论文部分内容阅读
穿心莲内酯是一种重要的中药有效成分。作为注射剂原料，要求有极高的纯度。为了高效分离穿心莲内酯，作者以穿心莲浸膏为实验原料，采用超临界流体萃取结晶法进行了穿心莲内酯的分离纯化研究。系统地分析了超临界流体萃取结晶机理，并对影响萃取结晶的因素进行了解析；研究了超临界CO2(SC-CO2)萃取结晶工艺参数，如压力、温度、时间、流量，及结晶器，如材质、板间距、结晶器的表面形态等对目标产物—穿心莲内酯的纯度、结晶率、形貌、结晶度、晶型、分子结构等的影响，并采用高效液相色谱、扫描电镜、X射线粉末衍射、红外光谱法进行了实验结果分析；利用响应曲面法建立了相关工艺模型；考察了夹带剂强化、磁场强化和重复萃取结晶法对超临界CO2萃取结晶穿心莲内酯的影响。理论分析和实验研究结果表明：(1)SC-CO2萃取结晶法可有效分离浸膏中的穿心莲内酯，重复萃取结晶3次后产品的纯度可达98％以上。
(2)SC-CO2萃取结晶穿心莲内酯时，晶体在结晶板上依纯度呈梯度分布。
(3)依表面吸附、晶核形成、晶体生长和梯度结晶四方面分析，超临界流体萃取结晶有下列特征：①结晶器为超临界流体萃取结晶提供了一个表面吸附场，能降低结晶过程的界面活化能，从而形成吸附结晶，所以结晶器是影响萃取结晶的一个重要因素；②就晶核形成、晶体生长而言，温度、压力的变化影响着结晶成核的过饱和度和结晶成核的能垒，而外场，如磁场、电场等也能影响结晶成核的能垒；③就梯度结晶而言，溶质中不同组分因物性以及受结晶板表面作用效果不同导致在结晶板上形成不同的迁移阻尼系数，从而产生梯度结晶分离。
(4)影响萃取结晶的三个主要外因是：①工艺条件，其中压力、温度影响超临界流体萃取结晶具有两面性，即压力或温度在促进萃取的同时却抑制了结晶，或在促进结晶的同时却抑制了萃取；②结晶器，其表面形态、材质、板间距的变化不同程度上都能影响萃取结晶效果；③外场，如磁场、电场对萃取结晶能产生正相或负相作用。
(5)在萃取结晶温度55℃、时间90min、CO2流量15L/min、压力≤25MPa条件下，结晶板上部穿心莲内酯的纯度，随着压力的升高而增加；结晶板上部穿心莲内酯的结晶率在低于15MPa(原料纯度90％)时呈增加趋势，而超过15MPa后呈下降趋势；晶体颗粒度随压力的升高而变细小、无规则；XRD分析结果表明，穿心莲内酯的结晶度随着压力的增加而提高。压力≥25MPa时，穿心莲内酯大部分进入分离釜，晶体的溶解性强于吸附结晶作用，因而萃取作用显著；IR分析结果表明，萃取结晶压力的变化不会改变穿心莲内酯晶体的分子结构。
(6)在萃取结晶压力为16MPa、时间90min、CO2流量15L/min条件下，萃取结晶温度在35-65℃范围内变化，当温度达到55℃时，萃取结晶穿心莲内酯的纯度最高，且适当提高温度有利于缩短萃取结晶时间、改善晶体的颗粒度和均匀性；XRD分析结果表明，随着温度的升高，所得晶体的结晶度有所增加；IR分析结果表明，超临界CO2萃取结晶温度的变化不会改变穿心莲内酯晶体的分子结构。
(7)在萃取结晶压力16MPa、温度55℃、CO2流量15L/min条件下，延长结晶时间，有利于提高穿心莲内酯的纯度和改良晶体形貌。但过度延长时间将降低工作效率，一般选择时间约为90min。
(8)在萃取结晶压力16MPa、温度55℃、时间90min条件下，适当增加CO2流量，有利于穿心莲内酯结晶，更有利于缩短萃取结晶时间；但流量超过一定值后，穿心莲内酯纯度却与流量成负相关性。
(9)用响应曲面法(RSM)进行了超临界CO2萃取结晶穿心莲内酯工艺模型的选择和验证。根据该模型进行了工艺参数的优选，以结晶率与纯度为指标，实验所得穿心莲内酯超临界CO2萃取结晶优化工艺条件为：压力15-20MPa，温度50-60℃，时间60-90min。
(10)优选不锈钢材质的结晶板，可获较优萃取结晶率和产品纯度；随着结晶器高径比的增大，结晶率增加，而纯度的增长率不大，所以结晶器高径比一般选择为6：1-8：1；随着结晶板间隙的变小，萃取结晶率先增后降，穿心莲内酯纯度变化率却不明显，所以较优的结晶板间隙为0.4-0.6cm；结晶板由下至上，穿心莲内酯晶体颗粒越来越规则，颗粒度也有所增加。
(11)夹带剂、磁场、重复萃取结晶均可增强超临界CO2萃取结晶效果：(a)乙醇、丙酮、异丙醇、乙酸乙酯四种夹带剂中，乙酸乙酯分离纯化效果最好，且也能与前处理工序中选择的浸提溶剂相统一，减少采用多种溶剂存在的污染；(b)磁场强化法对超临界CO2萃取结晶穿心莲内酯具有促进作用；在萃取结晶温度为55℃，时间60min，流量15L/min，磁场强度0.1T条件下，压力在8-16MPa范围内变化时，相比无磁场作用结晶率提高了5％左右；(c)重复萃取结晶法既能提高穿心莲内酯的纯度，也能改善超临界CO2萃取结晶条件，特别是降低压力，缩短工作时间；且重复萃取结晶法得到的产品呈絮状团聚，颗粒度更细小，有利提高穿心莲内酯的溶解性能，可改良药用产品的生物利用度。
(12)选择首次萃取结晶压力为16MPa、温度55℃、时间90min、CO2流量为15L/min，而重复萃取结晶压力为14MPa、温度55℃、时间60min、CO2流量为15L/min条件下再萃取结晶2次后能获得的98％高纯穿心莲内酯产品，其元素分析、UV分析结果与参考文献所报道或标准对照品基本一致，而IR谱图也与标准对照品的完全一致。
显然，超临界CO2萃取结晶技术可高效分离纯化穿心莲内酯等天然产物有效成分，能得到更高纯度、更优质量的“绿色”产品，这为开发新型高档医药、食品、保健品原料提供一条新途径。