在醫(yī)藥行業(yè)的應用及研究進展

杭智軍 應安國 武 浩

（臺州學院醫(yī)藥化工學院，浙江 臨海 317000）

綜 述

分子蒸餾技術(shù)在醫(yī)藥行業(yè)的應用及研究進展

杭智軍 應安國*武 浩

（臺州學院醫(yī)藥化工學院，浙江 臨海 317000）

介紹了分子蒸餾基本原理與技術(shù)特點，是一種新型的液-液分離純化技術(shù)，具有蒸餾溫度低、受熱時間短、分離程度高等優(yōu)點。敘述了分子蒸餾在維生素、不飽和脂肪酸、揮發(fā)油等中藥及合成藥物粗產(chǎn)物有效成分的分離純化方面的應用及進展。認為我國在這方面的研究應用起步相對晚，需要進一步探索分離與純化的最佳工藝條件。

分子蒸餾；中草藥；醫(yī)藥；提純

分子蒸餾（molecular distillation）又稱短程蒸餾（short path distillation），是近年來應用較多的一種新型的分離純化技術(shù)。分子蒸餾具有分離真空度高、蒸餾溫度低、物料受熱時間短、分離程度及產(chǎn)率高、產(chǎn)品質(zhì)量高等特點，克服了常規(guī)蒸餾操作溫度高、受熱時間長、分離程度低的缺點，可解決常規(guī)蒸餾無法解決的難題，特別適用于熱敏性、易氧化的活性物質(zhì)或高相對分子質(zhì)量、高沸點、高粘度物料的分離、濃縮與純化。

分子蒸餾技術(shù)已被廣泛應用于石油化工、綠色精細化工、核工業(yè)、醫(yī)藥、食品、塑料和化妝品等相關(guān)行業(yè)中[1-3]。在不斷地應用與研究中，分子蒸餾裝備也得到了迅速的發(fā)展，分子蒸餾裝置設備主要分為靜止式、降膜式、離心式和刮膜式，現(xiàn)在應用較為普遍的有刮膜式和離心式分子蒸餾裝置[4]。

1 基本原理與特點

不同的分子有著不同的分子有效直徑，故它們的平均自由程也不相同。分子蒸餾技術(shù)正是在高真空的條件下，利用分子平均自由程差的不同導致其表面蒸發(fā)速率不同而達到分離的方法。分子蒸餾過程如圖1所示[5]。

由于冷凝與蒸發(fā)表面距離一般小于或等于待蒸發(fā)分子的平均自由程，因此當經(jīng)預熱處理的待分離液料從進料口沿加熱板成膜留下時，獲得足夠能量的輕分子從加熱板逸出，不經(jīng)過分子碰撞而直接到達冷凝面，最后沿冷凝面進入輕組分接收罐。而重分子由于平均自由程小，不能到達冷凝面，很快趨于動態(tài)平衡，最終順著加熱板流入重組分接收罐，從而實現(xiàn)了物質(zhì)分離的目的[6]。

分子蒸餾過程一般主要分為5步[7]：物料在加熱面上的液膜形成，分子在液膜表面上的自由蒸發(fā)，分子從加熱面向冷凝面的運動，分子在冷凝面上的捕獲，餾出物和殘留物的收集。

分子蒸餾具有如下特點：

1)操作溫度低。由分子蒸餾原理知，根據(jù)不同種類的分子逸出液面后的平均自由程不同的性質(zhì)來實現(xiàn)混合物的分離，在低真空條件下，不需要沸騰，所以可在遠低于沸點的溫度下進行操作。

3)物料受熱時間短。由分子蒸餾原理知，由于液面逸出的輕分子，幾乎未經(jīng)碰撞就直接到達冷凝面，所以受熱時間很短。另外，由于混合液體呈薄膜狀，使其受熱均勻并能夠快速揮發(fā)出去，這樣物料在蒸餾過程中受熱時間就變得更短。對易揮發(fā)、熱敏性物質(zhì)的保存率高。

4)分離程度高。分子蒸餾常用來分離常規(guī)蒸餾不易分離的物質(zhì)。對用2種方法均能分離的物質(zhì)而言，分子蒸餾的分離程度更高。主要用于不同組分分子平均自由程相差較大的混合物的分離。

5)產(chǎn)品質(zhì)量高。可得無毒、無害、無污染、無殘留的純凈而安全的產(chǎn)物。

分子蒸餾不僅能有效地去除液體中的低分子物質(zhì)（如有機溶劑、臭味等），而且能有選擇地蒸餾出目的產(chǎn)物，去除其他雜質(zhì)，因此被視為天然品質(zhì)的保護者和回歸者。分子蒸餾能實現(xiàn)傳統(tǒng)分離方法無法實現(xiàn)的物理過程，因此，在一些高附加值物料的分離與精制中被廣泛應用。

2 應用

藥品是用于預防、治療、診斷人類疾病，有目的地調(diào)節(jié)人的生理機能的一種特殊商品，要求必須安全、有效，保證藥品的質(zhì)量與純度。而自然界存在的中藥活性成分及人工合成產(chǎn)品的原始產(chǎn)物，幾乎都是混合物，其分離通常需要長時間高溫精餾，這樣會破壞有效成分的藥效。而分子蒸餾則依靠其特殊的技術(shù)優(yōu)勢，在藥物分離提純方面發(fā)揮著不可替代的作用。

2.1 中藥有效成分的提取分離

由表6可知：應用聚丙烯纖維微表處養(yǎng)護維修技術(shù)，相比于普通纖維微表處多了1.1元/m2的原料成本，普通微表處技術(shù)每平方成本約為15元/m2，聚酯纖維微表處相比于普通微表處增加成本7%，但極大地提高了路面的使用壽命，具有較高的經(jīng)濟效益。

2.1.1 維生素

隨著生活水平的提高，人們對保健品的需求越來越大。天然維生素E主要存在于一些動植物組織中，由于其對熱敏感，沸點較高，運用傳統(tǒng)精餾法不僅易使其變性，而且能耗較高。

林文等以含天然α-生育酚質(zhì)量分數(shù)約87%的天然維生素E粗提液為原料，經(jīng)過2級分子蒸餾，得到天然α-生育酚質(zhì)量分數(shù)約96%的產(chǎn)品，總回收率達77.7%[8]。

Moraes等用模型化方法對從植物油提取天然維生素E的分子蒸餾過程進行模擬，只需1級蒸餾即可將天然維生素E的質(zhì)量分數(shù)從8%提高到40%[9]。

Dobbins等將含質(zhì)量分數(shù)6.4%的維生素E的大豆油脫臭餾出物在氫氧化鉀-甲醇水溶液中皂化，使其中的游離脂肪酸和甘油酯、甾醇酯轉(zhuǎn)化成鉀皂，在皂化液中加水冷卻結(jié)晶過濾甾醇，濾液酸化使鉀皂轉(zhuǎn)化為游離脂肪酸，混合物分相取上層含脂肪酸和不皂化物的有機相，真空干燥后再進行多級分子蒸餾，在絕壓 6.6 Pa、165～180℃的條件下，首先得到脂肪酸和角鯊烯，220～240℃得中間餾分維生素E，所述方法得到產(chǎn)品純度和回收率均在70%以上[10]。

王秀華等應用刮膜式分子蒸餾裝置從大豆油脫臭餾出物中提取維生素E，實驗采用2級蒸餾方式，第1次蒸餾溫度100℃，操作壓力0.5～1.5 Pa，第2次蒸餾溫度150℃，操作壓力0.1～0.4 Pa。進料溫度100℃，進料體積流量1.0 mL/min，刮膜器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速120 r/min，維生素E的質(zhì)量分數(shù)由原來的8.46%提高至49.5%[11]。

2.1.2 不飽和脂肪酸

不飽和脂肪酸是人體必需脂肪酸，具有使膽固醇酯化，降低血中膽固醇和甘油三酯、降低血液粘稠度，改善血液微循環(huán)，提高腦細胞的活性，增強記憶力和思維能力等特殊功效，為人體營養(yǎng)、健康所必需。如脂肪酸包括A2亞麻酸、亞油酸、EPA、DHA等。而不飽和脂肪酸在高溫下易分解易氧化，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高藥效，常采用分子蒸餾技術(shù)分離多不飽和脂肪酸。

亞油酸作為重要的功能性多不飽和脂肪酸,具有許多重要的藥理功能[12-13]。郭劍霞等對華山松籽油先進行乙酯化，然后利用刮膜式分子蒸餾器對其中的亞油酸進行富集，結(jié)果表明，刮膜式分子蒸餾技術(shù)提純?nèi)A山松籽油中亞油酸的最佳工藝條件為：蒸餾溫度 105～115℃，進料體積流量 60～80 mL/h，進料溫度55～60℃，操作壓力1.0 Pa，刮膜轉(zhuǎn)速200 r/min。經(jīng)過4級分子蒸餾，可以將華山松籽油原料中的亞油酸的質(zhì)量分數(shù)由原來的63.3%提高至82.7%[14]。

A2亞麻酸是十八碳三烯酸，為多不飽和脂肪酸，研究表明A2亞麻酸對人體具有多種生理調(diào)節(jié)與保健功能。車懷智等用堿催化法對亞麻籽油進行了乙酯化反應得到粗A2亞麻酸乙酯，再通過分子蒸餾進行提純，結(jié)果表明，適宜的分離條件為：蒸餾溫度110℃，壓力為真空1.0～1.5 Pa，進料溫度為60～70℃，經(jīng)過分子蒸餾，可以將原料中的A2亞麻酸乙酯的質(zhì)量分數(shù)由原來的55.8%提純至59.2%[15]。

EPA和DHA分別是二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸，為多不飽和脂肪酸，具有降低膽固醇及血脂，延緩血栓形成，抑制血小板凝聚，預防動脈硬化及老年癡呆癥等作用[16-17]。傅紅等采用多級分子蒸餾技術(shù)，當蒸餾溫度為110℃以上，蒸餾壓力為20 Pa以下時，經(jīng)過3級串聯(lián)分子蒸餾得到多不飽和脂肪酸質(zhì)量分數(shù)為90.96%的魚油產(chǎn)品[18]。任艷軍應用VKL70型膜式分子蒸餾器小試設備從未經(jīng)脂化的深海魚油和海狗油中提取藥用成分EPA和DHA，確定了深海魚油小試實驗的最優(yōu)工藝條件為：蒸餾溫度305℃，系統(tǒng)壓力0.1 Pa，進料體積流量0.75 L/h，刮膜轉(zhuǎn)速300 r/min；狗油小試實驗的最優(yōu)操作條件為：蒸餾溫度300℃，系統(tǒng)壓力0.1 Pa，進料體積流量 0.7 L/h，刮膜轉(zhuǎn)速300 r/min[19]。

2.1.3 揮發(fā)油

揮發(fā)油又稱精油，是存在于植物體內(nèi)的一類具有揮發(fā)性，可隨水蒸汽蒸餾，與水不相混溶的油狀液體。揮發(fā)油在植物界分布極廣，作為中藥使用的植物就有數(shù)百種含有揮發(fā)油。揮發(fā)油多具有祛痰、止咳、平喘、祛風、健胃、解熱、鎮(zhèn)痛和抗菌消炎等作用。而揮發(fā)油往往具有易氧化、易熱解等性質(zhì)，運用常規(guī)分離技術(shù)往往會使產(chǎn)品的一些性質(zhì)發(fā)生改變，并且會殘留一些有機溶劑，致使產(chǎn)品質(zhì)量較低。而分子蒸餾技術(shù)依靠其蒸餾溫度低、物料受熱時間短、分離程度高、不可逆等優(yōu)勢，正好彌補了常規(guī)蒸餾在這方面的不足，因此，得到了廣泛的應用。

薰衣草是珍貴的中藥材和食品香料，研究表明，薰衣草精油具有抗驚厥、鎮(zhèn)靜作用，可以代替安眠藥，其香味能增進食欲增強身體健康，并有抗氧化的效能。張秋霞等采用分子蒸餾技術(shù)對薰衣草精油進行提純精制，考察了加熱溫度及冷卻溫度對精制工藝的影響，得到最佳工藝條件為：蒸餾壓力為2.2 kPa，加熱溫度為55℃，冷卻溫度為10℃，刮膜轉(zhuǎn)速為320 r/min，體積流量為60 mL/h。將實驗結(jié)果與未精制前的薰衣草精油中主要物質(zhì)的含量進行比較可知：3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯的質(zhì)量分數(shù)由6.60%上升為11.99%，芳樟醇的質(zhì)量分數(shù)由原來的46.84%增加至64.99%，有了較明顯的提高[20]。

大蒜被譽為“天然抗菌素”，對多種細菌具有較強的殺滅、抑制作用，并不易產(chǎn)生耐藥性。大蒜的主要成分為揮發(fā)油，從大蒜中提取藥用有效成分，臨床用于治療細菌性痢疾、毒性腸炎、腦炎。崔剛采用分子蒸餾技術(shù)，探討分子蒸餾不同因素對分離、提取大蒜中大蒜精油的影響。結(jié)果表明，當控制系統(tǒng)的壓力105 Pa、進料質(zhì)量流量1.2 g/min、進料溫度40～55℃、蒸餾溫度45.1℃時具有最好的二次分子蒸餾效果，大蒜精油的外觀質(zhì)量明顯提高，平均總提取率可達0.476%，大蒜精油中水0.15%，質(zhì)量分數(shù)達99.85%[21]。另外，崔剛比較通過二次分子蒸餾提取所得大蒜油與市售大蒜油的化學成分差異，純度明顯得到提高[22]。

木香是菊科植物云木香和川木香的通稱，其主要成分為揮發(fā)油，具有行氣止痛、健脾消食之功效，用于胸脘脹痛、瀉痢后重、食積不消、不思飲良、泄瀉腹痛等疾病的治療。王鵬等在真空度100 Pa的條件下對木香超臨界萃取物進行分子蒸餾，用氣質(zhì)（GCMS）聯(lián)用技術(shù)分析鑒定蒸出物的化學成分，結(jié)果從中鑒定出39種化學成分，并用峰面積歸一化法測定了它們的相對含量，其中亞麻酸甲酯、反式石竹烯、β-欖香烯的相對含量較高，分別為23.09%、13.67%和13.49%[23]。

2.1.4 其他中藥有效成分

黃妙玲等采用分子蒸餾技術(shù)，通過二次蒸餾對米糠油中植物甾醇的純化工藝進行研究確定了最佳工藝條件：在預熱溫度60℃和冷凝面溫度為10℃、進料體積流量為2 mL/min，以及刮膜轉(zhuǎn)速為250 r/min的條件下，一、二級蒸餾的最佳蒸餾溫度和壓力分別為80℃、50 Pa和160℃、1 Pa。在此工藝條件下，采用分光光度法對植物甾醇含量進行測定，結(jié)果顯示，甾醇的質(zhì)量分數(shù)由原料油中的3.15%提高到了61.37%[24]。

郭曉玲等采用分子蒸餾技術(shù)對超臨界CO2川芎萃取物進行分離，使藳本內(nèi)酯等有效成分含量達到80%以上，且無污染[25]。

2.2 合成藥物中有效成分的富集與提純

帕羅西汀堿為藥物帕羅西汀的有效成分，具有治療抑郁癥的功效。應安國等應用刮膜式分子蒸餾設備對帕羅西汀堿原料進行分離提純試驗，確定其最佳工藝條件為：進料體積流量60 mL/h，進料溫度80℃，攪拌速率130 r/min，蒸發(fā)溫度163℃、壓力0.1 Pa。經(jīng)過4級分離操作可將原料中的帕羅西汀堿的質(zhì)量分數(shù)由69.3%提高到99.31%，總餾出率50.84%[26]。

維生素K1是2-甲基-3-植基-1,4萘醌，具有治療小兒肺炎、毛細支氣管炎、小兒咳嗽的功能[27]。閻廣等運用自制的刮膜式分子蒸餾裝置，對維生素K1進行提純，最終得到質(zhì)量分數(shù)達93%以上的維生素K1并保持其原有的品質(zhì)[28]。

對乙酰氨基苯乙酸乙酯是合成氨基苯乙酸類抗風濕藥物的重要中間體，可治療變應性疾病過敏、季節(jié)性枯草熱、鼻炎和結(jié)膜炎等。許松林等用分子蒸餾技術(shù)分離對乙酰氨基苯乙酸乙酯的同分異構(gòu)體，結(jié)果表明，經(jīng)4級分子蒸餾操作即可將同分異構(gòu)體中2組分的質(zhì)量比由0.948降低到0.405，分離效率為0.392[29]。

乳酸是一種重要的有機酸，存在于人體、動植物和微生物體內(nèi)，在醫(yī)藥方面有許多的應用價值。王甲衛(wèi)等用分子蒸餾法來進行乳酸的分離提純，得到了質(zhì)量分數(shù)為96%的乳酸產(chǎn)品[30]。鄭弢等研究了用刮膜式分子蒸餾技術(shù)對L-乳酸進行精制的工藝條件，實驗過程中粗乳酸原料不需要進行其他脫水及脫色方法處理，只需通過2次分子蒸餾，即可得到高純度的L-乳酸，最終產(chǎn)物中L-乳酸的質(zhì)量分數(shù)大于95%，最高可達99.3%[31]。孫波等采用離心式分子蒸餾設備對發(fā)酵液中的乳酸進行精制，在壓力0.1 Pa、進料溫度50～70℃、蒸發(fā)面溫度60～75℃、蒸發(fā)面轉(zhuǎn)速 700～900 r/min、冷熱面間距 20～30 mm、冷熱面溫差40～45℃的工藝條件下操作，最終得到的產(chǎn)物中L-乳酸的質(zhì)量分數(shù)由原來的80%提高到95%，產(chǎn)率為70%[32]。

3 結(jié)語

分子蒸餾作為一種新型的液-液分離技術(shù)，具有分離真空度高、蒸餾溫度低、物料受熱時間短、分離程度及產(chǎn)率高、產(chǎn)品質(zhì)量高等特點，而這些是常規(guī)分離所不能實現(xiàn)的，特別適合于具有高附加值、易氧化、熱敏性等藥物活性體的提取與精制，而由于我國在這方面的研究應用起步相對晚，需要進一步探索分離與純化的最佳工藝條件。隨著分子蒸餾技術(shù)研究的不斷深入，及在藥物提取與分離的進一步應用，相信分子蒸餾技術(shù)將會在醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中取得突破性的發(fā)展。

[1]楊村,馮武文,于宏奇.分子蒸餾技術(shù)與綠色精細化[J].精細化工,2005,22(5):321-323.

[2]白石,王志祥.分子蒸餾技術(shù)及其應用[J].化工時刊,2007,21(4):36-39.

[3]李政輝.分子蒸餾技術(shù)在中藥提取中的應用[J].機械設計與制造,2011,(5):96-98.

[4]王志祥,林文,于穎.分子蒸餾設備的現(xiàn)狀及其展望[J].化工進展,2006,25(3):292-296.

[5]連錦花,孫果宋,雷福厚.分子蒸餾技術(shù)及其應用[J].化工技術(shù)與開發(fā),2010,39(7):32-38.

[6]馮武文,楊村,于宏奇.分子蒸餾技術(shù)與日用化工(I)分子蒸餾技術(shù)的原理及特點[J].日用化學工業(yè),2002,32(5):74-76.

[7]陳文偉,陳鋼,高蔭榆.分子蒸餾的應用研究進展[J].西部糧油科技,2003(5):35-37.

[8]林文,王志祥,史益強.分子蒸餾提取高純度天然α-生育酚的研究[J].中國糧油學報,2009,24(12):91-94.

[9]E B Moraes,R Maciel Filho,R Wolf Maciel,et al.Molecular distillation:rigorous modeling and simulation of vitamin E from vegetal oil[J].Appl Biochem Biotechnol,2002,98:1187-1206.

[10]Wiley Organics Inc.Process for isolating phytosterols and tocopherols from deodorizer distillat:US,2007073218[P].2008-01-17.

[11]王秀華,谷克仁.分子蒸餾提取天然維生素E研究[J].中國油脂,2009,31(9):72-74.

[12]王景梓,徐貴發(fā).ω-3和ω-6多不飽和脂肪酸的藥理作用[J].濱州醫(yī)學院學報,2005,28(24):253-254.

[13]張艷榮,單玉玲,李玉.姬松茸ω-6多不飽和脂肪酸對高血脂鼠的降血脂作用[J].吉林大學學報:醫(yī)學版,2006,32(6):960-963.

[14]郭劍霞,王昌祿,吳志建,等.分子蒸餾富集華山松籽油中亞油酸的研究[J].油脂化工,2011,36(4):40-43.

[15]車懷智,魏冰.分子蒸餾法A2亞麻酸的中試制備[J].陜西科技大學學報,2009,27:68-71.

[16]Peter C Weber,Kei-ichi Monobe,Mikirou Tada,et al.The benefits and risks of n-3 polyunsaturated fatty acids[J].Biosci Biotechnol Biochem,1998,62(11):2079-2085.

[17]Clemens von Schacky,William S Harris.Cardiovascular benefits of omega-3 fatty acids[J].Cardiovascular Research,2007,73:310-315.

[18]傅紅,裘愛詠.分子蒸餾法制備魚油多不飽和脂肪酸[J].無錫輕工大學學報,2002,21(6):617-621.

[19]任艷軍.深海魚油和海狗油的分子蒸餾提純研究[D].天津:天津大學研究生院,2006:27-41.

[20]張秋霞,江英.分子蒸餾技術(shù)精制薰衣草精油的工藝研究[J].食品工程,2009(4):25-26.

[21]崔剛.分子蒸餾法分離提取大蒜精油[J].食品科學,2010,31(24):236-240.

[22]崔剛.二次分子蒸餾提取與市售大蒜油的氣質(zhì)聯(lián)用分析和比較[J].食品科學,2011,32(2):248-251.

[23]王鵬,胡艷群,張忠義.木香超臨界萃取物分子蒸餾產(chǎn)物的GC-MS分析[J].中國醫(yī)藥指南,2011,9(11):53-54.

[24]黃妙玲,朱龍平,王小會,等.分子蒸餾技術(shù)制備米糠油植物甾醇的工藝研究[J].中國食品添加劑,2010(5):216-219.

[25]郭曉玲,馮毅凡,梁漢明,等.川芎超臨界CO2萃取物化學成分的GC-MS測定[J].中國醫(yī)藥工業(yè)雜志,2005,36(8):472-474.

[26]應安國,許松林,王淑華.分子蒸餾技術(shù)提純帕羅西汀堿[J].化學工程,2005,33(6):59-62.

[27]李力,孫孝國,耿萍.維生素K1的臨床應用進展[J].中國煤炭工業(yè)醫(yī)學雜志,2011,14(6):941-942.

[28]閆廣,李慶生,尹俠.分子蒸餾法提純維生素k1的研究[J].過濾與分離,2004,14(2):14-17.

[29]許松林,王淑華,應安國.對乙酰氨基苯乙酸乙酯同分異構(gòu)體的分子蒸餾分離[J].天津天津大學學報,2006,39(1):21-24.

[30]王甲衛(wèi),郭小雷,李政,等.分子蒸餾法分離發(fā)酵液中的乳酸[J].化工進展,2007,26(11):1619-1621.

[31]許松林,鄭弢,徐世民.精制L-乳酸的分子蒸餾工藝研究[J].高?；瘜W工程學報,2004,18(2):246-249.

[32]孫波,徐寧,姚婉瑩,等.離心式分子蒸餾設備在發(fā)酵L-乳酸精制工藝中的應用[J].化工進展,2008,28(10):1872-1879.

Application and Research Progress on Molecular Distillation Technology in the Pharmaceutical Industry

Hang Zhijun,Ying Anguo,Wu Hao

(College of Pharmaceutical and Chemical Engineering,Taizhou University,Linhai,Zhejiang 317000)

This paper introduced the basic principle and technical characteristics of molecular distillation,which was a new-type liquid-liquid separation and purification technology which has advantages of lower distillation temperature,shorter heating time,higher separation efficiency etc.The application and research progress on molecular distillation in the effective components separated from the crude product in Chinese herbal medicine and synthetic drugs such as vitamins,unsaturated fatty acids,volatile oil etc were reviewed.Research and application in this field in China started relatively later,then need to further explore the optimum conditions of separation and purification.

molecular distillation;Chinese herbal medicine;Pharmaceutical;Purify

TQ028.3+1

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2012.02.012

*通訊聯(lián)系人。E-mail：yinganguo@163.com

2012-12-02；

2012-12-20