摘要
中药现代化进程,使传统的分离方法面临着挑战和机遇。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。但现有的传统分离技术如蒸馏、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,可以从两个方面去解决:一是研究新的适用于中药药效物质分离的新技术;二是利用已有的和新开发的分离技术进行有效的组合,或者把两种或两种以上的分离技术联合成为一种更有效的分离技术,以达到提高产品选择性和收率,实现过程优化的目的。
本课题运用近些年来较受关注的超临界CO_2萃取技术、膜分离技术以及气相色谱-质谱联用技术等,系统地对荜茇主要药效成分之一挥发油的不同提取方法的提取工艺进行筛选和优化,分析荜茇挥发油的化学成分等。旨在探讨不同技术及其联合应用对中草药药效成分进行提取和分离的有效性与相关性。本论文的主要研究工作:
1.采用HPLC法对荜茇单味药材进行质量控制研究,分别采集不同产地不同批号的药材进行基源及含量测定的研究,确保合格可控的原药材用于本论文研究;并对荜茇提取液(水提液、醇提液)中胡椒碱稳定性的影响因素(光照、受热温度及时间、PH等)进行相关研究。
2.采用正交设计法L_9(3~4),对水蒸气蒸馏法(SD)与超临界CO_2萃取法(SFE-CO_2)提取荜茇挥发油的两种工艺的正交试验结果进行了比较研究。SD法以挥发油萃取率为指标,最优工艺为荜茇药材浸泡1小时,加6倍量水,提取时间为7个小时;SFE-CO_2法以挥发油萃取率与胡椒碱转移率的综合评分为指标,最优工艺为萃取压力为20MPa,萃取温度为45℃,萃取时间为20min。
3.采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术,对SD法与SFE-CO_2法所提取的荜茇挥发油的化学成分与相对含量等方面进行了比较研究。结果2种方法所提取的挥发油在外观、得率、化学成分及其相对含量均存在一定差异。SD法提取的荜茇挥发油呈墨绿色的清凉透明油状液体,萃取率为0.6%,而SFE-CO_2法提取的荜茇挥发油呈桔黄色粘稠半固体油状物,萃取率为4.36%。采用TLC与HPLC法对2种方法提取荜茇挥发油后药渣中胡椒碱进行分析及含测研究,SFE-CO_2萃取荜茇的剩余药渣中富集胡椒碱,胡椒碱平均含量为10.37mg/g,远高于SD法提取后药渣中胡椒碱的平均含量。
4.针对SD法提取荜茇挥发油后的水提药液体系,运用无机陶瓷膜微滤技术,以膜通量、药效成分转移率等为指标,综合考察膜结构参数(膜材质、膜孔径)对该体系的适用性以及工艺参数(操作压差、料液流速、操作温度)对膜过程的影响。根据研究获得的适用于该体系的优化参数为:采用0.2μm孔径的ZrO_2陶瓷微滤膜,操作压差为0.15MPa,料液流速为3m/s,操作温度为50℃,对SD法提取荜茇挥发油后的水提药液进行微滤精制,适时加水至原体积。并分析了该水提药液体系膜分离前后物质基础(共性高分子)与物化参数(PH值、电导率、粘度等)的变化趋势,进一步验证该技术对此体系精制的相关性与有效性。
本论文研究意义在于:(1)运用现代提取分离检测技术,较为系统地对荜茇药效物质进行提取、分离与分析。(2)将两种或两种以上提取分离技术联合应用于中草药有效成分的研究中,为探讨面向中药复杂体系精制过程的新型技术运用可行性提供了依据。
The modernization process of TCM enable the traditional separation methods to face the challenges and opportunities.The separation system which use the refining of pharmacodynamics material in TCM as the target,is low concentration of raw materials solution,complex components,higher recovery rate.The existing traditional separation technologies use concentration margin as mass transfer impetus to separate the components from the high concentration to low concentration,such as distillation, extraction,crystallization,adsorption and ion exchange,etc.However,these technologies are often difficult to meet the requirements of the separation system. From the modern separation technology research and development trend,we can solve the above issues from the two sides:one is to study the new technology which is suitable for the separation of pharmacodynamics material in TCM,the other is to make use of the existing and newly developed separation technologies for effective combinations,or to joint two or more separation technologies into a more effective separation technology with a view of increasing product selectivity and yield,and achieving the purpose of process optimization.
This topic using supercritical CO_2 extraction technology,membrane separation technology,as well as gas chromatography-mass spectrometry technique,and so on, which are more attention in recent years,systematically screened and investigated the optimal extraction and refining process of the volatile oil which is one of major pharmacodynamics ingredients from Fructus Piperis Longi by different extraction methods,analyzed the chemical composition of the volatile oil from Fructus Piperis Longi,etc.The objective was to explore the effectiveness and relevance of extraction and separation for the pharmacodynamics ingredients in TCM with different technologies and their joint application.The main study of this thesis:
1.The method of HPLC was used to study the quality control of the single-flavor herbs for Fructus Piperis Longi.The herbs of different sources were collected for the study on the origin and content,so we could ensure the qualified and controlled original ingredients to be used in the experimental study;and we also studied the influencing factors(light,hearting temperature and time,PH,etc.) of Piperine stability in the extract(water extract,alcohol extract) of Fructus Piperis Longi.
2.The comparative studies on the orthogonal test results of two extraction process for the volatile oil from Fructus Piperis Longi by SD and SFE-CO_2 were carried out with orthogonal design L_9(3~4).SD used the volatile oil extraction rate for indicator,the optimal extraction of which was one hour immersion,adding 6 times amount of water and extracting 7 hours;SFE-CO_2 used the composite score of the volatile oil extraction rate and the transfer rate of Piperine for indicator,the optimal extraction of which was extraction pressure 20MPa,extraction temperature 45℃and extraction time for 20min.
3.The technology of GC-MS was used to study the chemical composition and relative content of the volatile oil from Fructus Piperis Longi by SD and SFE-CO_2. The result was that the volatile oil in appearance,yield,chemical composition and relative content were some differences by the two methods.The volatile oil from Fructus Piperis Longi extracted by SD was dark green,clear,transparent liquid,the extract rate was 0.6%,and the volatile oil from Fructus Piperis Longi extracted by SFE-CO_2 was orange,thick,semi-solid oil bar,the extract rate was 4.36%.The methods of TLC and HPLC were used to analysis and determine the Pipeline in the residue from Fructus Piperis Longi after volatile oil extraction,the surplus residue from Fructus Piperis Longi after extracting by SFE-CO_2 enriched the Piperine,the average content of which was 10.37mg/g,it was much higher than which in the surplus residue from Fructus Piperis Longi after extracting by SD.
4.The microfiltration technology of ceramic membrane was used to comprehensively study the applicability of membrane structure parameters(membrane material,membrane pore size) to the system which was water solution after volatile oil extraction by SD and the impact of process parameters(operating pressure,liquid flow rate,operating temperature) on the membrane process with the membrane flux and transfer rate of pharmacodynamics ingredients for indicator.The ZrO_2 membrane with the pore size of 0.2μm had the greatest permeation flux and the highest reservation rate of effective components.The appropriate operating conditions were: operating pressure 0.15MPa,liquid flow rate 3m/s,operating temperature 50℃.And we also studied the change trend of material foundation(common nature macromolecule) and physical and chemical parameters(PH,conductivity,viscosity, etc.),which further tested and verified the relevance and effectiveness for this system by the technology.
In this dissertation,the significance is as following:
(1)The modern technologies which include extraction,separation and detection were used to comprehensively study the pharmacodynamics material from Fructus Piperis Longi.
(2)We jointed two or more extraction and separation technologies for the study of effective components in TCM,which provided a basis for the feasibility of the use of new technology in the refining process of Chinese medicine complex system.
引文
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