制药分离纯化技术-2--第二章--固液萃取(浸取)-97-2003

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资源描述

浸取(固−液萃取)是指用溶剂将固体物中的某些可溶组分提取出来,使之与固体的不溶部分(或称惰性物)分离的过程。被萃取物质在原固体中,可能以固体形式或液体形式(如挥发物或植物油)存在。固−液萃取在制药工业中广泛应用,尤其是从中草药等植物中提取有效成分,或从生物细胞内提取特定成分。1.浸取体系与扩散溶剂从固体颗拉中浸取可溶性物质,其过程一般包括:①溶剂浸润固体颗粒表面;②溶剂扩散、渗透到固体内部微孔或细胞壁内;③溶质解吸后,溶解进入溶剂;④溶质经扩散至固体表面;⑤溶质从固体表面,扩散进入溶剂主体。2.浸取相平衡浸取过程中的相平衡可用分配系数KD表示:KD=y/xx、y—平衡时溶质在固相、液相中的浓度;注:若y和x用体积浓度(kg/m3)表示,KD一般为常数;如用质量浓度(kg/kg)表示,则KD值会发生变化。因为在浸取过程中,随着溶质的浸出,固体内外的溶液密度将发生变化。1.固体物料颗粒度的影响各类固体生物物料是由细胞组成的,可溶性物质通常存在于细胞内,细胞膜产生一种不同于一般情况下的扩散阻力,因此浸取速率通常比较小。为了从动、植物等中浸提药品,在浸取前需先对固体原料进行恰当的预处理,即进行细胞破碎,以缩短固体或细胞内部溶质分子向其表面扩散的距离,而溶剂也容易进入细胞内部直接溶解溶质,从而提高浸取速率。工业上常通过物料干燥、压片、粉碎等方法,对固体物料进行预处理。固体物料的颗粒度越小,药物的浸出速率越快。过细的颗粒虽溶质浸出效果好,也会使无用或有害物质浸出量增大,给下一步药物的分离纯化造成困难另外,过度粉碎将使耗能增大、还会造成固-液分离困难。2.浸取溶剂的影响(1)浸取溶剂的选择固体药物可看成由可溶物和不溶物(载体或基质)组成。浸取溶剂的选择原则如下:①溶剂对目的药物成分的分配系数KD要大,且对目的药物成分的选择性要高;②溶剂对目的药物成分的溶解度要大,节省溶剂用量;③溶剂与目的药物成分之间应有较大的性质差异,易于从产品中去除,且便于溶剂的回收利用;④目的药物成分在溶剂中的扩散系数要大;⑤价格低廉,粘度小,无腐蚀性,无毒,闪点高,无爆炸性等。常用的浸取溶剂:水、乙醇、丙酮、乙醚、氯仿、乙酸乙酯等。①水最常用的极性浸取溶剂,价廉易得,对很多物质都具有较大的溶解度,如生物碱类、苷类、蛋白质类等药物在水中都具有较好的溶解度,对于酶类药物和含少量挥发油的药物也能被水浸出。水的浸出范围广,选择性较差,固体中大量无用、甚至有害的物质也被浸出,增加了进一步分离的难度,影响收率。②乙醇仅次于水的常用半极性浸取溶剂。乙醇的溶解性能介于极性与非极性之间,能溶解溶于水的某些成分,也能溶解溶于非极性有机溶剂的某些成分。与水形成任意组成的混合液,可通过组成的改变,有选择地浸取某些成分。如乙醇含量>90%时,可有效地浸取有机酸、挥发油、叶绿素等物质;乙醇含量在50%~70%时,主要浸取生物碱、苷类等药物;乙醇含量<50%时,适用于浸取苦味质、蒽醌类化合物等。无毒无害,价格低廉,还具有一定的防腐作用,其比热容小,沸点低,汽化热不大,使分离回收费用低,可降低生产成本。但乙醇具有挥发性和易燃性,生产中应注意安全防护。③丙酮一种良好的脱脂溶剂,与水形成任意组成的混合液。丙酮也是一种脱水剂,常用于新鲜动物药材的脱水和脱脂。丙酮的防腐性能较好,但有一定的毒胜,而且丙酮易于挥发和燃烧,使用时要特别注意。④乙醚非极性有机溶剂,可与乙醇及其他有机溶剂任意混溶。其溶解选择性较强,可溶解游离生物碱、挥发油、某些苷类等物质。因乙醚有强烈的生理作用,又极易燃烧,且价格昂贵一般仅用于生物有效成分的提取、精制。⑤氯仿一种非极性溶剂,微溶于有机溶剂,与乙醚、乙醇都能任意混溶。(2)浸取辅助剂浸取时有时可能会出现原先不溶或难溶的大分子等物质向可溶性、分子量较小的物质的转变,如原果胶向果胶的转变,在此浸取过程中,包含了增溶作用。浸取时可能还会出现某些物质向不溶性物质的转变,如用开水浸泡固体药物,使可溶性蛋白凝固,改变了细胞膜的通透性,从而提高了浸取过程的选择性,在此浸取过程中,也包含了增溶作用。为了提高浸取溶剂的浸取效能,增加浸取成分在溶剂中的溶解度,增强其稳定性,除去某些杂质,减少其他成分对浸取的影响,往往需要采取一定措施(如改变浸取条件)或加入某些浸取辅助剂。常用的浸取辅助剂:①酸可使有机酸游离,使碱性物质沉淀;②碱可使某些物质水解,使酸性物质沉淀;③表面活性剂常可有助于有机物的溶解,提高浸取效果。(3)浸取溶剂用量及浸取次数浸取溶剂用量大,溶质浸取率高,但溶剂消耗量大,进一步分离难度增加,增大成本。浸取溶剂用量一定时,多次浸取可提高浸取率。一般情况下,第一次浸取时,溶剂的用量较大,这是因为要考虑浸出后剩余在固体物料中的溶剂量。通常浸取溶剂用量和浸取次数需通过大量实验确定。(4)浸取溶剂的pH值在浸取操作时,溶剂的pH值与浸取效果密切相关。通过调整浸取时的pH值,可使浸取的选择性提高。如用酸性溶剂提取生物碱,用碱性溶剂提取皂苷等。3.浸取操作条件的影响(1)浸取温度温度升高,可使固体物料的组织软化、膨胀,促进可溶性有效成分的浸出。当固体物料中含有蛋白质、酶等杂质时,温度升高可使蛋白质类杂质凝固,使酶类杂质失活,从而有利于后序分离过程的进行。温度升高,会破坏热敏性药物成分,造成挥发性药物成分的散失,降低收率。温度升高,一些无效成分也容易被浸出。(2)浸出时间达到浸取平衡前,浸取时间与浸取量成正比;达到平衡时,浸取量为最大,但所需时间较长,影响生产效率。长时间浸取会使大量杂质溶出,也会导致一些有效成分被一起浸出,还使酶类等物质分解或发生降解反应而降低溶质的收率。以水作溶剂,长期浸泡则易发生霉变,从而影响浸取液的质量。(3)浸取压力当固体物料组织密实,较难被浸取溶剂浸润时,可采用提高浸取压力的方法,促进浸润过程的进行,可提高固体物料组织内充满溶剂的速度,缩短浸取时间。在较高压力下的渗透,还可能将固体物料组织内的某些细胞壁破坏,利于溶质的浸出经一旦固体物料被完全浸透而充满溶剂后,加大压力对浸出速率的影响将迅速减弱。两种常用加压方式:①密闭升温使压力升高;②通过加压设备使压力升高,但不升温。常压煮提(水温100℃,101.3kPa)与加压煮提(水温65-90℃,表压为200~500kPa)的有效成分浸出率相同,而加压煮提浸出时间可节省一半,固液比也有所提高;但需考虑因加压、加热可能造成的有效成分破坏问题。1.浸渍法浸渍法常用于制备药酒、酊剂。一般在常温或适当升温下进行,浸渍时间不等,加入的溶剂量也没有统一规定,多结合具体药材和实际经验采用定量浸出,然后根据需要配制药剂。浸渍方法(中华人民共和国药典):取适当粉碎的药材,置于有盖容器中,加入规定量的溶剂,密闭搅拌或振摇,浸渍3~5h或规定的时间,使有效成分浸出,倾取上层清液,过滤,压榨残渣,收集压榨液与滤液合并,静置24h,过滤即得。浸渍法是一种最常用的浸出方法,适用于粘性药物、无组织结构的药材、新鲜及易于膝胀的药材。浸渍法简便易行,但由于浸出效率差,故对贵重药材和有效成分含量低的药材,或制备浓度较高的制剂时,应采用重浸渍法或渗漉法为宜。2.煎煮法煎煮是将经过处理的药材,加适量的水加热煮沸2~3次,使其有效成分充分煎出,收集各次煎出液、沉淀或过滤分离异物,低温浓缩至规定浓度,再制成规定的制剂。需要注意的是在煎煮药材前,必须加冷水浸泡适当时间,以利于有效成分的溶解和浸出,除极难浸透的饮片外,一般浸泡时间为30~60min。煎煮法适用于有效成分能溶于水,对湿热较稳定的药材,它除用于制备汤剂外,同时也是制备部分散剂、丸剂、片剂、冲剂及注射剂或浸取某些成分的基本方法之一。但煎煮法浸出的成分比较复杂,对精制不利;而在中医用药方面,对于有效成分尚未搞清的中草药或方剂,通常采用煎煮法。3.渗漉法渗漉法是向药材粗粉中不断加入浸取溶剂,使其渗过药粉,从下端出口收集流出的浸取液的浸取方法。溶剂渗入药材细胞中溶解大量可溶性物质之后,浓度增高,密度增大而向下移动,上层的浸取溶剂流下,形成良好的浓度差,使扩散较好地自然进行,故浸出效果优于浸渍法,提取较完全,省去分离浸取液的时间和操作。对于非组织药材,因溶剂浸泡使其软化成团而堵塞孔隙,使溶剂无法透过药材,故不宜采用渗漉法。渗漉法的操作主要包括润湿膨胀、药材装填和渗漉。(1)润湿膨胀将药材粗粉放入有盖的容器中,加入粗粉量60%~70%的浸取溶剂,均匀润湿后,密闭放置15min~6h,使药材充分膨胀后备用。(2)药材装填取脱脂棉一团,用浸取液润湿后,铺垫在渗漉筒的底部,然后将已润湿膨胀的药材粗粉分次装入渗流筒中,装入量不多于渗漉筒容积的2/3,松紧程度视药材及及取溶剂而定。若为醇含量高的溶剂则可压紧些,若含水最大则宜装得疏松些,装完后用滤纸或纱布覆盖,并加一些玻璃珠或瓷块之类的重物,以防止加入溶剂时将药粉冲浮起来。(3)渗漉首先将渗漉筒的出口圈打开,然后向渗漉筒中缓慢加入浸取溶剂,待渗漉筒下部的空气排除后,关闭出口阀;继续加入浸取溶剂至高出药粉数厘米,加盖放置24~48h,使溶剂充分渗透扩散。浸出溶剂的流速一般控制在1~5mL/l000g药粉,并随时补充浸取溶剂,使药材中的有效成分充分浸出;浸取溶剂用量一般是药材量的4~8倍。1.单级浸出工艺单级浸出是指将药材和溶剂一起加入到浸取设备中,经一定时间的浸取后,放出浸取液和固体物的过程。单级浸出时,浸出速率随时间的增长而逐渐减慢,直至达到平衡状态。工艺简单,常用于小批量生产,缺点是浸取时间长,固体相中含有一定的浸取液,浸出率低,浸取液的浓度小,浓缩时消耗能量大。2.单级回流浸出工艺及温渗法浸出工艺又称索氏提取,其工艺流程如图2-1,主要用于酒提或有机溶剂(如乙酸乙酯、氯仿等)浸提。由于溶剂的回流,使溶剂与药物细胞组织内的有效成分之间始终保持较大的浓度差,加快了浸取速率,提高了浸取率,而且最后放出的浸取液已是浓缩液。此法的生产周期一般约为10h,浸取液受热时间较长,对于热敏性药物成分的浸取是不利的。温浸法是在热回流浸出工艺基础上发展起来的一种方法。此法将浸取器内的温度控制在40~50℃,较好地运用了温度对加速浸出的有利因素,减少了较高温度对浸取成分的破坏,降低了无效成分的浸出率。温浸法的浸取率高于渗漉法,但浸取液的澄明度不及渗漉法。1—酒提罐2—缓冲罐3—泵4—冷凝器5—冷却器6—凝液受槽7—浓缩罐3.单级循环浸出工艺单级循环浸出是将浸出液循环流动,使固液两相在浸取器中发生相对运动,从而提高浸取速率。在循环浸出工艺中,固体物成为自然滤层,浸取液经过多次的循环过滤,澄明度好。由于整个浸取过程可以是密闭的,在使用易挥发溶剂浸提时,溶剂消耗量小,但此法的浸取剂用量较大。4.多级浸出工艺若固相中含有一定的浸取液,将会降低有效成分的浸取收率。为提高浸取收率,减少有效成分的损失,可以将一定量的溶剂分多次加入,进行多次浸渍法,从而达到多级浸取的目的。也可以将固体药材分成多份,依次进行浸取,从而实现多级浸出工艺。固相中含浸取液浓度越高,有效成分损失越大,多级浸取可降低固相中的浸取液浓度,提高浸取收率,但浸渍次数过多意义不大。5.逆流浸出工艺图2-2为罐组式逆流提取法工艺流程。经预处理(粉碎、压片或切片)的药材,分别加入各提取罐中。溶剂由计量罐I1计量后,经阀门1控制加入提取罐A1中,开阀门2进行循环提取2h左右;一级浸取液经循环泵C1和阀门3打回计量罐I1,再经阀门4加入提取罐A2中,开启阀门5进行循环提取2h左右;二级浸取液经循环泵C2和阀门6打入计量罐I2,再经阀门7加入提取罐A3中,开启阀门8进行循环提取2h左右;以此类推,新鲜溶剂经过循环多次浸取,浓度相对较高,使浸提收率提高。罐组式的提取罐数越多,相应的浸取率越高,溶剂用量越少,浸取液浓度越大;但是相应的设备投资增大,生产周期延长,耗能增加。实际操作一般采用4罐或6罐为佳。此工艺保持了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