穿心蓮內酯超臨界CO-,2-萃取結晶研究.pdf

1、穿心蓮內酯是一種重要的中藥有效成分。作為注射劑原料，要求有極高的純度。為了高效分離穿心蓮內酯，作者以穿心蓮浸膏為實驗原料，采用超臨界流體萃取結晶法進行了穿心蓮內酯的分離純化研究。系統(tǒng)地分析了超臨界流體萃取結晶機理，并對影響萃取結晶的因素進行了解析；研究了超臨界CO2(SC-CO2)萃取結晶工藝參數(shù)，如壓力、溫度、時間、流量，及結晶器，如材質、板間距、結晶器的表面形態(tài)等對目標產(chǎn)物—穿心蓮內酯的純度、結晶率、形貌、結晶度、晶型、分子結構等的

2、影響，并采用高效液相色譜、掃描電鏡、X射線粉末衍射、紅外光譜法進行了實驗結果分析；利用響應曲面法建立了相關工藝模型；考察了夾帶劑強化、磁場強化和重復萃取結晶法對超臨界CO2萃取結晶穿心蓮內酯的影響。理論分析和實驗研究結果表明：(1)SC-CO2萃取結晶法可有效分離浸膏中的穿心蓮內酯，重復萃取結晶3次后產(chǎn)品的純度可達98％以上。 (2)SC-CO2萃取結晶穿心蓮內酯時，晶體在結晶板上依純度呈梯度分布。 (3)依表面吸附、晶

3、核形成、晶體生長和梯度結晶四方面分析，超臨界流體萃取結晶有下列特征：①結晶器為超臨界流體萃取結晶提供了一個表面吸附場，能降低結晶過程的界面活化能，從而形成吸附結晶，所以結晶器是影響萃取結晶的一個重要因素；②就晶核形成、晶體生長而言，溫度、壓力的變化影響著結晶成核的過飽和度和結晶成核的能壘，而外場，如磁場、電場等也能影響結晶成核的能壘；③就梯度結晶而言，溶質中不同組分因物性以及受結晶板表面作用效果不同導致在結晶板上形成不同的遷移阻尼系數(shù)，

4、從而產(chǎn)生梯度結晶分離。 (4)影響萃取結晶的三個主要外因是：①工藝條件，其中壓力、溫度影響超臨界流體萃取結晶具有兩面性，即壓力或溫度在促進萃取的同時卻抑制了結晶，或在促進結晶的同時卻抑制了萃??；②結晶器，其表面形態(tài)、材質、板間距的變化不同程度上都能影響萃取結晶效果；③外場，如磁場、電場對萃取結晶能產(chǎn)生正相或負相作用。 (5)在萃取結晶溫度55℃、時間90min、CO2流量15L/min、壓力≤25MPa條件下，結晶板上部

5、穿心蓮內酯的純度，隨著壓力的升高而增加；結晶板上部穿心蓮內酯的結晶率在低于15MPa(原料純度90％)時呈增加趨勢，而超過15MPa后呈下降趨勢；晶體顆粒度隨壓力的升高而變細小、無規(guī)則；XRD分析結果表明，穿心蓮內酯的結晶度隨著壓力的增加而提高。壓力≥25MPa時，穿心蓮內酯大部分進入分離釜，晶體的溶解性強于吸附結晶作用，因而萃取作用顯著；IR分析結果表明，萃取結晶壓力的變化不會改變穿心蓮內酯晶體的分子結構。 (6)在萃取結晶壓

6、力為16MPa、時間90min、CO2流量15L/min條件下，萃取結晶溫度在35-65℃范圍內變化，當溫度達到55℃時，萃取結晶穿心蓮內酯的純度最高，且適當提高溫度有利于縮短萃取結晶時間、改善晶體的顆粒度和均勻性；XRD分析結果表明，隨著溫度的升高，所得晶體的結晶度有所增加；IR分析結果表明，超臨界CO2萃取結晶溫度的變化不會改變穿心蓮內酯晶體的分子結構。 (7)在萃取結晶壓力16MPa、溫度55℃、CO2流量15L/min條

7、件下，延長結晶時間，有利于提高穿心蓮內酯的純度和改良晶體形貌。但過度延長時間將降低工作效率，一般選擇時間約為90min。 (8)在萃取結晶壓力16MPa、溫度55℃、時間90min條件下，適當增加CO2流量，有利于穿心蓮內酯結晶，更有利于縮短萃取結晶時間；但流量超過一定值后，穿心蓮內酯純度卻與流量成負相關性。 (9)用響應曲面法(RSM)進行了超臨界CO2萃取結晶穿心蓮內酯工藝模型的選擇和驗證。根據(jù)該模型進行了工藝參數(shù)的

8、優(yōu)選，以結晶率與純度為指標，實驗所得穿心蓮內酯超臨界CO2萃取結晶優(yōu)化工藝條件為：壓力15-20MPa，溫度50-60℃，時間60-90min。 (10)優(yōu)選不銹鋼材質的結晶板，可獲較優(yōu)萃取結晶率和產(chǎn)品純度；隨著結晶器高徑比的增大，結晶率增加，而純度的增長率不大，所以結晶器高徑比一般選擇為6：1-8：1；隨著結晶板間隙的變小，萃取結晶率先增后降，穿心蓮內酯純度變化率卻不明顯，所以較優(yōu)的結晶板間隙為0.4-0.6cm；結晶板由下至

9、上，穿心蓮內酯晶體顆粒越來越規(guī)則，顆粒度也有所增加。 (11)夾帶劑、磁場、重復萃取結晶均可增強超臨界CO2萃取結晶效果：(a)乙醇、丙酮、異丙醇、乙酸乙酯四種夾帶劑中，乙酸乙酯分離純化效果最好，且也能與前處理工序中選擇的浸提溶劑相統(tǒng)一，減少采用多種溶劑存在的污染；(b)磁場強化法對超臨界CO2萃取結晶穿心蓮內酯具有促進作用；在萃取結晶溫度為55℃，時間60min，流量15L/min，磁場強度0.1T條件下，壓力在8-16MPa

10、范圍內變化時，相比無磁場作用結晶率提高了5％左右；(c)重復萃取結晶法既能提高穿心蓮內酯的純度，也能改善超臨界CO2萃取結晶條件，特別是降低壓力，縮短工作時間；且重復萃取結晶法得到的產(chǎn)品呈絮狀團聚，顆粒度更細小，有利提高穿心蓮內酯的溶解性能，可改良藥用產(chǎn)品的生物利用度。 (12)選擇首次萃取結晶壓力為16MPa、溫度55℃、時間90min、CO2流量為15L/min，而重復萃取結晶壓力為14MPa、溫度55℃、時間60min、C