分子蒸馏技术在医药行业的应用及研究进展

杭智军 应安国 武 浩

（台州学院医药化工学院，浙江 临海 317000）

综 述

分子蒸馏技术在医药行业的应用及研究进展

杭智军 应安国*武 浩

（台州学院医药化工学院，浙江 临海 317000）

介绍了分子蒸馏基本原理与技术特点，是一种新型的液-液分离纯化技术，具有蒸馏温度低、受热时间短、分离程度高等优点。叙述了分子蒸馏在维生素、不饱和脂肪酸、挥发油等中药及合成药物粗产物有效成分的分离纯化方面的应用及进展。认为我国在这方面的研究应用起步相对晚，需要进一步探索分离与纯化的最佳工艺条件。

分子蒸馏；中草药；医药；提纯

分子蒸馏（molecular distillation）又称短程蒸馏（short path distillation），是近年来应用较多的一种新型的分离纯化技术。分子蒸馏具有分离真空度高、蒸馏温度低、物料受热时间短、分离程度及产率高、产品质量高等特点，克服了常规蒸馏操作温度高、受热时间长、分离程度低的缺点，可解决常规蒸馏无法解决的难题，特别适用于热敏性、易氧化的活性物质或高相对分子质量、高沸点、高粘度物料的分离、浓缩与纯化。

分子蒸馏技术已被广泛应用于石油化工、绿色精细化工、核工业、医药、食品、塑料和化妆品等相关行业中[1-3]。在不断地应用与研究中，分子蒸馏装备也得到了迅速的发展，分子蒸馏装置设备主要分为静止式、降膜式、离心式和刮膜式，现在应用较为普遍的有刮膜式和离心式分子蒸馏装置[4]。

1 基本原理与特点

不同的分子有着不同的分子有效直径，故它们的平均自由程也不相同。分子蒸馏技术正是在高真空的条件下，利用分子平均自由程差的不同导致其表面蒸发速率不同而达到分离的方法。分子蒸馏过程如图1所示[5]。

由于冷凝与蒸发表面距离一般小于或等于待蒸发分子的平均自由程，因此当经预热处理的待分离液料从进料口沿加热板成膜留下时，获得足够能量的轻分子从加热板逸出，不经过分子碰撞而直接到达冷凝面，最后沿冷凝面进入轻组分接收罐。而重分子由于平均自由程小，不能到达冷凝面，很快趋于动态平衡，最终顺着加热板流入重组分接收罐，从而实现了物质分离的目的[6]。

分子蒸馏过程一般主要分为5步[7]：物料在加热面上的液膜形成，分子在液膜表面上的自由蒸发，分子从加热面向冷凝面的运动，分子在冷凝面上的捕获，馏出物和残留物的收集。

分子蒸馏具有如下特点：

1)操作温度低。由分子蒸馏原理知，根据不同种类的分子逸出液面后的平均自由程不同的性质来实现混合物的分离，在低真空条件下，不需要沸腾，所以可在远低于沸点的温度下进行操作。

3)物料受热时间短。由分子蒸馏原理知，由于液面逸出的轻分子，几乎未经碰撞就直接到达冷凝面，所以受热时间很短。另外，由于混合液体呈薄膜状，使其受热均匀并能够快速挥发出去，这样物料在蒸馏过程中受热时间就变得更短。对易挥发、热敏性物质的保存率高。

4)分离程度高。分子蒸馏常用来分离常规蒸馏不易分离的物质。对用2种方法均能分离的物质而言，分子蒸馏的分离程度更高。主要用于不同组分分子平均自由程相差较大的混合物的分离。

5)产品质量高。可得无毒、无害、无污染、无残留的纯净而安全的产物。

分子蒸馏不仅能有效地去除液体中的低分子物质（如有机溶剂、臭味等），而且能有选择地蒸馏出目的产物，去除其他杂质，因此被视为天然品质的保护者和回归者。分子蒸馏能实现传统分离方法无法实现的物理过程，因此，在一些高附加值物料的分离与精制中被广泛应用。

2 应用

药品是用于预防、治疗、诊断人类疾病，有目的地调节人的生理机能的一种特殊商品，要求必须安全、有效，保证药品的质量与纯度。而自然界存在的中药活性成分及人工合成产品的原始产物，几乎都是混合物，其分离通常需要长时间高温精馏，这样会破坏有效成分的药效。而分子蒸馏则依靠其特殊的技术优势，在药物分离提纯方面发挥着不可替代的作用。

2.1 中药有效成分的提取分离

由表6可知：应用聚丙烯纤维微表处养护维修技术，相比于普通纤维微表处多了1.1元/m²的原料成本，普通微表处技术每平方成本约为15元/m²，聚酯纤维微表处相比于普通微表处增加成本7%，但极大地提高了路面的使用寿命，具有较高的经济效益。

2.1.1 维生素

随着生活水平的提高，人们对保健品的需求越来越大。天然维生素E主要存在于一些动植物组织中，由于其对热敏感，沸点较高，运用传统精馏法不仅易使其变性，而且能耗较高。

林文等以含天然α-生育酚质量分数约87%的天然维生素E粗提液为原料，经过2级分子蒸馏，得到天然α-生育酚质量分数约96%的产品，总回收率达77.7%[8]。

Moraes等用模型化方法对从植物油提取天然维生素E的分子蒸馏过程进行模拟，只需1级蒸馏即可将天然维生素E的质量分数从8%提高到40%[9]。

Dobbins等将含质量分数6.4%的维生素E的大豆油脱臭馏出物在氢氧化钾-甲醇水溶液中皂化，使其中的游离脂肪酸和甘油酯、甾醇酯转化成钾皂，在皂化液中加水冷却结晶过滤甾醇，滤液酸化使钾皂转化为游离脂肪酸，混合物分相取上层含脂肪酸和不皂化物的有机相，真空干燥后再进行多级分子蒸馏，在绝压 6.6 Pa、165～180℃的条件下，首先得到脂肪酸和角鲨烯，220～240℃得中间馏分维生素E，所述方法得到产品纯度和回收率均在70%以上[10]。

王秀华等应用刮膜式分子蒸馏装置从大豆油脱臭馏出物中提取维生素E，实验采用2级蒸馏方式，第1次蒸馏温度100℃，操作压力0.5～1.5 Pa，第2次蒸馏温度150℃，操作压力0.1～0.4 Pa。进料温度100℃，进料体积流量1.0 mL/min，刮膜器转子转速120 r/min，维生素E的质量分数由原来的8.46%提高至49.5%[11]。

2.1.2 不饱和脂肪酸

不饱和脂肪酸是人体必需脂肪酸，具有使胆固醇酯化，降低血中胆固醇和甘油三酯、降低血液粘稠度，改善血液微循环，提高脑细胞的活性，增强记忆力和思维能力等特殊功效，为人体营养、健康所必需。如脂肪酸包括A2亚麻酸、亚油酸、EPA、DHA等。而不饱和脂肪酸在高温下易分解易氧化，为了保证产品的质量，提高药效，常采用分子蒸馏技术分离多不饱和脂肪酸。

亚油酸作为重要的功能性多不饱和脂肪酸,具有许多重要的药理功能[12-13]。郭剑霞等对华山松籽油先进行乙酯化，然后利用刮膜式分子蒸馏器对其中的亚油酸进行富集，结果表明，刮膜式分子蒸馏技术提纯华山松籽油中亚油酸的最佳工艺条件为：蒸馏温度 105～115℃，进料体积流量 60～80 mL/h，进料温度55～60℃，操作压力1.0 Pa，刮膜转速200 r/min。经过4级分子蒸馏，可以将华山松籽油原料中的亚油酸的质量分数由原来的63.3%提高至82.7%[14]。

A2亚麻酸是十八碳三烯酸，为多不饱和脂肪酸，研究表明A2亚麻酸对人体具有多种生理调节与保健功能。车怀智等用碱催化法对亚麻籽油进行了乙酯化反应得到粗A2亚麻酸乙酯，再通过分子蒸馏进行提纯，结果表明，适宜的分离条件为：蒸馏温度110℃，压力为真空1.0～1.5 Pa，进料温度为60～70℃，经过分子蒸馏，可以将原料中的A2亚麻酸乙酯的质量分数由原来的55.8%提纯至59.2%[15]。

EPA和DHA分别是二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸，为多不饱和脂肪酸，具有降低胆固醇及血脂，延缓血栓形成，抑制血小板凝聚，预防动脉硬化及老年痴呆症等作用[16-17]。傅红等采用多级分子蒸馏技术，当蒸馏温度为110℃以上，蒸馏压力为20 Pa以下时，经过3级串联分子蒸馏得到多不饱和脂肪酸质量分数为90.96%的鱼油产品[18]。任艳军应用VKL70型膜式分子蒸馏器小试设备从未经脂化的深海鱼油和海狗油中提取药用成分EPA和DHA，确定了深海鱼油小试实验的最优工艺条件为：蒸馏温度305℃，系统压力0.1 Pa，进料体积流量0.75 L/h，刮膜转速300 r/min；狗油小试实验的最优操作条件为：蒸馏温度300℃，系统压力0.1 Pa，进料体积流量 0.7 L/h，刮膜转速300 r/min[19]。

2.1.3 挥发油

挥发油又称精油，是存在于植物体内的一类具有挥发性，可随水蒸汽蒸馏，与水不相混溶的油状液体。挥发油在植物界分布极广，作为中药使用的植物就有数百种含有挥发油。挥发油多具有祛痰、止咳、平喘、祛风、健胃、解热、镇痛和抗菌消炎等作用。而挥发油往往具有易氧化、易热解等性质，运用常规分离技术往往会使产品的一些性质发生改变，并且会残留一些有机溶剂，致使产品质量较低。而分子蒸馏技术依靠其蒸馏温度低、物料受热时间短、分离程度高、不可逆等优势，正好弥补了常规蒸馏在这方面的不足，因此，得到了广泛的应用。

薰衣草是珍贵的中药材和食品香料，研究表明，薰衣草精油具有抗惊厥、镇静作用，可以代替安眠药，其香味能增进食欲增强身体健康，并有抗氧化的效能。张秋霞等采用分子蒸馏技术对薰衣草精油进行提纯精制，考察了加热温度及冷却温度对精制工艺的影响，得到最佳工艺条件为：蒸馏压力为2.2 kPa，加热温度为55℃，冷却温度为10℃，刮膜转速为320 r/min，体积流量为60 mL/h。将实验结果与未精制前的薰衣草精油中主要物质的含量进行比较可知：3,7-二甲基-1,3,6-辛三烯的质量分数由6.60%上升为11.99%，芳樟醇的质量分数由原来的46.84%增加至64.99%，有了较明显的提高[20]。

大蒜被誉为“天然抗菌素”，对多种细菌具有较强的杀灭、抑制作用，并不易产生耐药性。大蒜的主要成分为挥发油，从大蒜中提取药用有效成分，临床用于治疗细菌性痢疾、毒性肠炎、脑炎。崔刚采用分子蒸馏技术，探讨分子蒸馏不同因素对分离、提取大蒜中大蒜精油的影响。结果表明，当控制系统的压力105 Pa、进料质量流量1.2 g/min、进料温度40～55℃、蒸馏温度45.1℃时具有最好的二次分子蒸馏效果，大蒜精油的外观质量明显提高，平均总提取率可达0.476%，大蒜精油中水0.15%，质量分数达99.85%[21]。另外，崔刚比较通过二次分子蒸馏提取所得大蒜油与市售大蒜油的化学成分差异，纯度明显得到提高[22]。

木香是菊科植物云木香和川木香的通称，其主要成分为挥发油，具有行气止痛、健脾消食之功效，用于胸脘胀痛、泻痢后重、食积不消、不思饮良、泄泻腹痛等疾病的治疗。王鹏等在真空度100 Pa的条件下对木香超临界萃取物进行分子蒸馏，用气质（GCMS）联用技术分析鉴定蒸出物的化学成分，结果从中鉴定出39种化学成分，并用峰面积归一化法测定了它们的相对含量，其中亚麻酸甲酯、反式石竹烯、β-榄香烯的相对含量较高，分别为23.09%、13.67%和13.49%[23]。

2.1.4 其他中药有效成分

黄妙玲等采用分子蒸馏技术，通过二次蒸馏对米糠油中植物甾醇的纯化工艺进行研究确定了最佳工艺条件：在预热温度60℃和冷凝面温度为10℃、进料体积流量为2 mL/min，以及刮膜转速为250 r/min的条件下，一、二级蒸馏的最佳蒸馏温度和压力分别为80℃、50 Pa和160℃、1 Pa。在此工艺条件下，采用分光光度法对植物甾醇含量进行测定，结果显示，甾醇的质量分数由原料油中的3.15%提高到了61.37%[24]。

郭晓玲等采用分子蒸馏技术对超临界CO2川芎萃取物进行分离，使藳本内酯等有效成分含量达到80%以上，且无污染[25]。

2.2 合成药物中有效成分的富集与提纯

帕罗西汀碱为药物帕罗西汀的有效成分，具有治疗抑郁症的功效。应安国等应用刮膜式分子蒸馏设备对帕罗西汀碱原料进行分离提纯试验，确定其最佳工艺条件为：进料体积流量60 mL/h，进料温度80℃，搅拌速率130 r/min，蒸发温度163℃、压力0.1 Pa。经过4级分离操作可将原料中的帕罗西汀碱的质量分数由69.3%提高到99.31%，总馏出率50.84%[26]。

维生素K1是2-甲基-3-植基-1,4萘醌，具有治疗小儿肺炎、毛细支气管炎、小儿咳嗽的功能[27]。阎广等运用自制的刮膜式分子蒸馏装置，对维生素K1进行提纯，最终得到质量分数达93%以上的维生素K1并保持其原有的品质[28]。

对乙酰氨基苯乙酸乙酯是合成氨基苯乙酸类抗风湿药物的重要中间体，可治疗变应性疾病过敏、季节性枯草热、鼻炎和结膜炎等。许松林等用分子蒸馏技术分离对乙酰氨基苯乙酸乙酯的同分异构体，结果表明，经4级分子蒸馏操作即可将同分异构体中2组分的质量比由0.948降低到0.405，分离效率为0.392[29]。

乳酸是一种重要的有机酸，存在于人体、动植物和微生物体内，在医药方面有许多的应用价值。王甲卫等用分子蒸馏法来进行乳酸的分离提纯，得到了质量分数为96%的乳酸产品[30]。郑弢等研究了用刮膜式分子蒸馏技术对L-乳酸进行精制的工艺条件，实验过程中粗乳酸原料不需要进行其他脱水及脱色方法处理，只需通过2次分子蒸馏，即可得到高纯度的L-乳酸，最终产物中L-乳酸的质量分数大于95%，最高可达99.3%[31]。孙波等采用离心式分子蒸馏设备对发酵液中的乳酸进行精制，在压力0.1 Pa、进料温度50～70℃、蒸发面温度60～75℃、蒸发面转速 700～900 r/min、冷热面间距 20～30 mm、冷热面温差40～45℃的工艺条件下操作，最终得到的产物中L-乳酸的质量分数由原来的80%提高到95%，产率为70%[32]。

3 结语

分子蒸馏作为一种新型的液-液分离技术，具有分离真空度高、蒸馏温度低、物料受热时间短、分离程度及产率高、产品质量高等特点，而这些是常规分离所不能实现的，特别适合于具有高附加值、易氧化、热敏性等药物活性体的提取与精制，而由于我国在这方面的研究应用起步相对晚，需要进一步探索分离与纯化的最佳工艺条件。随着分子蒸馏技术研究的不断深入，及在药物提取与分离的进一步应用，相信分子蒸馏技术将会在医药产业中取得突破性的发展。

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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

*通讯联系人。E-mail：yinganguo@163.com

2012-12-02；

2012-12-20