隨著中藥現代化進程的不斷深入,傳統的分離方法麵(miàn)臨挑(tiāo)戰:以中藥藥效(xiào)物質精製為目標的分離體(tǐ)係,原料液濃度(dù)低,組分複雜,回(huí)收率要求較高,但現有的(de)化工分離技術如(rú)蒸餾、萃取、結晶、吸附和(hé)離子交換等,是以濃度(dù)差為傳質推動力實現待分離組(zǔ)分由高濃(nóng)度向低濃度擴散的,往往難以滿足上述分離體係的要(yào)求。
從現代分(fèn)離技術的研究(jiū)發展趨勢(shì)來看(kàn),針(zhēn)對上述問題,除了研究適(shì)用於中(zhōng)藥藥效物質分離的新技術外,利用已有的和新開發(fā)的分離技術進(jìn)行有(yǒu)效(xiào)組合,或者把兩(liǎng)種以上的分離技(jì)術合成為(wéi)一種(zhǒng)更有效的分離技術,即多種技術的耦合(hé),有可能(néng)達到提高產品選擇性和收率(lǜ),實現過(guò)程優化的目的。耦合技術因此成為中藥製藥工程中一個嶄新的研究領域。
■膜耦(ǒu)合技術
膜耦合技術(shù)就是將膜分離技術與其他分離方(fāng)法或反應過程有機地結(jié)合在一起,充分發(fā)揮各個操作單元(yuán)的特點(diǎn)。目前(qián)研究及應用的膜耦合過程形式主要有膜反應(yīng)器、膜蒸餾技術、滲(shèn)透(tòu)蒸(zhēng)發技術及親和膜技術等。
具體來說,膜耦合技術可以分(fèn)為兩類:一(yī)類是膜分離與反應的耦合,其目的(de)是部分或全部地移出反(fǎn)應產物,提高反應選擇性和平(píng)衡轉化率,或移去對反應(yīng)有毒性作用(yòng)的組分,保持較高的反應速度;另一類是膜分離過程與其他分離方法的耦合,可提高目的(de)產物的分離選擇性係數並簡化工藝流程。而膜分離與反應的耦合又可(kě)以分(fèn)為兩種情況:一是膜隻具有分離功(gōng)能,包括分離膜(mó)反應器和膜作為獨立的分離(lí)單元與反應禍(huò)聯(lián)兩種形式;二是膜作為反應器壁同時(shí)具有催化與分離的(de)功能,稱為催化膜反應器。
江蘇省天然藥(yào)物研究(jiū)與創製實驗室承擔的課題“膜反應器精製地龍活性組分群及(jí)其(qí)藥理性質的研究”就屬於後者。該研究將地龍生物活性部位的酶解與具有不(bú)同(tóng)相對分子質量區段的多個組分群的分離兩個過程集中在膜反應器一步進行。研究表明該膜反應器技術(shù)應用於動物類中藥材活性(xìng)成(chéng)分的精製分(fèn)離前景光明。
膜分離(lí)與反應耦合可使反應產物不(bú)斷在線移出,消(xiāo)除平衡(héng)對轉化率的限,從而大限度地提高反應轉化率;提高反應選擇性,可省(shěng)去全部或部(bù)分產物分離和未反應物的循環過程,從而簡化工藝流(liú)程。
此外,近年來,膜分離與其他(tā)分離方(fāng)法的耦合的研究也取得了積極(jí)進展,如膜萃取技術、膜蒸餾技術、親和膜技術等。
■超臨界流體(tǐ)耦合技術
超臨界流體(tǐ)技術的發展,有力地促進了中藥生產過程中的分離純化、材料製備、化學反應等領域的技術進步。值得關注的是,單(dān)獨應用超臨界流體技術,會(huì)出現(xiàn)一些難以克服的缺點,而將超臨界流體(tǐ)技術與某些化(huà)工過程相耦合,可形成一些(xiē)先進、高(gāo)效(xiào)、的複合(hé)過程。
超臨(lín)界流體技術與膜分(fèn)離技術(shù)耦合:近年來,有人采用國產超臨界CO2萃取(qǔ)裝置與平板(bǎn)超濾器聯合處理質量分(fèn)數(shù)為10%~14%的銀杏黃酮粗品,結果得(dé)到黃酮質量分數大於30%,內酯(zhǐ)為6%~8%的產品。經高效液(yè)相色譜儀、原子吸收儀及微生(shēng)物(wù)檢驗等測試,產品中的(de)烷基酚、重金屬、農藥殘留、細菌等指標均能達(dá)到國際(jì)質量標準。
另(lìng)外,超臨界流體(tǐ)技術(shù)與納濾耦合的實踐也獲得了成功。納濾是一種壓力驅動的膜分離過程(chéng),它可以(yǐ)在壓力變化不大、恒(héng)溫和不改變分離物的熱力學相態的情況下達到(dào)理想的分離效果。將(jiāng)超臨界萃取與納濾結合,可以首先選擇合(hé)適條件增大萃取(qǔ)能力(lì),然後選擇合適的納濾(lǜ)膜,選擇性地透過需要的萃(cuì)取組分,從而(ér)使分離效率得到提高。
如用超臨界CO2萃取魚油,萃取(qǔ)物中主要(yào)成分為三酸(suān)甘油酯,而三酸甘油酯中有價值的是長鏈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(hé)脂肪酸和短鏈脂肪酸相分離。采用此種耦合技術也可對蘿卜籽、胡(hú)蘿卜油(yóu)中的R-胡蘿卜素進行提純,都能得到純化的產物。
超臨界流體萃取結晶耦合技術:該技(jì)術可改變超臨界流體萃(cuì)取(qǔ)多元混(hún)合係中物質成分在(zài)有機溶劑與(yǔ)超(chāo)臨界流體中的溶解特性,使溶質結晶析出(chū);同時還可(kě)利用結晶器表麵對不同物(wù)質的吸(xī)附、阻滯、積聚性能差異,使析出的溶質成分形成類似於層析效果(guǒ)的有序梯度結晶分布,從(cóng)而實現一次性多種物質的有效分離,獲得高純度產品。
當這一(yī)耦合係統工作時(shí),結晶釜和分(fèn)離釜均處於各自的溫度和壓力條件下,控製結晶時間(jiān);超臨界流體和多(duō)元液相混合物料在(zài)結晶釜內完成萃取、吸附、結晶、蒸餾(liú)(幹燥),在結晶器作用下,使多元體係中單一或複合(hé)成分實現一步結晶分離或梯度結晶分離;待係統降(jiàng)溫、卸壓後,即可自結晶器上收(shōu)集產品。
我國有研究人員采用(yòng)係統觀察法考(kǎo)察了超臨界CO2萃取結晶分離對穿心蓮內酯晶體形態、純度、結晶量的影(yǐng)響(xiǎng),發現隨(suí)壓力的升高其(qí)晶體形態(tài)變細、變短,純度(dù)提高(gāo),結晶量(liàng)增加,從而認為該耦合技術為開發高純度中藥活性成分提供了(le)一條捷徑。
此外,由於中草藥成分複雜,同一(yī)味藥中的各化(huà)學成(chéng)分的極(jí)性、沸點、相對分子質量、溶解度等特性各有不同(tóng),因而對於不同的目標產品需要采取多種提取分離手段,超臨界流體技術與多種分離手段的(de)耦合也應運而生。如超臨界流體技術耦合分子(zǐ)蒸餾可(kě)使(shǐ)薑辣(là)素收(shōu)率明顯提高,超臨界流體技術耦合離(lí)子對試劑可使麻黃堿提取率顯著提高,超臨界流體技術耦合重結晶可大大降低(dī)青篙素成本等。
■結晶耦合技術(shù)
以固液平(píng)衡為原理的結(jié)晶分離(lí)技術近年因與相關(guān)分離(lí)技術耦合,成為中藥成分精製分離工藝中的一支新軍。
減壓精餾-熔(róng)融結晶耦合技術:精餾是分離有機混合物(wù)常用的方法之一,但當相(xiàng)對揮發度很小時,精餾過程需要的理論塔板數會(huì)急劇增(zēng)加。熔融結晶作為(wéi)近年(nián)廣受國際關注的新興技(jì)術,具有較高的分離因子,但其收(shōu)率、傳質速度及相的可分(fèn)性往往受到限zhi。將上述(shù)兩種方法有機地結(jié)合在一(yī)起,取長補短(duǎn),可用來分離易結晶(jīng)、熔(róng)點差大、沸點接近的物質。
人造麝香DDHI是(shì)一(yī)種高熔點、高沸點且易氧化的有機物,提(tí)純此類物(wù)質時,一般須(xū)經過減壓精餾及重結晶兩(liǎng)道工序。這種方法的缺(quē)點是在減(jiǎn)壓精餾提純時(shí),產品因容易結晶而造成管路堵塞;需要(yào)溶(róng)劑回收(shōu)裝置,存(cún)在重(chóng)結晶效率低,溶劑(jì)消耗大,成本高,易氧化等問題。我國有人采用一體(tǐ)化結構的減壓精餾-熔融結晶耦(ǒu)合裝置進行DDHI的(de)提(tí)純,總收率可達60%以上,比原工藝提(tí)高13%,且可防止產品氧(yǎng)化,節省大量能(néng)源,由於無需溶劑,還減少了對環(huán)境的汙染。
鼇形包結-結晶耦合技術:鼇(áo)形包結(jié)-結晶耦(ǒu)合技術是(shì)建立在一種被稱為鼇形主體分子(zǐ)的(de)物(wù)質(zhì)的基礎(chǔ)之(zhī)上的(de)。該物質(zhì)具有良好的包結性能,並可對某類(lèi)成分(客體)進行選擇性識別(bié)。如1,1,6,6-四苯基-2,4-己二炔-1,6-二醇(簡稱DD)的主體(tǐ)分子,可與(yǔ)許多有(yǒu)機小分子如醇、醚(mí)、環氧化合物、醛、酮、酯、內酯(zhǐ)等形成包結物晶(jīng)體。
由於中藥揮發油中(zhōng)各化學組分的分子形狀、大小、官能團的數量和位置(鍵力性質)的不(bú)同,通過不同主體分子對目標客(kè)體分子的選擇識別,可形成包結物並以結(jié)晶方(fāng)式析出,達到從(cóng)揮發(fā)油中選擇性的分離(lí)目標成分(fèn)的目的。
我國學者采用此項技(jì)術,以反(fǎn)式-1,2-二苯(běn)基一1,2-苊二醇為鼇形主體分子,選(xuǎn)擇性地識別蒿本揮發油中的肉豆A醚,並使之(zhī)以包結物晶體形式(shì)析出,產物化學純度(dù)接近100%,產率為4.5%。表明此法分離揮發(fā)油化學組分具有選(xuǎn)擇性高、速度快、方(fāng)法簡便等優點。
應該看(kàn)到,雖然目前關於耦合技術的研究熾手可熱,但大多(duō)數(shù)研究隻停留在實驗室(shì)階段。將人們開發中遇到的共(gòng)性問題綜合、歸納,采用複雜過程的分解實驗和數學模擬結合的研究方法,從(cóng)流體力學、傳遞(dì)學、反(fǎn)應動力學、反應熱力學及化學計量學等學科結合的角度(dù),對耦合技術開展係(xì)統的基礎研究,可以(yǐ)形成一個新的研究(jiū)領域。相信隨著科學(xué)技術的發(fā)展,耦合技術必將在(zài)中藥及其他生物製(zhì)藥(yào)工(gōng)業中發揮重大作用。
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中(zhōng)藥精製分離技術逐漸走向耦合
發布時間:2023-03-21 瀏覽:760次