（化学工艺专业论文）从鱼腥草中提取分离总黄酮的工艺研究.pdf

从鱼腥草中提取分离总黄酮的工艺研究 s t u d y o nt h ep r o c e s so fe x t r a c t i o na n d s e p a r a t i o no f f l a v o n o i d sf r o mh o u t t u y n i a c o r d a t at h u n b 学科专业：化学工艺 研究生：赵星 指导教师：李淑芬教授 天津大学化工学院 二零零八年六月 摘要 中药鱼腥草含有丰富的黄酮类物质。黄酮类化合物有降脂、抗血栓、抗氧化、 抗衰老、抗心率失常、抗肿瘤、抗过敏、预防龋齿等作用。但是目前对鱼腥草总 黄酮的提取分离工艺中还存在一些问题，如提取率不高，分离过程中总黄酮损失 率较大，产品中总黄酮含量很难达到新药开发中有效部位的标准( 5 0 ) 。因 此，本文对从鱼腥草中提取、分离和精制总黄酮的各阶段的多种提取分离技术进 行了研究，力求筛选合理技术、集成一条新工艺路线，为鱼腥草总黄酮的新药开 发提供技术支持，研究具有重要的实用价值。 在提取阶段，比较了提取鱼腥草总黄酮的3 种常用工艺：热水回流提取、热 乙醇回流提取和超声波强化溶剂提取，从中筛选出提取率较高的热水回流提取 法。 在澄清阶段，考察了3 种澄清技术( 醇沉、z t c l + l 天然澄清剂和高速离心) 对鱼腥草总黄酮水提液的澄清效果，得到各个澄清技术的优化条件，使分离过程 中总黄酮损失显著降低。对每种技术的优势和不足也进行了评价。 本文进一步采用大孔树脂吸附技术对纯化鱼腥草总黄酮的柱式固定床吸附 工艺条件进行了实验研究。首先，以总黄酮的树脂吸附量、吸附速率、解吸率和 选择性为指标，比较了8 种不同极性的大孔树脂( 非极性树脂d 1 0 1 、x 5 、n k a 、 a d s 2 1 ，弱极性树脂a b 8 和极性树脂a d s 2 1 、n k a 9 、s - 8 ) 对鱼腥草总黄酮 的纯化效果，优选出非极性大孔吸附树脂d 4 0 2 0 ；然后，考察了树脂用量( 床 层高度) 、进料溶液浓度和进料溶液流速对固定床床层比吸附量和穿透体积的影 响，优选出固定床吸附操作的最佳工艺条件，从而使产品中总黄酮含量达 7 2 8 0 ，高于目前文献水平，从而为新药的开发提供了技术依据。 本文还测定了d 一4 0 2 0 吸附总黄酮的吸附等温线，通过计算表明大孔树脂 d 4 0 2 0 吸附总黄酮的吸附行为接近l a n g m u i r 模型。此外，在实验测定穿透曲线 的基础上，本文首次对大孔树脂d 4 0 2 0 纯化鱼腥草总黄酮的柱式固定床吸附传 质过程进行了理论计算。采用非线性拟合，较理想地模拟出d 4 0 2 0 固定床吸附 总黄酮的吸附穿透曲线，求得该条件下的总传质系数为9 6 9 1 0 - 4 s ，从而为 d 4 0 2 0 吸附鱼腥草黄酮的传质过程提供了一种计算方法。 关键词：鱼腥草黄酮类化合物大孔树脂吸附传质系数 a b s t r a c t h o u t t u y n i ac o r d a t at h u n bi sr i c hi nf l a v o n o i d sc o m p o u n d s w h i c hc a nb eu s e d f o r r e d u c i n gl i p i d , a n t i t h r o m b o t i c ，a n t i o x i d a t i v e ，a n t i s e n i l e ，a n t i a r r h y t h m i c ， a n t i - n e o p l a s m ，a n t i - a l l e r g ya n dp r e v e n t i n gd e n t a lc a r i e s h o w e v e r , s o m ep r o b l e m s s t i l le x i s ti nt h ef l a v o n o i d se x t r a c t i o na n ds e p a r a t i o np r o c e s s e s ，s u c ha s ，t h el o w e x t r a c t i o ny i e l d ，t h eh i g hf l a v o n o i d sl o s ea n dt h el o wf l a v o n o i d sc o n t e n ta f t e r p u r i f i c a t i o n t h e r e f o r e ，i ti sm e a n i n g f u lt os e e ka na p p r o p r i a t ep r o c e s st oe x t r a c t ， s e p a r a t ea n dp u r l f yt h et o t a lf l a v o n o i d sf r o mh o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b i nt h ee x t r a c t i o ns t a g e ，t h r e eg e n e r a lm e t h o d so fe x t r a c t i o no ft o t a lf l a v o n i d sf r o m h o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b ，u l t r a s o u n da s s i s t e de x t r a c t i o n ，h o te t h a n o lr e f l u x i n g e x t r a c t i o na n dh o tw a t e rr e f l u x i n ge x t r a c t i o nw e r ei n v e s t i g a t e d ，i nw h i c hh o tw a t e r r e f l u x i n ge x t r a c t i o nw a sc o n s i d e r e da sar e a s o n a b l ee x t r a c t i o nm e t h o d i nt h ec l a r i f i c a t i o ns t a g e ，t h ec l a r i f i c a t i o ne f f e c t so ft h r e eg e n e r a lc l a r i f i c a t i o n t e c h n i q u e s ，w a t e re x t r a c t i n g a l c o h o lp r e c i p i t a t i n g ，h i g h s p e e dc e n t r i f u g a t i o n a n d z t c1 + 1n a t u r a lc l a r i f i e rc l a r i f i c a t i o nw e r ei n v e s t i g a t e da n dt h eo p t i m a lc l a r i f i c a t i o n c o n d i t i o n so fe a c ht e c h n i q u ew e r eo b t a i n e d t h ea d v a n t a g e sa n dd i a d v a n t a g e so ft h e t h r e ec l a r i f i c a t i o nt e c h n i q u e sw e r ea l s od i s c u s s e d t h ea d s o r p t i o no ft o t a lf l a v o n o i d so n t om a c r o p o r o u sr e s i ni nac o l u m nw a s f u r t h e rs t u d i e de x p e r i m e n t a l l y t h ep u r i f i c a t i o ne f f e c t so fe i g h tk i n d so fr e s i n sw i t h d i f f e r e n tp o l a r i t y ( n o n p o l a rr e s i nd 一101 ，x 一5 ，n k a ，a d s - 21 ，w e a kp o l a rr e s i na b 一8 a n dp o l a rr e s i na d s 一21 ，n k a - 9 ，s - 8 ) w e r ef i r s t l ys t u d i e da c c o r d i n gt os o r p t i o nr a t e ， s o r p t i o nc a p a c i t y , d e s o r p t i o nr a t ea n ds e l e c t i v i t y , a n dt h ed 一4 0 2 0w a ss e l e c t e d t h e c o l u m ne x p e r i m e n t sw e r et h e np e r f o r m e dt od e t e r m i n et h es o r p t i o nc a p a c i t ya n d b r e a k t h r o u g hv o l u m ea td i f f e r e n tb e dl e n g t h s ，f e e dc o n c e n t r a t i o n sa n df e e df l o wr a t e s a n dt h eo p t i m a lo p e r a t i o nc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e d t h ef l a v o n o i d sw i t hac o n t e n to f 7 2 8 0 c o u l db eo b t a i n e d t h er e s u l t sw e r em u c hb e t t e rt h a nt h o s ei nl i t e r a t u r e s t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r mo ff l a v o n o i d so n t od - 4 0 2 0w a se x p e r i m e n t a l l ys t u d i e d t h ec a l c u l a t e dr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ee x p e r i m e n t a ld a t aw e r ew e l lf i t t e dt ot h e l a n g m u i rm o d e l a d d i t i n a l l y ，t h e m a s s t r a n s f e r p r o c e s s o ff l a v o n o i d so n t o m a c r o p o r o u sr e s i n i nf i x e db e dw a ss t u d i e d t h eb r e a k t h r o u g hc u r v ew a sw e l l s i m u l a t e db yn o n l i n e a rf i t t i n ga n dt h ec a l c u l a t e do v e r a l lm a s s t r a n s f e rc o e f f i c i e n tw a s 9 6 9 x10 4 s 一i tp r o v i d e dam e t h o dc a l c u l a t i n gt h em a s s t r a n s f e rc o e f f i c i e n tf o r f l a v o n o i d so n t od 4 0 2 0 k e yw o r d s ：h o u t t u y n i ac o r d a t at h u n b ，f l a v o n o i d s ，m a c r o p o r o u sr e s i n ， a d s o r p t i o n ，m a s s t r a n s f e rc o e f f i c i e n t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得本鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位敝作者签名：赵墨 签字日期：砌年月e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解吞鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者答名：超埕 签字日期：磁年么月z 日 导师签名： 签字同期：力鲫矿啤占月多日 前言 刖吾 当人类回归自然，追求健康的呼声日高时，天然药物产业引起了国际市场的 关注。国际医药市场上天然药物占3 0 的份额，天然药物的销售额以每年 1 5 0 o - - 2 0 的幅度快速增长，预计到2 0 1 0 年将达到1 0 0 0 亿美元的销售额。 在当今“回归自然”、崇尚天然药物成为世界性潮流的背景下，中药的发展 有了前所未有的机遇。但由于现代科学技术与传统中药产业有机结合不够等原 因，中药产业普遍存在着企业规模小、数量多、品种多、产量少、生产工艺与装 备落后、产品质量不稳定、科技含量低、国际市场竞争力弱等问题，因此如何生 产出“安全、高效、稳定、可控”的具有强大国际竞争力的现代中药产品是当前 研究者关心的问题。 鱼腥草的主要成分是挥发油和黄酮。鱼腥草挥发油具有较强的药理作用，如 抗病毒、抗菌、解热等。因此鱼腥草挥发油一直受到人们的广泛关注，人们一直 没有停止对鱼腥草挥发油制剂的开发。本课题组已经建立起超临界流体萃取技术 提取鱼腥草挥发油的工艺条件。超临界萃取鱼腥草挥发油后的萃余物中富含总黄 酮。鱼腥草中的黄酮类化合物包括芦丁、金丝桃苷、槲皮素、槲皮苷等具有药理 作用的活性成分。从资源综合利用的角度出发，对鱼腥草挥发油和和萃余物中总 黄酮制剂的开发具有广阔的前景。 黄酮类化合物传统的提取方法有索氏提取、热浸提、热回流提取等，新兴提 取方法有超临界流体萃取法、物理场辅助提取法等。各种提取方法各有利弊。本 研究比较了文献报道中提取鱼腥草总黄酮的3 种提取工艺方法。 对鱼腥草提取液的澄清和精制文献报道并不多，并且都存在总黄酮损失率过 大的问题。本实验中探索了澄清鱼腥草总黄酮提取液的3 种方法，目的是在使溶 液得到澄清的同时，降低总黄酮损失率。 吸附分离技术是一项“古老”而又充满活力发展迅速的“年轻”技术，近几 十年来西方发达国家在吸附分离领域内有很多创新，由于它具有低能耗、无环境 污染、操作简单等特性越来越受到人们的广泛关注，在医药工业、化学工业、冶 金工业及空气净化、废水处理等环保领域显示出了广阔的应用前景。 在本研究中，原料经提取、澄清后，本文进一步探讨大孔树脂吸附技术精制 鱼腥草黄酮的工艺条件，为新药或功能保健品的开发提供基础。 第一章文献综述 1 1 鱼腥草黄酮简介 1 1 1 鱼腥草黄酮成分1 2 】 第一章文献综述 1 、鱼腥草命名和成分含量 鱼腥草( h o u u u y n i ac o r d a t at h u n b ) 是国家卫生部正式确定为“药食两用” 的品种之一，因其茎叶搓碎后有鱼腥味，故名鱼腥草。 鱼腥草含挥发油类化合物、黄酮类化合物、水溶性多糖、蕺菜碱、有机酸类 类化合物和甾醇类化合物等物质。有人测定出，鱼腥草全草中挥发油含量约为 0 0 3 0 0 5 t 2 1 ，多糖含量约为6 0 【3j ，粗蛋白含量约为2 0 ，粗脂肪含量约 o 4 ，钙0 0 7 ，磷0 0 5 - - 0 1 2 r 3 1 。游见明1 4 】测得四川产地的鲜活鱼腥草中总 黄酮含量为0 0 7 。谭萍等测得黔产野生鱼腥草叶中总黄酮含量为5 9 3 7 5 ，根 中总黄酮含量为1 8 7 5 0 引。目前尚无干燥鱼腥草全草中总黄酮含量的数据。 2 、黄酮类化合物定义、存在形式和药理作用 黄酮类化合物( f l a v o n o i d s ) 是以c 6 一c 3 c 6 结构为基本母核的天然产物，即两 个苯环通过3 个碳原子结合而成。其中c 3 部分可以是脂链，或与c 6 部分形成六 元或五元氧杂环，黄酮类化合物的基本母核结构式如图1 1 所示。 3 7 6 图1 1 黄酮类化合物的基本母核6 1 f i g u r e1 - lb a s i cs t r u c t u r eo ff l a v o n o i d s 4 5 黄酮类化合物广泛存在于植物的所有部分，包括根、茎、心材、树皮、叶、 花、果实中，在植物叶中大部分黄酮类化合物一般是以苷的形式存在【6 1 。 黄酮类化合物在自然界广泛存在，呈现的生理功能多种多样。如，心血管功 第章文献综述 能；抗氧化、清除自由基功能；抗心律失常功能；抗肿瘤抗癌功能；镇咳、祛痰、 平踹功能；抗炎功能；抗菌抗病毒功能。此外，黄酮类化合物还具有其他重要的 生理功能：防治糖尿病性白内障、免疫调节、防止骨质疏松、保肝、利胆、利尿、 抗肝炎病毒、抗衰老等。 3 、鱼腥草总黄酮简介 鱼腥草总黄酮是鱼腥草中所有黄酮类化合物的统称，鱼腥草总黄酮包括槲皮 素( q u e r c e t i n ) 、槲皮苷( q u e r c i t r i n ) 、异槲皮甙( i s o q u e r c i t r i n ) 、阿福豆苷( a f z e l i n ) 、 金丝桃苷( h y p e r i n ) 、瑞诺苷( r e y n o u t r i n ) 、芦丁( r u t i n ) 等。为了从鱼腥草原料 中有效地分离出总黄酮，我们有必要了解鱼腥草黄酮的物化性质。 芦丁 芦丁结构见图1 2 。其物理性质：芦丁分子式为c 2 7 h 3 0 0 1 6 3 h 2 0 ，分子量为 6 1 0 5 1 ，其性状为黄色结晶粉末或无晶形粉末，有苦味，熔点1 7 7 - 1 7 8 ( 2 。芦丁 难溶于冷水( 1 ：1 0 0 0 0 ) 和冷乙醇( 1 ：6 0 0 ) ，略溶于热水( 1 ：2 0 0 ) 和冷甲醇 ( 1 ：1 0 0 ) ，溶于热甲醇“：7 ) 、冷毗啶( 1 ：1 2 ) 和热乙醇( 1 ：3 0 ) ，不溶 于苯、乙醚、氯仿、石油醚i7 引。芦丁遇光易变质，需在阴凉处保存。 芦丁药理作用：芦丁具有降低毛细管的异常通透性和脆性的作用。主要用于 防治高血压病的辅助治疗【9 】。 h 图1 2 芦丁结构式 f i g u r el - 2s t r u c t u r eo fr u t i n 图1 4 槲皮苷结构式 f i g u r e1 4s t r u c t u r eo fq u e r c i t r i n 0 h 0 1 - 1 w o 翻。八 义“ 图1 3 金丝桃苷结构式 f i g u r e1 - 3s t r u c t u r eo fh y p e r i n o h h o ho o h 图1 5 槲皮素结构式 f i g u r el - 5s t m c t u r eo fq u e r c e t i n 第一章文献综述 金丝桃苷 金丝桃苷又称田基黄苷( h y p e r o s i d e 或h y p e r i n ) ，其结构见图1 3 。金丝桃苷 分子式为c 2 1 h 2 0 0 1 2 ，其分子量为4 6 4 3 7 。金丝桃苷为淡黄色针晶，属于黄酮醇甙 类，熔点：2 2 7 。c 2 3 0 。c ，易溶于乙醇、甲醇、丙酮和吡啶【旧1 。 槲皮苷 槲皮苷又称栎素、橡皮苷( q u e r c i t r i n 或q u e r c i t r o s i d e ) ，属黄酮醇苷类化合物， 其结构见图1 4 。槲皮苷是黄色结晶，熔点1 7 6 - - 1 7 9 。c ( 由稀甲醇或乙醇中结晶) 和1 6 7 ( 2 ( 由水中结晶) 。槲皮苷二水合物熔点为1 8 2 1 8 5 。槲皮苷溶于碱性 水溶液、热乙醇( 1 ：2 3 ) 、冷乙醇( 1 ：2 9 0 ) ，几乎不溶于冷水、乙醚，水解后 生成槲皮素和鼠李糖i ，1 2 】。 槲皮素 槲皮素为黄色结晶，结构见图1 5 ，其分子式为c 1 5 h 1 0 0 7 2 h 2 0 ，槲皮素在温 度3 1 3 3 1 4 时分解。温度2 1 时，槲皮素在水中溶解度小于0 1 9 l o o m l l l 3 】。 槲皮素溶于热乙醇( 1 ：2 3 ) 、冷乙醇( 1 ：3 0 0 ) ；可溶于甲醇、乙酸乙酯、冰醋 酸、吡啶；不溶于石油醚、苯、乙醚、氯仿；几乎不溶于水【1 2 】。 1 1 2 鱼腥草总黄酮提取与纯化工艺的国内外研究 目前，尚未见国外关于鱼腥草总黄酮提取分离纯化工艺的文章。 国内关于鱼腥草总黄酮提取纯化工艺的研究逐渐增多。在鱼腥草总黄酮提取 技术方面，李胜华等1 1 4 】采用超声波辅助提取技术，以紫外可见光分光光度法 ( n a n 0 2 - a i ( n 0 3 ) 3 k o h ) 为分析方法，通过l 9 ( 3 4 ) 正交实验，考察了提取条件 对鱼腥草叶总黄酮提取量的影响，在最佳条件下能从1 0 0 9 鱼腥草叶中提取出 3 2 4 9 总黄酮。 游见明【l5 j 研究了从鱼腥草中提取黄酮的工艺，结果表明：以8 0 的乙醇水溶 液为溶剂，固液比l ：2 0 ，在7 0 。c 下提取6 5 m i n ，提取率最高。 戴伟锋掣1 6j 采用紫外可见光分光光度法( n a n 0 2 a l 洲0 3 ) 3 k o h ) ，通过单 因素实验研究了不同的提取方法，选定提取方法为水提法，然后通过l 9 ( 3 4 ) 正交 实验考察了提取条件对干燥鱼腥草全草总黄酮提取量的影响，在最佳条件下能从 1 0 0 9 干燥鱼腥草全草中提取出4 5 8 9 总黄酮，相比李胜华等【1 4 】的超声波强化溶剂 提取法，该方法总黄酮提取率增加了1 3 4 。 张颖等1 1 7j 采用高压溶剂萃取技术，通过正交实验考察了不同提取条件对总黄 酮提取量的影响，在最佳条件下，能从1 0 0 9 干燥鱼腥草全草中提取出3 1 5 2 9 总 黄酮，浸膏中总黄酮含量为2 3 9 6 2 ，该工艺得到的总黄酮提取率比李胜华等【1 4 j 的测定值小了0 0 8 8 ，比戴伟锋等1 16 的测定值小了1 4 5 5 ，但是高压溶剂萃取 第一章文献综述 技术是一个新兴的绿色提取技术，该技术消耗溶剂小，提取效率高。 国内也有多篇关于鱼腥草总黄酮提取分离纯化工艺研究的文章。游见吲4 】 采用单因素实验和正交实验，得到最佳工艺路线见图1 - 6 。 图1 6 鱼腥草总黄酮提取分离纯化工艺【4 】 f i g u r el - 6p r o c e s so f e x t r a c t i o n ，s e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o no f t o t a lf l a v o n o i d sf r o m h o u u u y n i ac o r d a t at h u n b 原料经过图1 6 方框中的工艺处理后，得到的浸膏中总黄酮含量为4 5 8 。 廖德胜等【1 8 1 采用a i c l 3 分光光度法为总黄酮分析方法，通过单因素实验得到 浸膏中总黄酮含量相对较高的工艺条件，见图1 7 。 图1 7 鱼腥草总黄酮提取分离纯化工艺【1 8 】 f i g u r e1 - 7p r o c e s so fe x t r a c t i o n ，s e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o no ft o t a lf l a v o n o i d sf r o m h o u u u y n i ac o r d a t at h u n b 该工艺条件下，1 0 0 9 原料经过图1 7 所示方框中的工艺处理后，能得到1 1 4 1 9 总黄酮；得到的浸膏中总黄酮含量为4 3 9 ，比游见明【4 】工艺的结果低1 9 。 张颖掣1 9j 采用紫外可见光分光光度法( n a n 0 2 a i 洲0 3 ) 3 k o h ) ，通过单因 素实验得到鱼腥草总黄酮的最佳提取分离纯化工艺条件，如图1 8 所示。 该工艺优点是，原料经过图1 8 所示实线方框中的工艺处理后，得到的产品 ( 干浸膏) 中总黄酮含量为6 7 ，该值比游见明1 4 】的测定值高了2 1 2 ，比廖德 胜等1 2 u j 的测定值高了2 3 1 。该工艺缺点是，原料经过图1 8 中虚线方框处理后， 1 0 0 9 原料能得到0 6 7 7 g 总黄酮，该值比廖德胜等1 2 l j 的测定值( 1 0 0 9 原料能得到 1 1 4 1 9 总黄酮产品) 小。 第一章文献综述 图1 8 鱼腥草总黄酮提取分离纯化工艺1 9 】 f i g u r e1 8p r o c e s so f e x t r a c t i o n ，s e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o no f t o t a lf l a v o n o i d sf r o m h o u u u y n i ac o r d a t at h u n b 1 2 黄酮的提取技术 由于鱼腥草中黄酮类化合物大部分是以糖苷形式存在的苷类，其苷元具有亲 脂性，配基具有亲水性，因此鱼腥草总黄酮既能用有机溶剂( 如甲醇、乙醇) 萃 取，又能用热水提取。目前，黄酮类化合物的提取方法多集中在传统的提取方法 如回流提取、热浸提【6 2 2 1 ；但是随着设备的改进，一些新兴的提取技术如超声提 取、超临界流体提取越来越受到人们重视 5 , 2 3 】。 1 2 1 有机溶剂提取技术2 2 】 有机溶剂提取是提取黄酮类化合物最为常用的传统的提取方法。使用乙醇、 甲醇、乙酸乙酯、乙醚、丙酮等作为溶剂。高浓度的醇( 如9 0 0 旷9 5 ) 适用于 提取黄酮苷元，中等浓度的醇( 6 0 左右) 适用于提取黄酮苷。提取次数一般是 2 - 4 次，根据设备和操作方式的不同常又分为：渗漉法、浸渍法、索氏抽提法和 加热回流法。 1 2 2 热水提取技术 该法适用于提取以糖苷形式存在的黄酮类化合物，糖苷易溶于热水中而浸 出。该法在黄酮类提取中有一定的应用，因为其最大优势：试剂无毒，提取成本 低廉。大多数的研究工作集中在对不同提取用水量、提取时间和提取温度的单因 素或多因素的考察。如邱江匀1 2 4 】等用单因素和响应曲面实验确定了提取鱼腥草 总黄酮的最佳工艺条件；陈海光等【2 5j 用单因素和正交实验确定了热水浸提荷叶 类黄酮的优化工艺条件。该法的缺点是提取物中杂质过多，水溶剂会把蛋白质、 淀粉、糖类等易溶于水的成分浸提出来，使得后续的过滤干燥等操作困难或提取 液存放易腐败变质。 第一章文献综述 1 2 3 超声波强化提取技术 超声波强化提取技术是利用超声波辐射压强产生的机械效应和热效应来加 速物质的扩散溶解，有效地提高化合物提取的得率和含量。该技术用于类黄酮提 取时具有提取时间短( 一般不超过1 小时) 、提取率高、低温提取有利于热敏成分、 成本低、污染较小等优点。兰昌云等1 2 6 1 比较了超声法和常规热回流法提取槐花 中黄酮，得出前者更优的结论，并用正交法确定了较好的工艺。 1 2 4 其它的提取技术 此外黄酮类化合物的提取方法还有系统溶剂提取法、超临界流体萃取法等。 系统溶剂提取法1 27 j 是用极性由小到大的溶剂依次提取物质。例如先用石油醚 或己烷脱脂，然后用苯提取多甲氧基黄酮或含异戊烯基、甲基的黄酮。氯仿、乙 醚、乙酸乙酯可以提取出大多数游离的黄酮类化合物。丙酮、乙醇、甲醇、甲醇 水( 1 ：1 ) 可以提取出多羟基黄酮、双黄酮、查耳酮类化合物。稀醇、沸水可 以提取出甙类，i h c i 可以提取出花色素类。该法的优点在于提取和分离可以同 时实现，但是由于使用的溶剂种类多，工艺繁琐，工业上应用困难 超临界流体萃取技术是利用处于临界压力和临界温度以上的流体具有特异 增加的溶解能力而发展出来的化工分离新技术1 2 引。用二氧化碳作为超临界流体 后续操作较为简便，易于分离，没有残留。岳红等【2 9 j 研究了超临界流体萃取柿 叶总黄酮苷类化合物的影响因素，并对生产工艺进行了优化设计。m e i c h i hl i n 等f 3 圳在萃取黄芩根中的黄酮类物质时使用的超临界c 0 2 7 0 的甲醇，并与传统方 法进行对比，得出超临界萃取优化的工艺条件。 1 3 澄清技术 1 3 1 醇沉技术 醇沉法( e t h a n o lp r e c i p i t a t i o n ) 是中药水提取液常用的种纯化精制方法。该 法的原理是，药材先经水煎提取，其中生物碱、有机酸盐、氨基酸、多糖、苷类、 水溶性色素、鞣质等水溶性成分被提取出来，醇沉法就是利用有效成分( 如生物 碱、苷类、有机酸) 能溶于乙醇而杂质( 如水溶性色素、鞣质、淀粉、蛋白质) 不溶于乙醇的特性，在加入乙醇后，有效成分转溶于乙醇中而杂质则被沉淀出来， 制得澄明的液体的一种方法。 影响醇沉的因素般有：初膏浓度( 即样品液的浓缩程度) 、乙醇用量和乙 第一章文献综述 醇浓度、醇沉温度与时间、加醇方式、搅拌速度等1 3 1 1 。其中乙醇用量和浓度对 醇沉效果的影响较大1 3 2 】。 周本杰等【3 3 1 采用不同浓缩度的提取液以不同浓度的乙醇沉淀的方法优选小 儿健脾消食口服液醇沉工艺。结果表明，将, b j d 健脾e l 服液水提液浓缩至l g m l ， 加醇至含醇量7 0 沉淀为最佳醇沉工艺。王军喜等【3 4 1 采用正交试验优选强肝利 胆口服液提取工艺，结果表明在最佳提取工艺条件下，采用5 0 乙醇浓度制得的 成品澄明度好，含量高。 醇沉技术也有应用的缺点，如：醇沉过程操作周期长；排渣困难；上清液抽 取过程困难；乙醇耗量大；有效成分损失严重等【3 5 】。 1 3 2 絮凝技术 絮凝( f l o c u l a t i o n ) 是通过高分子聚合物( 即絮凝剂通常为含有极性官能团 的聚合物) 在分子上吸附多个微粒的架桥作用而使多个微粒形成絮团的过程【3 6 1 。 在中医药领域，絮凝技术主要应用于中药的提纯过程中。与传统的提纯方法 ( 如水提醇沉法、水提静置法等) 相比较，在除杂效果、有效成分的回收率、生 产成本等方面均存在明显的优势3 7 1 。文献3 8 1 就部分单昧药材的絮凝液与醇沉液、 水煎液作了比较研究。结果表明，壳聚糖絮凝剂用于大多数单昧中药浸提液均起 到一定的澄清作用。絮凝剂的合理选用，是絮凝技术应用是否成功的一个重要因 素。目前应用于中药领域的絮凝剂主要有甲壳素、壳聚糖、z t c l + 1 系列澄清 剂、1 0 1 澄清剂、明胶、丹宁、c e 1 澄清剂、c z 1 澄清剂、果胶酶以及蛋清等 d g o 本研究中采用了z t c l + l 系列天然澄清剂，z t c l + 1 天然澄清剂的最大特 点是采用了“t + l ”澄清技术。可除去中草药提取液中的蛋白质、蜡质、鞣质等， 不影响黄酮、生物碱、甙类、皂甙类、萜类、多糖、氨基酸、多肽、维生素、矿 物质等小分子物质，是一种较好的澄清技术 4 0 , 4 1 , 4 2 】。 z t c l + l 系列天然澄清剂，分为a 、b 两组分，一组分起主要作用，另一组 分起辅助作用，比传统澄清剂提高澄清速度2 倍5 倍，澄清效果好，蛋白质、 鞣质的一次去除率在7 0 左右，二次去除率大于9 0 4 3 1 。 影响z t c l + l 天然澄清剂澄清效果的因素有： 1 、加样顺序和溶液p h 加样顺序取决于处理溶液的p h 环境，所谓酸性和碱性环境只是相对于待处 理溶液的蛋白质等电点而言，一般来说，蛋白质的等电点为p h = 4 8 ，一般原则 为： 在碱性环境中，按先加入b 组分后加入a 组分顺序添加； 第一章文献综述 在酸性环境中，按先加入a 组分后加入b 组分顺序添加； 在中性环境中，其添加顺序根据实验而定。 2 、温度 温度对z t c l + l 天然澄清剂的影响较为明显，一般情况下，固定两组分加 样温度6 0 - 8 0 。 3 、溶液浓度 待处理溶液的浓度对澄清效果影响不大，浓度越稀效果越好。 1 3 3 高速离心技术 高速离心( h i g h - s p e e dc e n t r i g u g a t i o n ) 可用于澄清、增浓、脱水、洗涤或分 级。该技术用于黄酮的分离纯化时，与传统的醇沉法相比，避免了沉淀中带走有 效成分而保证了药物的应用效果，并具有省时省力、工艺流程短、成分低廉、容 易实现工业化等特点，而且由于是物理分离纯化，不会引起提取液中黄酮发生变 化或损失j 。潘廖吲4 5 j 采用正交试验对离心法纯化大豆异黄酮的条件进行了优 化，发现该法比其他常规方法更为简便。崔元璐等【4 6 】采用吸附澄清高速离心 微滤法制备菖蒲益智口服液，并与醇沉法和吸附澄清法进行比较，结果表明。该 方法具有能提高制剂有效成分含量，可实现连续化生产、缩短生产周期，提高制 剂稳定性的优点。 1 4 大孔树脂的柱式固定床吸附分离技术 中草药成分复杂，实现中药现代化的关键和难题是有效成分的分离。吸附树 脂类型多，适应性强，选择性高，工艺简单，生产成本较低，在近年来的研究中 被证明对大多数中草药有效成分的分离是非常有效的。 吸附是一种界面现象。当固体( 或液体) 处于气体或液体中时，其界面处就 可能发生吸附作用，使气体或液体中的某些成分在固体( 或液体) 表面浓集，但 被吸附的物质并不进入固体( 或液体) 的内部。按照作用力的差别，可以分为物 理吸附和化学吸附两种类型 4 7 4 8 a 9 。 1 4 1 柱式固定床吸附操作的影响因素 影响固定床内吸附剂( f f s j 如大孔树脂) 吸附容量和固定床穿透曲线的因素有： 吸附剂吸附质性质及其它热力学参数如温度、压力、进料溶液浓度、进料溶液 流速等 4 8 】。 第一章文献综述 1 、吸附剂的影响 吸附剂通过比表面积、空隙率、极性官能团等物理参数影响对吸附质的吸附 容量、解吸率、选择性和吸附速率，从而影响固定床吸附的达到穿透点时的吸附 容量和穿透曲线形状。因此，选择一种对吸附质吸附容量大、吸附速率快且选择 型好的树脂对于提高固定床吸附容量至关重要。 2 、进料溶液浓度的影响 吸附达到穿透点时固定床中吸附剂的吸附容量取决于吸附达到穿透点时透 过溶液的体积和进料溶液浓剧4 引。由吸附规律可知，吸附质浓度增加，吸附剂吸 附容量增加。p a n 等【5 0 】研究了进料溶液浓度对固定床吸附传质的影响，发现进料 溶液浓度增加，吸附传质系数增大，吸附速率增加，即高浓度有利于吸附。但并 非进料溶液浓度越大越好，p a n 5 0 l 等同时发现，随进料浓度增加，吸附达到穿透 点时透过体积减少，即进料溶液浓度的增加同时导致了穿透的提前，从而降低的 吸附剂的吸附容量。刘波等【5 l j 也发现了类似的规律。因此，在实际操作中，有 必要通过研究浓度对固定床吸附容量的影响，取一个最佳浓度。 3 、进料液流速的影响 由固定床吸附规律可知，在固定床吸附中，当进料液浓度不变时，进料液流 速的增加使吸附质在吸附剂孔道中停留时间缩短，从而导致了穿透的提前，降低 了吸附剂的吸附容量。c h e m 5 2 1 、j u a n g 5 3 】研究了固定床吸附中进料液流速对穿 透曲线的影响，印证了以上规律的正确性。但是，并非进料溶液速率越慢越好， 进料溶液速率过慢，不但耗时，周转时间的延长可能导致水溶液的质，并且容易 引起液相反混。 4 、树脂用量的影响 在固定床吸附中，选择好了固定床就等同于固定了吸附柱的直径，树脂的用 量直接与固定床高度相关。树脂用量的改变不会影响传质速率。树脂用量提高， 固定床高度延长，吸附质在固定床中停留时间延长，从而使达到穿透点时透过体 积增加。但并非树脂用量越多越好，固定床吸附柱高度的增加会导致床层压降的 增加，不利于吸附操作。 一般要求固定床高度 上m 。”引，其中三m 。为固定床吸附传质区。若h l m 。， 进料溶液进入吸附柱后，吸附柱出口浓度迅速达到穿透点，因而使吸附柱达不到 分离纯化的目的。 1 4 2 柱式固定床吸附过程的模型描述 一、吸附平衡和吸附等温方程 1 、吸附等温线 第一章文献综述 吸附剂在液相中进行吸附时，严格来说，实际上是溶剂与被吸附组分对吸附 剂的“竞争”。关于液相吸附等温曲线g i l e s 等人i “懈等温吸附线进行了如图 1 9 所示的分类。根据等温吸附曲线初始部分的斜率，而分成了四种类型，即s 、 l 、h 、c 型。进而每一类又被分成5 族。其中l 型就是l a n g m u i r 型吸附，当从稀 溶液中进行吸附的时候，多半是l 2 型i “i 。 图1 9 液相单磐1 分等温吸附曲线分类l ”1 f i g u r e l - 9 t y p i c a la d s o r p t i o n i s o t h e n e l so f m o n o c o m p o n e n t i n l i q u i dp h a s e 2 、吸附等温方程 l a n g m u i r t 豫 口= 而q k,c(i-i： 其中，c 为液相平新浓度o 为与c 对应的平衡吸附量；q 。为最大吸附量； 蜀为l a n g m u i r 常数，和温度有关，而和覆盖率或吸附量( 或最大吸附量) 无关。 l a n g m u i r 方程通常用于描述均相表面吸附作用，对于吸附表面是非均相的表面， 不宜使用此式。 f r e u n d l i c h 方程 f r e u n d l i c h 提出了半经验方程，它比l a n g j n u i r 方程的适应范围较宽。r i d e a r ek 从g i b b s 吸附方程出发，推导出f r e u n d l i c h 方程， q = kr ( mf - 2 式中，肼为f r e u n d l i c h 常数，和吸附剂的种娄、特性及温度有关的经验常数。 n r 为常数，和温度有关。f r e u n d i l i c h 方程通常用于描述非均相表面吸附作用。 _ 、吸附动力学和吸附传质速率方程 第一章文献综述 当被吸附分子与吸附剂分子接触时，即进行吸附过程。被吸附分子在吸附剂 上的吸附作用过程经历以下4 个步骤1 5 7 , s s l ： 吸附质分子从流体主体通过分子扩散与对流扩散穿过薄膜或边界层传递 到吸附剂的外表面，称之为外扩散过程： 吸附质分子从吸附剂外表面向孔内扩散，到达微孔结构的内表面； 吸附质分子沿微孔内表面进行表面扩散； 吸附质分子与树脂表面发生作用，从而产生有效吸附 其中，扩散速率最慢的步骤是整个传质扩散过程中的速率控制步骤。通常情 况下，吸附剂吸附质体系的吸附作用力为物理吸附，因此第( 4 ) 步的速率是很 快的，故它的影响可以忽略不计。吸附过程的总扩散速率取决于外扩散速率或内 扩散速率的大小，提高了最慢的扩散传质速率就能加快整个传质过程。一般说来 对于浓度较稀的溶液、较低的流速、颗粒较小的吸附剂、吸附剂吸附质作用力 较强的系统，吸附过程通常是外扩散控制；而对于温度较低、浓度较大的溶液、 流速较快、颗粒较大的吸附剂、吸附剂吸附质作用力较弱的系统，吸附过程通 常是内扩散控制【5 9 6 0 1 。 1 、流体界膜中物质的传质速率 吸附剂颗粒外的流体界膜中被吸附组分的传质速率( g s ) 定义【6 i j ： 半=k(ccpk a c ，) ( 1 3 )= 卜，j 【l 。| j ) 优 式中，c ( g c m 3 ) 一表示流体内被吸附组分的浓度； c i ( g c m 3 ) 一表示吸附剂颗粒表面上被吸附组分的浓度： k f ( c m s ) 一表示流体相侧的传质系数； p 一表示床层堆积密度。 2 、颗粒内部的扩散速率 流体在颗粒内部的扩散包括孔扩散和表面扩散，其传质系数用固膜传质系数 熟表示，其传质速率方程可以用推动力( g 广q ) 表示： 睾一。a(q，一qp ka t q ) ( 1 4 )j = 。 ，一j 【卜4 j a z 式中，q i ( g c m 3 ) 一表示固体颗粒侧的吸附相浓度，与液侧移动相浓度c i 平衡； g ( c 甜s ) 一表示固体颗粒内吸附相的平均浓度； 磁( c m s ) 一表示固定相侧的传质系数。 3 、物质的总扩散速率和总传质系数 要求得吸附剂表面上的浓度c i 和与它呈平衡的吸附量q i 很困难。因此可以 通过总扩散系数衡量吸附传质的快慢，总扩散系数表示的总传质速率方程见公式