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苦楝素的分离纯化过程研究 摘要 以天然植物苦楝树皮为原料，分别采用离子交换法、膜分离法及大孔树脂 吸附法对苦楝树皮提取液中苦楝素进行分离纯化研究，优化分离纯化的工艺参 数。并对离子交换和大孔树脂过程的吸附动力学和热力学进行研究。 采用d 2 0 1 型离子交换树脂对苦楝提取液进行脱色、脱盐研究。优化工艺 条件为：温度在7 0 ，p h = 7 0 ，流速2b v h ，处理量1 2b v 时，经6 b v 浓 度7 0 的乙醇水溶液洗脱后，苦楝素保留率9 0 6 ，脱色率9 5 7 ，苦楝素提 取物浓度由1 7 6 2 提高至2 9 3 7 。树脂再生6 次后的脱色效果和稳定性较好。 选用平均孔径0 4 5l x m 的聚醚砜微滤膜对苦楝提取液进行微滤过程研究。优 化条件为：料液浓度0 3 7 4m g m l 、料液p h = 7 0 、循环流量0 1 5l h 以和操作压 力o 0 8m p a 、操作温度3 5 ，苦楝素转移率为9 9 2 ，除杂率为6 3 ，微滤通 量1 4 7 2l m - 2 h 一，苦楝素纯度由0 9 4 提高到7 9 9 。以u e o s 5 0 3 超滤膜进行 超滤过程研究，优化条件下经二次稀释过滤，苦楝素转移率为9 2 8 ，纯度由 7 9 9 提高到1 5 2 2 。经多种清洗剂交替清洗，微滤膜和超滤膜的膜通量恢复 率分别为9 7 6 和9 8 ，8 。 采用s 。8 型大孔树脂对苦楝提取液中苦楝素进行吸附分离研究。优化吸附 条件为：上柱液质量浓度9 1 3m g m l 一，温度4 0 ，p h = 8 0 ，液体流速2b v h ， 溶液处理量1 2b v 。优化条件下提取物中的苦楝素的含量可达7 5 2 。洗脱液 采用8b v 的7 0 乙醇水溶液，在p h = 6 0 ，温度4 0 ，洗脱液流速1b v h 以 的条件下洗脱。 在研究温度范围内，d 2 0 1 树脂的离子交换过程和s 8 树脂的吸附分离过程 均符合l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 等温吸附方程。离子交换动力学结果表明，d 2 0 1 树脂的静态吸附速率与l a g e r g r e n - - 级速率方程有良好的吻合性，且吸附速率受 颗粒内扩散控制。s 8 树脂的吸附过程符合一级动力学方程及颗粒内扩散方程， 该过程受液膜扩散阻力及颗粒内扩散阻力共同影响。 关键词：苦楝素，离子交换，大孔树脂吸附，膜分离，分离纯化 i i i s t u d 】o no a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o no ftoosendanindy0 ns ea r a t i o na n do u r ic a t i o not o o s e na n l n e x t r a c t i o ns o l u t i o n a b s t r a c t c o r t e xo fm e l i aa z e d a r a c hw a su t i i z e da sr a wm a t e r i a lt oe x t r a c tt o o s e n d a n i n u s i n gs o x h l e te x t r a c t i o n t h ee n r i c h m e n to ft o o s e n d a n i nw a si n v e s t i g a t e dt h r o u g h i o ne x c h a n g ea d s o r p t i o n ，m a c r o p o r o u sr e s i na d s o r p t i o na n dm e m b r a n es e p a r a t i o n t h ee f f e c to fw o r k i n gc o n d i t i o n so nt h ec o n c e n t r a t i o no ft o o s e n d a n i nw a sw i d e l y s t u d i e d m e a n w h i l e ，t h ea d o s r p t i o nt h e r m o d y a n m i c s a n dk i n e t i c sw e r ea l s o i n v e s t i g a t e du s i n gm a c r o p o r o u sr e s i na n dw o r k i n gc o n d i t i o n sw e r eo p t i m i e d t h eu s eo fi o ne x c h a n g er e s i nd 2 01f o rd e c o l o r i z a t i o na n dd e s a l i n a t i o no f m e l i aa z e d a r a c he x t r a c tw a sw i d e l ys t u d i e d o p t i m i z e dc o n d i t i o n sw e r ea sf o l l o w s ： t e m p e r a t u r e7 0 0 c ，p h = 7 0 ，f l o wr a t e2b y h ，u n d e rt h o s ec i r c u m s t a n c e s ，a f t e r p r o c e s s i n g12b v ，w a s h e db y6 b vs o l v e n tw i t h7 0 e t h a n o li nw a t e r ，t o o s e n d a n i n r e t e n t i o nr a t ew a s9 0 6 a n dt h ed e c o l o r i z a t i o nr a t ew a s9 5 7 m e a n w h i l e ， t o o s e n d a n i ne x t r a c tc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e df r o m17 6 2t o2 9 3 7 t h er e s i nw a s r e p e a t e df o r6t i m e s ，s t i l lp r e s e r v i n gg o o dp e r f o r m a n c e 。 t h ee x p e r i m e n t a ls t u d yo ft o o s e n d a n i ne n r i c h m e n tf r o me x t r a c t so fm e l i a a z e d a r a c h b y m e m b r a n ef i l t r a t i o nw a s p e r f o r m e du s i n gp o l y e t h e r s u l f o n e m i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n ew i t ha v e r a g ep o r es i z eo fo 4 5l x m u n d e ro p t i m i z e d c o n c e n t r a t i o no f0 3 7 4m g m l 一，p h = 7 0 ，c i r c u l a t i o nf l o wr a t e 0 15l h ， o p e r a t i n gp r e s s u r eo fo 0 8m p a ，t e m p e r a t u r e3 5o c ，t h et o o s e n d a n i nt r a n s f e rr a t e w a s9 9 2 w i t h6 3 i m p u r i t yd e c r e a s e m i c r o f i l t r a t i o nf l u xr e a c h e du pt o1 4 7 2 l m - 2 h la n dt o o s e n d a n i nc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e df r o m0 9 4 t o7 9 9 a sf a ra s u e o s 5 0 3u l t r a f i l t r a t i o nm e m b r a n ec o n c e r n e d ，u n d e rc o n d i t i o n so p t i m i z e db y d i l u t i n gt h es e c o n d a r yf i l t e r ，t o o s e n d a n i nt r a n s f e rr a t ew a s9 2 8 ，t h ec o n c e n t r a t i o n o ft o o s e n d a n i ni n c r e a s e df r o m7 9 9 t ol5 2 2 a f t e rc l e a n i n gw i t hv a r i o u s d e t e r g e n t s ，f l u xr e c o v e r yr a t e f o rm i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n ea n du l t r a f i l t r a t i o n m e m b r a n ec o u l db ea sh i g ha s9 7 6 a n d9 8 。8 ，r e s p e c t i v e l y 。 t h ee x p e r i m e n t a ls t u d yo ne n r i c h m e n to ft o o s e n d a n i nf r o mm e l i aa z e d a r a c h e x t r a c tb ya d s o r p t i o nw a sp e r f o r m e do v e rt h es 一8m a c r o p o r o u sr e s i n o p t i m i z e d a d s o r p t i o nc o n d i t i o n sa r ea sf o l l o w s ：c o n c e n t r a t i o no ft o o s e n d a n i n9 13m g m l ， t e m p e r a t u r e4 0 0 c ，p hv a l u eo f8 0 ，t h el i q u i df l o wr a t eo f2b v h 。1a n dp r o c e s s i n g i v c a p a c i t yo f12b v u n d e ro p t i m u mc o n d i t i o n si ne x t r a c t so fm e l i aa z e d a r a c ht h e t o o s e n d a n i nc o n c e n t r a t i o no f7 5 2 c o u l db e o b t a i n e d o p t i m i z e dw o r k i n g c o n d i t i o n sa r ea sf o l l o w s ：8b vo f7 0 e t h a n o l w a t e ra sw a s h i n gs o l v e n t ，p h = 6 0 ， t e m p e r a t u r e4 0 。ca n de l u a t ef l o wr a t e1b v h t h ea d s o r p t i o no ft o o s e n d a n i no v e rd 2 01i o ne x c h a n g er e s i na n ds - 8r e s i nf o r a r ei nl i n ew i t ht h el a n g m u i ra n df r e u n d l i c hi s o t h e r me q u a t i o n t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h ei o ne x c h a n g ek i n e t i c s ，a d s o r p t i o nr a t eo v e rd 2 01r e s i na n dt h er a t eo f l a g e r g r e na d s o r p t i o ne q u a t i o nh a v eag o o dm a t c h ，a n da d s o r p t i o nr a t ew a s c o n t r o l l e db yi n t r a p a r t i c l ed i f f u s i o n t h et o o s e n d a n i na d s o r p t i o np r o c e s so ns - 8 r e s i nh a v eag o o dm a t c hw i t ht h ef i r s t o r d e rk i n e t i ce q u a t i o na n dt h ei n t r a p a r t i c l e d i f f u s i o ne q u a t i o n ，i n f l u e n c e d b yt h el i q u i d f i l md i f f u s i o nr e s i s t a n c ea n d i n t r a p a r t i c l ed i f f u s i o nr e s i s t a n c e k e y w o r d s ：t o o s e n d a n i n ；i o ne x c h a n g e ；m a c r o p o r o u sr e s i na d s o r p t i o n ；m e m b r a n e s e p a r a 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 n v 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 9 图2 1 0 图2 1 l 图2 1 2 图2 1 3 图2 1 4 图2 15 图2 1 6 图2 17 图2 18 图2 19 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 6 图3 7 图3 8 图3 9 图3 1o 图3 11 图3 图3 图3 图3 插图清单 离子交换树脂脱除苦楝提取液色素流程1 5 苦楝提取液紫外光谱图1 7 不同波长下色素浓度与吸光度的关系1 7 d 2 0 1 静态吸附动力学曲线1 9 色素在d 2 0 1 树脂上的吸附等温线一2 0 p h 值对d 2 0 1 脱色性能和苦楝素保留率的影响2 1 温度对脱色率的影响2 1 树脂用量对脱色效果的影响2 2 v a n th o f f 直线2 4 不同洗脱剂浓度对洗脱效果的影响2 6 洗脱时间对脱色率和苦楝素保留率的影响2 6 洗脱剂p h 对洗脱效果的影响2 6 温度对脱色率和苦楝素保留率的影响2 6 流速对脱色率的影响2 7 温度对脱色率的影响2 7 树脂层高度对树脂吸附性能的影响2 8 吸附柱内径对树脂吸附性能的影响2 8 d 2 0 1 吸附能力与洗脱体积的关系2 9 动态洗脱曲线2 9 膜法分离苦楝素的工艺流程图3 2 苦楝素标准品及样品提取液的h p l c 图谱一3 4 膜材料对膜通量的影响3 5 膜材料对料液中苦楝素转移率与除杂率的影响3 5 膜孔径对膜通量的影响3 6 膜孔径对料液中苦楝素转移率与除杂率的影响3 6 压力对膜通量的影响3 6 压力对稳态平衡过滤膜通量的影响3 7 循环流量对膜通量的影响3 7 浓度对膜通量的影响3 7 料液浓度对苦楝素转移率与除杂率的影响3 8 p h 值对膜通量的影响3 8 膜通量与温度的变化关系3 9 不同清洗剂对清洗效果的影响3 9 浓度对清洗效果的影响3 9 3 图3 16 图3 ，17 图3 18 图3 19 图3 2 0 图3 2 1 图3 2 2 图3 2 3 图3 2 4 图3 2 5 图3 2 6 图3 2 7 图3 2 8 图3 2 9 图3 3 0 图3 31 图3 3 2 图3 3 3 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 10 图4 1 1 图4 1 2 图4 1 3 图4 1 4 图4 15 图4 16 图4 1 7 图4 18 循环流量对污染膜清洗效果的影响4 0 压力对清洗效果的影响4 0 m w c o 对膜通量的影响一4 2 m w c o 对料液中苦楝素转移率与除杂率的影响4 2 料液预处理过程对超滤的影响一4 2 压力对膜通量的影响4 2 压力对稳态平衡过滤膜通量的影响4 3 膜面流量对膜通量的影响4 3 料液浓度对膜通量的影响一4 4 浓度对苦楝素转移率与除杂率的影响。4 4 p h 值对膜通量的影响一4 5 体积浓缩比和膜通量的关系4 5 膜通量与温度的变化关系4 6 超滤和稀释过滤膜通量随时间变化关系4 6 不同清洗剂对清洗效果的影响4 8 浓度对清洗效果的影响4 8 膜面流速对污染膜清洗效果的影响4 8 压力对清洗效果的影响4 8 大孔树脂分离提纯苦楝素工艺流程图5 2 苦楝素静态吸附动力学曲线5 4 苦楝素在s 8 大孔树脂上的吸附等温线5 5 树脂用量对吸附量的影响5 6 温度对吸附量的影响5 6 p h 值对吸附量影响5 7 苦楝素在s 8 树脂上的吸附焓计算曲线5 9 洗脱剂体积分数对洗脱率影响一6 1 静态洗脱动力学曲线一6 2 温度对洗脱率的影响6 2 洗脱剂p h 值对洗脱率的影响6 2 不同流速下树脂的动态吸附曲线6 3 不同浓度下树脂的动态吸附曲线6 3 不同温度下树脂的动态吸附曲线6 4 树脂层高度对树脂吸附性能的影响6 4 吸附柱内径对树脂吸附性能的影响6 4 纯水洗脱曲线6 5 洗脱剂流速对洗脱率的影响6 5 4 图4 1 9 图4 2 0 图4 2 1 图4 2 2 图4 2 3 温度对动态洗脱率的影响一6 6 p h 值对洗脱效果的影响6 6 树脂层高度对洗脱效果的影响6 6 吸附柱内径对洗脱效果的影响一6 6 动态吸附的洗脱曲线6 7 5 表格清单 表2 1离子交换树脂的相关物理参数1 5 表2 2离子交换树脂对苦楝提取液的脱色性能1 8 表2 3 l a n g m u i r 等温方程模拟参数2 0 表2 4f r e u n d l i c h 等温方程模拟参数2 1 表2 5扩散速率常数及其它参数2 3 表2 6树脂交换脱色过程热动力学参数2 4 表2 7不同洗脱剂对苦楝素和色素的洗脱效果2 5 表2 8再生次数对脱色率的影响3 0 表3 1不同微滤膜性能参数3 l 表3 2中空纤维膜相关参数3 2 表3 3不同清洗剂交替清洗效果4 l 表3 4间歇稀释过滤的优化4 7 表3 5不同清洗剂交替清洗效果4 9 表4 1树脂的物理结构参数一5 l 表4 2树脂对苦楝素的吸附性能5 3 表4 3l a n g m u i r 等温方程模拟参数5 5 表4 4f r e u n d l i c h 等温方程模拟参数5 6 表4 5扩散速率常数及其它参数5 8 表4 6s 8 对苦楝素的吸附热力学参数6 0 表4 7不同洗脱剂对洗脱效果的影响一6 1 表4 。8再生次数对吸附量的影响6 7 6 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及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得金自曼王些太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已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名：至季1 叫 签字日期： z 。口7 辛开琏2 dh 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆工些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 佥月墨王些太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，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：互李酬 签字日期： 2 d d 夕年中闫幻l a 学位论文作者毕业后去向：瓿盐 工作单位：青；夺太特喜钳拔岗隅么习 通讯地址： 豫章 滗百纪咨 导师签名： 签字日期； 电话：缈f 一冲多孕锣歹 邮编：邵肋9 致谢 本文是在指导老师崔鹏教授的悉心指导和亲切关怀下完成的。从论文的选 题、研究方案的实施到论文的撰写和最后定稿无不凝聚着导师的心血。在多年 的学习和科研中，导师渊博的学术知识、科学的思维方式、严谨的治学态度使 我受益匪浅。在此，谨向导师致以最诚挚的敬意和衷心的感谢! 本论文完成期间得到了陈亚中、王琪、刘雪霆、路绪旺等老师的帮助和支 持，在此致以真诚的谢意! 此外，本课题研究中得到了潘高峰、李冬丽、陈桂娟等同学以及师弟师妹 的热情帮助，使我顺利完成了课题研究工作，对他们给予的无私的帮助和热情 的鼓励表示感谢! 最后对所有在生活上和学习中给予我鼓励和支持的老师和同学表示最诚挚 的谢意! v i 2 0 0 9 年4 月 第1 章文献综述 天然产物有效成分是指从再生资源中提取的具有独特功能和生物活性的化 合物。天然产物成分较为复杂，目前认为纤维素、叶绿素、树胶、鞣质及无机 盐等为无效成分，有效成分有生物碱、甙类、黄酮体、有机酸、氨基酸、萜类、 蒽醌、香豆素等。其中许多有效成分是害虫防治、疾病防治、强身健体的物质 基础。天然产物有效成分具有安全、高效、无污染等优点，已成为农业、医药、 食品及饲料的重要来源。 目前，天然产物的分离纯化是化学和新药研究的重要课题，其核心技术涉 及新颖结构的天然产物活性成分的高效快速分离纯化，并对其进行结构鉴定。 近年来伴随着现代科学技术的迅猛发展，在天然产物有效成分分离纯化方面出 现了许多新技术、新方法，显示了极大的应用前景。本文就天然产物中有效成 分的分离、纯化技术，特别是一些新兴技术进行了综述。 1 1 天然产物经典分离纯化方法 天然产物传统分离方法主要有沉降、过滤、离心，传统的纯化方法主要有 水提醇沉法( 水醇法) 、醇提水沉法( 醇水法) 、酸碱法、盐析法、结晶法等。 1 2天然产物现代分离纯化方法 由于天然产物有效成分复杂，含量低，难于富集，用传统的分离方法不仅 步骤繁琐，能源及材料消耗大，而且产率及纯度不高，尤其难以分离结构和性 质相似的组分。近年来，各种新分离纯化技术不断应用到天然产物活性成分提 取和纯化中，主要有分子蒸馏、大孔树脂吸附、离子交换、膜分离、色谱分离 技术等。研究表明，采用新技术分离纯化天然产物具有操作周期短、分离效率 高、易于工业化等优点，有着广阔的应用前景。 1 2 1 分子蒸馏 分子蒸馏( m o l e c u l a rd i s t i l l a t i o n ，m d ) 也称短程蒸馏( s h o r t p a t hd i s t i l l a t i o n ) ， 是一种新型的用于液液分离或精制的新技术。其原理是根据分子运动理论，利 用液体混合物受热后分子运动加剧，不同种类分子逸出液面后其平均自由程不 同的性质来实现分离，特别适用于高沸点、黏度大、热敏性、易氧化物系的分 离。由于其具有蒸馏温度低于物料的沸点，蒸馏压力低，受热时间短，分离程 度高等特点因而能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护热敏性物料的 特点品质，该技术在食品、医药、化妆品、油脂加工、石油化工、生物工程等 行业具有广泛的应用【l ，2 j 。 1 2 2 萃取分离 1 2 2 1 固相微萃取 固相微萃取( s o l i d p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ，s p m e ) 技术是2 0 世纪9 0 年代兴 起的一项新颖的样品前处理与富集技术【3 】。固相微萃取( s p m e ) 是在固相萃取 ( s p e ) 基础上发展起来的新型萃取分离技术，它利用了固相萃取吸附的几何微区 效应，其装置结构的超微化决定了它能避开经典固相萃取的许多弱点。近年来， 固相微萃取技术在食品分析、环境样品分析、生理及毒性学方面广泛被应用。 固相微萃取在药物分析中的应用主要有：针叶树种的单萜化合物分析、中草药 中的萜类化合物的分析、化妆品中硝基类麝香物质的分析、人体体液中抗组胺 类化合物的分析，以及血液中抗抑郁剂等分析【4 】。 1 2 2 2 双水相萃取技术 双水相萃取技术( t w o a q u e o u sp h a s ee x t r a c t i o n ，a t p e ) ，又称水溶液两相分 配技术( p a r t i o no f t w oa q u e o u sp h a s ee x t r a c t i o n ) 是近年来出现的引人注目，极有 前途的新型分离技术【5 1 。a t p e 技术始于2 0 世纪6 0 年代，从1 9 5 6 年瑞典伦德大学 的p e ra l b e r s s o n 教授发现双水相体系到19 7 9 年德国g b f 的k u l a 等人将双水相萃 取分离技术应用于生物产品分离，由于其具有条件温和，对生物产品稳定性好、 易于放大、可连续操作等优点。目前，双水相萃取技术已成功应用于蛋白质、 核酸和病毒等生物产品以及重金属、天然产物的分离和纯化，双水相体系也已 被成功的应用到生物转化及生物分析中【6 】。 1 2 2 3液膜萃取分离 液膜萃取技术( l i q u i dm e m b r a n es o l v e n te x t r a c t i o n ，l m s e ) 是一种集萃取与 反萃取于一体的分离技术，在两液相间形成界面液相膜，利用物质的选择性渗 透，使物质达到分离或提纯。液膜分离技术具有膜薄( 1 1 0 弘m ) 、比表面积大、 分离系数高、分离速度快、成本低、用途广等优点。液膜分离作为一种新型分 离技术不但在医药生物领域有实际的和潜在的应用价值，而且在石油、环境、 水处理、制药食品等领域将发挥越来越大的作用，应用领域和发展前景将更为 广阔 7 】o 1 2 2 4 反胶团萃取 反胶团溶剂萃取( r e v e r s em i c e l l es o l v e n te x t r a c t i o n ，r m s e ) 是当今极受重视 的萃取新技术之一。反胶团( r e v e r s e dm i c e l l e ) 是双亲物质在非极性有机溶剂中自 发聚集体，又称为反胶束、逆胶束( i n v e r s em i c e l l e ) 。尽管反胶团萃取技术已经 有3 0 多年的历史，但对其萃取分离蛋白质的机理仍不很清楚。随着工业发展， 在生物制品中，如使用传统的溶剂萃取分离蛋白质及酶，会使它们发生变性， 为了满足这类生物化工的需要，发展了反胶团萃取技术【8 】。采用这种技术提取 与分离蛋白质及酶，既能保证它们不被有机试剂破坏，又能获得高萃取率，所 2 以r m s e 技术在一些生物化工制品分离纯化中得到了广泛的应用【9 】。 1 2 2 5 离子液体萃取 离子液体萃取分离( i o n i cl i q u i ds o l v e n te x t r a c t i o n ，i l s e ) 是指利用在室温附 近很大的温度范围内均呈液态的离子化合物作为溶剂进行液液萃取分离的一种 方法。离子液体体系中没有分子而均为离子，因此具有很高的导电性，同时具 有挥发性低、不易燃、对热稳定、对环境无污染等优点，是一种环境友好的绿 色溶剂【l 引。传统的液液分离中使用有机水相两相分离有毒、易燃、挥发的有 机相导致不得不对安全措施高投入，尽管如此，还不能保证除去有机残留物质 带来的环境污染。离子液体以其对有机物的高溶解度，高库伦引力导致的低蒸 汽压，与水不混溶等特点，成为新型液液萃取溶剂。离子液体为溶剂能获得理 想的效果，其分散系数比一般的有机溶剂高几个数量级。由于离子液体可以通 过变化阴阳离子来进行分子设计从而可以适应不同的体系，这一点对分离过程 极为有利。 1 2 2 6 超临界流体萃取 超临界流体萃取( s u p e r c r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n ，s f e ) 技术是2 0 世纪6 0 年代 兴起的一种新型分离技术。超临界流体是指处于临界压力和临界温度以上相区 内的流体，该流体兼有液体和气体的优点，密度大，粘稠度低，表面张力小， 有极高的溶解能力，能深人到提取材料的基质内部【1 1 1 。其原理是利用超临界流 体的独特溶解能力和物质在超临界流体中的溶解度对压力、温度的变化非常敏 感的特性，通过升温，降压手段( 或两者兼用) 将超临界流体中所溶解的物质分 离出来，达到分离提纯的目的，兼有精馏和萃取两种作用。天然产物中的许多 成分，都能够溶解在超临界流体中，并且随着压力的增大，溶解度增加。在一 定温度条件下，改变压力即可改变流体的极性，利用程序升压即可将不同极性 的成分进行分步萃取。当恢复到常压和常温时，溶解在c 0 2 流体中的成分立即 与气态c 0 2 分开，从而达到萃取的目的【l2 1 。 2 0 世纪8 0 年代中期以来，由于s f e 选择分离效果好、提取率高、产物没 有有机溶剂残留、有利于热敏性物质和易氧化物质的萃取等特点，s f e 技术逐 渐被运用到天然产物有效成分的提取分离上【l3 1 ，并且与g c 、i r 、g c m s 、h p l c 等联用形成有效的分离技术。 1 2 3大孔树脂吸附分离 大孔树 旨( m a c r o p o r o u sr e s i n ，m a r ) 又称全多孔树脂，大孔树脂是由聚合单 体和交联剂、致孔剂、分散剂等添加剂经聚合反应制备而成。聚合物形成后， 致孔剂被除去，在树脂中留下了大大小小、形状各异、互相贯通的孔穴。因此 大孔树脂在干燥状态下其内部具有较高的孔隙率，且孔径较大，在1 0 0 10 0 0n m 之间，故称为大孔吸附树脂。 大孔吸附树脂分离技术是一类三维空间立体孔状的高分子聚合物吸附剂。 它是吸附和筛选相结合的分离材料，其吸附机理为通过界面吸附、界面电性或 形成氢键作用，对有机物根据吸附力的不同及分子量的大小进行选择性吸附， 然后在大孔吸附树脂上经一定的溶剂洗脱而达到分离的目的。大孔吸附树脂以 范德华力从很低浓度的溶液中吸附有机物，其吸附性能主要取决于吸附剂的表 面性质，根据大孔树脂的表面性质，可分为非极性、中极性和极性三类。 ( 1 ) 非极性大孔吸附树脂 非极性大孔吸附树脂是由偶极矩很小的单体聚合制得的不带任何功能基， 孔表的疏水性较强，可通过与小分子内的疏水部分的作用吸附溶液中的有机物， 最适于极性溶剂中吸附非极性物质，也称为芳香族吸附剂，例如苯乙烯、二乙 烯苯聚合物。 ( 2 ) 中等极性大孔吸附树脂 中等极性大孔吸附树脂是含酯基的吸附树脂，且多功能团的甲基丙烯酸酯 作为交联剂。其表面兼有疏水和亲水两部分。既可极性溶剂中吸附非极性物质， 又可由非极性溶剂中吸附极性物质，也称为脂肪族吸附剂，例如聚丙烯酸酯型 聚合物。 ( 3 ) 极性大孔吸附树脂 极性大孔吸附树脂是指含酰胺基、氰基、酚羟基等含氮、氧、硫极性功能 基的吸附树脂，它们通过静电相互作用吸附极性物质，如丙烯酰胺。 大孔吸附树脂理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶剂，对有机物选择性 好，不受无机盐等离子和低分子化合物的影响。大孔树脂的优点是品种多、比 表面积大、吸附力强、选择性高、机械强度高、再生处理简单等【l4 。，可用于多 种有效成分或有效部位的分离纯化，其缺点是可带进毒性大的甲苯、二甲苯等 残留物。因此，大孔树脂应进行预处理，洗去残留物检查合格后方可使用。近 年来，大孔树脂在环保、医药、化工、分析化学、临床鉴定等领域应用很广泛， 运用大孔吸附树脂对天然产物有效成分进行分离、富集，取得了很大进展，具 有良好的发展前景。 王婷婷等【1 5 】采用a b 8 树脂对丰城鸡血藤总黄酮进行分离纯化，经a b 一8 树 脂吸附富集后，样品总黄酮含量由7 4 4 提高至4 0 6 1 ，刺芒柄花素含量提高 了15 7 倍。卢卫红等【1 6 】以a b 8 吸附树脂作为分离纯化蓬子菜中活性成分香叶木 苷地奥司明的最佳介质，在静态吸附研究的基础上，进行了动态实验，并且利 用二次吸附对该成分进行了纯化。结果表明a b 8 树脂对地奥司明的吸附量大、 吸附速度快、解吸容易、富集分离效果好。利用聚酰胺进行二次纯化，得到纯 度9 5 以上的地奥司明。曾栋等【1 7 】采用大孔吸附树脂，7 ( 体积比) 的甲醇一水 溶液洗脱分离纯化紫锥菊提取物中免疫活性成分菊苣酸，h p l c 法对其检测分 4 析，菊苣酸含量为4 ，提高9 倍左右，回收率达到9 5 以上，且操作简单。 1 2 4 离子交换树脂分离 离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，其结构由三 部分组成：不溶性的三维空间网状骨架，连接在骨架上的功能基团和功能基团 所带的相反电荷的可交换离子。按骨架结构不同，离子交换树脂可分为凝胶型 和大孔型两大类：按其所带的交换功能基的特性，可分为阳离子交换树脂、阴 离子交换树脂和其它树脂；按功能基上酸或碱的强弱程度分为强酸阳离子交换 树脂、弱酸阳离子交换树脂、强碱阴离子交换树脂、弱碱阴离子交换树脂。 离子交换树脂一般不溶于酸、碱溶液及许多有机溶剂。它以交换、选择和 吸收等功能来实现天然产物中除盐、分离、精制和脱色等应用效果【l 引。它广泛 应用于电力、化工、冶金、医药、食品和原子能等部门，主要是制取软水和纯 水、三废处理及分离精制药品等。离子交换反应是可逆的，所以离子交换树脂 可以通过交换和再生反复利用。 离子交换技术设备简单，操作方便，生产周期短，能源节省，成本低，产 品纯度高，不吸潮，不加辅料就可以成型等特点。而传统的有机溶剂萃取方法， 溶剂用量大，环境污染严重。因而离子交换树脂法在天然产物的提取和分离的 研究与生产中的应用日益广泛。 迟玉明等【1 9 】以角蒿总生物碱溶液为对象，以其主要有效成分角蒿酯碱为指 标，研究了阳离子交换树脂纯化角蒿总生物碱的方法。试验结果表明强酸性阳 离子交换树脂d o w e x5 0 w x 2 对角蒿生物碱成分的交换能力最强，且被树脂吸 附的生物碱成分可用氨性乙醇溶液快速洗脱。实验结果表明，用含2 on 氨水的 不同浓度乙醇溶液( 6 0 、7 0 和8 0 ) 进行洗脱，得到的总生物碱含量均在6 0 以上，且随着乙醇浓度的提高，总生物碱的含量也不断提高。范云鸽等【2 0 j 采用 固定床柱操作方式阳离子交换树脂和阴离子交换树脂串联进行平行脱色，实验 树脂脱色效果良好，对三七叶总皂苷的脱色率近9 0 ，获得品质好含量高的三 七叶总皂苷产品。 1 2 5 膜分离技术 膜分离技术( m e m b r a n es e p a r a t i o nt e c h n i q u e ，m s t ) 是一项新兴的高效分离 技术，已被国际公认为是2 0 世纪末至l j 2 1 世纪中期最有发展前途的一项重大高新 生产技术。膜分离技术是指通过天然或人工合成的具有选择透过性薄膜的渗透 作用，借助于外界能量或化学位差的推动，实现对双组分或多组分的气体或液 体进行分离、分级、提纯或富集的技术，是现代分离技术领域最先进的技术之 一。与传统分离方法( 蒸发、萃取) 相比，它是在常温下操作，没有相变，最适 宜对热敏性物质和生物活性物质的分离和纯化；具有高效、节能、工艺过程简 单，投资少，污染小等优点，因而在化工、轻工电子、医药、纺织、生物工程、 5 环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景【2 1 1 。膜技术种类较多，常见的膜分 离技术有微滤( m f 0 1p m ) 、超滤( u f ，1 0 - - 1 0 0n m ) 、纳滤( n f ，l 1 0n m ) 、 反渗透( r o 1n m ) 等各种分离膜，为满足天然产物有效成分的生产需求提供了 广阔的选择空间。目前，国内的超滤膜和反渗透膜技术已经比较成熟，这为天 然产物的提取、分离、浓缩、纯化一体化工程技术的解决提供了保证。除菌、 除热原效果好，它适用于制备中药注射剂和制备中药口服液。纳滤是介于超滤 与反渗透之间的膜过滤过程，其膜大多为荷电膜，能对小分子有机物起抵制作 用，同时使无机离子透过，已得到很好应用。目前该技术也被广泛应用于天然 产物分离方面，尤其是超滤技术自2 0 世纪9 0 年代以来以其高效、节能和绿色等 特点，在天然产物分离中的应用越来越多。 膜在使用时，不可避免地会受到污染，导致其通量逐渐降低。解决这一问 题的办法是采用适当的方法清洗膜，恢复膜通量。清洗方法有物理法、化学法、 酶法和超声处理法，常用的是物理、化学和酶法。所用到的清洗剂有酸、碱、 表面活性剂、消毒剂、酶溶液和复合清洗剂。 ( 1 ) 物理清洗方法 主要包括水力学方法、气水脉冲法、力反冲洗。 ( 2 ) 化学清洗方法 当超滤膜污染比较严重时，仅采用物理方法不能使通量得以有效恢复，必 须采用化学清洗剂进行清洗，清洗剂的选择应根据污染类型、程度和膜的物化 性质等来确定，常用的清洗方法如下： 酸碱清洗法 根据常用膜材质的限制，酸洗采用稀h c l 和稀h n 0 3 。硝酸是极强的氧化 剂，能使一些有机物硝化，故对许多有机物和生物污染物的清洗有特效1 22 。碱 性清洗剂清主要用于洗膜表面吸附的污染物以及和膜面结合较为紧密的污染物 【2 3 1 。碱性溶液能溶解沉积于膜表面的蛋白质、脂类和糖类，使这些物质和膜材 料的结合力减弱，容易从膜面上脱落下来进入清洗液2 4 , 2 5 】。 氧化剂法 氧化法常采用氯洗，氯洗是利用n a c i o 的氧化分解作用破坏膜表面的凝胶 层中的大分子物质相互之间的静电吸附结合力，使膜面的凝胶层松散脱落并为 清洗液冲刷带走，达到清洗的目的【2 6 1 。另外，长时间使用次氯酸清洗会对膜造 成损害。 表面活性剂法 表面活性剂可以降低分子表面张力，