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水提醇沉和絮凝技术2
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3．4 絮凝作用机理 随着胶体化学的发展和高分子絮凝剂的广泛应用，絮凝作用机理的研究也日益深入。絮凝机理可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕几种。但一般认为的电中和和吸附架桥是絮凝的主要机理。 电中和作用 絮凝现象受双电层电位的分布、布朗运动或紊流扰动、范德华引力以及胶体微粒表面的溶剂化作用等因素所支配。在絮凝过程中，它是通过压缩扩散层、降低ζ电位和排斥势能以达到胶体微粒间相互接近而聚沉。胶体颗粒表面的电荷被中和时，导致胶体颗粒与水之间界面的改变，从而使物理化学性质改变，胶体颗粒间的距离缩小，在范德华引力作用下，胶体颗粒间的相互作用形成稳定的絮凝体。图3表示的是电荷作用导致胶体颗粒脱稳而絮凝的机理。 图3 电中和作用模型 吸附架桥作用 高分子絮凝剂是一种高分子聚合物，它的分子量很大，通过长碳链上的一些活性官能团可以吸附在分散体系中的微粒上。由于该聚合物是较长的线状结构，每个高分子上吸附多个微粒，因而它在微粒之间起了联系的作用，这种作用称为架桥作用。由于高分子聚合物的架桥作用可以将许多微粒联结在一起形成一个絮团，这个絮团不断的增长变成较大的絮团，因而加快了微粒的沉降速度。 乌沙在总结了拉马尔、希利以及奥梅利亚有关絮凝过程的研究之后，提出了较为完善的高分子絮凝剂絮凝过程架桥作用的想象过程（图4）。 图4 吸附架桥作用模型 在分散体系中加入絮凝剂，当加入量为最佳使用量时，絮凝剂的一端首先吸附于微粒上，而另一端随时可以通过碰撞接触吸附其它微粒，形成架桥作用，产生絮团。对稳定的分散体系来说，这种随时可以实现架桥作用的微粒，称为不稳定的微粒。许多不稳定的微粒，通过架桥实现絮凝，形成不规则的絮团。由架桥作用形成的松散絮团，因外部作用力的不均匀，产生机械脱水收缩，这个不规则的松散絮团被压缩成絮团小球。 综上所述，胶体颗粒的絮凝作用机理有如下四种：通过絮凝作用捕集和“清扫”胶体颗粒；压缩双电层，减少表面电荷；高分子絮凝剂的桥连；由于吸附作用而使电荷中和。随着研究的深入，可以清楚的看到，难以将这四种絮凝机理严格的区分开。尽管如此，这四种假设的絮凝机理还是有用的，并且，在研究絮凝作用中，起着重要的作用。 3．5中药絮凝精制技术 把絮凝技术运用到中药水提液的精制过程中，利用絮凝剂除去药液中的粗离子，达到精制和提高制剂成品质量，并且降低成本，简化工艺，缩短生产周期的目的，具有广阔的应用前景。 絮凝法是采用药用絮凝剂分离法。在混悬的中药水提液或浓缩液中加入少量絮凝剂，以吸附的方式除去溶液中的胶体颗粒，如蛋白质、果胶等，经过滤后达到精制和提高制剂成品质量的目的。絮凝法的基本原理：中药水提液中的杂质含有黏液质、蛋白质、淀粉、果胶、鞣质、色素、树胶、无机盐等复杂成分，这些物质一起共同形成1-100nm的胶体分散体系。胶体分散体系是一种动力稳定性体系，因具有大的表面能，为热力学不稳定体系。当加入絮凝剂后，可通过吸附架桥和电中和等作用沉降除去溶液中的粗粒子，以达到精制的目的。采用该法具有以下特点：原料消耗少，设备简单，可在原醇法工艺上改进，大大降低了成本。生产周期短。絮凝过程只需3~6小时，一般生产周期在2天左右，缩短了近一半的生产时间。产品质量好。可提高有效成分含量，保证制剂的疗效。液体制剂的稳定性好，不易产生沉淀。由于絮凝剂具有络合金属离子的特性，在中药絮凝精制过程中，可减少药液中的重金属离子，特别是铅离子的含量。 目前虽有大量的研究者对实现絮凝工艺非常感兴趣，正陆续使用这种方法进行新药的开发，有的工厂甚至已经把絮凝技术应用于生产，但是由于技术不规范，设备不标准，使得很多单位在应用过程中遇到很多问题：如絮凝剂的研究与生产尚不能满足新药开发的需求；研究单位在药品研发阶段选用的絮凝剂是尚未获得正式注册批准的辅料；有些单位在药物制剂的申报中，提供的絮凝剂的资料不完全，如：未提供来源证明、质量标准、检验报告，未说明辅料选用的依据等，影响了相关制剂的技术审评；工艺过程的设计等。这些大大限制了这种技术的推广应用，特别是影响了新药的审批。 3.5.1 中药用絮凝剂的性质及应用 近年来絮凝剂在品种、产量等方面也得到了迅速地增长。 目前，有多种中药用絮凝剂问世：如上海伟康生物制品有限公司生产的聚凝净；广州有利科技开发有限公司生产的CT-211吸附澄清剂；天津大学博大科技公司生产的BD系列澄清剂；南开大学研制的ZTC1+1天然澄清剂；上海沃逊生物工程有限公司生产的101果汁澄清剂。另外还有鞣酸、明胶、蛋清等。 101果汁澄清剂为水溶性胶状物质，安全无毒，不引入杂质并可随沉淀后的不溶物杂质一起除去，通常配成5%水溶液使用，提取液中的添加量一般是药液的2%~20%。郭美雅等用它澄清黄芪、茯苓药液，通过对树脂酸、有机酸以及总酸等含量测定，结果表明，可完整的保留药液成分及口味。吕武清等将101果汁澄清剂用于玉屏风口服液的澄清，经与醇沉法比较了氨基酸、多糖、黄芪甲甙、总固体的量，前者能更好的保留有效成分，降低生产成本和周期。 ZTC1+1澄清剂是人工合成絮凝剂、聚丙烯酰胺的复合物。絮凝机理是聚合铝加入后，在不同的可溶性大分子之间架桥连接使分子迅速增大，聚丙烯酰胺在聚合铝所形成的复合物的基础上再架桥，使絮状物尽快形成沉淀以除去。一般聚合铝的使用量是聚丙烯酰胺的两倍。卞益民等将ZTC1+1用于八珍口服液的制备，并与醇沉法比较，结果表明可较好的保留中草药的指标成分。 中药药液精制所用的絮凝剂必须安全无毒。壳聚糖由于良好的安全性和絮凝能力，在中药药液的精制工艺中的应用越来越广泛。以虾、蟹壳为原料，经除去其中的无机盐和蛋白质以及脱乙酰化后而制得的壳聚糖，是一种新型的天然高分子絮凝剂。壳聚糖絮凝剂已广泛用于处理食品加工厂废水，悬浮固体去除率高达90%以上；澄清果汁，可大大降低酶法的生产成本和缩短生产周期；处理无机物质，作为汞、铜、镉等重金属离子的吸附剂；回收氨基酸和蛋白质，可使菌丝体絮凝，也可使浑浊的鱼汁澄清；处理活性污泥等。 壳聚糖是高分子的线性多糖，其学名为聚氨基葡萄糖，结构式如下图所示： 壳聚糖从原料来源而论，它具有生物可降解性、相容性、无毒安全性，其LD50为10g/Kg。早在1983年美国食品和医药管理局已批准壳聚糖作为食品添加剂，日本于九十年代已制定出壳聚糖食品级标准。由于我国的生产加工基地比较分散，以及各种酸碱处理要求往往不完全统一，故用于食品或中药的絮凝剂还必须进行纯化以达到所需的要求。用壳聚糖絮凝法制备而成的丹参口服液（张文清）、黄芪口服液（储秋萍等）、平疣口服液（李汉保等）、抗感颗粒（周昕等）等在保留指标成分及制剂稳定性方面均取得良好的效果，其疗效优于醇沉。用此法制成的鼻炎糖浆，液体澄明、色泽棕红，具有清香，室温放置14天，基本无沉淀。华东理工大学与上海中医药大学合作考察80味不同成分、不同药用部位药材，如金银花、当归、黄芪、白茅根、麻黄等的澄清范围，对其中部分单味药材进行TLC鉴别及含量测定，并将絮凝液与水煎液、醇沉液作比较，结果表明壳聚糖絮凝剂用于大部分单味中药浸提液均能起到一定澄清作用，保留其中大部分有效成分，并能明显提高多糖和有机酸的转移率。壳聚糖絮凝剂对所选80味单味药材浸提液均能起到一定的澄清作用，但澄清范围、澄清条件各不相同，有一定的特异性，部分药材的澄清效果见表2。所选中药浸提液的pH值均小于7，壳聚糖絮凝澄清剂应在酸性条件下应用；澄清效果与壳聚糖加入量有关，加入太多或太少，药液均不澄清；药液浓缩比例对澄清范围有一定的影响。当药液质量体积比增加到一定程度，澄清范围有缩小趋势。按1995版《中国药典》一部相应单味药材“鉴别”条目下所载方法选择对照品或对照药材，并按其层析条件进行展开，考察22味中药材的絮凝效果，其中葛根和金银花的薄层层析结果如图5。葛根等22味中药经TLC鉴别表明：絮凝液、醇沉液、水煎液的供试品三者斑点基本一致，在与对照品相当的位置上均显示相同颜色的斑点。初步说明壳聚糖澄清剂能有效保留中药水煎液中大部分成分。 表2 不同药材提取液的絮凝效果* [search]技术[/search] |
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水提醇沉和絮凝技术3
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图5 葛根和金银花的TLC图 1-对照品或对照药材 2-絮凝供试液 3-醇沉供试液 4-水煎供试液 对壳聚糖的吸附性能作了进一步研究，探讨了用絮凝沉淀法制备丹参口服液时，壳聚糖的用量、溶液pH、搅拌工艺等条件与其絮凝效果的关系，壳聚糖的吸附容量随时间变化的关系及饱和容量等问题。探讨了壳聚糖用于中药水提液时对锌、锰、钙及重金属元素铅的影响。与水醇法相比，壳聚糖澄清工艺能明显提高锌、锰、钙等元素的转移率，同时对重金属元素铅有一定的去除作用。 苗青等用鞣酸和明胶精制小儿抗炎清热剂水提掖，成品稳定性好，色泽棕红，澄明度好，室温存放2天，无明显沉淀出现，且临床使用观察疗效优于原汤剂。黄兰珍等用明胶-丹宁絮凝剂与负电荷杂质如树胶、果胶、纤维片等在酸性下凝结沉淀，可使药液澄清。史克莉等加入蛋清絮凝剂沉降药酒中的胶体微粒和大分子物质，可减少药酒中沉淀物的出现，从而提高药酒的澄明度。淀粉较多的药液直接采用壳聚糖为澄清剂时，药液澄清度不理想。 王曙东等用乙醇、壳聚糖、101果汁澄清剂、ZTC天然澄清剂处理麻黄水提液,应用高效液相色谱法测定麻黄碱、伪麻黄碱含量。结果表明,麻黄煎液1g/ml中加入最低需要量的壳聚糖,指标成分损耗最少,与醇沉法处理的样品含量相当,101果汁澄清剂、ZTC天然澄清剂处理后样品含量略低于壳聚糖处理的样品。 3．5．2中药絮凝技术影响因素 中药的絮凝过程是很复杂的，絮凝的好坏取决于絮凝剂的分子链组成、结构和分子量的大小，也取决于所处理体系的各种条件因素，如杂质微粒的形态、粒径、浓度、pH值和温度以及外界条件，如搅拌等因素的影响。 絮凝剂是高分子化合物，其分子量的大小对其絮凝能力有很大的影响。分子量不同对有效成分及沉淀量影响不大，但它影响絮凝沉降速度，分子量越大，其絮凝速度越大，要使胶粒之间发生絮凝，就要求足够长的分子链。 当中药药液通过絮凝处理达到澄清时，有效成分一般随絮凝剂加入量增大基本上保持不变。选择絮凝剂加入量时，首先保证絮凝溶液的澄清度，其次再看有效成分及杂质影响。当絮凝剂投加量过高时，药液中的微粒被絮凝剂分子包围，就会失去架桥结合的可能性，而使胶粒处于再稳定状态；当絮凝剂投加量过少时，有些胶粒没有被沉降，杂质去除不完全；只有当胶粒表面部分被絮凝剂覆盖时，才能得到最佳絮凝作用结果。中药水提液中絮凝剂加入量为0.02%~0.2%（w/w），根据水提液的浓度加以调节，浓度较稀时加入较少量的絮凝剂，浓度较大时可适当增加絮凝剂的加入量。 药液pH值对絮凝效果也有影响。pH值对胶体颗粒所带电荷的性质和多少以及絮凝剂的性质和作用有较大的影响，最终影响絮凝作用。适宜的pH值与处理体系及絮凝剂的性质有关。阳离子絮凝剂适宜酸性到中性的环境。壳聚糖是具有胺基基团的高分子长链化合物，在偏酸性条件下，成为阳离子絮凝剂，发生架桥和电吸附双重作用。另外，壳聚糖在碱性条件下不能与H+结合成为阳离子絮凝剂，同时其溶解性下降，不能很好的伸展其长链，架桥和电中和作用都失去效力。阴离子絮凝剂适宜中性到碱性的环境。非离子型絮凝剂适宜弱酸性到弱碱性的环境。 药液温度对絮凝过程的影响主要是影响絮凝速度。温度越高，絮凝速度越快。以丹参水提液为对象，不同温度下进行絮凝沉淀，随着静置时间的延长，沉淀的体积的变化情况见图6。随着絮凝温度的升高，絮凝速度有上升的趋势，说明温度越高，絮凝效果越好。在较稀的溶液中，即使在室温下，胶粒与絮凝剂之间也极易发生絮凝作用。在实际应用过程中，考虑到能耗的问题，被处理液的温度不能太高，一般絮凝的温度为50~60℃。温度对中药药液中被絮凝除去的成分影响不大。 图6 不同温度下絮凝沉淀体积的变化 适当的药液固含量可得到较好的絮凝效果。药液浓度太稀，胶粒之间距离太大，需要消耗较多的絮凝剂才能使胶粒架桥吸附沉降。反之药液太浓，溶液黏度增大，生成的絮凝体不易沉降，使后处理难以进行。中药煎煮后得到的水提液可直接用于絮凝过程，但考虑到大生产中处理液体积太大，工人的劳动强度高，为此可对水提液适当浓缩，一般药液固含量在3~25%（质量分数）之间时，颗粒间距小，相互碰撞频繁，絮团形成速度快，絮凝效果较好。 对于原采用水提醇沉工艺精制的中草药提取液以及天然产物提取液，如甜菊、人参、银杏、绞股蓝、灵芝等大部分可用絮凝分离法代替醇沉工艺。但对于淀粉含量高的块根药材，在采用絮凝工艺前应采用淀粉处理剂进行处理。处理方法为：将水提液浓缩至生药：水=1：1体积，低温放置48小时，让淀粉沉淀下来，然后用水稀至适当体积，加入絮凝剂精制；另一方法可将水提液浓缩后，用酸调pH为3，去除沉淀，然后用水稀释至合适体积后加入絮凝剂。或将水提液浓缩后，加入淀粉酶处理，然后再加入絮凝剂。 在絮凝过程中，絮凝剂与胶粒充分接触才能达到良好的絮凝效果，也就是说为絮凝创造适宜的水利条件，一是充分搅拌以增加胶粒与絮凝剂的接触机会，防止溶液中存在未散开的絮凝剂液滴；二是缓慢搅拌以不破坏已形成的絮凝物。因此要选择适当的搅拌速度。 4 应用和展望 4.1 在丹参口服液制备中的应用 丹参为活血化瘀、养血通络之良药，对胸中憋闷、心绞痛具有较好的治疗作用，醇沉法和絮凝法都可用于丹参口服液的制备，工艺过程如下： 醇沉法制备丹参口服液 将丹参除去杂质，洗净，加水浸泡，煎煮三次，各煮沸2小时，合并煎液，过滤，浓缩，加入乙醇至含醇量为75%，冷静置48小时，减压回收乙醇至药液无醇味。再加入乙醇至含醇量为85%，冷静置48小时，吸取上清液，减压回收乙醇后，浓缩至每毫升含0.8g生药。 絮凝法制备丹参口服液 将丹参除去杂质，洗净，加水浸泡，煎煮三次，各煮沸2小时，合并煎液，过滤，浓缩，生药：浓缩液=1：5（w/v,g/ml），加入1%壳聚糖絮凝剂（生药：絮凝剂=1：0.4,w/w），搅拌，过滤，浓缩至每毫升含0.8g生药。 4.2 在补肾活血煎中应用 补肾活血煎系中国福利会国际和平妇幼保健院医院制剂，是由淫羊藿、巴戟天、菟丝子、山茱萸等9位药组成的中药复方制剂，具有温肾壮阳，补肝益精，滋阴降火，活血化瘀，延缓衰老等功效，临床上主要用于男性更年期综合征。淫羊藿是本方的君药，现代化学成分研究显示，其主要成分是黄酮类化合物（淫羊藿苷、淫羊藿次苷）和淫羊藿多糖，其总黄酮具有增加脑血流量和冠脉流量、抗肿瘤、抗氧化和增强机体免疫力等功能。分别考察了絮凝药液浓度、絮凝剂用量的影响，并比较醇沉与絮凝工艺，见表4、表5。 表4 壳聚糖絮凝效果 No. 加入量/ml 上层液 絮体描述 药液颜色 淫羊藿苷/% 固形物得率/% 1 0 浑浊 无 棕黑 0.423 37.03 2 2 浑浊 细颗粒 棕黑 0.367 26.73 3 4 较浑浊 细颗粒 棕黑 0.346 28.14 4 6 澄清 松絮状 棕黑 0.359 26.70 5 8 澄清 紧絮状 浅棕黑 0.330 25.98 6 10 澄清 絮状 浅棕黑 0.306 23.10 7 12 澄清 松絮状 棕黑 0.334 24.02 8 14 较澄清 松絮状 棕黑 0.281 28.77 9 16 较澄清 松絮状 棕黑 0.265 32.52 表5 醇沉和絮凝工艺的比较 醇沉 絮凝 絮体出现时间 立即出现 立即出现 絮体状态描述 棉絮状 絮状 澄清度 澄清 澄清 滤过速度 快 快 淫羊霍苷 (%) 29．3 31.8 得膏率(%) 26.3 22.7 4.3 在感冒退热冲剂中的应用 感冒退热冲剂是由板蓝根、连翘、拳参、大青叶组成的一个复方制剂，原工艺路线是水提醇沉后再水沉处理，也可采用絮凝工艺对水提液进行精制。工艺流程如下： 经上述工艺过程精制后，两种工艺所得产品的形状皆为棕黑色颗粒，全溶于水，LD50为40g/Kg，指纹色谱相似，经动物实验证明抗炎、抗病毒作用相似。 4.4 其他应用 储秋萍将壳聚糖应用于黄芪口服液的澄清,并与醇沉法比较,运用薄层扫描法,通过对黄芪甲苷和多糖的含量测定以及稳定性比较,证明壳聚糖澄清剂完全可以替代醇沉法用于黄芪口服液的制备,既能除去杂质,保证制剂稳定,又能保留有效成分,降低成本,缩短生产周期。 张彤等探讨了壳聚糖絮凝澄清剂用于精制大青叶等中药浸提液的澄清效果,并作了薄层色谱(TLC)鉴别比较,对受壳聚糖影响较大的大青叶中指标成分靛玉红作了澄清条件正交优选,并与水煎液、醇沉液作了比较,结果表明,壳聚糖絮凝澄清剂用于所选单味中药浸提液均有一定的澄清范围,能起一定的澄清作用。壳聚糖澄清剂用于单味中药水煎液的精制，定量测定结果如表3，结果表明壳聚糖絮凝处理能有效保留其中大部分成分。与醇沉工艺比，能明显提高多糖和有机酸的含量。但对紫菀石油醚提取物中某些成分、大青叶中靛玉红等脂溶性成分有所影响。提示当药液中指标成分水溶性较小时,使用壳聚糖作为澄清剂应当慎重。 表3 壳聚糖澄清剂对指标成分的影响 药材 成分 类别 含量(%) 转移率(%) 絮凝液 醇沉液 水煎液 絮凝液 醇沉液 金银花 绿原酸 有机酸 2.082 1.412 2.186 95.24 64.59 当 归 阿魏酸 有机酸 0.048 0.029 0.052 92.31 55.77 黄 芪 黄芪多糖 多 糖 14.63 4.91 19.02 76.92 25.81 白茅根 多 糖 多 糖 5.657 4.467 6.598 85.74 67.70 麻 黄 麻黄碱 生物碱 0.0603 0.0609 0.061 98.85 99.84 伪麻黄碱 生物碱 0.0268 0.0275 0.0281 95.37 97.86 黄 柏 小檗碱 生物碱 0.0734 0.0756 0.08 91.75 94.50 大青叶 靛玉红 生物碱 0.00088 0.0024 0.002 44.00 120.00 淫羊藿 淫羊藿苷 黄酮苷 0.077 0.08 0.083 92.77 96.39 张彤等用原子吸收分光光度计考察壳聚糖澄清剂对中药水提液中的锌、锰、钙及重金属元素铅的影响,进行了含量测定,与水醇法相比,壳聚糖澄清工艺能明显提高锌、锰、钙等元素的转移率,同时对重金属元素铅有一定的去除作用,结果表明,壳聚糖作为絮凝澄清剂用于中药水提液的精制具有较好的前景。 彭智聪等将壳聚糖应用于清热解毒口服液的澄清,并与药典的醇沉制备方法比较,通过对绿原酸、栀子苷进行定性和对总黄酮进行定量测定,并进行了稳定性比较,结果表明,壳聚糖澄清剂(在药液中含量为0.07%～0.13%范围内)与醇沉法同样能使药液澄清,前者能更有效地保留药液中的有效成分,又能保证制剂的稳定性,缩短生产周期,降低成本。 周昕等对抗感颗粒剂的絮凝澄清工艺和水煎醇沉工艺进行了TLC定性、UV定量及抑菌效果三方面的比较,结果表明,壳聚糖絮凝澄清工艺对复方中绿原酸含量的影响比醇沉工艺小,前者转移率为74.52%,后者转移率为52.95%,即壳聚糖絮凝澄清工艺比醇沉工艺更能有效地保留复方中绿原酸有效成分。经直观分析及方差分析,壳聚糖加入量的0.6ml/g生药，pH值为3.6是最佳条件。 倪健等以壳聚糖分别用于白芍水提液和50%醇提液的澄清,结果表明,澄清效果肯定,对芍药苷含量没有影响,成品成本低,稳定性好。 陈章荣等探讨了壳聚糖乙酸溶液对中药材水煎液的絮凝作用,研究了用壳聚糖作絮凝剂处理黄芩水煎液时,壳聚糖浓度、温度、pH值对黄芩苷粗品收率的影响,并与醇沉法对比。结果表明,0.1%的壳聚糖在pH=8,温度35～40℃条件下对黄芩煎煮液有较好的絮凝效果,且收率较高。 杜成安将壳聚糖用于生脉饮药液的澄清,效果肯定,有效成分与醇沉相比,保留较多,成品稳定性好,明显缩短生产周期。 絮凝法与醇沉法相比，具有成本低、工艺简单等优点，并在保留多糖和水溶性固形物方面也优于传统的醇沉法，但在中药大生产中不能盲目使用，他们对有效成分仍有一定的吸附作用，特别是对一些水溶性较小的生物碱影响较大。应在针对性的对某一药物、某一品种反复试验的基础上，确定使用种类、剂量、方法，并以药效学指标确定对其疗效的影响，使其应用具有科学性。同时针对中药提取精制絮凝新技术的标准化研究，建立絮凝剂的质量标准，达到药用辅料级规格。以单复方中药为对象，研究絮凝作用原理，建立指标成分和指纹图谱的分析方法，总结絮凝技术的适应范围和应用规律，建立絮凝工艺过程的设备标准规范，为进一步推广应用奠定良好的基础。 |
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