中药精制分离技术逐渐走向耦合

    随着中药现代化进程的不断深入，传统的分离方法面临挑战：以中药药效物质精制为目标的分离体系，原料液浓度低，组分复杂，回收率要求较高，但现有的化工分离技术如蒸馏、萃取、结晶、吸附和离子交换等，是以浓度差为传质推动力实现待分离组分由高浓度向低浓度扩散的，往往难以满足上述分离体系的要求。 

　　从现代分离技术的研究发展趋势来看，针对上述问题，除了研究适用于中药药效物质分离的新技术外，利用已有的和新开发的分离技术进行有效组合，或者把两种以上的分离技术合成为有效的分离技术，即多种技术的耦合，有可能达到提高产品选择性和收率，实现过程优化的目的。耦合技术因此成为中药制药工程中一崭新的研究领域。 

　　■膜耦合技术 

　　膜耦合技术就是将膜分离技术与其他分离方法或反应过程有机地结合在一起，充分发挥各个操作单元的特点。研究及应用的膜耦合过程形式主要有膜反应器、膜蒸馏技术、渗透蒸发技术及亲和膜技术等。 

　　具体来说，膜耦合技术可以两类:一类是膜分离与反应的耦合，其目的是部分或全部地移出反应产物，提高反应选择性和平衡转化率，或移去对反应有毒性作用的组分，保持较高的反应速度；另一类是膜分离过程与其他分离方法的耦合，可提高目的产物的分离选择性系数并简化工艺流程。而膜分离与反应的耦合又可以分为两种情况：一是膜只具有分离功能，包括分离膜反应器和膜作为独立的分离单元与反应祸联两种形式；二是膜作为反应器壁同时具有催化与分离的功能，称为催化膜反应器。 

　　江苏省天然药物研究与创制实验室承担的课题“膜反应器精制地龙活性组分群及其药理性质的研究”就属于后者。该研究将地龙生物活性部位的酶解与具有不同相对分子质量区段的多个组分群的分离两个过程集中在膜反应器一步进行。研究表明该膜反应器技术应用于动物类中药材活性成分的精制分离前景光明。 

　　膜分离与反应耦合可使反应产物不断在线移出，消除平衡对转化率的限制，从而最大限度地提高反应转化率；提高反应选择性，可省去全部或部分产物分离和未反应物的循环过程，从而简化工艺流程。 

　　此外，近年来，膜分离与其他分离方法的耦合的研究也取得了积极进展，如膜萃取技术、膜蒸馏技术、亲和膜技术等。 

　　■超临界流体耦合技术 

　　超临界流体技术的发展，有力地促进了中药生产过程中的分离纯化、材料制备、化学反应等领域的技术进步。值得关注的是，单独应用超临界流体技术，会出现一些难以克服的缺点，而将超临界流体技术与某些化工过程相耦合，可形成一些先进、高效、节能的复合过程。 

　　超临界流体技术与膜分离技术耦合：近年来，有人采用国产超临界CO2萃取装置与平板超滤器联合处理质量分数为10%～14%的银杏黄酮粗品，结果得到黄酮质量分数大于30%，内酯为6%～8%的产品。经高效液相色谱仪、原子吸收仪及微生物检验等测试，产品中的烷基酚、重金属、农药残留、细菌等指标均能达到国际质量标准。 

　　另外，超临界流体技术与纳滤耦合的实践也获得了成功。纳滤是一种压力驱动的膜分离过程，它可以在压力变化不大、恒温和不改变分离物的热力学相态的情况下达到理想的分离效果。将超临界萃取与纳滤结合，可以首先选择合适条件增大萃取能力，然后选择合适的纳滤膜，选择性地透过需要的萃取组分，从而使分离效率得到提高。 

　　如用超临界CO2萃取鱼油，萃取物中主要成分为三酸甘油酯，而三酸甘油酯中最有价值的是长链ω-3多不饱和脂肪酸，特别是二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。采用纳滤，可将三酸甘油酯中的长链不饱和脂肪酸和短链脂肪酸相分离。采用此种耦合技术也可对萝卜籽、胡萝卜油中的R-胡萝卜素进行提纯，都能得到纯化的产物。
    超临界流体萃取结晶耦合技术：该技术可改变超临界流体萃取多元混合系中物质成分在有机溶剂与超临界流体中的溶解特性，使溶质结晶析出；同时还可利用结晶器表面对不同物质的吸附、阻滞、积聚性能差异，使析出的溶质成分形成类似于层析效果的有序梯度结晶分布，从而实现一次性多种物质的有效分离，获得高纯度产品。 

　　当一耦合系统工作时，结晶釜和分离釜均处于各自的温度和压力条件下，控制结晶时间；超临界流体和多元液相混合物料在结晶釜内完成萃取、吸附、结晶、蒸馏(干燥)，在结晶器作用下，使多元体系中单一或复合成分实现一步结晶分离或梯度结晶分离；待系统降温、卸压后，即可自结晶器上收集产品。 

　　我国有研究人员采用系统观察法考察了超临界CO2萃取结晶分离对穿心莲内酯晶体形态、纯度、结晶量的影响，发现随压力的升高其晶体形态变细、变短，纯度提高，结晶量增加，从而认为该耦合技术为开发高纯度中药活性成分提供了一条捷径。 

　　此外，由于中草药成分复杂，同一味药中的各化学成分的极性、沸点、相对分子质量、溶解度等特性各有不同，因而对于不同的目标产品需要采取多种提取分离手段，超临界流体技术与多种分离手段的耦合也应运而生。如超临界流体技术耦合分子蒸馏可使姜辣素收率明显提高，超临界流体技术耦合离子对试剂可使麻黄碱提取率显著提高，超临界流体技术耦合重结晶可大大降低青篙素成本等。 

　　■结晶耦合技术 

　　以固液平衡为原理的结晶分离技术近年因与相关分离技术耦合，成为中药成分精制分离工艺中的一支新军。 

　　减压精馏-熔融结晶耦合技术：精馏是分离有机混合物最常用的方法之一，但当相对挥发度很小时，精馏过程需要的理论塔板数会急剧增加。熔融结晶作为近年广受国际关注的新兴技术，具有较高的分离因子，但其收率、传质速度及相的可分性往往受到限制。将上述两种方法有机地结合在一起，取长补短，可用来分离易结晶、熔点差大、沸点接近的物质。 

　　人造麝香DDHI是一种高熔点、高沸点且易氧化的有机物，提纯此类物质时，一般须经过减压精馏及重结晶两道工序。这种方法的缺点是在减压精馏提纯时，产品因容易结晶而造成管路堵塞；需要溶剂回收装置，存在重结晶效率低，溶剂消耗大，成本高，易氧化等问题。我国有人采用一体化结构的减压精馏-熔融结晶耦合装置进行DDHI的提纯，总收率可达60%以上，比原工艺提高13％，且可防止产品氧化，节省大量能源，由于无需溶剂，还减少了对环境的污染。 

　　鳌形包结-结晶耦合技术：鳌形包结-结晶耦合技术是建立在一种被称为鳌形主体分子的物质的基础之上的。该物质具有良好的包结性能，并可对某类成分(客体)进行选择性识别。如1,1,6,6-四苯基-2,4-己二炔-1,6-二醇(简称DD)的主体分子，可与许多有机小分子如醇、醚、环氧化合物、醛、酮、酯、内酯等形成包结物晶体。 

　　由于中药挥发油中各化学组分的分子形状、大小、官能团的数量和位置(键力性质)的不同，通过不同主体分子对目标客体分子的选择识别，可形成包结物并以结晶方式析出，达到从挥发油中选择性的分离目标成分的目的。 

　　我国学者采用此项技术，以反式-1,2-二苯基一1,2-苊二醇为鳌形主体分子，选择性地识别蒿本挥发油中的肉豆A醚，并使之以包结物晶体形式析出，产物化学纯度接近100%，产率为4.5%。表明此法分离挥发油化学组分具有选择性高、速度快、方法简便等优点。 

　　应该看到，虽然目前关于耦合技术的研究炽手可热，但数研究只停留在实验室阶段。将人们开发中遇到的共性问题综合、归纳，采用复杂过程的分解实验和数学模拟结合的研究方法，从流体力学、传递学、反应动力学、反应热力学及化学计量学等学科结合的角度，对耦合技术开展系统的基础研究，可以形成一个新的研究领域。相信随着科学技术的发展，耦合技术必将在中药及其他生物制药工业中发挥重大作用。