中藥精制分離技術逐漸走向耦合

隨著中藥現(xiàn)代化進程的不斷深入，傳統(tǒng)的分離方法面臨挑戰(zhàn)：以中藥藥效物質(zhì)精制為目標的分離體系，原料液濃度低，組分復雜，回收率要求較高，但現(xiàn)有的化工分離技術如蒸餾、萃取、結晶、吸附和離子交換等，是以濃度差為傳質(zhì)推動力實現(xiàn)待分離組分由高濃度向低濃度擴散的，往往難以滿足上述分離體系的要求。   

從現(xiàn)代分離技術的研究發(fā)展趨勢來看，針對上述問題，除了研究適用于中藥藥效物質(zhì)分離的新技術外，利用已有的和新開發(fā)的分離技術進行有效組合，或者把兩種以上的分離技術合成為一種更有效的分離技術，即多種技術的耦合，有可能達到提高產(chǎn)品選擇性和收率，實現(xiàn)過程優(yōu)化的目的。耦合技術因此成為中藥制藥工程中一個嶄新的研究領域。   

■膜耦合技術   

膜耦合技術就是將膜分離技術與其他分離方法或反應過程有機地結合在一起，充分發(fā)揮各個操作單元的特點。目前研究及應用的膜耦合過程形式主要有膜反應器、膜蒸餾技術、滲透蒸發(fā)技術及親和膜技術等。   

具體來說，膜耦合技術可以分為兩類:一類是膜分離與反應的耦合，其目的是部分或全部地移出反應產(chǎn)物，提高反應選擇性和平衡轉(zhuǎn)化率，或移去對反應有毒性作用的組分，保持較高的反應速度；另一類是膜分離過程與其他分離方法的耦合，可提高目的產(chǎn)物的分離選擇性系數(shù)并簡化工藝流程。而膜分離與反應的耦合又可以分為兩種情況：一是膜只具有分離功能，包括分離膜反應器和膜作為獨立的分離單元與反應禍聯(lián)兩種形式；二是膜作為反應器壁同時具有催化與分離的功能，稱為催化膜反應器。   

江蘇省天然藥物研究與創(chuàng)制實驗室承擔的課題“膜反應器精制地龍活性組分群及其藥理性質(zhì)的研究”就屬于后者。該研究將地龍生物活性部位的酶解與具有不同相對分子質(zhì)量區(qū)段的多個組分群的分離兩個過程集中在膜反應器一步進行。研究表明該膜反應器技術應用于動物類中藥材活性成分的精制分離前景光明。   

膜分離與反應耦合可使反應產(chǎn)物不斷在線移出，消除平衡對轉(zhuǎn)化率的限制，從而大限度地提高反應轉(zhuǎn)化率；提高反應選擇性，可省去全部或部分產(chǎn)物分離和未反應物的循環(huán)過程，從而簡化工藝流程。   

此外，近年來，膜分離與其他分離方法的耦合的研究也取得了積極進展，如膜萃取技術、膜蒸餾技術、親和膜技術等。   

■超臨界流體耦合技術   

超臨界流體技術的發(fā)展，有力地促進了中藥生產(chǎn)過程中的分離純化、材料制備、化學反應等領域的技術進步。值得關注的是，單獨應用超臨界流體技術，會出現(xiàn)一些難以克服的缺點，而將超臨界流體技術與某些化工過程相耦合，可形成一些先進、高效、的復合過程。   

超臨界流體技術與膜分離技術耦合：近年來，有人采用國產(chǎn)超臨界CO2萃取裝置與平板超濾器聯(lián)合處理質(zhì)量分數(shù)為10%～14%的銀杏黃酮粗品，結果得到黃酮質(zhì)量分數(shù)大于30%，內(nèi)酯為6%～8%的產(chǎn)品。經(jīng)高效液相色譜儀、原子吸收儀及微生物檢驗等測試，產(chǎn)品中的烷基酚、重金屬、農(nóng)藥殘留、細菌等指標均能達到國際質(zhì)量標準。   

另外，超臨界流體技術與納濾耦合的實踐也獲得了成功。納濾是一種壓力驅(qū)動的膜分離過程，它可以在壓力變化不大、恒溫和不改變分離物的熱力學相態(tài)的情況下達到理想的分離效果。將超臨界萃取與納濾結合，可以首先選擇合適條件增大萃取能力，然后選擇合適的納濾膜，選擇性地透過需要的萃取組分，從而使分離效率得到提高。   

如用超臨界CO2萃取魚油，萃取物中主要成分為三酸甘油酯，而三酸甘油酯中有價值的是長鏈ω-3多不飽和脂肪酸，特別是二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。采用納濾，可將三酸甘油酯中的長鏈不飽和脂肪酸和短鏈脂肪酸相分離。采用此種耦合技術也可對蘿卜籽、胡蘿卜油中的R-胡蘿卜素進行提純，都能得到純化的產(chǎn)物。   

超臨界流體萃取結晶耦合技術：該技術可改變超臨界流體萃取多元混合系中物質(zhì)成分在有機溶劑與超臨界流體中的溶解特性，使溶質(zhì)結晶析出；同時還可利用結晶器表面對不同物質(zhì)的吸附、阻滯、積聚性能差異，使析出的溶質(zhì)成分形成類似于層析效果的有序梯度結晶分布，從而實現(xiàn)一次性多種物質(zhì)的有效分離，獲得高純度產(chǎn)品。   

當這一耦合系統(tǒng)工作時，結晶釜和分離釜均處于各自的溫度和壓力條件下，控制結晶時間；超臨界流體和多元液相混合物料在結晶釜內(nèi)完成萃取、吸附、結晶、蒸餾(干燥)，在結晶器作用下，使多元體系中單一或復合成分實現(xiàn)一步結晶分離或梯度結晶分離；待系統(tǒng)降溫、卸壓后，即可自結晶器上收集產(chǎn)品。   

我國有研究人員采用系統(tǒng)觀察法考察了超臨界CO2萃取結晶分離對穿心蓮內(nèi)酯晶體形態(tài)、純度、結晶量的影響，發(fā)現(xiàn)隨壓力的升高其晶體形態(tài)變細、變短，純度提高，結晶量增加，從而認為該耦合技術為開發(fā)高純度中藥活性成分提供了一條捷徑。   

此外，由于中草藥成分復雜，同一味藥中的各化學成分的極性、沸點、相對分子質(zhì)量、溶解度等特性各有不同，因而對于不同的目標產(chǎn)品需要采取多種提取分離手段，超臨界流體技術與多種分離手段的耦合也應運而生。如超臨界流體技術耦合分子蒸餾可使姜辣素收率明顯提高，超臨界流體技術耦合離子對試劑可使麻黃堿提取率顯著提高，超臨界流體技術耦合重結晶可大大降低青篙素成本等。   

■結晶耦合技術   

以固液平衡為原理的結晶分離技術近年因與相關分離技術耦合，成為中藥成分精制分離工藝中的一支新軍。   

減壓精餾-熔融結晶耦合技術：精餾是分離有機混合物常用的方法之一，但當相對揮發(fā)度很小時，精餾過程需要的理論塔板數(shù)會急劇增加。熔融結晶作為近年廣受國際關注的新興技術，具有較高的分離因子，但其收率、傳質(zhì)速度及相的可分性往往受到限制。將上述兩種方法有機地結合在一起，取長補短，可用來分離易結晶、熔點差大、沸點接近的物質(zhì)。   

人造麝香DDHI是一種高熔點、高沸點且易氧化的有機物，提純此類物質(zhì)時，一般須經(jīng)過減壓精餾及重結晶兩道工序。這種方法的缺點是在減壓精餾提純時，產(chǎn)品因容易結晶而造成管路堵塞；需要溶劑回收裝置，存在重結晶效率低，溶劑消耗大，成本高，易氧化等問題。我國有人采用一體化結構的減壓精餾-熔融結晶耦合裝置進行DDHI的提純，總收率可達60%以上，比原工藝提高13％，且可防止產(chǎn)品氧化，節(jié)省大量能源，由于無需溶劑，還減少了對環(huán)境的污染。   

鰲形包結-結晶耦合技術：鰲形包結-結晶耦合技術是建立在一種被稱為鰲形主體分子的物質(zhì)的基礎之上的。該物質(zhì)具有良好的包結性能，并可對某類成分(客體)進行選擇性識別。如1,1,6,6-四苯基-2,4-己二炔-1,6-二醇(簡稱DD)的主體分子，可與許多有機小分子如醇、醚、環(huán)氧化合物、醛、酮、酯、內(nèi)酯等形成包結物晶體。   

由于中藥揮發(fā)油中各化學組分的分子形狀、大小、官能團的數(shù)量和位置(鍵力性質(zhì))的不同，通過不同主體分子對目標客體分子的選擇識別，可形成包結物并以結晶方式析出，達到從揮發(fā)油中選擇性的分離目標成分的目的。   

我國學者采用此項技術，以反式-1,2-二苯基一1,2-苊二醇為鰲形主體分子，選擇性地識別蒿本揮發(fā)油中的肉豆A醚，并使之以包結物晶體形式析出，產(chǎn)物化學純度接近100%，產(chǎn)率為4.5%。表明此法分離揮發(fā)油化學組分具有選擇性高、速度快、方法簡便等優(yōu)點。   

應該看到，雖然目前關于耦合技術的研究熾手可熱，但大多數(shù)研究只停留在實驗室階段。將人們開發(fā)中遇到的共性問題綜合、歸納，采用復雜過程的分解實驗和數(shù)學模擬結合的研究方法，從流體力學、傳遞學、反應動力學、反應熱力學及化學計量學等學科結合的角度，對耦合技術開展系統(tǒng)的基礎研究，可以形成一個新的研究領域。相信隨著科學技術的發(fā)展，耦合技術必將在中藥及其他生物制藥工業(yè)中發(fā)揮重大作用。