穿心蓮內(nèi)酯超臨界CO-,2-萃取結(jié)晶研究.pdf

1、穿心蓮內(nèi)酯是一種重要的中藥有效成分。作為注射劑原料，要求有極高的純度。為了高效分離穿心蓮內(nèi)酯，作者以穿心蓮浸膏為實驗原料，采用超臨界流體萃取結(jié)晶法進行了穿心蓮內(nèi)酯的分離純化研究。系統(tǒng)地分析了超臨界流體萃取結(jié)晶機理，并對影響萃取結(jié)晶的因素進行了解析；研究了超臨界CO2(SC-CO2)萃取結(jié)晶工藝參數(shù)，如壓力、溫度、時間、流量，及結(jié)晶器，如材質(zhì)、板間距、結(jié)晶器的表面形態(tài)等對目標(biāo)產(chǎn)物—穿心蓮內(nèi)酯的純度、結(jié)晶率、形貌、結(jié)晶度、晶型、分子結(jié)構(gòu)等的

2、影響，并采用高效液相色譜、掃描電鏡、X射線粉末衍射、紅外光譜法進行了實驗結(jié)果分析；利用響應(yīng)曲面法建立了相關(guān)工藝模型；考察了夾帶劑強化、磁場強化和重復(fù)萃取結(jié)晶法對超臨界CO2萃取結(jié)晶穿心蓮內(nèi)酯的影響。理論分析和實驗研究結(jié)果表明：(1)SC-CO2萃取結(jié)晶法可有效分離浸膏中的穿心蓮內(nèi)酯，重復(fù)萃取結(jié)晶3次后產(chǎn)品的純度可達98％以上。 (2)SC-CO2萃取結(jié)晶穿心蓮內(nèi)酯時，晶體在結(jié)晶板上依純度呈梯度分布。 (3)依表面吸附、晶

3、核形成、晶體生長和梯度結(jié)晶四方面分析，超臨界流體萃取結(jié)晶有下列特征：①結(jié)晶器為超臨界流體萃取結(jié)晶提供了一個表面吸附場，能降低結(jié)晶過程的界面活化能，從而形成吸附結(jié)晶，所以結(jié)晶器是影響萃取結(jié)晶的一個重要因素；②就晶核形成、晶體生長而言，溫度、壓力的變化影響著結(jié)晶成核的過飽和度和結(jié)晶成核的能壘，而外場，如磁場、電場等也能影響結(jié)晶成核的能壘；③就梯度結(jié)晶而言，溶質(zhì)中不同組分因物性以及受結(jié)晶板表面作用效果不同導(dǎo)致在結(jié)晶板上形成不同的遷移阻尼系數(shù)，

4、從而產(chǎn)生梯度結(jié)晶分離。 (4)影響萃取結(jié)晶的三個主要外因是：①工藝條件，其中壓力、溫度影響超臨界流體萃取結(jié)晶具有兩面性，即壓力或溫度在促進萃取的同時卻抑制了結(jié)晶，或在促進結(jié)晶的同時卻抑制了萃?。虎诮Y(jié)晶器，其表面形態(tài)、材質(zhì)、板間距的變化不同程度上都能影響萃取結(jié)晶效果；③外場，如磁場、電場對萃取結(jié)晶能產(chǎn)生正相或負相作用。 (5)在萃取結(jié)晶溫度55℃、時間90min、CO2流量15L/min、壓力≤25MPa條件下，結(jié)晶板上部

5、穿心蓮內(nèi)酯的純度，隨著壓力的升高而增加；結(jié)晶板上部穿心蓮內(nèi)酯的結(jié)晶率在低于15MPa(原料純度90％)時呈增加趨勢，而超過15MPa后呈下降趨勢；晶體顆粒度隨壓力的升高而變細小、無規(guī)則；XRD分析結(jié)果表明，穿心蓮內(nèi)酯的結(jié)晶度隨著壓力的增加而提高。壓力≥25MPa時，穿心蓮內(nèi)酯大部分進入分離釜，晶體的溶解性強于吸附結(jié)晶作用，因而萃取作用顯著；IR分析結(jié)果表明，萃取結(jié)晶壓力的變化不會改變穿心蓮內(nèi)酯晶體的分子結(jié)構(gòu)。 (6)在萃取結(jié)晶壓

6、力為16MPa、時間90min、CO2流量15L/min條件下，萃取結(jié)晶溫度在35-65℃范圍內(nèi)變化，當(dāng)溫度達到55℃時，萃取結(jié)晶穿心蓮內(nèi)酯的純度最高，且適當(dāng)提高溫度有利于縮短萃取結(jié)晶時間、改善晶體的顆粒度和均勻性；XRD分析結(jié)果表明，隨著溫度的升高，所得晶體的結(jié)晶度有所增加；IR分析結(jié)果表明，超臨界CO2萃取結(jié)晶溫度的變化不會改變穿心蓮內(nèi)酯晶體的分子結(jié)構(gòu)。 (7)在萃取結(jié)晶壓力16MPa、溫度55℃、CO2流量15L/min條

7、件下，延長結(jié)晶時間，有利于提高穿心蓮內(nèi)酯的純度和改良晶體形貌。但過度延長時間將降低工作效率，一般選擇時間約為90min。 (8)在萃取結(jié)晶壓力16MPa、溫度55℃、時間90min條件下，適當(dāng)增加CO2流量，有利于穿心蓮內(nèi)酯結(jié)晶，更有利于縮短萃取結(jié)晶時間；但流量超過一定值后，穿心蓮內(nèi)酯純度卻與流量成負相關(guān)性。 (9)用響應(yīng)曲面法(RSM)進行了超臨界CO2萃取結(jié)晶穿心蓮內(nèi)酯工藝模型的選擇和驗證。根據(jù)該模型進行了工藝參數(shù)的

8、優(yōu)選，以結(jié)晶率與純度為指標(biāo)，實驗所得穿心蓮內(nèi)酯超臨界CO2萃取結(jié)晶優(yōu)化工藝條件為：壓力15-20MPa，溫度50-60℃，時間60-90min。 (10)優(yōu)選不銹鋼材質(zhì)的結(jié)晶板，可獲較優(yōu)萃取結(jié)晶率和產(chǎn)品純度；隨著結(jié)晶器高徑比的增大，結(jié)晶率增加，而純度的增長率不大，所以結(jié)晶器高徑比一般選擇為6：1-8：1；隨著結(jié)晶板間隙的變小，萃取結(jié)晶率先增后降，穿心蓮內(nèi)酯純度變化率卻不明顯，所以較優(yōu)的結(jié)晶板間隙為0.4-0.6cm；結(jié)晶板由下至

9、上，穿心蓮內(nèi)酯晶體顆粒越來越規(guī)則，顆粒度也有所增加。 (11)夾帶劑、磁場、重復(fù)萃取結(jié)晶均可增強超臨界CO2萃取結(jié)晶效果：(a)乙醇、丙酮、異丙醇、乙酸乙酯四種夾帶劑中，乙酸乙酯分離純化效果最好，且也能與前處理工序中選擇的浸提溶劑相統(tǒng)一，減少采用多種溶劑存在的污染；(b)磁場強化法對超臨界CO2萃取結(jié)晶穿心蓮內(nèi)酯具有促進作用；在萃取結(jié)晶溫度為55℃，時間60min，流量15L/min，磁場強度0.1T條件下，壓力在8-16MPa

10、范圍內(nèi)變化時，相比無磁場作用結(jié)晶率提高了5％左右；(c)重復(fù)萃取結(jié)晶法既能提高穿心蓮內(nèi)酯的純度，也能改善超臨界CO2萃取結(jié)晶條件，特別是降低壓力，縮短工作時間；且重復(fù)萃取結(jié)晶法得到的產(chǎn)品呈絮狀團聚，顆粒度更細小，有利提高穿心蓮內(nèi)酯的溶解性能，可改良藥用產(chǎn)品的生物利用度。 (12)選擇首次萃取結(jié)晶壓力為16MPa、溫度55℃、時間90min、CO2流量為15L/min，而重復(fù)萃取結(jié)晶壓力為14MPa、溫度55℃、時間60min、C