大孔树脂的应用及技术要求.ppt

大孔吸附树脂的基本情况 中国中医科学院中药研究所 王智民 2010-7-24 是20世纪60年代未在离子交换剂和其它吸附 剂应用的基础上发展起来的一种新型树脂。 是一种具有多孔立体结构，人工合成的有机 高分子聚合物。 是多孔网状结构，巨大的比表面积使其具有 良好的吸附性能。 能吸附液体中的特质，又称为大孔吸附树脂 (macroporous absorbing resin ) 大孔树脂（Macroporous Resin，MR） 主要应用 植物活性成份的纯化 如：皂苷、黄酮、内酯、生物碱 中药复方精制及质量标准制定 生物化学制品的净化、分离、回收 工业废水、废液的处理 一、基本知识 （一）合成方法 苯乙 烯 + 二乙 烯苯 甲苯 二甲苯 + 悬浮 共聚 抽提出甲苯 二甲苯 树脂珠体 0.5%的明胶溶液 溶剂 抽提 室温 晾干 25真空 干燥 成品 其中：苯乙烯为聚合单体 二乙烯苯为交联剂 甲苯、二甲苯为致孔剂 以聚苯乙烯系列为例 聚苯乙烯类合成 2、国产树脂的主要类型 致孔剂：甲苯、石蜡、溶剂汽油、煤油、碳醇、聚乙烯醇等 聚苯乙烯系列合成树脂： Diaion: HP20, HP21 Sepabeads: SP825, SP850 Sepabeads: SP70, SP700 修饰的聚苯乙烯系列合成树脂: Sepabeads: SP207 异丁烯系列合成树脂: Diaion: HP2MG 3、三菱化学的大孔吸附树脂 4、进口树脂的主要型号 美国：XAD系列 日本： Diaion HP和SP系列 Porapak系列 Chromosorb系列 5、主要理化性质 性状：白色、乳白色至微黄色颗粒 粒度：2060目。 稳定性：不溶于水、酸、碱及有机溶剂， 加热不溶，可在150以下使用。 含水量：4075%。 按其极性和所选用单体分子结构的不同，可分为： 1非极性吸附树脂：为苯乙烯-二乙烯聚合物 Amberlite XAD-4 Diaion HP-20 上海试剂厂的D101、D102、D401 南开大学的D1、D2、D3、D4 2中等极性吸附树脂：为聚丙烯酸酯型聚合物 Amberlite XAD-6、XAD-7、 XAD-8 3极性吸附树脂：含硫氧、酰胺等基团 Amberlite XAD-9 ；南大化工厂的X-5、S-8 天津试剂二厂的GDX-501、GDX-601等 4强极性吸附树脂：含氨基、吡啶、氧化氮等极性基因 Amberlite XAD-11、Amberlite XAD-12、天津试剂二厂 的GDX-402、GDX-403等 6、类型 国产大孔吸附树脂的主要型号及生产企业 型号生产企业树脂骨架极性 比表面积 （m2/g） 孔径 HPD100 沧州宝恩化工 有限公司 苯乙烯非极性55035 HPD300 沧州宝恩化工 有限公司 苯乙烯非极性65027 HPD400 沧州宝恩化工 有限公司 苯乙烯弱极性55083 HPD500 沧州宝恩化工 有限公司 苯乙烯弱极性52048 HPD600 沧州宝恩化工 有限公司 苯乙烯极性61028 型号生产企业树脂骨架极性 比表面积 （m2/g） 孔径 D101天津农药厂苯乙烯 非极性 D201天津农药厂苯乙烯 弱极性 D301天津农药厂苯乙烯 弱极性 GDX-104 天津试剂二厂苯乙烯 非极性 590 GDX-401 天津试剂二厂 乙烯、吡啶强极性 370 GDX-501 天津试剂二厂 含氮极性80 GDX-601 天津试剂二厂 强极性基团 强极性90 型号生产企业树脂骨架极性比表面积 （m2/g） 孔径 SIP-1100 上海医药工业 研究院 非极性450-550 90 SIP-1200 上海医药工业 研究院 非极性500-600 120 SIP-1300 上海医药工业 研究院 非极性550-580 60 SIP-1400 上海医药工业 研究院 非极性600-650 70 上试101 上海试剂厂 苯乙烯 非极性 上试102 上海试剂厂 苯乙烯 非极性 上试401 上海试剂厂 苯乙烯 非极性 上试402 上海试剂厂 苯乙烯 非极性 型号生产企业树脂骨架极性比表面积 （m2/g） 孔径 南大3520 南开大学化工厂 苯乙烯非极性 D1 南开大学化工厂 乙基苯乙烯非极性 D2 南开大学化工厂 乙基苯乙烯非极性382133 D3 南开大学化工厂 乙基苯乙烯非极性 D4 南开大学化工厂 乙基苯乙烯非极性 D5 南开大学化工厂 乙基苯乙烯非极性 D6 南开大学化工厂 乙基苯乙烯非极性46673 D8 南开大学化工厂 乙基苯乙烯非极性71266 Ds2 南开大学化工厂 苯乙烯非极性64259 Ds5 南开大学化工厂 苯乙烯非极性415104 型号生产企业树脂骨架极性比表面积 （m2/g） 孔径 Dm2 南开大学化工厂 -甲基 苯乙烯 非极性26624 Dm5 南开大学化工厂 -甲基 苯乙烯 非极性41332 X-5 南开大学化工厂 苯乙烯 非极性500-600290 D-3520 南开大学化工厂 苯乙烯 非极性480-52085-90 D-4006 南开大学化工厂 苯乙烯 非极性400-44065-75 H-107 南开大学化工厂 苯乙烯 非极性1000-1300 AB-8 南开大学化工厂 苯乙烯 弱极性480-520130-140 NKA-9 南开大学化工厂 苯乙烯 极性250-290155-165 NKA- 南开大学化工厂 苯乙烯 极性 S-8 南开大学化工厂 苯乙烯 极性100-120280-300 小结 骨架类型：苯乙烯、丙烯酸酯、丙烯腈、 异丁烯等 交联剂：二乙烯苯等 致孔剂：甲苯、石蜡、溶剂汽油、煤油、 碳醇、聚乙烯醇等 分散剂：明胶等 二、一般特性 1、吸附质的分子大小与树脂孔径 吸附质通过树脂的孔道而扩散到树脂的内表面被 吸附，其吸附能力的大小除取决于比表面积外， 还与吸附质的分子量和构型有关，树脂孔径的大 小直接影响不同大小分子的自由出入，从而使树 脂具有选择性。因此，只有当孔径对于吸附质足 够大时，比表面积才能充分发挥作用。 以头孢素C为例，用Amberlite XAD-4和 SIP- 7300型进行比较，尽管前者比表面积大，但平均 孔径小，因此吸附速度较慢，解吸不够集中，杂 质的分离效果也较差。 2、树脂的强度 MR强度与孔隙率有直接关系，也和制备工 艺有关，一般地树脂孔隙率越高，孔体积 越大，则强度越差，树脂的强度直接影响 树脂的使用寿命，从而影响着树脂工艺法 的成本。 3、吸附物性质与树脂极性选择 遵从类似物质吸附类似的“相似相容”原 则，根据吸附物的极性大小选择不同类型 的树脂 极性较大成分一般适用于中极性MR分离 极性较小成分一般适用于非极性MR分离 4、分离规律 分子量相似的成分 极性越小，吸附能力越强，则越难洗脱下来； 极性越大，吸附能力越弱，则越易洗脱下来。 极性相似的成分 分子量越大，越易洗脱下来。 三、纯化中药成分 药液 水 洗脱剂 再生剂 分段收集 泵 检测器/过程控制器 储 罐 树 脂 柱 纯化流程 树脂预处理上样吸附洗脱收集洗脱液 回收、浓缩干燥成品 （一）操作基本步骤 1树脂的预处理 树脂使用前，需根据使用要求进行程度不同的 预处理，目的是将树脂内孔残存的未聚合单体 与致孔剂、分散剂、防腐剂等有机残留物除去 ，提高树脂洁净度，提高树脂使用的安全性。 用水除去水溶性杂质 用有机溶剂除去脂溶性杂质 再用吸附介质除去残留的其它溶剂，以免影响树脂 的吸附量 大孔树脂HP-20 第一步 第二步 第三步 第四步 第五步 水洗 95%乙醇洗 水洗 95%乙醇洗 水洗脱 反复多次 3BV 反复多次 5BV 反复多次 弃 弃 弃 回收 检查 检查：取第五步水洗脱液100ml，水浴蒸干后，取12ml加乙醇溶解 ，滴加水到乙醇溶液中，溶液中无白色浑浊现象。 检查主要针对树脂中残留交联剂、制孔剂是否洗脱完全。 树脂预处理 2、装柱与药液的上柱吸附 药液上柱前的预处理 为避免大孔树脂被污染堵塞，药液上柱前一般 需经过滤处理，除去较多的悬浮颗粒杂质，保 证树脂的使用顺利。 泄漏曲线与吸附容量 树脂吸附容量=泄漏点前上柱样品体积（ml) 样品浓度（mg.L-1 ) 3、上柱工艺条件的筛选 上样溶液的pH值 根据化合物结构特点，灵活改变溶液pH值，可 使提纯工作达到理想效果 MR对中药成份的吸附遵循类似物易吸附类似物 的原理，通常，酸性成分在酸液中能充分吸附 ，碱性成分则在碱性条件下能被较好地吸附， 中性成分可在中性的条件下被吸附。 药液浓度，流速及树脂柱径高比 上述因素也直接影响了MR的吸附性能，可用正 交实验考察之。 4、树脂的解吸分离 洗脱剂选择基本要求依据“相似相溶”原 理。 非极性MR，洗脱剂极性越小，洗脱能力越强； 中等极性大孔树脂和极性较大的化合物来讲， 则用极性较大的溶剂洗脱较为合适。 分离的工艺一般经验 工序流 速流 量备 注 填充 逆流洗脱 除去小粒子及破碎树脂 前处理SV=1-55-10BV用（含水）乙醇等进行洗脱 水洗脱SV=1-53-4BV必要时根据吸附剂的PH值使用缓冲液 吸附SV=0.5-3根据吸附量应在吸附容量以下 水洗SV=1-50.5-1BV将吸附液洗出 溶出 SV=0.5-32-10BV 乙醇丙酮等的（含水）溶液溶出酸、碱、缓冲液 等 调节pH值或两者并用使有效成分溶出 水洗脱SV=1-53-4BV必要时根据吸附液的PH值应用缓冲液 再生SV=0.5-33-4BV多次应用乙醇，丙酮，碱+乙醇等溶剂 水洗脱SV=1-53-4BV碱再生后加入酸中和 四、树脂的再生 1、树脂的再生 其方法是一般用无水乙醇或95%乙醇洗脱至 无色后，树脂柱即已再生。然后用大量水 洗去醇，可用于相同植物成分的分离。 若树脂颜色变深，可试用稀碱或稀酸溶液 清洗，最后水洗至中性。 树脂再生的评价指标 应从树脂的吸附性能、稳定性等方面综合判断 。 具体可用比吸附量、比洗脱量、有效成份保留 率及纯度等指标评价。 2、预处理常用方法 方法：回流法、渗漉法和水蒸气蒸馏法等 溶剂：乙醇、甲醇、丙酮、异丙醇及稀酸、稀 碱溶液 一般方法： 有机溶剂浸泡12h洗脱23BV浸泡35h，洗 脱浸泡，洗脱加25%盐酸浸泡，洗脱水 洗至pH值中性加25%氢氧化钠浸泡，洗脱 水洗至pH值中性。 3、再生的常用方法 再生溶剂的选择 乙醇：5095 甲醇：50100 异丙醇： 丙酮：50100 碱性乙醇溶液： 25盐酸： 25NaOH： 洗脱方法 正洗脱： 逆流洗脱： 简单再生 用不同浓度溶剂按极性从大 到小梯度洗脱，再用23BV的 稀酸、稀碱溶液浸泡洗脱，水 洗至pH值中性即可使用 强化再生 先用不同浓度的有机溶剂洗 脱后，反复用大体积稀酸、稀 碱溶液交替强化洗脱后，水洗 至pH值中性即可使用 五、残留物检查 D-101 1BV 3.5BV D-201 1BV 2BV HPD-100 1BV 4BV HPD400 1BV 3BV HPD-500 1BV 3.5BV 1、检测方法的建立 检查方法：气相色谱法。 检查成分：应根据树脂合成过程中使用的原料和 溶剂确定检查成分。 测定方法：溶剂进样法或顶空进样法，溶剂进样 法优于顶空进样法。 含量限度：苯不得超过2ppm，其它有机残留物不 得超过20ppm。 方法学考察 标准曲线和线性关系考察 空白溶剂的气相色谱检测 基线噪音和最低检测限的测定 精密度考察 重现性考察 样品的测定 检测方法 色谱柱：DB-624毛细管柱（30*0.32*1.8 ） 进样口：220，不分流 检测器：250 ，氢30mL/min, 空气：300mL/min, 尾吹：30mL/min 柱温：40 ，以14 /min升至190 载气：氮气，流速：2.5mL/min 进样量：1L 混合对照品色谱图 苯 甲苯 二 甲 苯 苯 乙 烯 癸 烷 二 乙 苯 十 一 烷 二 乙 烯 苯 十 二 烷 萘 #Time Area Height Width Symmetry name 14.121 38.2 11.8 0.0537 0.813 苯 25.451 228.4 94.2 0.0443 0.941 甲苯 36.796 148 51.8 0.0494 1.494 对二甲苯 47.167 227.2 102.8 0.0458 0.997 苯乙烯邻二甲苯 58.046 169.5 73.1 0.047 1 癸烷 69.025 172.1 48 0.0578 0.529 间二乙苯 79.232 217.4 88.6 0.0446 1.002 十一烷 89.55 68.5 21.2 0.0538 0.362 间 乙烯乙基苯 99.968 62.1 27.4 0.0464 1.05 间-二乙烯苯 1010.347 209.9 70.8 0.0506 1.361 十二烷 1111.056 243.5 96.7 0.0494 1.011 萘 12各有机残留物标准色谱图（苯:2ppm,甲苯等：10ppm） 混合对照品的检测结果 标准曲线与线性范围考察 苯： 1-5ppm, r=0.9979, Y=26.96X+1.94 甲苯： 2-15ppm, r=0.9990, Y=23.91X-3.43 二甲苯： 2-15ppm, r=0.9983, Y=13.82X-3.39 苯乙烯： 2-15ppm, r=0.9980, Y=30.51X-8.63 二乙苯： 2-15ppm, r=0.9965, Y=14.70X-5.28 二乙烯苯：2-15ppm, r=0.9946, Y=5.57X-1.17 萘： 2-15ppm, r=0.9931, Y=23.97X-14.19 十烷： 1.5-30ppm, r=0.9976, Y=29.24X-21.59 十一烷： 1.5-30ppm, r=0.9980, Y=27.27X-16.94 十二烷： 1.5-30ppm, r=0.9977, Y=25.55X-18.60 最低检测限考察 苯： 0.01ppm 甲苯： 0.008ppm 二甲苯： 0.015ppm 苯乙烯： 0.007ppm 二乙苯： 0.015ppm 二乙烯苯：0.03ppm 萘： 0.01ppm 十烷： 0.01ppm 十一烷： 0.01ppm 十二烷： 0.01ppm HPD500 HPD400 D101 不同型号药用树脂有机残留物检测结果 六、中药保健食品中使用 大孔吸附树脂的技术要求 大孔吸附树脂在保健食品中应用的现状 银杏提取物 24黄酮、6的内酯 大豆异黄酮 40的异黄酮 葡萄籽提取物 处理办法 挂 伪造制备工艺 大孔吸附树脂规格标准 标准内容应包括 大孔吸附树脂名称、牌（型）号、结构 合成原料（主要原料、交联剂、致孔剂、分散 剂等名称和规格） 物理性状：外观、极性和粒径范围、含水量、 湿密度、干密度、比表面积、孔径、孔隙率、 孔容等 大孔吸附树脂标准级别等。 大孔吸附树脂使用说明书 大孔吸附树脂性能简介、适用范围、主要 原料和添加剂种类与名称； 残留物 包括未聚单体、交联剂、主要添加剂及其残留 量检测方法和限量标准及依据； 使用方法和注意事项，包括 新大孔吸附树脂的预处理方法、再生处理方法 和操作注意事项、贮存条件等，以及可能出现 异常情况的处理方法。 与产品生产有关的资料 提供生产批号、生产时间、产品检验报告 书 相关证明文件 大孔吸附树脂生产企业的企业名称、地址 、电话、营业执照及相关生产许可证件的 复印件等。 研究资料的技术要求（1） 写明用大孔吸附树脂纯化的目的与依据 详细说明应用树脂进行分离、纯化的目的和 必要性，并提供相关研究或文献资料。 详细说明树脂的预处理方法和合格标准 预处理方法：包括考察预处理溶剂的种类、 用量、浸泡时间、流速、温度、pH等工艺参 数和操作规程。 研究资料的技术要求（2） 生产工艺的研究资料 树脂型号的选择、比上柱量、比吸附量、比洗 脱量、树脂柱的径-高比、提取液的适宜上柱温 度、pH及流速、解吸附溶剂及其条件的选择、解 吸附终点判定方法等研究资料，并将上述资料作 为该产品生产工艺的一部分。 大孔吸附树脂再生方法的确定 树脂经使用后，吸附能力下降，应进行再生处 理。根据功效成分和树脂的性质，制订树脂再生 处理方法及其合格标准 申请人应制定相应的标准、SOP并列入企标附录 研究资料的技术要求（3） 保健食品的原料使用树脂者 申请时还应提供原料生产企业的详细资料 原料的制备工艺和详细的质量标准，包括原料 中大孔吸附树脂残留物的标准和检测报告。 申请人应提供由SFDA认定的检验机构出具的该 原料大孔吸附树脂残留物的检验报告。 安全性毒理学评价资料 产品及原料生产过程中应用的要求： 树脂应用前应进行预处理，处理后树脂中的有机残留物应控制： 对苯乙烯骨架：苯残留量2ppm、二乙烯苯20 ppm。 对其它类型的树脂，根据具体情况确定限量标准。 原则上,不得使用再生后的比吸附量仍下降达30%以上时的树脂 保健食品原料生产者，应对原料的树脂残留物进行检验或复核。 苯乙烯骨架：原料中二乙烯苯50 g/kg，并将此列入企 业标准。 若原料质量达到上述标准的，可免测终产品的树脂残留物 量。 安全性毒理学评价资料 产品及原料生产过程中应用的要求： 建立树脂残留物的检测方法和标准，并列入企业标 准。 对保健食品生产过程中应用树脂者 苯乙烯骨架：其产品中二乙烯苯含量要求为小于50 g/kg。 原则上，不得以多个动植物原料混合后再用树脂纯 化生产保健食品。 七、起草说明 起草的指导思想 根据保健食品的特点 无规则的、长期的、甚至是可以大量食用的 首要问题是其安全性；其次是其保健功能 根据国际标准 借鉴FDA对食品中应用树脂的要求，便于企业的产品得 到国际的认可 根据中药特点 中药成分的复杂性，决定了应考察其合理性 根据企业现状和目前的科技水平 标准的制订应考虑企业的科技水平和目前我国科技的 水平，特别是中药的科研水平，严格要求和灵活掌握 相结合。 对技术要求的解释 基本原则 “以动、植物为原料制备的保健食品，原则上不宜过分 的提纯，尽量保持其传统食用习惯，以保证其长期食用 的安全性。” 依据 用于保健品的原料若过于纯化，功效作用会增强，但是 ，可能的毒副作用也将可能增加或增多。 借鉴FDA对植物药的做法 对于过分纯化植物性产品，要求严格的安全性资料 解释 大孔吸附树脂有各种型号和规格，分别具 有各自相应的特性； 在用大孔吸附树脂纯化食品原料中，根据 功效成分的化学性质的不同，应选择适宜 的树脂进行产品的纯化。 树脂合格与否直接影响产品的质量和安全 依据 树脂由于其合成原料来源的不同，其安全性是不同的，为 此，FDA规定：二乙烯苯原料的纯度应达到二乙烯苯不少 于79%(W/W)，乙基二乙烯苯不少于15-20% (W/W)、非聚合 杂质应低于4%(W/W)；合成树脂时所采用的致孔剂、交联 剂、添加剂等的不同，有可能直接影响到保健食品的安全 性。故必须对树脂的原料进行限定和明确。 合成树脂的交联剂、致孔剂等须由树脂生产企业出具证明 ，并在出厂时达到相应的树脂质量标准。 用树脂生产保健食品的单位在使用时，应对树脂进行预处 理，并制定相应的SOP，以保证在生产出的食品中的树脂 或有毒添加剂的残留在国际安全标准的范围之内。 采用大孔吸附树脂工艺的中药技术要求(草案) 1所有大孔吸附树脂必须提供“药监局规定的技术要求”所 规定的项目外，另应增加重金属限量检查。 2苯乙烯骨架型大孔吸附树脂残留物检查项目为：甲苯、二 甲苯、二乙基苯类（二乙烯基）、烷烃类、苯乙烯、苯；其 限量不能高于国家标准或国际通用标准。若采用其它类型的 大孔吸附树脂，或有其它类型添加剂、致孔剂等，则应制订 相应基团或添加剂、致孔剂的限量检查。 3化学指标控制了大孔吸附树脂残留量，可以考虑不再增加 作安全性动物试验。 4苯乙烯骨架型大孔吸附树脂前处理合格评价指标： a 用三倍量乙醇洗脱树脂柱，洗脱液加等量水不应显浑浊; b 洗脱液用紫外光谱扫描不得检出吸收峰； c 其它类型树脂应建立相应评价指标。 附 采用大孔吸附树脂工艺的中药技术要求（草案） 5苯乙烯骨架型大孔吸附树脂再生次数不宜硬行规定，当吸 附容量下降30以上，则应视为不宜再使用。 6. 大孔吸附树脂纯化复方是发展趋势，但应说明采用大孔吸 附树脂纯化的必要性与方法的合理性。二类以上新药（除注 射剂外）用理化指标评价即可，三类混合上柱纯化者，在理 化指标难以反应合理性时，应配合主要药效学对比试验，以 保证上柱前与洗脱后药物的“等效性”。 7. 上柱、吸附、洗脱为大孔吸附树脂纯化主要工艺步骤，可 用上柱量、比吸附量、保留率、纯度等参数来评价纯化效果 。 8注射液纯化要求的特殊性，应选用专用大孔吸附树脂，其 树脂所有项目残留量应是同类树脂中残留量最低者。 9. 建议在成品中建立树脂残留物或裂解物的检测项目与方法 ，并制订合理的限量（二类以上可以仅控制原料）。 附 分析 一般来说，应用大孔树脂纯化处理植物性药品时， 绝大多数为聚乙烯苯类和聚丙烯酸酯类树脂。 生产企业针对树脂的特性有其预处理方法，但是， 根据保健食品的特定要求，应对大孔树脂的预处理 方法进行详细的研究，以达到树脂中的有毒或有害 物质残留量符合相关国内外规定的要求。 预处理方法根据树脂之不同而异，这些数据需要通 过研究来确定，而不是常规操作，因此应给出原则 而不是具体的方法。 检测残留的项目应该有科学依据或国际上已经采用 的通则，或给出范例，以便于研究者根据产品的性 质来确定相应的检测项目和方法。 FDA的要求（二乙烯苯共聚物） 在下述情况下，可用于去除流体食品中的有机物 (a) 共聚物制备成适当的物理形状 是由一定级别的二乙烯苯聚合而形成，该一定级别要求至少79%的二乙烯 苯（W/W），15-20%的乙基二乙烯苯（W/W）和4%的非聚合杂质（W/W） 组成。 (b) 根据生产者的说明书，该共聚物应先以水溶性的醇进行预洗脱， 直至二乙烯苯达到低于50ppb的水平。 其检测方法参见“The Determination of Divinylbenzene in Alcohol Extracts of Amberlite XAD-4”，该方法可向“食品安全和应用营养中 心”索取。然后，根据生产者的建议，以水洗脱，以去除萃取溶剂，保 证在使用树脂时能达到cGM