大孔樹脂在中藥成分分離中的應用
大孔樹脂是一種不溶于酸、堿及各種有機溶劑的有機高分子聚合物,應用大孔樹脂進行分離的技術是20世紀60年代末發(fā)展起來的繼離子交換樹脂后的分離新技術之一。大孔樹脂的孔徑與比表面積都比較大,在樹脂內(nèi)部具有三維空間立體孔結構,由于具有物理化學穩(wěn)定性高、比表面積大、吸附容量大、選擇性好、吸附速度快、解吸條件溫和、再生處理方便、使用周期長、宜于構成閉路循環(huán)、節(jié)省費用等諸多優(yōu)點,本文從大孔樹脂的性質(zhì)、分離原理、影響吸附及解吸的因素、樹脂的預處理及再生方法、溶劑殘留等方面對大孔吸附樹脂進行了評述,以期為大孔吸附樹脂在中藥有效成分分離中的應用提供參考。
1 大孔樹脂的性質(zhì)及分離原理
大孔吸附樹脂主要以苯乙烯、а-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙腈等為原料加入一定量致孔劑二乙烯苯聚合而成,多為球狀顆粒,直徑一般在0.3～1.25ｍｍ之間,通常分為非極性、弱極性和中極性,在溶劑中可溶脹,室溫下對稀酸、稀堿穩(wěn)定。從顯微結構上看,大孔吸附樹脂包含有許多具有微觀小球的網(wǎng)狀孔穴結構,顆粒的總表面積很大,具有一定的極性基團,使大孔樹脂具有較大的吸附能力;另一方面,這些網(wǎng)狀孔穴的孔徑有一定的范圍,使得它們對通過孔徑的化合物根據(jù)其分子量的不同而具有一定的選擇性。通過吸附性和分子篩原理,有機化合物根據(jù)吸附力的不同及分子量的大小,在大孔吸附樹脂上經(jīng)一定的溶劑洗脫而達到分離的目的。
2 吸附及解吸的影響因素
2.1 樹脂結構的影響大孔樹脂的吸附性能主要取決于吸附劑的表面性質(zhì),即樹脂的極性(功能基)和空間結構(孔徑、比表面積、孔容),一般非極性化合物在水中可以為非極性樹脂吸附,極性樹脂則易在水中吸附極性物質(zhì)。劉國慶等在研究大孔樹脂對大豆乳清廢水中異黃酮的吸附特性時發(fā)現(xiàn)由于加熱、堿溶工藝使一部分黃酮苷生成了苷元,故而非極性和弱極性大孔樹脂有利于異黃酮的吸附,而且解吸容易。韓金玉等研究了5種大孔樹脂發(fā)現(xiàn)弱極性樹脂ＡＢ 8適合銀杏內(nèi)酯和白果內(nèi)酯的分離。潘見等研究了10種大孔樹脂發(fā)現(xiàn),極性和弱極性樹脂有利于葛根異黃酮的吸附與解吸且較高的比表面積、較大的孔徑、較小的孔容有利于吸附。
2.2 被吸附的化合物結構的影響一般來說,被吸附化合物的分子量大小和極性的強弱直接影響到吸附效果。歐來良等研究發(fā)現(xiàn)葛根素的分子結構有一個極性糖基(Ｇｌｕ)和一個非極性黃酮母核,結構總體顯示弱極性,同時又具有酚羥基結構,可以作為一個良好的氫鍵供體,所以弱極性且具有氫鍵受體結構的吸附樹脂,對葛根素具有較好的分離效果。同時,大孔樹脂本身就是一種分子篩,可按分子量的大小將物質(zhì)分離,如潘見等發(fā)現(xiàn)對于分子量較大的葛根黃酮各組分孔徑小于10ｎｍ的樹脂吸附量都不高。朱浩等探討了ＬＤ605型大孔樹脂純化具有不同母核結構有效部位的特性,發(fā)現(xiàn)以藥材計吸附能力,生物堿>黃酮>酚性成分>無機物,以指標成分計,為黃酮>生物堿>酚性成分>無機物。
2.3 洗脫劑的影響通常情況下洗脫劑極性越小,其洗脫能力越強,一般先用蒸餾水洗脫,再用濃度逐漸增高的乙醇、甲醇洗脫。多糖、蛋白質(zhì)、鞣質(zhì)等水溶性雜質(zhì)會隨著水流下,極性小的物質(zhì)后下。對于有些具有酸堿性的物質(zhì)還可以用不同濃度的酸、堿液結合有機溶劑進行洗脫。任海等研究發(fā)現(xiàn)大孔樹脂提取分離麻黃堿時鹽酸的洗脫效果明顯優(yōu)于有機溶劑,而0.02ｍｏｌ/Ｌ的鹽酸與甲醇不同比例混合時洗脫率明顯提高。朱英等用大孔樹脂分離油茶皂苷和黃酮時發(fā)現(xiàn)20%、30%乙醇洗脫液主要含黃酮,40%、50%、95%主要含油茶皂苷。
2.4 ｐＨ值的影響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,在應用大孔樹脂處理這一類成分時ｐＨ值的影響顯得至關重要。對于堿性物質(zhì)一般在堿液中吸附酸液中解吸,酸性物質(zhì)一般在酸液中吸附堿液中解吸,例如麻黃堿,任海發(fā)現(xiàn)在ｐＨ為11.0時吸附最好,為5.0、7.0時由于麻黃堿已質(zhì)子化吸附量極少。但也有例外,如黃建明[8]對草烏生物堿進行考察時發(fā)現(xiàn)ｐＨ對ＳＩＰ1300型大孔樹脂無顯著影響。
2.5 溫度的影響大孔樹脂的吸附作用主要是由于它具有巨大的表面積,是一種物理吸附,低溫不利于吸附,但在吸附過程中又會放出一定的熱量,所以操作溫度對其吸附也有一定的影響。潘廖明等對ＬＳＡ8型樹脂進行吸附動力學及熱力學特性的研究,得到該樹脂在不同溫度下對大豆異黃酮的吸附等溫線,分析知該樹脂在35℃時對大豆異黃酮具有較好的吸附效果。
2.6 原液濃度的影響原液濃度也是影響吸附的重要因素,黃建明等研究表明如果原液濃度過低提純時間增加,效率降低;原液濃度過高則泄漏早,處理量小,樹脂的再生周期短。韓金玉等研究表明ＡＢ 8樹脂對銀杏總內(nèi)酯的吸附率先隨濃度的增加而增加。達到一定值后再隨濃度增加而減小,而總吸附量則隨濃度的增大而增大,達到一定值后基本不再變化。
2.7 其它影響因素藥液在上柱之前一般要經(jīng)過預處理,預處理不好則會使大孔樹脂吸附的雜質(zhì)過多,從而降低其對有效成分的吸附。洗脫液的流速、樹脂的粒徑、樹脂柱的高度也會產(chǎn)生一些影響,通常較高的洗脫液流速、較小的樹脂粒徑和較低的樹脂高度有利于增大吸附速度,但同時也使單柱的吸附量有所降低。玻璃柱的粗細也會影響分離效果,當柱子太細,洗脫時,樹脂易結塊,壁上易產(chǎn)生氣泡,流速會逐漸降為零。
3 大孔吸附樹脂的預處理及再生大孔樹脂一般含有未聚合的單體、制孔劑、引發(fā)劑及其分解物、分散劑和防腐劑等脂溶性雜質(zhì),使用前應先預處理。一般選用甲醇、乙醇或丙酮連續(xù)洗滌數(shù)次,洗至加適量水至無白色渾濁現(xiàn)象,再用蒸餾水洗至無醇味即可。必要時還要用酸堿液洗滌,最后用蒸餾水洗至中性即可。樹脂用久了吸附的雜質(zhì)就會增多,降低其吸附能力,故使用一段時間后需要再生。樹脂的再生通常可以用溶劑來實現(xiàn),乙醇是常用的再生劑。采用80%左右的含水醇、酮或含有酸、堿的含水醇、酮進行洗滌,再生效果也很好,某些低極性的有機雜質(zhì),可采用低極性溶劑進行再生。
4 有機溶劑殘留的控制大孔樹脂技術已經(jīng)列為國家“十五”期間重點推廣技術,但大孔樹脂有機溶劑殘留物的安全問題存在很多爭論,因此國家藥監(jiān)局規(guī)定對大孔樹脂可能帶來的有機溶劑殘留物進行檢測,對其殘留量加以控制。袁海龍等采用毛細管氣相色譜法,配以頂空進樣對Ｄ 101大孔樹脂可能帶來的7種殘留物進行測定取得了很好的效果。陸宇照等的研究也表明以醇處理及酸堿處理好的Ｄ 101型大孔樹脂提取中藥是安全可靠的。
5 大孔吸附樹脂在中藥成分研究中的應用目前,在中藥有效成分的提取研究方面應用大孔樹脂最多的是黃酮(苷)類、皂苷類和其它苷類、生物堿類,在游離蒽醌、酚類物質(zhì)、微量元素等方面的研究中也有用到。
5.1 黃酮(苷)類最有代表性的是銀杏葉提取物(ＧＢＥ),陳沖等應用大孔樹脂提取ＧＢＥ,既達到其質(zhì)量標準,又降低了成本。史作清等又研制出ＡＤＳ 17、ＡＤＳ 21、ＡＤＳ Ｆ8等大孔樹脂,其中ＡＤＳ 17對黃酮類化合物具有很好的選擇性,可得到黃酮甙含量較高的ＧＢＥ。陸志科等研究了大孔樹脂吸附分離竹葉黃酮的特性,選擇6種大孔吸附,比較其對竹葉黃酮的吸附性能及吸附動力學過程,發(fā)現(xiàn)ＡＢ 8樹脂較宜于竹葉黃酮的提純,經(jīng)ＡＢ 8樹脂吸附分離后,提取物中黃酮含量提高一倍以上。
5.2 皂苷和其它苷類大孔樹脂在苷類的提取純化工藝中應用很多。如蔡雄等對Ｄ101型大孔吸附樹脂富集純化人參總皂苷的吸附性能與洗脫參數(shù)進行了研究,結果表明以50%乙醇洗脫,人參總皂苷洗脫率在90%以上,干燥后總固形物中人參總皂苷純度達60.1%。李朝興等通過對7種吸附樹脂進行篩選實驗,通過對樹脂孔徑和比表面積的比較發(fā)現(xiàn)ＡＡＳＩ-2樹脂對絞股藍皂苷的吸附量大,速率快,且易于洗脫,回收率高。李慶勇等考察大孔樹脂提取刺五加中的丁香苷的最佳工藝發(fā)現(xiàn)刺五加苷最好的提取方法是以水為溶劑,常溫超聲波提取,濃縮后,用ＨＰＬＣ檢測丁香苷含量,按照丁香苷與干樹脂質(zhì)量比0.021的量向濃縮液中加入樹脂,緩慢攪拌吸附1ｈ,吸附平衡時間約1ｈ,離心,濾出樹脂,裝柱,用體積分數(shù)為20%的乙醇-二氯甲烷混合溶劑洗脫,收集洗脫液,再經(jīng)冷凍干燥處理,得產(chǎn)物。
5.3 生物堿類羅集鵬等采用大孔樹脂對黃連藥材及其制劑中的小檗堿進行了富集,研究表明含0.5%硫酸的50%甲醇解吸能力好,平均回收率達100.03%,符合中藥材及其制劑中有效成分定量分析要求,故可用于黃連藥材及其制劑中的小檗堿的富集及除雜。張紅等考察了7種大孔樹脂發(fā)現(xiàn)ＡＢ-8吸附及解吸效果較好,是一種較適宜的吸附劑,并對其工藝進行考察,結果27℃、1ｍｏｌ/Ｌ鹽離子濃度、ｐＨ8的水相為最佳上樣條件,洗脫劑為ｐＨ3的氯仿 乙醇(1∶1)混合溶劑。秦學功、元英進應用ＤＦ01型樹脂能直接從苦豆籽浸取液中吸附分離生物堿,在室溫、吸附液ｐＨ為10,ＮａＣｌ濃度為1.0ｍｏｌ/Ｌ,吸附流速為5ＢＶ/ｈ條件下,對總生物堿的吸附量可達到17ｍｇ/ｍＬ以上。在室溫、2.5ＢＶ/ｈ的解吸流速下,以ｐＨ為3,80∶20的乙醇 水為解吸液,可使解吸率達到96%以上。
5.4 其它黃園等用明膠沉淀法、醇調(diào)ｐＨ值法、聚酰胺法以及大孔吸附樹脂法對大黃提取液中總蒽醌進行純化,研究表明4種純化方法所得純化液的固體物收率明顯降低,而對總蒽醌的保留率具有顯著的差異,以ＲｅｓｉｎⅠ、Ⅱ兩種大孔吸附樹脂最高(93.21%,95.63%)。葉毓瓊、黃榮對絞股蘭水煎液中的微量元素鐵、銅、錳、鋅的6種形態(tài)(懸浮態(tài)、可溶態(tài)、穩(wěn)定態(tài)、不穩(wěn)定態(tài)、有機態(tài)、無機態(tài))進行形態(tài)分析時應用ＡｍｂｅｒｌｉｔｅＸＡＤ 2大孔吸附樹脂分離有機態(tài)和無機態(tài),發(fā)現(xiàn)溶液ｐＨ4.5時回收率較理想,無機淋洗劑為1%硝酸,有機淋洗劑應用乙醇 甲醇 6ｍｏｌ/Ｌ氨水體系。李進飛等選用ＮＫＡ 9樹脂從杜仲葉中分離富集綠原酸得出ＮＫＡ 9樹脂對提取液中綠原酸的最佳分離條件為:當進樣液濃度低于0.3ｍｇ/ｍＬ、ｐＨ3、流速2ｍｇ/ｍＬ時,用50%乙醇洗脫,得到粗產(chǎn)品純度為25.12%,收率為78.5%。鄧少偉、馬雙成將川芎醇提物減壓濃縮,過大孔樹脂柱,先用水洗至還原糖反應呈陰性,再用30%乙醇洗脫,收集30%乙醇洗脫液,減壓濃縮得川芎總提物,其中川芎嗪和阿魏酸的含量約占本品的25%～29%。如高鹽度、高壓、低營養(yǎng)、低溫(特別是深海)或局部高溫、無光照以及不同的生物之間等特殊甚至極端環(huán)境中,具有獨特的代謝方式,其產(chǎn)纖維素酶的能力與特性有待發(fā)掘。海洋細菌產(chǎn)生的酶在高鹽度下有活性,所產(chǎn)纖維素酶能分泌到胞外,并且產(chǎn)酶種類較多。因此,對海洋細菌展開廣泛深入的研究,有希望獲得有較高應用價值的菌株。
在不久的將來,隨著纖維素酶的研究深入,纖維素酶必將在中藥有效成分的提取中發(fā)揮強有力的作用。在中藥現(xiàn)代化進程中,用纖維素酶對中藥進行提取前處理,符合“仿生化提取”的觀念,能改善提取工藝,提高中藥品質(zhì),有很好的應用前景。
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