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分离与精制

时间:2022-04-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:药材浸出液往往是多成分的混合物,既有有效成分,又有无效成分,这些无效杂质会影响制剂的质量和稳定性,且对剂型选择有一定限制。因此,需要对浸出液进行分离操作。广泛应用于中药浸出液的精制,可降低制剂的剂量,增强制剂的稳定性和澄明度。但对于有效成分在水中难溶或不溶的药材,不宜采用水沉精制。

1.浸出液的分离

药材浸出液往往是多成分的混合物,既有有效成分,又有无效成分,这些无效杂质会影响制剂的质量和稳定性,且对剂型选择有一定限制。因此,需要对浸出液进行分离操作。常用的分离方法有3种:沉降分离法、离心分离法和滤过分离法。

(1)沉降分离法(separation by sedimentation)系指利用固体物与液体介质悬殊的密度差而进行液固分离的一种方法。浸出液经一定时间的静置冷藏后,固体物在重力作用下自然下沉与液体分层,上层澄清液用虹吸法吸出。沉降分离法耗时长,为加速沉降可采取降温或加用澄清剂;分离不够完全,尚需进一步滤过或离心分离,但能除去大量杂质,有利于进一步分离操作。适用于固体杂质含量高的溶液的粗分离,对固体杂质含量少、粒子细而轻的浸出液不宜使用。

(2)离心分离法(separation by centrifuge)系指利用离心机高速旋转产生的离心力,将浸出液中固体与液体或两种不相混溶的液体分离的方法。离心法与沉降法均为利用混合液密度差进行分离的方法,其不同在于离心分离的作用力为离心力,而沉降分离的作用力为重力,离心机可以产生远大于重力的离心力,因此,离心分离法效率较高。适用于含小粒径不溶性微粒、黏度较大的混悬液,以及不相混溶的两种液体混合物的分离。

(3)滤过分离法(separation by filtering)系指浸出液通过多孔介质(滤材)时固体微粒被截留,液体经介质孔道流出,达到固液分离的方法。滤过分离有两种机制:一种是过筛作用,即大于滤孔的微粒全部被截留在滤过介质的表面,如薄膜滤过。另一种是深层滤过,即滤过介质所截留的微粒直径小于滤孔平均直径大小,被截留在滤器深层的长而弯曲的孔道中,如砂滤棒、垂熔玻璃漏斗滤过等。滤过的方式主要有常压滤过、减压滤过、加压滤过等。

影响滤过速度的因素:①滤渣层两侧的压力差:压力差越大,滤速越快,故常用加压或减压滤过;②滤器面积:在滤过初期,滤过速度与滤器面积成正比;③滤材或滤饼毛细管半径:滤饼半径越大,滤速越快,对于可压缩性滤渣,可加入助滤剂减小滤饼阻力;④滤饼的毛细管长度:沉积的滤渣层越厚,滤速越慢;⑤料液黏度:黏度越大,滤速越慢,故常采用趁热过滤或保温过滤。

2.浸出液的精制

精制(refinement)系指采用适当方法和设备除去中药提取液中杂质的操作。常用的精制方法有:水提醇沉法、醇提水沉法、大孔树脂吸附法、酸碱法、盐析法、澄清剂法、超滤法、透析法等。

(1)水提醇沉法(water extraction andalcohol sedimentation)系指先以水为溶剂提取药材有效成分,再用不同浓度的乙醇沉淀去除提取液中杂质的方法。广泛应用于中药浸出液的精制,可降低制剂的剂量,增强制剂的稳定性和澄明度。

水提醇沉法的操作工艺为:药材用水提取,提取液浓缩至每毫升相当于原药材1~2g,加入适量乙醇,静置冷藏适当时间,分离去除沉淀,回收乙醇,最后制成澄清液体。操作过程中要注意:①加入乙醇时,药液温度一般应为室温或室温以下,以防乙醇挥发;②乙醇的加入应慢加快搅,有助于去除杂质、减少有效成分的损失;③乙醇的加入量应通过计算求得,不宜通过乙醇计测量药液中含醇量来确定;④醇沉后药液一般于5~10℃静置12~24h,以加速杂质凝聚沉降。

水提醇沉工艺的主要依据有两个方面:①药材成分在水和乙醇中的溶解度不同。通过水和不同浓度的乙醇交替处理,可保留生物碱盐、苷类、有机酸等有效成分,去除蛋白质、淀粉、黏液质、油脂、树脂等杂质。一般药液含醇量达到50%~60%时,可去除淀粉等杂质;当含醇量达到75%以上时,除了鞣质、水溶性色素等少数无效成分,其余大部分杂质可沉淀去除;②工业生产的成本和安全性。因中药材体积大,若用乙醇以外的有机溶剂提取,用量多,成本高,而且乙醚等有机溶剂沸点低,不利于安全生产。目前,该工艺存在的关键问题是,乙醇沉淀去除的成分是否都是无效成分,经醇沉处理得到的药液是否与未经醇沉的药液等效。

(2)醇提水沉法(ethanol extraction followedwater sedimentation)系指先以适当浓度的乙醇提取药材成分,将提取液回收乙醇后,再加适量的水进行沉淀,以除去水不溶性杂质的方法。其原理和操作与水提醇沉法基本相同。先用乙醇提取,可避免药材中大量淀粉、蛋白质、黏液质等高分子杂质的浸出,通过水处理又可将醇提液中的树脂、油脂、脂溶性色素等杂质沉淀除去。适用于含蛋白质、黏液质、糖类等水溶性杂质较多的药材提取精制。但对于有效成分在水中难溶或不溶的药材,不宜采用水沉精制。

(3)酸碱法(acid-basemethod)系指根据单体成分的溶解度与酸碱度有关的性质,在溶液中加入适量酸或碱,调节pH值至一定范围,使单体成分溶解或析出,达到分离目的的方法。例如不溶于水的生物碱,加酸后可生成生物碱盐能溶于水,再碱化后又重新生成游离生物碱而从水溶液中析出,从而与杂质分离。

(4)澄清剂法(clarifying agent precipitation)系指在中药浸出液中加入一定量的澄清剂,利用其可降解某些高分子杂质,降低药液黏度,或吸附、包合固体微粒等特性来加速药液中悬浮粒子的沉降,经滤过除去沉淀物而获得澄清药液的一种方法。常用的澄清剂有壳聚糖、明胶、琼脂、蛋清、硫酸铝、101果汁澄清剂、ZTC+1天然澄清剂等。其中壳聚糖应用最多,具有生产成本低、耗时短、保留成分多、无需冷藏设备等优点,其沉降机理为:壳聚糖带正电()与药液中带负电(-COO-)的杂质发生分子交联而沉降。

(5)大孔树脂吸附法(macroporous adsoption resin method)系指利用大孔树脂具有良好的网状结构和极高的比表面积,从中药提取液中选择性地吸附有效成分而达到分离与纯化的精制方法。大孔树脂能够分离纯化有效成分是因其具有吸附性与筛选性,吸附主要通过表面电性、表面吸附、范德华力或氢键等形式实现,筛选性是由其多孔性结构决定的。具有高度富集目标成分、减少杂质、有效去除重金属、安全性好、再生简单等特点,已广泛用于分离纯化药材中苷类、黄酮类、生物碱类等成分。

(6)盐析法(salt fractionation)系指在药物溶液中加入大量的无机盐,形成高浓度的盐溶液使高分子物质溶解度降低而沉淀析出,与其他成分分离的一种方法。适用于蛋白质的分离纯化,且不使其变性。盐析的原理是由于无机盐的加入导致蛋白质类成分的水化层脱水,溶解度降低而沉淀。常用的盐有氯化钠、硫酸钠、硫酸铵、硫酸镁等。此外,挥发油提取时,加入20%~25%氯化钠进行蒸馏,可加速挥发油的馏出,提高馏出液中挥发油的浓度,也可直接加入蒸馏液中,使油水更好分层,便于分离。

(7)透析法(dialysismethod)系指利用小分子物质在溶液中可以透过半透膜,而大分子不能透过的性质,达到分离纯化的方法。用于去除中药提取液中的鞣质、蛋白质、树脂等高分子杂质,也用于植物多糖的纯化。

实例2-2大孔吸附树脂在白芍纯化工艺中的应用研究

【文献来源:张亚军,徐莲英.HPD100大孔吸附树脂在白芍纯化工艺中的应用研究.中药材,2006,29(9):968-970】

1.上柱液的制备

称取白芍饮片1 kg,加7倍量60%乙醇回流提取2次,每次2h,提取液滤过,合并,回收乙醇至1000mL(每毫升相当于原生药量1g),用离心机离心20min(5000 r/min),取上清液备用,测得芍药苷含量为8.5mg/mL。

2.泄漏曲线考察

通过泄漏曲线考察,为预算树脂用量和上样量提供依据。取处理好的树脂4g(干重),装柱,柱体积约20mL,徐徐加入每毫升0.25g生药的白芍提取液,上柱流速调节为2 BV/h,收集流出液,每份10mL,测定其中芍药苷的含量。结果见表2-7。

表2-7 泄漏曲线考察的测定结果

结果表明,从9 BV开始,流出液中芍药苷含量增大显著,说明此时芍药苷开始明显泄漏,故每克树脂的最大吸附量为95.62mg芍药苷(相当于11.25g生药量)。

3.上柱吸附工艺参数的优化

为考察上柱样品溶液的浓度(指每毫升含生药量)、树脂柱的径高比和上柱吸附流速对HPD100树脂吸附芍药苷的影响,采用表2-8正交设计分别装柱、上样,并计算各柱子对应的树脂吸附量,实验结果及方差分析分别见表2-9、表2-10。

表2-8 因素水平表

注:以上每克树脂的上样量为85mg芍药苷

表2-9 正交试验结果

续表

表2-10 方差分析结果

F0.05(2,2)=19

结果表明,以芍药苷为指标,影响树脂吸附效果因素的大小顺序为C>B>A,因素C对芍药苷的吸附量有显著影响(P<0.05),因素B和A没有显著影响。选取相对较好的水平,确定最佳条件为:A3B3C1,即上样液为每毫升含0.5g生药的溶液,吸附流速2 BV/h,色谱柱径高比为1∶7。

4.最佳上样量的考察按上述确定的实验条件,取每毫升含0.5g生药的白芍溶液90mL、80mL、70mL,分别加于树脂柱上(每份树脂干重为4克),依法上柱吸附,先用5 BV水洗脱,再用5 BV乙醇洗脱,收集洗脱液,测定含量,结果见表2-11。

表2-11 上样量考察结果

结果可见,随着上样量的增大,水洗脱过程中芍药苷的损失量增大。综合考虑芍药苷保留率和树脂的利用率,确定80mL为最佳上样量,即药材∶树脂为10∶1。

5.乙醇洗脱浓度的考察

取白芍水溶液,加于20mL树脂柱上,以5 BV水洗脱后,依次用5BV的10%、30%、50%、70%、90%乙醇洗脱,流速2 BV/h,收集洗脱液,测定含量,结果见表2-12。

表2-12 乙醇浓度考察结果

结果显示,30%乙醇即能将吸附的芍药苷有效洗脱,故确定30%乙醇为洗脱溶剂。

6.洗脱终点的确定

将吸附药液的树脂用30%乙醇,以2 BV/h的速度洗脱,按树脂床体积(20mL)收集洗脱液,测定含量,结果见表2-13。

表2-13 洗脱终点测定结果

可以看出,当洗脱液用量为4 BV时,基本将所吸附的芍药苷洗净,故确定洗脱剂用量为4 BV。

7.HPD100大孔树脂纯化工艺验证

取HPD100大孔树脂20g(干重)装柱,按上述确定的工艺路线进行验证实验,结果见表2-14。结果表明,该工艺稳定、可行,具有良好的重现性。

表2-14 工艺验证结果

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