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1、如有帮助,欢迎支持。第二章中药浸提技术一、概述11二、各提取方法的适用性 12三、设计中药浸提工艺时应考虑哪些方面 13四、煎煮法14五、浸渍法18六、渗漉法19七、回流法20八、水蒸汽蒸播法 21九、半仿生提取法 23十、超声波提取法 23十一、浸提生产时遇到的问题 24十二、中药浸提设备 25十三、超临界流体萃取 26十四、微波萃取30一、概述:浸提技术是应用溶剂提取固体原料中某一或某类成分的提取分离操作,又称固液萃取。目前在中药生产过程中常用 的中药浸提方法有煎煮法、浸渍法、渗漉法、回流法、水蒸汽蒸溜法等。近年来新方法新技术也不断涌现和广泛应 用,如半仿生提取法、旋流提取法、加压逆流提取
2、法、酶提取法及超临界流体萃取技术、超声提取技术、微波萃取 技术及高速逆流色谱提取技术等。确定某一组方的浸提工艺时,必须进行工艺条件的优选设计,以将有效成分及辅助成分最大限度地浸提出来,无效成分及药材组织物尽可能地少提出来。常用的方法有正交设计法和均匀设计法。浸提设备按其操作方式可分为间歇式、半连续式和连续式。常用设备有:多能提取罐、球形煎煮罐、连续提取器、渗漉柱、微波萃取罐和超临界流体萃取器等。二、各提取方法的适用性:1、煎煮法:用水作溶剂,将药材加热煮沸一定的时间以提取其所含成分的一种方法。适用于有效成分能溶于水,且对湿热稳定的药材。2、浸渍法:用定量的溶剂,在一定温度下,将药材浸泡一定的时
3、间,以提取药材成分的一种方法。适用于黏性药物、 无组织结构的药材、新鲜及易膨胀的药材、价格低廉的芳香性药材。不适于贵重药材、毒性药材及高浓度的制剂。3、渗漉法:是将药材粗粉置于渗漉器内,溶剂连续地从渗漉器上部加入,渗漉液不断地从下部流出,从而浸出药材 中有效成分的一种方法。该法适用于贵重药材、毒性药材及高浓度的制剂;也可用于有效成分含量低的药材的提取。4、回流法:是以乙醇等易挥发的有机溶剂提取药材成分,其中挥发性成分被冷凝,重复回流到浸出器中浸提药材,这样周而复始,直至有效成分回流提取完全时为止。该法适用于热稳定药材的提取。5、水蒸汽蒸播法:是应用相互不溶也不起化学反应的液体,遵循混合物的蒸汽
4、总压等天该温度下各组分饱和蒸汽压 (即分压)之和的道尔顿定律,以蒸播的方法提取有效成分,该法适用于具有挥发性、能随水蒸汽蒸播而不被破坏、与水不发生反应、又难溶或不溶于水的化学成分的提取、分离。6、超临界流体提前取法:该法是将临界状态下的流体如CO2,以一定温度下通入提取器中,可溶组分溶解在超临界流体中,并且随同该流体一起经过减压阀降压后进入分离器,溶质从气体中分离出来。超临界流体与提取物分离后, 经压缩后可循环再使用。该法主要适用于挥发性成分和脂溶性成分的提取以及热敏性”成分的提取。三、设计中药浸提工艺时应考虑哪些方面首先应考虑的是如何最大限度地提取得到起药效作用、能发挥临床疗效的物质基础,即
5、有效成分、有效部位或提取 物,同时最大限度地除去无效杂质。具体是根据处方组成及所含主要成分性质选择提取溶剂及提取方法,分析是单味还是复方,该方君、臣、佐、使的配伍和药性特点,找出组方各药材所含众多成分中具生物活性的药效成分(或主要指标成分) ;分析欲提取物的理化性质,预选溶剂及确定是群药共提还是分类单独提取。浸提工艺的设计首先要考虑是否适合大工业生产。 从中药浸提的原理考虑应采用 “相似相溶 ”原理选择不同的溶剂提取有效成分,但对大工业生产,尤其是浸提工艺,一般很少采用亲脂性有机溶剂,特别低沸点的易燃、易爆溶剂,而且除了乙醇如采用其它有机溶剂,质量标准上都必须增加残留量的检测。四、煎煮法1 、
6、工艺条件的选择根据煎煮时是否加压,又可分为常压煎煮法和加压煎煮法,后者适于常压下不易煎透的药材。浸提是中药成分由药材固相转移到溶剂液相中的传质过程。其中包括润湿、渗透、解吸、溶解及扩散等阶段。对上述各浸提阶段的浸提效率有影响的因素如:药村粒径、煎煮用水量、煎煮次数与时间等工艺条件必须研究、比较、筛选,优选出合理可行的煎煮工艺。一般采用正交试验法,常用的是L9 ( 34)表和L18 ( 37)表。前表主要以加水量、煎煮次数、煎煮时间为因素。后表可增加药材粉碎度、 煎煮温度及药液PH 或动态搅拌速度等因素。 确定加水量的水平时应参考药材浸泡时间与吸水率。各因素下可设3 个水平,按表列分别进行9 次
7、或 18 次试验,比较各试验组的评价指标值(试验数据) ,优选出各因素下的最佳水平,结合对试验数据的方差分析明确各因素对结果的影响大小或主次,优选出最佳工艺条件,经验证试验后确定。正交试验对评价指标的选择也要科学合理,对煎煮法而言,以水为溶剂群药共煎,提取液中多种成分混杂,往往浸膏得率高并不代表其有效成分含量亦高,故一般应采用多指标评价,即除比较提取物得率外,采用检测有效成分含量的化学方法和考察主要药效学指标的生物学方法来综合评价。2、工艺研究中考察指标的设计2 、浸泡时间:浸泡时一般宜用冷水,如果开始就用沸水浸泡或煎煮,则药材表面组织所含蛋白质受热凝固,淀粉糊化, 妨碍水分浸入药材细胞内部,
8、 影响有效成分的煎出。 浸涣时间必须经过预试, 大多数中药材浸提前需浸泡3060分钟。3 、煎煮用水:用净化水。正常水量为药材量的 68 倍。4 、煎煮次数:单用一次煎煮有效成分丢失很多,一般煎23 次。对组织致密或有效成分难于浸出的药材,也可酌情增加煎煮次数或延长煎煮时间。5 、煎煮时间:一般以 3060 分钟为宜。5、药材粒径:从理论上讲,药材粒径越小成分浸出率越高。但是,粉粒过细会给滤过带来因难。实际制备时,对全草、花、叶及质地疏松的根及根茎类药材,可直接入煎或切段、厚片入煎,对质地坚硬、致密的根及根茎类药材,应切薄片或粉碎成粗颗粒入煎;对含黏液质、淀粉较多的药材,不宜粉碎而宜切片入煎,
9、以防煎液黏度增大,妨碍成分扩散,甚至焦化糊底。对以上五个影响因素通常用正交试验确定 34 个因素,同时对各因素选择3 个水平进行正交试验,结合煎出液中的能够进行含量测定的成分,以确定最佳工艺。3、合理运用单煎或合煎中药复方一般采用混煎的方法,但对混煎产生沉淀反应的情况应单煎:含鞍质药材(大黄、麦冬、麻黄)与含生物碱药材(附子、延胡索、黄连)混煎时产生沉淀反应。酸性较强的昔能与生物碱结合而成沉淀。甘草皂昔与小巢碱、甘草酸与紫堇碱/奎宁/利血平、大黄与黄连/小巢碱有机酸(金银花)与生物碱(小巢碱、延胡索)的沉淀作用。鞣质与蛋白质生成沉淀。鞍质(拳参)与皂普(柴胡)结合成沉淀。无机离子钙(石膏)与有
10、机酸(甘草酸、绿原酸、黄苓昔)产生沉淀。为提高浸提液的质量,有时需把药材在不同的时间放入:先煎药:凡矿物药、贝壳、甲、骨类质地坚硬,须先煎4060分钟,再加入其它药物共煎至需要的时间。如自然 铜、石膏、珍珠母、蛤壳、鹿角、草乌、生附子、三七等。后下药: 药材有效成分易挥发逸散, 或受热时间稍长容易分解破坏者, 应在煎煮好前10 分钟加入共煎。 如苏合香、乳香、薄荷、豆蔻、砂仁、细辛、金银花、菊花、香薷等。五、浸渍法:是指用一定量的溶剂、在一定的温度下、将药材浸泡一定的时间,以浸提药材有效成分的一种方法。特点:简单易行,制得的制剂澄明度好;适用于黏性药物、无组织结构的药材、新鲜或易膨胀的药材以及
11、价格低廉的芳香性药材;溶剂用量大且呈静止状态,利用率低,有效成分浸出不完全,浸提效率差,不适宜贵重药材、 毒性及高浓度的制剂;浸渍时间较长,一般不宜用水作溶剂,常用不同浓度的乙醇或白酒。提高效率的办法:促进溶剂循环和搅拌、多次浸渍。升高温度加大扩散系数,使扩散速度加快。将药材粉碎至适宜的粒度,使药材具有较大的扩散面积。六、渗漉法:溶剂自上而下由稀至浓,不断造成浓度差,渗漉法相当于无数次浸渍,是一个动态过程可连续操作。装料不匀:药粉是由二种以上质地差异较大的药材组成,制粉时又未能混匀;渗漉前药粉未能均匀润湿致使在渗漉过程中润湿不足的部分过度分胀;溶剂用量多而渗漉不完全:装料不匀或装填过松,使溶剂
12、在空隙间流速过快;装料完毕加入溶剂后,未进行浸 渍或浸渍时间过短;渗漉药柱长度过短。提高渗漉效率的方法有重渗漉法;加压渗漉法;逆流渗漉法; 热渗漉法。热渗漉法:温度升高能使植物组织软化,促进膨胀,加快可溶性成分的溶解和扩散速度。但由于渗漉时所用溶剂一般为不同浓度的乙醇等有机溶剂,温度过高会加剧溶剂损失,因此渗漉温度一般以 40 左右为宜。热渗漉法除了造成溶剂的大量损失的缺点外,还会使杂质的浸出量明显增加,给以后的分离和精制造成困难。渗漉液流出不畅:药粉过细;应选择适宜的药粉粒度。装料前药粉润湿、膨胀不充分;药粉装填完毕加入溶剂时未能很好的排气;渗漉工艺的选择:要考虑有效成分浸出的难易、有无热不
13、稳定成分,在保证浸完全的前提下尽量减少溶剂用量。渗漉容器;药材的粉碎度;渗漉液的流出速度;渗漉液的收集量。七、回流法:特点:提取成分谱宽,但提取液澄明度较差;溶剂能循环使用;浸提液受热时间长,不适于受热易破坏的药材。乙醇挥发问题:一是设备原因,冷凝器传热面积小传热系数低;二是操作原因,蒸汽流量大使提取液剧烈沸腾,冷凝水流量过小,提取液置于未密闲容器中自然降温。有机溶剂的燃、 爆: 静电和操作中金属器具的碰撞火花是主要原因。 静电火花的能量虽小但温度却高达1000 以上,在大量使用有机溶剂的岗位,工作服宜用绵布而避免化纤,电器开关不安装在现场或选用专用的防静电开关。回流提取时的溢料:原因有二加热
14、蒸汽流量太大,提取液剧烈沸腾;所提取药材中含有较多皂普、蛋白质、树胶等高分子化合物, 这些具有一定表面活性的物质起到了 “发泡剂 ”的作用。 对后一种原因引起的溢料可考虑向提取液中加入少量的乙醚、硅酮或亲水亲油平衡值( HLB 值)较小的表面活性剂等,以破坏泡沫。八、水蒸汽蒸馏法水蒸汽蒸馏法系指将含有挥发性成分的药材与水共蒸馏,使挥发性成分随水蒸汽一并馏出,并经冷凝分取挥发性成分的一种浸提方法。中药材经适当前处理放入蒸馏器中,加入适量水,浸泡一定时间( 3060 分钟)然后共水蒸福法是直接加热,将中药与水共煎煮沸;通水蒸汽蒸播法:将水蒸汽直接通入蒸播器中,使挥发油随导入的蒸汽一并播出;水上蒸播
15、法:在水浴上蒸播挥发性成分。提油率低、难分离的问题:对于药材本身含挥发油少,要注意药材特定的采收季节,在炮制过程中的干燥温度不宜超过60 C,含挥发油的药材一般采用低温40 c密闭吸潮干燥法。当挥发油的相对密度与水相近时,工业上一般 采用蒸播法,经油水分离器提取挥发油。考虑药材的合适粒径和浸泡时间。相对密度不同的挥发油的分离:一般多功能提取罐上均配有油水他离装置,它是根据相对密度是大于1 还是小于 1而分别设计成了二种油水分离装置。工业提取挥发油的方法有四种蒸播法;溶剂法;压榨法;超临界CO2流体萃取法。九、半仿生提取法:是模拟口服给药后药物经胃肠道转运的环境,药料先用一定 PH 的酸水提取,
16、继而以一定PH 的碱水提取。本法的应用主要是对提取用水的最佳 PH 和其他提取条件(温度、时间、酶/ 底物浓度)进行选择。可用一种或几种有效成分或辅以药效试验为指标,采用比例分割法、正交试验或均匀设计法优选。一般分别用近似胃和肠道的酸碱水溶液煎煮 23 次,或加以搅拌设备(模拟胃肠道蠕动) 。十、超声波提取法:超声波萃取的强化主动力来源于超声空化效应,超声空化产生的声冲流和冲击波可引起体系的宏观湍动和固体颗粒的高速碰撞,使传质边界层变薄、传质速率增大。超声萃取的效果不仅取决于其强度和频率,而且和药材的组织结构有关,同时超声波的次级效应,如机械振动、乳化、扩散、击碎及化学效应等也能加速欲提取物的
17、扩散释放。十一、浸提生产时遇到的问题1 、酶法提取的主要工艺因素大部分中药材的细胞壁是由纤维素构成,有效成分往往被包裹在细胞壁内,用纤维素酶能破坏细胞壁进而有利于有效成分的提取。2、有效成分浸出转移率低 提取方法的选用:有效成分是否热敏性的。提取溶剂的选择:有效成分是脂溶性还是水溶性。工艺条件的优选:如采用正交设计优选,应经测试选择因素、水平,因素必须是影响浸提效率的主要工艺环节,设置的水平应能在该因素下显示出影响差异。3、质地致密的药材煎煮转移率低提高转移率就是解决水分 “渗不透 ”的矛盾,一是缩小药材的块、粒径,增大表面积;二是采用加压煎煮法,加强溶剂的穿透力。4、煎煮含皂苷成分较多的药材
18、时的溢锅问题皂苷成分由于具有较强的表面活性,能够降低液体的表面张力,而具有强烈的 “起泡 ”性质; 解决溢锅问题的关键就在于消除泡沫。大生产中常用的消泡方法一是加入 “消泡剂 ”(表面活性更大,与皂苷类起泡剂争夺液膜表面,而其本身却不能形成稳定的液膜) ,一般为硅酮、辛醇或其他HLB 值为 13 的表面活性剂;二是机械消泡,在敞口式容器上方安装由电动机带动的 “消泡栅 ”。十二、中药浸提设备多能提取罐:罐体采用不锈钢,药材经加料口加入罐内,提取液从活底上的滤板滤过后排出,夹层可通蒸汽加热或通水冷却,排渣的底盖可用气动装置自动启闭。为防止提取器内药渣加桥,罐内装有料叉可借助气动装置自动提升排渣。
19、多能提取罐可以单独使用,也可以串连成罐组式逆流提取。微倒锥形多能提取罐:为防止架桥阻塞而设计出底口大的倒锥形。翻斗式提取罐:罐全权可旋转180,属于动态提取适用于中小型生产。搅拌式提取器:连续提取器:加料和排渣过程可以连续进行,溶剂以连续的方式与药材接触,提取率高提取速率快。十三、超临界流体萃取1 、超临界流体萃取技术( Supercritical fluid extration,SFE ) :在临界压力和临界温度以上相区内的气体称为超临界流体(SF) 。超临界流体的性质既非液体也非气体,而是介于二者之间的一种状态,即一方面SF 的扩散系数和黏度接近气体,另一方面SF 的溶剂性能类似液体,物质
20、在SF 中的溶解度由于压缩气体与溶质分子间相互作用增强而大大增加,使某些化合物可以在低温条件下,被超临界流体溶出和 传递。SFE 就是利用物质在临界点附近发生显著变化的特性进行物质提取和分离, 能同时完成萃取和蒸馏两步操作, 亦既利 用超临界条件下的流体作为萃取剂,从液体或固体中萃取某些有效成分离的技术。2、可用作超临界流体的气体:气体 沸点() 临界温度() 临界压力( bar ) 临界点比重( g/ml )二氧化碳-78 31.04 73 0.468氧化二氮-89 36.5 710.457乙烯 -103.7 9.5 50 0.2三氟甲烷-82.2 25 460.516六氟化硫-63.8 4
21、5.5637.7 0.73氮气-195.8 -147 32.8 0.31氩气-185.7 -122.3 47 0.4343 、 CO2 作为超临界流体的应用特点:操作范围广,便于调节;可通过控制压力和温度,改变超临界CO2的密度从而改变其对物质的溶解能力,有针对性的萃取中草药中的某些成分;操作温度低,在接近定温条件下萃取,适宜于热敏性成分的提取;萃取过程密闭、连续进行,排除了遇空气氧化和见光反应的可能性,使萃取物稳定;萃取分离可一步完成;CO2价廉易得,且可循环利用;可调节萃取物的粒度;属于高压技术,工艺过程技术要求高,设备投资费用较大,目前较 多用于含量低、产值高、高质量成分的提取。4 、超
22、临界 CO2 萃取技术适用于哪些中药成分的提取:由于 CO2 的极性较低,根据 “相似相溶 ”原理,中药中各种成分的可萃取性与其化学结构有关,单独采用 SFE- CO2 萃取具有如下的经验规律:碳氢化合物及其它极性小的亲脂性化合物,如脂、醴、内酯和含氧化合物可在较低压力(710MPa )下被萃取出来;极性集团如羟基、竣基增加,可使其在同系物中的可萃取性降低;极性化合物如苷类、糖和氨基酸等强极性的物质在 40MPa 以内不能被萃取出。单独采用 SFE- CO2 萃取生理活性物质, 一般只对于分子量较小和极性不大的挥发油, 小分子萜类及部分生物碱有效,而对于分子量较大和极性基团较多的活性物质则需加
23、入极性夹带剂,调节萃取剂的极性,改善对极性成分的溶解性 能。5、常用的夹带剂有哪些:由于 CO2 是一对称分子,偶极距为0,且极性随压力增大无明显增加,故大多数极性较强的组分就难溶于超临界状态下的 CO2 之中, 于是就有了在超临界CO2 中加入极性溶剂的混合超临界流体萃取技术。 加入的极性溶剂称夹带剂。常用的夹带剂有甲醇、水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等,一般夹带剂的加入量不超过物料总量的 50% 。6、超临界流体萃取装置的基本构成和工艺参数:超临界流体萃取装置量由气柜( CO2 储罐) 、高压泵、萃取釜、解析釜、连接管道和阀门组成。物料置于萃取釜中,气柜中的 CO2 通过高压泵加压至所需压力后送
24、入已预加热至一定温度的萃取釜中,循环萃取一定时间,含被萃取成分的超临界流体进入解析釜中,通过升温减压,超临界CO2 与被萃取物分离,最后经解析釜放料口将萃取所得物放出。应用超临界流体萃取工艺需考察的工艺参数有:物料颗粒的大小:可将中药材或饮片粉碎至2060目为宜;萃取压力的影响:弱极性物质压力一秀为710 MPa ,而对强极性物质压力要达50 MPa以上才能萃取出来;萃取温度的影响:在一定压力下,温度升高一方面使被萃取物的挥发性增加,另一方面,又使超临界流体的溶解能力下降;夹带剂的选择:适宜的夹带剂可使萃取条件更加温和。7、超临界流体萃取技术操作中常见故障:高压泵开启后压力不上升:萃取器内残留
25、有空气、水等,重新排气至排空阀排出连续的白色气体;CO2冷冻时间不够或冷冻压力过小; CO2气瓶压力太小;应保持在5 MPa以上;进气阀门损坏或被杂物堵塞。刚开机时运转正常,过一段时间后高压控制开关却自动关闭:是由于冷却水压力不够,不能充分冷却,致使压缩机 内十四、微波萃取( Micowave-assisted Extraction,MAE ) 1 、对中药成分的选择性及适用范围: 在微波场中,物料吸收微波能是物料中极性分子与微波电磁场相互作用的结果,吸收微波能力的差异使被萃取体系 中的某些组分被选择性加热,从体系中分离进入到萃取剂中。 MAE 的选择性主要取决于目标物质和溶剂性质的相似性,
26、必须根据被提取物的性质选择极性 (水、 醇) 或非极性 (正 己烷)溶剂。 但由于非极性溶剂不能吸收微波通常要在其中加入极性溶剂;如果样品和溶剂都不吸收微波,则 MAE 无法进行。 2、微波萃取的原理及特点: 微波是频率约在 300MHz300GHz ,即波长在1mm1m 之间的电磁波。微波以直线方式传播,并具有反射、折射、衍射等光学特性;微波遇金属被反射,遇非金属则能穿透或被吸收。微波萃取的高效率主要是利用了微波强烈的热 效应(实际上是介质分子获得微波能并转化为热能) 。 微波加热的特点是:选择性:极性较大的分子可获得较多的微波能因而运动速度较快。快速:被加热的样品往往放在微波能透过且不吸热
27、的容器中,所以微波不需要加热容器而直接加热样品。加热均匀:微波的穿透性可以在物质不同的深度同时加热,在均匀的微波场中样品受热也是均匀的。高效。 清洁、不造成污染。由于细胞内的水等极性物质吸收微波后产生热量,使细胞内温度迅速升高,水汽化产生压力使细胞膜(壁)破裂, 产生微孔或裂纹,从而使细胞内物质更容易溶出。 3、微波萃取设备: 目前世界上主要有两家:美国 CEM 公司和意大利的 Milestone 公司。国内只有中国科学院深圳南方大恒微波化学研 究所生产。 第三章 分离纯化技术 一、综述 二、薄膜滤过的方法 (一)微孔滤膜过滤法 (二)纳米滤过 (三)陶瓷膜微滤技术精制中药提取液 (四)超滤技
28、术 (五)离心机分离 三、凝胶滤过法 1 、在中药分离中的应用2 、凝胶的类型及选用3 、凝胶滤过的操作4 、对分离效果不理想的处理5、对流速慢且不稳定的处理 四、聚酰胺吸附法五、硅胶吸附柱色谱六、水提醇沉与醇提水沉七、絮凝澄清技术八、壳聚糖 九、大孔吸附树脂 1 、技术概述2 、吸附能力3、怎样用大孔吸附树脂进行分离、纯化? 4 、吸附树脂的筛选 5 、解吸条件的确定 6 、树脂吸附过程中遇到的问题( 1)吸附困难的原因与解决办法( 2 )树脂分离纯化后药物成分收率降低的问题 ( 3 )树脂处理过的浸膏收率仍然过高 ( 4 )泄漏点的测定十、离子交换树脂1 、离子交换法的原理2 、对离子交换
29、树脂的要求3 、如何提高交换速度4 、在实际生产中应用的类型十一、分子蒸馏技术十二、酶法十三、透析法一、综 述分离纯化技术是将中药提取液与药渣、沉淀物和固体杂质进行分离,进而采用适当的方法最大限度地去除无效成分、保留有效成分和辅助成分的技术。常用的分离方法有:滤过分离法、沉降分离法和离心分离法等。常用的纯化方法有:水提醇沉法(水醇法) 、醇提水沉法(醇水法) 、絮凝沉淀法、膜分离法、透析法、盐析法、离子交换法、大孔树脂吸附法、凝胶滤过法、聚酰胺吸附法、硅胶吸附柱色谱法、分子蒸馏法、酶法等。分离纯化法的选用,应根据药材所含成分理化性质、制剂所选剂型及成型工艺要求综合考虑,并需进行必要的实验研究才
30、能确定。二、薄膜滤过的方法按膜材料划分有金属膜、无机膜、高分子膜;按分离功能划分,以压力差为推动力的常用薄膜滤过操作有: 微滤(孔径0.02514 am ),可从待滤的水性混悬液中除去粒径0.02514am的悬浮颗粒;超滤(孔径0.0010.02 am ),可截留分子量为300300000 的大分子;反渗透(孔径0.00010.001 am ),除去大于0.001 am的溶质分子,主要用于水的脱盐; 纳滤(平均孔径2nm ) ,从溶液中分离出 3001000 小分子量的物质。这四种操作均属膜分离,都是将溶质通过一层具有选择性的薄膜从溶液中分离出来,分离的推动力都是压强。目前这四种压力驱动型膜分
31、离技术以微孔滤膜滤过的应用最广。(一) 、微孔滤膜过滤法1 、正确使用微孔滤膜滤过法:微孔滤膜可透过溶液、截留除去悬浮颗粒,在制药生产中主要用于水针及大输液的精滤,也有用于提取液纯化、热敏性药物的除菌、空气的净化或液体中微粒含量的分析等。为防中药液料中的杂质如鞣质、蛋白质、多糖等大分子和混悬微粒、亚微粒、絮状物将微孔堵塞,液料必须先经预滤处理;一般是将膜滤器串连在常规滤器后作为末端滤过用,即液料先经常规滤器如砂滤棒、垂熔玻璃漏斗、板框压滤或高速离心进行预滤后,再用微孔滤膜滤过;生产中以药液先经板框压滤后高速离心( 6000r/min ) ,再微孔滤膜滤过为多。2、微孔滤膜的选择:微孔滤膜是由不
32、同性质(对酸、碱,高、低温的耐受性;脂溶性)的材料制成,是以其自身孔径的大小来分筛与取舍溶液中的微粒。(二)纳米滤过是介于反渗透与超滤之间的一种以压力为驱动的新型膜分离技术, 纳米滤过膜的截留分子量范围一般小于1000 而大于 300 ,即纳米滤膜可以截留能通过超滤膜的溶质而让不能通过反渗透膜的溶质通过。其特点是截留小分子有机物而透析出盐,集浓缩与透析于一体。渗透压远比反渗透为低,操作压力小。纳米膜的平均孔径为 2nm , 应具有良好的热稳定性、 PH 稳定性和对有机溶剂的稳定性, 好的膜能承受800 的温度,在 PH014 范围内工作,对许多溶剂有较强的抵抗作用。(三)陶瓷膜微滤技术精制中药
33、提取液无机陶瓷膜拥有有机膜无法比拟的优势:耐高温、抗污染性强、耐腐蚀、易清洗、机械强度高。其耐高温可达800 能用高温蒸汽对膜进行灭菌,耐酸碱和有机溶剂清洗膜的化学药品选择面宽。主要用于对气态、液态混合物的滤过分离。目前在中药提取液的分离纯化方面应用也日趋增多,中药水提液含有大量细微颗粒(药渣、泥砂、油滴) 、细菌(0.310 am )、酵母和真菌(110am )、大分子胶体(0.11am )等杂质,故可选择孔径为 0.2 的无机陶瓷膜做滤材。微滤结束后的污染膜可用物理方法(高速流水冲洗、海绵球机械清洗、反冲)和化学方法( 13% 的 NaOH液清洗 30 分钟)(四)超滤技术超滤就是能使溶剂
34、及小分子物质通过,高分子物质和微粒子如蛋白质、水溶性高聚物、细菌等被滤膜阻留;截留分子量一般在300300000 或滤过精度在0.0050.01 am范围内。超滤的应用范围包括大分子产品的浓缩。不同分子量产品或杂质(如氨基酸、蛋白质、低聚糖、鞋质等)的分离、纯化。药液的澄清或除菌、去热原。影响超滤操作的因素:浓度:浓度高的溶液易形成凝胶层阻碍过滤。黏度:黏度高滤速慢;提取液可经絮凝澄 清、离心滤过进行预处理除去黏性杂质。分子形状和大小:温度:压力:在溶液浓度较低时,增加压力才会 加快滤过速度;由于超滤截留大分子物质会在膜的表面积累成高浓度区,这种高浓区起到次级膜的作用对溶剂的流动形成阻力,此时
35、增加压力并不能使滤速加快。只能用强化搅拌的措施来降低高浓层的厚度加快流速。膜的性质: 搅拌速度:PH值:蛋白质类的等电点。超滤时可能出现的问题:超滤过程中速度太慢或根本无法进行:原因是超滤液中杂质太多或超滤液浓度过大,超 滤之前应预滤。超滤后产品含量可能显著下降:江膜孔径不合适,在截留杂质的同时也截留了有效成分。超滤 器使用后反冲清洗较困难,使用寿命短,不宜长期保存:选择合适的超滤器,首首先根据产品特性选择什么样的介质(中空纤维型、聚丙烯型) ,再根据主药成分和杂质分子量的大小选用多大分子量截留值的超滤膜,最后根据处理量的大小决定选用何种规模的超滤器。用板框压滤机预滤时漏炭:炭末很细,最小的仅
36、12am ,而滤布的毛细孔径在40am以上。解决办法是二次或多次循环滤过,若还有炭应检查滤布是否有破损。(五)离心机分离1 、管式超速离心机分离因数 a:a = C/G = (2 Tt /60)2Mrn2/Mg = (2 n /60)2rn2/g式中: C 为物料在离心场中所受离心力, G 为重力; M 为固体粒子的质量, r 为离心机的半径, n 为离心机的转速。管式超速离心机是工业用离心机中公离因数a 最高的机种,它能分离一般离心机难以分离的物料。属于连续分离、停机清渣的超高速分离机器,在使用中应注意:液料须经澄清或预滤处理,使所含杂质在0.5%以下,则能发挥理想的分离效果。进料压力和速度
37、:随着沉渣的增加转鼓内径也越来越小。从分离因数表示式可见,为保持同样的 分离效果a,分离操作时的进料量应在开始时大,而最后较小为好。减少路途停机,除非沉淀太多已无法分离。2、真空冷冻离心机其转速一般在 4000080000r/min, 由于转速很高因此要求特别注意防止转头因金属疲劳或机械疲劳造成的损坏。 选择合适的材料:高速旋转的转头由于受强大离心力的作用,在转子内部形成很大压力,导致转子径向扩展、轴向缩短,并产生弹性应变。一般钛合金材料的转头比最好的铝合金材料的转头所能经受的离心力场大1倍。防止超速:离心机内部装有光学测速装置,并通过它检测、限制转子速度。装料时要注意保持样品离心管的最佳平衡
38、。防止化学腐蚀。加强对转头的维护保养。3 、合理选用离心机用于制备固体制剂的提取液-先用普通三角离心机除去纤维性杂质和较大的颗粒-再用高速管式离心机除去稀薄、微细悬浮颗粒。在口服液、酒剂、露剂等液体制剂中,用蝶片离心机(常用于分离含有两种不同密度液体的浮浊液和澄清固相含量 很少的悬浮液)除去液体中悬浮的细微颗粒。对于一些颗粒较大、含固量较大且密度差大于0.05g/cm3 的悬浮液,可选用螺旋沉降卧式自动离心机进行分离。三、凝胶滤过法凝胶粒子具有立体的网状结构和许多孔隙,当含有不同分子大小的物质的混合液通过微孔结构的凝胶颗粒的缝隙时, 比网眼小的小分子物质都能自由或较容易进入颗粒内,大分子物质不
39、能或不容易进入网眼,便被排阻于凝胶颗粒外; 加入洗脱剂后溶液向下推移,大分子及剩余小分子物质进入下层新的凝胶相中,重复上述扩散和排阻过程,如此则 大小分子可彼此筛分。这种进入到凝胶颗粒孔腔内部的作用,对极性分子和饱和分子有优先吸附性。凝胶滤过法主要用于水溶性物质的分离,如糖、多糖、氨基酸、多肽、蛋白质、酶,也可用于生物碱、黄酮类和甾体等化合物的分离。1、在中药分离中的应用:在复杂的化学成分中分离有效成分。脱盐。脱色:凝胶滤过法有时优于其他方法,透析法需长时间处理而还不能满意地除去色素,用活性炭脱色有时会引起有效成分的明显损耗。2、凝胶的类型及选用:葡聚糖凝胶及其衍生物:葡聚糖凝胶是非离子型的不
40、溶于水的白色珠状颗粒,在水、盐溶液及弱酸、弱碱溶液中稳定,葡聚糖凝胶具亲水性但如在葡聚糖分子上引入有机基团则可增大其有机性质而使其呈亲脂性,可以在多种有机溶剂中溶胀后使用。聚丙烯胺凝胶:一般的性能及应用均与葡聚糖凝胶相仿,但其稳定性要好些,葡聚糖凝胶在洗脱过程中会有少量糖被洗脱掉,而聚丙烯胺就不会有溶解的物质,聚丙烯胺在 PH211 范围内稳定。琼脂糖凝胶:与前述两种凝胶不同,它不是以共价键交联而是以氢键交联,不同孔隙程度是以改变浓度而达到的,它没有干的凝胶必须以溶胀状态保存,遇脱水剂、冷冻和一些有机溶剂即破坏, 但遇丙酮或乙醇则无影响。 PH4.59温度在 040 之间稳定,超出此范围即破坏
41、。疏水性凝胶 : 常用的有聚甲基丙烯酸酯凝胶、以二乙烯苯为交联剂的聚苯乙烯凝胶。凝胶的选用:被分离化合物性质水溶性 葡聚糖凝胶、聚丙酰胺凝胶脂溶性 疏水性凝胶、葡聚糖凝胶提纯要求 自大分子中除小分子 脱盐 用交联度较高的凝胶自小分子中除大分子 去热原 用交联度小的对蛋白质、多肽、聚核苷酸、多糖、酶的分离,用交联度小的。对植物色素的分离脱色,用高交联度和亲脂性凝胶3、凝胶滤过的操作:干燥凝胶-浸泡,吸水膨胀-反复倾泻除去不易下沉的颗粒-管柱中放水,装柱-23倍柱床体积的洗脱液洗脱使柱床稳定,凝胶柱表面放滤纸或塑料网,保持柱中水面不低于凝胶表面以防干燥-样品以水溶 液形式加入-洗脱液用水或一定PH
42、的缓冲液-洗脱液分段收集。4、对分离效果不理想的处理检查所选凝胶型号和性能是否与所要分离化合物相适应。凝胶粒度是否过大。粒度大流速高,但洗脱峰较为扁平分离效果不好。粒度小流速低但分离效果好。装柱时要防止色谱管柱下端出口处死腔过大,否则洗脱液在死腔混合和稀释影响分离效果。一般是在下端缩口底部放一玻璃棉,或填充小玻珠上盖垂熔玻璃板。5、对流速慢且不稳定的处理:在能达到分离目的的前提下,不要选择粒度过小的凝胶,同时凝胶柱管也不宜过长,一般柱长不超过 1m 。柱的长度也要考虑到待分离物质分子大小相差的多少,从中药有效成分脱盐时,柱高与直径的比例为5 : 110 : 1即可。四、聚酰胺吸附法聚酰胺是通过
43、酰胺基聚合而成的一类高分子化合物,分子结构中的酰胺基可与酚类、酸类、醌类和硝基化合物等形 成氢键结合而被吸附,从而与不能形成氢键的化合物分离。从聚酰胺上洗脱化合物的过程是通过溶剂分子取代被吸附的化合物分子来完成的,即一种新的作用更强的氢键代替原有氢键的脱吸附过程。聚酰胺吸附法的操作步骤:装柱。稀释适当浓度上样,一般样品浓度约为2030% ,每100ml聚酰胺上样1.52.5g o水洗。醇洗:在水中递增乙醇浓度至浓乙醇溶液。找到最佳吸附比,先小量试验找。放大。聚酰胺的回收。先用 5% 氢氧化钠洗,然后水洗,再用 10% 醋酸洗,最后用蒸馏水洗至中性。五、硅胶吸附柱色谱色谱硅胶为一多孔性物质,由于
44、其骨架表面具有的硅醇基基团能够通过氢键与极性或不饱和分子相互作用,同时能吸附多量的水分。硅胶的吸附能力取决于硅羟基的数目,其次是含水量。操作要点:装柱:将硅胶混悬于溶剂中,不断搅拌除尽气泡。上样。溶剂:极性相近相溶,梯度洗脱。硅胶粒度细时可加压。因硅胶的吸附能力较弱,故用量一般为样品的3060倍。六、水提醇沉与醇提水沉水提醇沉法:中药中含有的生物碱类、苷类、蒽醌类、有机盐类、多糖等易溶于水,水提后浓缩然后用适量乙醇反复数次溶解,合不溶于乙醇的杂质如蛋白质、粘液质、糊化淀粉、树脂或多糖等沉淀。醇提水沉法:中药中含有的生物碱、游离蒽醌、苷类、鞣质、树脂等在乙醇中溶解,回收乙醇后加入适量的水使有效成
45、分与一些不溶性杂质分离开来。水提醇沉法存在的问题:成本高:耗醇量大,耗能多,固定投资增加,生产周期延长,劳动强度提高。药物成 分损失:研究发现,醇沉对生物碱类、黄酮类、有机酸、多糖、无机成分等都有损失。影响疗效:醇沉可能使一 部分具有生理活性或可起协同作用的成分被除去。制剂不便:随醇沉浓度升高,干膏收率降低,吸湿率升高。七、絮凝澄清技术中药水提液所含成分比较复杂,其中一些脂溶性成分、表面活性成分或有机大分子等,往往会一起共同形成胶体分散系,它本身存在巨大的表面能具自发聚集大颗粒而产生沉淀的趋势,只有当分散度极高或有高分子化合物等保护剂加以 “保护 ”时,才能相对稳定存在。传统的醇沉工艺不能起到
46、稳定作用。絮凝沉淀法是通过絮凝剂与蛋白质、果胶等发生分子间吸附架桥和电中和作用使之沉降,它除去了溶液中的粗粒子,保留了高分子多糖类,并利用高分子多糖、天然亲水胶体的保护作用,提高中药制剂的稳定性。目前常用的絮凝澄清剂:鞣酸、明胶、蛋清、 101 果汁澄清剂、 ZTC 澄清剂、壳聚糖等。澄清剂 性质 使用壳聚糖 白色或灰白色,不溶于水和碱,可溶于稀酸 用 1% 的醋酸配成1% 浓度101 果汁澄清剂水溶性胶状物,在水中分散速度慢5% 的水溶液ztc澄清剂 有Iiv型:I为除蛋白型;n为固体制剂和颗粒剂型;出为溶液制剂型;iv为稳定制剂型;常用的是 ZTC1+1 天然澄清剂,有A、 B 两组分八、
47、壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物,由于其分子中乙酰氨基的存在分子间形成很强的氢键,化学性质相当稳定,不溶于水、稀 酸、碱、乙醇和其它有机溶剂。壳聚糖用于中药水提液的澄清,主要与它的吸附性能和絮凝作用有关,可有效除去高浓度的蛋白质,除去鞣质、带负电的纤维素。影响壳聚糖澄清效果的因素有:壳聚糖加入量:太多会产生絮凝恶化,高分子链将体系中胶体分子完全包裹,使胶体粒子稳定悬浮于体系中;当药液浓缩比例达 2: 1 (ml/g )时,药液的比重将到 1.150以上,而可澄清药液的 平均比重为1.100 o壳聚糖絮凝剂应在酸性条件下使用,所精制的中药提取液的PH值应在7以下。考虑到电中和作用的发挥, PH 值在
48、46 之间较为合适。优选澄清条件的步骤是:壳聚糖澄清剂的配制:用 1%的醋酸溶液配成1%溶液后使用。澄清范围的初步确定:称取中药材80 克煎二次,第一次加12 倍水量,第二次加8 倍水量,每次1 小时,合并煎液滤过浓缩测 PH 值。当浓缩至药液体积与生药克数比为6:1、4:1、2:1、1:1、1:2时测定其相对密度,取各不同浓缩比例的药液(均含 1 克生药)加入一定量的壳聚糖溶液,摇匀 50 水浴 24 小时。以醇沉液为阳性对照、水煎液为阴性对照观察,初步确定澄清范围。 澄清条件优选: 选择合适的指标成分, 以药液浓缩比例、 壳聚糖加入量、 药液 PH 为影响因素,分别设置不同水平,通过正交试
49、验进行澄清条件的优选。目前壳聚糖作为中药水提液的澄清剂还停留在实验室阶段,中药大生产中还不多见,国内尚无作为药用辅料的统一 质量标准。九、大孔吸附树脂1 、大孔吸附树脂技术概述大孔吸附树脂是一种具有大也结构的有机高分子共聚体,因其具多孔性结构而具筛选性,又通过表面吸附、表面电性或形成氢键而具吸附性;一般为2060 目的球形颗粒。树脂 用 途非极性 从极性溶剂中吸附非极性溶质中极性从极性溶剂中吸附非极性溶质,也可从非极性溶剂中吸附极性溶质极性 从非极性溶剂中吸附极性溶质强极性从非极性溶剂中吸附极性溶质大孔吸附树脂理化性质稳定,一般不溶于酸碱及有机溶剂,在水和有机溶剂中可以吸收溶剂而膨胀,对有机化
50、合物可以根据吸附力的不同和分子量的大小而表现出不同的吸附力。采用大孔吸附树脂进行处理、分离、纯化中药提取液中有效成分,应根据欲分离、纯化有效成分的物理、化学性质,选用合适的大孔吸附树脂,进行树脂的预处理、确定吸附时溶质的浓度、吸附流速和温度、解吸剂的种类、解吸时的温度和流速等工艺操作条件。2、大孔吸附树脂的吸附能力( 1 )怎样吸附化合物:大孔吸附树脂的宏观小球系由许多微观小球组成,微观小球之间存在孔穴,这些孔穴的总体积与宏观小球体积(包括孔穴)之比称为孔度,微观小球间的平均距离称孔径,把所有微观小球的面积加起来就是宏观小球的表面积(亦即树脂的表面积) , 如果以单位重量计算, 可以将这表面积
51、除以宏观小球的重量即得比表面积 (亦即树脂的比表面积) 。吸附是一种表面现象,通常有机化合物通过树脂的孔穴扩散到树脂的内表面而被树脂吸附,孔径的大小直接影响着不同大小分子的自由出入。( 2 )吸附的影响因素:大孔树脂的结构对吸附的影响:骨架结构、比表面积、孔径大小。吸附树脂化学结构的影响:极性相近相吸。吸附质对吸附的影响:化学结构(正链异链、碳链长短、芳香族脂肪族)、解离性、溶解度(溶解度大表示和溶剂的亲和力大)、极性、形成氢键(和溶剂、和树脂) 、分子体积。吸附和解吸工艺操作条件的影响:( 3 )如何提高吸附效果:综合考虑下述影响因素:选择孔径、极性合适的树脂。控制 PH值使溶质的溶解度不致
52、太大。被吸附物的分子量、极性。根据树脂对被吸附物质吸附力的强弱选择不同的洗脱剂及合适的浓度;常用的洗脱剂有甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯。3、怎样用大孔吸附树脂进行分离、纯化?首先应对中药提取液中所含主要成分的理化性质有比较全面的了解和认识,有针对性选择几种树指进行筛选,确定树脂后操作步骤如下:树脂的前处理:预处理主要是针对新大孔树脂中残留的未聚合的单体、致孔剂、防腐剂、引发剂和分散剂等物质,惰性溶剂或其它杂质成分而采取的一种保证制剂最后用药安全的树脂纯化手段。具体方法如下:将新购进的大孔吸附树脂用工业乙醇浸泡24小时,连续加热回流数次后湿法装柱覆以脱脂棉,用三倍量工业乙醇洗至流出液与水1 :2
53、混合不产生浑浊,再改用大量水(约三倍量)洗至无醇味。上样:上样液以澄清为好,故在上样前要先进行预先沉淀、滤过处理、PH值调节等使部分杂质因此而除去,以免堵塞树脂床或在洗脱中混入成品。样品在水中不能全部溶解的可先溶于少量甲醇中拌入适量树脂,挥去甲醇后再将样品树脂加到柱上。洗脱:先用水清洗掉未被树脂吸附的杂质(其间用检测手段跟踪清洗效果)。然后用所选洗脱剂在一定的温度、流速下洗脱,注意所用洗脱剂的极性和被水处理过的树脂要极性渐进(梯度洗脱、过渡性溶剂) 。洗脱过程中要用薄层或其它检测手段确定终点。再生:普通再生:用 95%的乙醇洗脱至无色再以大量水洗至无醇。强化再生:用高出树脂层10cm的23%盐
54、酸液浸泡 24 小时,再用 5 倍于树脂体积的盐酸液淋洗、净水淋洗;继用 5% 氢氧化钠液如上浸泡、淋洗,直至洗液PH 值为中性即可再次投入使用。如果柱上方沉积有悬浮物影响流速,可用水或醇从柱下进行反洗以便把悬浮物顶出。4、吸附树脂的筛选首先要对中药提取液中所含主药成分的理化性质(分子大小、极性、所含基团等)有比较全面的了解和认识,然后结合树脂的极性、孔径、孔容等初步确定所用树脂的大致类型。树脂的具体选用要考虑的因素:吸附量的测量:分动态吸附和静态吸附两种,静态是将树脂、药液置具塞玻璃器皿中在恒温振荡器上振荡,以吸附平衡后药液残留药物的浓度计算定温下的吸附量:Q= (C0- Cr) V/W 式
55、中Q为吸附量(mg/g ), C0为起始浓度(mg/ml ), Cr为剩余浓度(mg/ml) , V为溶液体积(ml),W 为树脂质量( g ) 。静态是将树脂装入带保温套的柱中, 药液定速流过至吸附平衡, 计算树脂的比上柱量S; 然后用去离子水清洗树脂床中非吸附性杂质计算树脂的比吸附量A: S= ( M上M残)/M A = ( M上M残M水洗)/M式中 M 上为上样液中成分的质量, M 残为过柱流出液中成分的质量, M 水洗为去离子水洗脱下来成分的质量。树脂的饱和吸附能力是一个随吸附条件而改变的参数,如吸附药液的浓度、吸附的温度、 PH 值、盐离子强度、药液上样的速度。解吸率的测定:以解析平
56、衡后解洗剂所仿吸附成分的浓度计算,也分动态解吸和静态解吸两种。吸附动力学试验:在时间允许的情况下有些树脂可能具有相近的饱和吸附量,差别在于吸附速率。树脂的用量:就是根据在选定的条件下(温度、流速)树脂对欲吸附组分的吸附能力(S、A)而定。5、解吸条件的确定要综合考虑解吸率和对最终产品纯度的要求。解吸剂的确定:将洗脱剂以一定的流速通过树脂床,分段收集解吸液测定其浓度,绘制解吸曲线。解吸曲线越尖锐、不拖尾、解吸率越高效果越好。解吸剂PH值的确定:对于弱酸弱碱性化合物 PH值对其解析有影响,考察在相同流速、不同PH值下的解吸曲线。解析速度的确定:一般流速越慢脱附率越高,应综合考虑生产周期、生产效率、和产品纯度的因素。解析温度的
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