彭 青,李曉剛,劉亞明
(重慶市合川區(qū)中醫(yī)院藥劑科,重慶401520)
大孔吸附樹(shù)脂(macroporous resin)是一類不含交換基團(tuán)且有大孔結(jié)構(gòu)的高分子吸附劑[1]。自1966年英國(guó)KUNIN公司研制出了一系列類型的吸附樹(shù)脂后,美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)和日本等均有專業(yè)公司生產(chǎn)和制造不同型號(hào)的吸附樹(shù)脂[2]。而大孔樹(shù)脂技術(shù)在分離純化方面的應(yīng)用是20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)之一[3]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的用于中藥提取液分離、純化的樹(shù)脂有D-101型、DA201型、SIP系列、X-5型、AB-8型、GDX104型、LD605型、LD601型、CAD-40型、DM-130型、R-A型、CHA-111型、WLD型(混合型)、H107型、NKA-9型等[4]。隨著對(duì)大孔吸附樹(shù)脂研究的進(jìn)一步加深,其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛,對(duì)分離機(jī)理研究方面也逐步深入。目前,大孔吸附樹(shù)脂主要應(yīng)用于環(huán)保、醫(yī)藥工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、分析化學(xué)、臨床鑒定等多個(gè)領(lǐng)域?,F(xiàn)就大孔吸附樹(shù)脂的基本原理及其在中藥有效成分分離純化領(lǐng)域的最新進(jìn)展概述如下[5]。
大孔樹(shù)脂的基本性能與凝膠樹(shù)脂基本相似,其“孔隙”是在合成時(shí)由于加入惰性的制孔劑,待網(wǎng)絡(luò)骨架固化和鏈結(jié)構(gòu)單元形成后再用溶劑萃取或水洗蒸餾將其去掉,就留下了不受外界條件影響的孔隙,即“永久孔”??讖娇蛇_(dá)到100nm甚至可達(dá)到1000nm以上,故稱之為“大孔”[6]。大孔吸附樹(shù)脂的吸附性是由于范德華引力或產(chǎn)生氫鍵作用的結(jié)果。分子篩性是由于其本身多孔性結(jié)構(gòu)的性質(zhì)所決定的。根據(jù)樹(shù)脂的表面性質(zhì),可將其分為非極性、中極性和極性三類。在確定樹(shù)脂的型號(hào)及分離條件時(shí)應(yīng)綜合考慮被分離物極性大小、分子量、溶液的pH值等因素的影響,以及樹(shù)脂柱的清洗、洗脫液的選擇等因素[7]。
大孔吸附樹(shù)脂根據(jù)表面的性質(zhì)可分為非極性、弱極性和極性3類,“相似相吸原理”可作為樹(shù)脂選擇的參考?!跋嗨葡辔笔侵冈跇O性溶劑(水)中非極性樹(shù)脂吸附非極性物質(zhì),在非極性溶劑中極性樹(shù)脂吸附極性物質(zhì),而弱極性樹(shù)脂對(duì)極性和非極性物質(zhì)都具有吸附力。篩選方法可根據(jù)分離的有效部位不同的理化性質(zhì),選擇適宜的樹(shù)脂進(jìn)行分離純化,樹(shù)脂種類的選擇可用比上柱量、比吸附量、比洗脫量等指標(biāo)來(lái)衡量[8]。
市售大孔吸附樹(shù)脂一般含有未聚合的單體、致孔劑、分散劑等脂溶性物質(zhì),使用前需要進(jìn)行預(yù)處理,選用甲醇、乙醇或丙酮連續(xù)洗滌數(shù)次,使洗脫液加水不出現(xiàn)明顯渾濁或醇洗脫液蒸干后無(wú)殘留物,再用蒸餾水洗至無(wú)醇味即可。必要時(shí)需用酸、堿液洗滌,最后用蒸餾水洗至中性,備用。樹(shù)脂使用多次之后,吸附的雜質(zhì)增多,吸附能力降低,故使用一段時(shí)間后需要再生處理。乙醇是常用的再生劑,采用50%左右的含水醇、酮或含有酸、堿的含水醇、酮進(jìn)行洗滌,再生效果較好[9]。
提取液的預(yù)處理。天然藥物提取液是否進(jìn)行預(yù)處理以及預(yù)處理方法是否得當(dāng)將直接影響大孔吸附樹(shù)脂的分離純化效果。何琦等[10]在銀杏黃酮提取液預(yù)處理中,將水提醇沉、水提加絮凝劑、醇提加絮凝劑、醇提液加萃取等4種方法進(jìn)行比較,以總黃酮的吸附量、吸附率、洗脫率、產(chǎn)物濃度、產(chǎn)量等為評(píng)價(jià)指標(biāo),結(jié)果表明水提醇沉預(yù)處理方法所得產(chǎn)物中銀杏黃酮濃度最高,醇提取液加萃取法有較好的洗脫率,其他兩個(gè)方法效果較差。
提取液pH值的影響。由于天然藥物中許多化學(xué)成分有一定酸堿性,在不同pH值溶液中的溶解性能不同,因此上樣藥液pH值對(duì)大孔吸附樹(shù)脂的分離效果至關(guān)重要。根據(jù)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)靈活改變?nèi)芤旱膒H值,可使提純工作取得理想效果[11]?;驹硎菈A性物質(zhì)在堿性溶液中被吸附,在酸性溶液中解吸。酸性物質(zhì)在酸性溶液中被吸附,在堿性溶液中解吸。中藥中的許多成分有一定的酸堿性,在pH值不同的溶液中溶解性不同。蔡應(yīng)繁等[12]考查了唐松草總生物堿分離時(shí)的pH值影響,當(dāng)溶液的pH值為3.0與6.0時(shí)樹(shù)脂的吸附量最大,pH大于7.0時(shí),吸附量開(kāi)始下降。喬五忠等[13]考察了甘草酸精制時(shí)的pH值影響,當(dāng)溶液的pH值為6時(shí),樹(shù)脂吸附效果最好,說(shuō)明在弱酸環(huán)境下更有利于甘草酸的吸附。
提取物濃度的影響。原液濃度也是影響吸附量的重要因素之一,若上樣液過(guò)稀,造成上樣液黏度較小,在一定上樣流速下溶液通過(guò)柱床流速較快,大于傳質(zhì)速度,傳質(zhì)未進(jìn)行徹底即可能泄露;若上樣液太濃,則黏度較大,被吸附物質(zhì)往樹(shù)脂內(nèi)部擴(kuò)散傳質(zhì)速度變慢,而且樹(shù)脂周圍的被吸附物質(zhì)分子過(guò)多,都使得某些沒(méi)來(lái)得及被吸附的成分就流出來(lái),兩種情況均不能達(dá)到最大吸附量[14]。章琦等[15]考察了富集狗脊炮制品總酚酸時(shí)上樣質(zhì)量濃度的影響,大孔樹(shù)脂對(duì)狗脊酚酸的吸附在低質(zhì)量濃度下進(jìn)行的比較完全,質(zhì)量濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂過(guò)飽和,使狗脊總酚酸的回收率降低。
流速的影響。提取液通過(guò)樹(shù)脂的速度,對(duì)天然藥物的分離有較大影響。流速與樹(shù)脂的孔徑、孔容、粒度、吸附物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)及濃度、溫度等因素相關(guān),最佳流速可通過(guò)正交設(shè)計(jì)以比洗脫量、純度等指標(biāo)進(jìn)行確定。目前研究中多以BV/h來(lái)表示流速,在實(shí)際操作中也有不便之處,常因同型號(hào)樹(shù)脂含水量的差異,反映在其體積上相差較大,故建議流速以mL/min或L/h表示更準(zhǔn)確。魏改芹等[16]考察了分離純化香青蘭中木犀草素時(shí)流速的影響,結(jié)果表明吸附速度在0.5~2.0BV/h范圍內(nèi)對(duì)木犀草素轉(zhuǎn)移率影響不大,且轉(zhuǎn)移率均達(dá)到95%以上,速度更大時(shí)轉(zhuǎn)移率降低。
吸附溫度。陳強(qiáng)[17]報(bào)道大孔吸附樹(shù)脂吸附為一放熱過(guò)程,故一般采用低溫吸附,高溫解吸的方式。張晴[18]在用X-5樹(shù)脂分離蘿卜色素時(shí)作溫度考察,表明當(dāng)吸附時(shí)間相同時(shí),溫度越高,吸附率越高,吸附越快,說(shuō)明溫度對(duì)大孔吸附樹(shù)脂吸附純化效果影響較大,考察影響因素時(shí)應(yīng)對(duì)溫度進(jìn)行篩選。
其它影響因素。色譜柱的徑高比、樹(shù)脂的粒徑、玻璃柱的粗細(xì)在一定程度上也會(huì)影響分離效果,調(diào)整好上述因素的參數(shù)既能夠提高分離效果,又能節(jié)約時(shí)間。
大孔吸附樹(shù)脂具有物理化學(xué)穩(wěn)定性高,吸附選擇性強(qiáng),富集效果好,解吸條件溫和,再生簡(jiǎn)便,使用周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。因此,近年來(lái),樹(shù)脂吸附法得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,被廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物的分離純化[19]。
用于黃酮類化合物的分離、純化。王宏等[20]考察了不同型號(hào)大孔吸附樹(shù)脂對(duì)雞血藤中總黃酮的吸附、解吸性能,以雞血藤總黃酮含量為指標(biāo),通過(guò)吸附容量和洗脫效果的比較,F(xiàn)L-2和DS-401型號(hào)樹(shù)脂對(duì)雞血藤總黃酮的吸附容量大,易洗脫。研究表明不同型號(hào)大孔樹(shù)脂對(duì)雞血藤總黃酮的吸附及解吸性能有很大差異,綜合其比吸附量和比洗脫量,F(xiàn)L-2和DS-401型號(hào)樹(shù)脂較適合分離純化雞血藤總黃酮。袁健等[21]選擇沙棘葉總黃酮、沙棘葉中黃酮苷元槲皮素、山柰酚和異鼠李素的吸附率/解吸率為評(píng)價(jià)指標(biāo),篩選對(duì)沙棘葉黃酮具有特異性能的大孔吸附樹(shù)脂,結(jié)果表明YWD12G型大孔吸附樹(shù)脂顯示出較好的吸附和解吸附性能,為初步確定沙棘葉黃酮純化用大孔樹(shù)脂和進(jìn)一步動(dòng)態(tài)吸附和解吸附研究提供了依據(jù)。
用于皂苷和其他苷類化合物的分離純化。劉敏彥等[22]對(duì)HPD300型大孔吸附樹(shù)脂分離純化白芍總苷的工藝進(jìn)行了優(yōu)化,工藝條件為上樣濃度0.1g生藥/mL,流速4BV·h-1,樹(shù)脂柱徑/高比為1∶11,以5倍柱體積水洗脫,繼以7倍柱體積50%乙醇洗脫,純化白芍總苷效果良好,芍藥苷的純度可達(dá)50%以上,白芍總苷純度可達(dá)80%以上。畢岳琦等[23]研究黃芩苷等3種具有不同類型母核的苷類中藥成分在大孔吸附樹(shù)脂上的吸附純化特性,以黃芩、梔子和白芍為樣本考察它們?cè)贒101等6種不同樹(shù)脂上的吸附純化特性,結(jié)果表明具有相似母核結(jié)構(gòu)的苷類分子在同一樹(shù)脂上吸附能力不一定相似,但吸附力的大小與分子結(jié)構(gòu)有關(guān),對(duì)苯乙烯型樹(shù)脂而言,被吸附的分子母核雙鍵數(shù)目越多,分子與樹(shù)脂吸附作用力越大。
用于酸性成分的分離純化。王平等[24]考察了HPD-600大孔吸附樹(shù)脂對(duì)茶多酚的靜態(tài)吸附、動(dòng)態(tài)吸附及洗脫劑的影響,茶葉浸提得茶湯,濃縮后除茶多糖,再經(jīng)HPD-600大孔吸附樹(shù)脂洗脫,得到茶多酚產(chǎn)品,并得到較優(yōu)的工藝條件:茶湯上樣比重為1.1g/mL,上樣體積比樹(shù)脂質(zhì)量為4︰2,80%乙醇溶液是良好的洗脫劑,通過(guò)該工藝可以分離得到純度大于95%的茶多酚,其中表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯含量大于40%,咖啡堿殘留量小于7%。余曉暉等[25]采用靜態(tài)吸附-解吸方法,從5種大孔吸附樹(shù)脂篩選出最佳樹(shù)脂,用HPLC法測(cè)定熊果酸的含量,對(duì)熊果酸富集工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí)考察了熊果酸的吸附動(dòng)力學(xué),結(jié)果顯示用AB-8大孔吸附樹(shù)脂以60%乙醇為吸附溶劑,95%乙醇為解吸附溶劑,得到純度為83.02%的熊果酸,并且方法簡(jiǎn)單可行,分離效果好。
用于堿性成分的分離、純化。周文威等[26]用大孔吸附樹(shù)脂對(duì)延胡索總生物堿進(jìn)行分離純化研究,以總生物堿的吸附量和解吸附率為考察指標(biāo),選擇純化工藝,結(jié)果表明D101型大孔吸附樹(shù)脂對(duì)延胡索生物堿具有較大吸附量,洗脫方法為先以純水除去雜質(zhì),再以0.2mol·L-1鹽酸50%乙醇洗脫,收集洗脫液,用本法分離純化延胡索總生物堿簡(jiǎn)單、可行。蔡應(yīng)繁等選擇5種大孔吸附樹(shù)脂(LSA20、21、30、40和DiaonHP-20)分離提取唐松草中的總生物堿,篩選出LSA30的吸附效果最好,靜態(tài)吸附容量達(dá)259.4mg/mL,動(dòng)態(tài)吸附容量達(dá)198.7mg/mL,結(jié)果表明LSA30大孔吸附樹(shù)脂能很好地提取分離唐松草總生物堿。
用于多糖的分離純化。崔凱等[27]應(yīng)用MG-1型大孔吸附樹(shù)脂,以豬苓多糖含量為考察指標(biāo).研究大孔吸附樹(shù)脂對(duì)豬茶多糖純化的效果,結(jié)果表明MG-1型大孔吸附樹(shù)脂對(duì)豬答多糖有顯著純化作用,純化效果好。仰榴青等[28]探討大孔吸附樹(shù)脂AB-8對(duì)銀杏外種皮多糖的吸附性能及其影響因素,采用單因素實(shí)驗(yàn)優(yōu)選AB-8樹(shù)脂的純化條件,工藝條件為以流速為1.0mL/min,原樣濃度為10mg/mL,pH值為7.4~7.6之間的組合上柱,銀杏外種皮多糖的純化效果最好,純化后多糖含量達(dá)81.3%。
楊昊等[29]采用正交設(shè)計(jì)優(yōu)化藥材提取工藝,采用D101大孔吸附樹(shù)脂對(duì)藥材提取液進(jìn)行吸附純化,并以黃芪甲苷及黃芪、黨參總皂苷為考察指標(biāo)綜合評(píng)價(jià),最優(yōu)工藝為最大吸附濃度應(yīng)小于3.7mg·mL-1。上樣量為7倍量樹(shù)脂床體積,用4倍量柱體積水洗脫雜質(zhì),以70%的乙醇為洗脫溶媒,8倍柱體積洗脫效果最好。
樹(shù)脂的組成與結(jié)構(gòu)既決定樹(shù)脂的吸附性能,也可從中了解可能存在的有害殘留物。市售的大孔吸附樹(shù)脂一般含未聚合的單體、致孔劑(多為長(zhǎng)碳鏈的脂肪醇類)、引發(fā)劑、分散劑和防腐劑等,這些物質(zhì)混入制劑中對(duì)人體大都會(huì)產(chǎn)生一定的危害,因此使用前必須經(jīng)過(guò)處理將其除去。因此國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局在“大孔吸附樹(shù)脂分離純化中藥提取液的技術(shù)要求”中,將苯乙烯骨架型大孔吸附樹(shù)脂殘留物規(guī)定為:苯不得過(guò)0.0002%,其它不得過(guò)0.02%[30]。郝彧等[31]采用頂空氣相色譜法檢測(cè)糖脂清片中大孔吸附樹(shù)脂有機(jī)溶劑正己烷、苯、甲苯、對(duì)二甲苯、間二甲苯、鄰二甲苯、苯乙烯和二乙烯苯的殘留量,色譜柱為HP-INNOWAX毛細(xì)管柱;檢測(cè)器為氫火焰離子化檢測(cè)器,載氣為高純氮。該法線性良好,操作簡(jiǎn)便快速,準(zhǔn)確度好,靈敏度高,可用于糖脂清片中8種有機(jī)溶劑殘留量的測(cè)定。
與傳統(tǒng)吸附劑相比,大孔樹(shù)脂具有選擇性好、吸附容量高、解吸容易、機(jī)械強(qiáng)度好、可反復(fù)使用和流體阻力較小、交換速度快、耐污染性強(qiáng)等特點(diǎn),尤其是其孔隙大小、骨架結(jié)構(gòu)和極性可按照需要選擇不同的原料和合成條件而改變。總之,大孔吸附樹(shù)脂在天然產(chǎn)物分離中有廣泛的應(yīng)用前景,并日益顯示其獨(dú)特的作用。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)樹(shù)脂的影響因素綜合考慮,設(shè)計(jì)出合適的分離條件[32]。
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