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中藥精制分離技術(shù)逐漸走向耦合
隨著中藥現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷深入,傳統(tǒng)的分離方法面臨挑戰(zhàn):以中藥藥效物質(zhì)精制為目標(biāo)的分離體系,原料液濃度低,組分復(fù)雜,回收率要求較高,但現(xiàn)有的化工分離技術(shù)如蒸餾、萃取、結(jié)晶、吸附和離子交換等,是以濃度差為傳質(zhì)推動(dòng)力實(shí)現(xiàn)待分離組分由高濃度向低濃度擴(kuò)散的,往往難以滿足上述分離體系的要求。
從現(xiàn)代分離技術(shù)的研究發(fā)展趨勢(shì)來看,針對(duì)上述問題,除了研究適用于中藥藥效物質(zhì)分離的新技術(shù)外,利用已有的和新開發(fā)的分離技術(shù)進(jìn)行有效組合,或者把兩種以上的分離技術(shù)合成為一種更有效的分離技術(shù),即多種技術(shù)的耦合,有可能達(dá)到提高產(chǎn)品選擇性和收率,實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化的目的。耦合技術(shù)因此成為中藥制藥工程中一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。
■膜耦合技術(shù)
膜耦合技術(shù)就是將膜分離技術(shù)與其他分離方法或反應(yīng)過程有機(jī)地結(jié)合在一起,充分發(fā)揮各個(gè)操作單元的特點(diǎn)。目前研究及應(yīng)用的膜耦合過程形式主要有膜反應(yīng)器、膜蒸餾技術(shù)、滲透蒸發(fā)技術(shù)及親和膜技術(shù)等。
具體來說,膜耦合技術(shù)可以分為兩類:一類是膜分離與反應(yīng)的耦合,其目的是部分或全部地移出反應(yīng)產(chǎn)物,提高反應(yīng)選擇性和平衡轉(zhuǎn)化率,或移去對(duì)反應(yīng)有毒性作用的組分,保持較高的反應(yīng)速度;另一類是膜分離過程與其他分離方法的耦合,可提高目的產(chǎn)物的分離選擇性系數(shù)并簡化工藝流程。而膜分離與反應(yīng)的耦合又可以分為兩種情況:一是膜只具有分離功能,包括分離膜反應(yīng)器和膜作為獨(dú)立的分離單元與反應(yīng)禍聯(lián)兩種形式;二是膜作為反應(yīng)器壁同時(shí)具有催化與分離的功能,稱為催化膜反應(yīng)器。
江蘇省天然藥物研究與創(chuàng)制實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的課題“膜反應(yīng)器精制地龍活性組分群及其藥理性質(zhì)的研究”就屬于后者。該研究將地龍生物活性部位的酶解與具有不同相對(duì)分子質(zhì)量區(qū)段的多個(gè)組分群的分離兩個(gè)過程集中在膜反應(yīng)器一步進(jìn)行。研究表明該膜反應(yīng)器技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)物類中藥材活性成分的精制分離前景光明。
膜分離與反應(yīng)耦合可使反應(yīng)產(chǎn)物不斷在線移出,消除平衡對(duì)轉(zhuǎn)化率的限,從而大限度地提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率;提高反應(yīng)選擇性,可省去全部或部分產(chǎn)物分離和未反應(yīng)物的循環(huán)過程,從而簡化工藝流程。
此外,近年來,膜分離與其他分離方法的耦合的研究也取得了積極進(jìn)展,如膜萃取技術(shù)、膜蒸餾技術(shù)、親和膜技術(shù)等。
■超臨界流體耦合技術(shù)
超臨界流體技術(shù)的發(fā)展,有力地促進(jìn)了中藥生產(chǎn)過程中的分離純化、材料制備、化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。值得關(guān)注的是,單獨(dú)應(yīng)用超臨界流體技術(shù),會(huì)出現(xiàn)一些難以克服的缺點(diǎn),而將超臨界流體技術(shù)與某些化工過程相耦合,可形成一些**、高xiao、的復(fù)合過程。
超臨界流體技術(shù)與膜分離技術(shù)耦合:近年來,有人采用國產(chǎn)超臨界CO2萃取裝置與平板超濾器聯(lián)合處理質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%~14%的銀杏黃酮粗品,結(jié)果得到黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于30%,內(nèi)酯為6%~8%的產(chǎn)品。經(jīng)高xiao液相色譜儀、原子吸收儀及微生物檢驗(yàn)等測試,產(chǎn)品中的烷基酚、重金屬、農(nóng)藥殘留、細(xì)菌等指標(biāo)均能達(dá)到國際質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
另外,超臨界流體技術(shù)與納濾耦合的實(shí)踐也獲得了成功。納濾是一種壓力驅(qū)動(dòng)的膜分離過程,它可以在壓力變化不大、恒溫和不改變分離物的熱力學(xué)相態(tài)的情況下達(dá)到理想的分離效果。將超臨界萃取與納濾結(jié)合,可以首先選擇合適條件增大萃取能力,然后選擇合適的納濾膜,選擇性地透過需要的萃取組分,從而使分離效率得到提高。
如用超臨界CO2萃取魚油,萃取物中主要成分為三酸甘油酯,而三酸甘油酯中有價(jià)值的是長鏈ω-3多不飽和脂肪酸,特別是二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。采用納濾,可將三酸甘油酯中的長鏈不飽和脂肪酸和短鏈脂肪酸相分離。采用此種耦合技術(shù)也可對(duì)蘿卜籽、胡蘿卜油中的R-胡蘿卜素進(jìn)行提純,都能得到純化的產(chǎn)物。
超臨界流體萃取結(jié)晶耦合技術(shù):該技術(shù)可改變超臨界流體萃取多元混合系中物質(zhì)成分在有機(jī)溶劑與超臨界流體中的溶解特性,使溶質(zhì)結(jié)晶析出;同時(shí)還可利用結(jié)晶器表面對(duì)不同物質(zhì)的吸附、阻滯、積聚性能差異,使析出的溶質(zhì)成分形成類似于層析效果的有序梯度結(jié)晶分布,從而實(shí)現(xiàn)一次性多種物質(zhì)的有效分離,獲得高純度產(chǎn)品。
當(dāng)這一耦合系統(tǒng)工作時(shí),結(jié)晶釜和分離釜均處于各自的溫度和壓力條件下,控制結(jié)晶時(shí)間;超臨界流體和多元液相混合物料在結(jié)晶釜內(nèi)完成萃取、吸附、結(jié)晶、蒸餾(干燥),在結(jié)晶器作用下,使多元體系中單一或復(fù)合成分實(shí)現(xiàn)一步結(jié)晶分離或梯度結(jié)晶分離;待系統(tǒng)降溫、卸壓后,即可自結(jié)晶器上收集產(chǎn)品。
我國有研究人員采用系統(tǒng)觀察法考察了超臨界CO2萃取結(jié)晶分離對(duì)穿心蓮內(nèi)酯晶體形態(tài)、純度、結(jié)晶量的影響,發(fā)現(xiàn)隨壓力的升高其晶體形態(tài)變細(xì)、變短,純度提高,結(jié)晶量增加,從而認(rèn)為該耦合技術(shù)為開發(fā)高純度中藥活性成分提供了一條捷徑。
此外,由于中草藥成分復(fù)雜,同一味藥中的各化學(xué)成分的極性、沸點(diǎn)、相對(duì)分子質(zhì)量、溶解度等特性各有不同,因而對(duì)于不同的目標(biāo)產(chǎn)品需要采取多種提取分離手段,超臨界流體技術(shù)與多種分離手段的耦合也應(yīng)運(yùn)而生。如超臨界流體技術(shù)耦合分子蒸餾可使姜辣素收率明顯提高,超臨界流體技術(shù)耦合離子對(duì)試劑可使麻黃堿提取率顯著提高,超臨界流體技術(shù)耦合重結(jié)晶可大大降低青篙素成本等。
■結(jié)晶耦合技術(shù)
以固液平衡為原理的結(jié)晶分離技術(shù)近年因與相關(guān)分離技術(shù)耦合,成為中藥成分精制分離工藝中的一支新軍。
減壓精餾-熔融結(jié)晶耦合技術(shù):精餾是分離有機(jī)混合物常用的方法之一,但當(dāng)相對(duì)揮發(fā)度很小時(shí),精餾過程需要的理論塔板數(shù)會(huì)急劇增加。熔融結(jié)晶作為近年廣受國際關(guān)注的新興技術(shù),具有較高的分離因子,但其收率、傳質(zhì)速度及相的可分性往往受到限zhi。將上述兩種方法有機(jī)地結(jié)合在一起,取長補(bǔ)短,可用來分離易結(jié)晶、熔點(diǎn)差大、沸點(diǎn)接近的物質(zhì)。
人造麝香DDHI是一種高熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)且易氧化的有機(jī)物,提純此類物質(zhì)時(shí),一般須經(jīng)過減壓精餾及重結(jié)晶兩道工序。這種方法的缺點(diǎn)是在減壓精餾提純時(shí),產(chǎn)品因容易結(jié)晶而造成管路堵塞;需要溶劑回收裝置,存在重結(jié)晶效率低,溶劑消耗大,成本高,易氧化等問題。我國有人采用一體化結(jié)構(gòu)的減壓精餾-熔融結(jié)晶耦合裝置進(jìn)行DDHI的提純,總收率可達(dá)60%以上,比原工藝提高13%,且可防止產(chǎn)品氧化,節(jié)省大量能源,由于無需溶劑,還減少了對(duì)環(huán)境的污染。
鰲形包結(jié)-結(jié)晶耦合技術(shù):鰲形包結(jié)-結(jié)晶耦合技術(shù)是建立在一種被稱為鰲形主體分子的物質(zhì)的基礎(chǔ)之上的。該物質(zhì)具有良好的包結(jié)性能,并可對(duì)某類成分(客體)進(jìn)行選擇性識(shí)別。如1,1,6,6-四苯基-2,4-己二炔-1,6-二醇(簡稱DD)的主體分子,可與許多有機(jī)小分子如醇、醚、環(huán)氧化合物、醛、酮、酯、內(nèi)酯等形成包結(jié)物晶體。
由于中藥揮發(fā)油中各化學(xué)組分的分子形狀、大小、官能團(tuán)的數(shù)量和位置(鍵力性質(zhì))的不同,通過不同主體分子對(duì)目標(biāo)客體分子的選擇識(shí)別,可形成包結(jié)物并以結(jié)晶方式析出,達(dá)到從揮發(fā)油中選擇性的分離目標(biāo)成分的目的。
我國學(xué)者采用此項(xiàng)技術(shù),以反式-1,2-二苯基一1,2-苊二醇為鰲形主體分子,選擇性地識(shí)別蒿本揮發(fā)油中的肉豆A醚,并使之以包結(jié)物晶體形式析出,產(chǎn)物化學(xué)純度接近100%,產(chǎn)率為4.5%。表明此法分離揮發(fā)油化學(xué)組分具有選擇性高、速度快、方法簡便等優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)該看到,雖然目前關(guān)于耦合技術(shù)的研究熾手可熱,但大多數(shù)研究只停留在實(shí)驗(yàn)室階段。將人們開發(fā)中遇到的共性問題綜合、歸納,采用復(fù)雜過程的分解實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)模擬結(jié)合的研究方法,從流體力學(xué)、傳遞學(xué)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)熱力學(xué)及化學(xué)計(jì)量學(xué)等學(xué)科結(jié)合的角度,對(duì)耦合技術(shù)開展系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究,可以形成一個(gè)新的研究領(lǐng)域。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,耦合技術(shù)必將在中藥及其他生物制藥工業(yè)中發(fā)揮重大作用。
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