制造任何一种中药制剂,不管是中西药结合制剂还是纯中药制剂,其所含中药或者中药方剂,都必须经过提取和分离纯化,除去纤维、树脂、鞣质等多种杂质或无效成分。首先制得理想纯度的中药提取物(有效成分、有效部位或一般提取物),然后才能选用适宜的制剂辅料和制剂工艺而制得。用于中药提取和分离纯化的一切必需的辅助材料称为中药提纯辅料。中药提纯辅料可分为中药提取辅料和中药分离纯化辅料(简称中药纯化辅料)两大类,前者用于中药的提取,后者用于粗提取物的进一步分离纯化。因此,中药提纯辅料和提纯方法在中药制造中是十分重要的,中药提纯工艺是中药制造中不可或缺的重要环节。
中药提纯辅料按其在中药提取和分离纯化中的作用和功能可分为以下几大类,下面将分节阐述各类提纯辅料。
在制备液体药剂时,需要将原料药或辅料(可以是固体、液体或气体)在一定条件下分别以颗粒、液滴、胶粒、分子、离子或其混合形式存在于分散介质中,或将原生药有效成分浸出、提取而分散在液体分散介质中,这种液体分散介质(liquid dispersive vehicles)统称为溶剂(solvents)。
溶剂是一大类必不可少的中药辅料,存在最终制剂中的溶剂称为载药溶剂,载药溶剂应有以下特点:
(1)良好的物理化学稳定性,不妨碍主药的药理作用;
(2)不影响制剂的鉴别、检查和含量测定;
(3)价廉易得;
(4)经过适当的安全性评价等。
用于原生药有效成分提取和分离纯化,而不含在最终制剂中的溶剂称为提纯溶剂。提纯溶剂至少应具备上述前3个条件,但应尽可能使用低毒溶剂,即国际上通用的第三类或第四类溶剂(表4-1),禁止使用毒性大的第一类溶剂,尽量避免使用第二类毒性溶剂,当无法避免使用这类溶剂时,提取物应作溶剂残留量检查,合格后方可使用。在中药制造中由于首先使用提纯溶剂,然后使用制剂溶剂,所以将这两种溶剂放在本节中统一讲述。
溶剂可按以下5种方法进行分类。
可分为提纯溶剂和制剂溶剂。
(1)提纯溶剂:
表4-1中的第二类、第三类和第四类溶剂品种均可用于中药的提取和分离纯化。提取口服和外用中药时常用自来水(又称常水),提取注射剂和滴眼剂中药时应使用蒸馏水或纯水,中药提取液进一步分离纯化时应使用蒸馏水或纯水。其他提纯溶剂的选用见“三、溶剂的使用原则”项下。
表4-1 按毒性分类的溶剂品种
(2)制剂溶剂:
又称载药溶剂,在中药制剂中用于分散溶解中药提取物或中药有效成分,含于中药制剂中,起赋形和稳定等作用。中药制剂溶剂的选用见“三、溶剂的使用原则”项下。
可分为水性溶剂和非水性溶剂。
(1)水性溶剂:
如水、以水为主体的混合溶剂(如内含定量的乙醇、甘油等)。
(2)非水性溶剂:
如乙醇、甘油、丙二醇、苯甲醇、丁醇、丙酮、乙醚、石油醚、乙酸乙酯、植物油等。某些非水性溶剂,如乙醇、甘油、丙二醇、聚乙二醇可相互混溶,这类非水性溶剂相互按一定比例混合成潜溶剂,可用于水中不稳定的药物溶解;这类非水性溶剂可与水混溶成潜溶剂,以增加某些难溶于水的药物的溶解性。
可分为一类、二类、三类和四类溶剂,其品种见表4-1。
第一类溶剂毒性大,为人体致癌物或环境危害物,其品种有苯、四氯化碳、二氯乙烷、三氯乙烷等,一般严禁使用。
第二类溶剂为限制使用的非遗传毒性动物致癌或可能导致神经中枢或致畸性等不可逆毒性的溶剂,其品种有乙腈、氯苯、氯仿、环己烷、二氯乙烯等,详见表4-1。制药工业中应限制使用或尽可能避免使用;如使用,应做残留量检査。
第三类溶剂为低毒性溶剂,无需制定接触限度,人的日摄入量为50mg或以上,无需做制剂残留量检查,在制药工业中,尤其是在中药、天然药物提取、萃取中应尽可能使用这类溶剂。这类溶剂包括乙酸、丙酮、甲氧基苯、正丁醇、仲丁醇、乙酸丁酯、叔丁基甲基醚、异丙基苯、二甲亚砜、乙醇、乙酸乙酯、乙醚、甲酸乙酯、甲酸、正庚烷、乙酸异丁酯、乙酸异丙酯、乙酸甲酯、3-甲基-1-丁醇、丁酮、甲基异丁基酮、异丁醇、正戊烷、正戊醇、正丙醇、异丙醇、乙酸丙酯等,详见表4-1。
第四类溶剂是无足够毒性资料的溶剂,品种有异辛烷、异丙醚、石油醚、三氯乙酸等,详见表4-1。这类溶剂可对中间体残留量进行研究,无需做制剂残留量检査。在中药、天然药物提取和分离纯化中可使用这类溶剂。
各类溶剂品种、人每日允许摄入量及制剂中含量限度见表4-1。
可分为外用、口服和注射给药溶剂。纯水、乙醇、甘油、动植物油、二甲亚砜等常用作外用制剂如搽剂、洗剂、滴耳剂等的溶剂;纯水、乙醇、甘油等常用作口服制剂如溶液剂、芳香水剂、合剂、糖浆剂等的溶剂;注射给药溶剂要求最严格,不仅要求无毒、无刺激、无过敏、无热原等不良反应,而且应有良好的稳定性,不引起水解、氧化、变色、沉淀等变化,在pH 2~9时稳定,沸点较高,可以加热灭菌,凝固点较低,在较大温度范围内保持流动性,以便注射给药。注射给药的溶剂分为以下七类。
(1)注射用水。
(2)醇类:如乙醇、丙二醇、甘油、1,3-丁二醇、聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400、聚乙二醇600、苯甲醇等,这类溶剂大都能与水混合。
(3)二氧戊环类:如甲醛缩甘油、4-羟甲基-1,3-二氧戊环、5-羟基-1,3-二氧戊环、2,2-二甲基-1,3-二氧戊环-4-甲醇等,能与水、乙醇、酯类等混合。
(4)醚类:如四氢糠醇聚乙二醇醚、二乙二醇二甲基醚,能与水混合,并溶于乙醇、甘油。
(5)酰胺类:如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、羟乙基乳酰胺、 N , N -二乙基乳酰胺、 N , N -二乙基-2-吡啶酰胺等,能与水混合,易溶于乙醇中。
(6)亚砜类:如二甲亚砜等,能与水、乙醇混合。
(7)酯类:如三醋酸甘油酯、乙酸乙酯、碳酸乙酯、乳酸乙酯、油酸乙酯、乙酰丙酸丁酯、苯甲酸苄酯、肉豆蔻酸异丙酯、植物油类等,能溶于脂肪油。
可分为极性溶剂、半极性溶剂和非极性溶剂,以便根据“相似者相溶”的原则选用适宜的溶剂。
(1)极性溶剂:
极性溶剂有水、甘油、二甲亚砜。水是最常用的强极性溶剂,甘油和二甲亚砜在食品工业中应用较少,一般用于药剂提取。水能与乙醇、甘油、丙二醇等溶剂以任意比例混合,能溶解无机盐、生物碱盐、糖类、苷类、鞣质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、树胶、酸类及色素等。有时为了增加溶解度,也常采用碱水或酸水作为提取溶剂。酸水提取可使生物碱生成盐类而溶出,碱水提取可使有机酸、黄酮、蒽醌、内酯、香豆素、酚类等成分溶出,然而水提取物不易稳定,易染菌,此外含有果胶、黏液质类成分的水提取物难以过滤,高淀粉成分的沸水提取也会因淀粉糊化而造成过滤困难。
(2)半极性溶剂:
半极性溶剂有乙醇、丙酮、丙二醇等。乙醇是最常用的溶剂,可与水、甘油、丙二醇等溶剂任意比例混合,能溶解生物碱及其盐类、苷类、挥发油、树脂、内酯、脂肪油、鞣质、有机酸、色素等。含量20%以上的乙醇即有防腐作用,乙醇与水混合时由于水合作用而产生热效应,使得体积缩小。因此,用水稀释乙醇时,应冷却至室温后再调整到规定浓度。丙酮是良好的脱脂溶剂,也用作脱水剂,常用于脂溶性物质的提取和分离,也具有防腐作用,易挥发燃烧,且有一定毒性。丙二醇可与水、乙醇、甘油等溶剂任意比例混合,能溶解许多有机化合物,并且能防止许多物质的水解,其溶解液稳定性好,但价格较贵。另外,聚乙二醇也可用作溶剂,对易水解的物质也有一定的稳定作用。
(3)非极性溶剂:
非极性溶剂有乙醚、石油醚、氯仿、脂肪油、乙酸乙酯、液状石蜡等,这些溶剂选择性强,溶解亲脂性物质,穿透能力较弱,需较长时间反复提取。乙醚能与乙醇或其他非极性溶剂互溶,能溶解脂肪、挥发油、树脂、蜡质以及游离生物碱等,大多能溶于水的物质在乙醚中均不溶解。氯仿能与乙醇和乙醚互溶,能溶解游离生物碱、脂肪油、挥发油、树脂、苷类等,碱处理后的氯仿提取液含较多较纯净的生物碱或皂苷。脂肪油能溶解油溶性物质如激素、挥发油、游离生物碱和许多芳香族物质,脂肪油易酸败,遇碱发生皂化反应而影响稳定性。液状石蜡能溶解生物碱、挥发油及一些非极性物质,化学性质稳定,但接触空气易氧化。乙酸乙酯、肉豆蔻酸异丙酯等用作溶剂能溶解挥发油、甾体物质及其他油溶性物质。
溶剂的选用应注意以下原则:
1.在选用溶剂时,要考虑溶剂本身的活性、毒性、稳定性,同时还应考虑溶剂的物理性质,如密度、黏度、混溶性和极性等,总之要进行综合和全面的评价。
2.还应考虑药物或原生药所含有效成分的种类和理化性质,并根据“相似者相溶”的原则,即要根据溶质极性的强弱来选用相应极性的溶剂。一般来说,溶质极性大的选用极性溶剂,如水、甘油、不同浓度的乙醇等;半极性溶质选用半极性溶剂,如丙酮、丙二醇、丁醇等;难溶于水的非极性溶质应选用非极性溶剂。也可利用半极性溶剂的诱导偶极特性,选用复合溶剂或潜溶剂(cosolvent),如不同比例的乙醇-丙二醇、乙醇-甘油等混合溶剂。
3.应根据药物的给药途径和剂型选择适宜的溶剂。
(1)对于外用制剂,凡符合药用质量标准的溶剂均可使用,但应注意溶剂的刺激性和过敏性,常用的外用溶剂有纯水、乙醇、甘油、乙醚、丙酮、液状石蜡、乙酸异戊酯、硅油、二甲亚砜等。
(2)对于口服制剂,应选用可口服、无毒性、无刺激性,并符合药用质量标准的溶剂,如蒸馏水、纯水、药用乙醇、甘油、丙二醇、聚乙二醇、植物油等,凡作注射剂溶剂的品种,均可用于口服制剂。
(3)对于注射剂(小针剂、大输液和冻干粉针剂),应选用符合注射用标准的溶剂;对于小针剂,前述的注射用溶剂均可使用,如注射用水、乙醇、甘油、聚乙二醇类等,常用注射用水,当药物水溶性差时可选用复合溶剂;遇水则水解或氧化的药物可使用无水乙醇、甘油、丙二醇、聚乙二醇及它们的复合溶剂;对大输液,应选用注射用水,当药物溶解性差时,可选用适当的助溶剂、增溶剂,或先将药物溶于少量乙醇、甘油、丙二醇及其复合溶剂中,再分散于注射用水中,或先制成可溶性前体药物、固体分散物、包合物,再溶于注射用水中。对于冻干粉针剂,应选用注射用水,对难溶性药物可参照大输液方法制备,对挥发性药物可先制成水溶性包合物再溶于注射用水中。
(4)对于滴眼剂,应选用符合注射用标准、对眼无刺激的溶剂,最常用的是注射用水,其次是二甲亚砜、甘油等,如需使用甘油与水的复合溶剂,甘油等使用浓度应在2.5%以下。
欲将有效成分或有效部位从中药材或天然植物药中充分浸出,尽可能少地浸出杂质的浸出溶剂十分重要。但迄今为止,常用的浸出剂水、乙醇等并不十分理想。针对浸出成分的性质,在浸出溶剂中加入其他物质以提高浸出效果,此种物质称为浸出辅助剂(leaching additional ingredients)。
枸橼酸、盐酸、稀盐酸、L-酒石酸、硫酸、硝酸、醋酸、磷酸、稀磷酸。
氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、碳酸氢钠、碳酸钙、浓氨溶液。
甘油、石蜡。
不少浸出成分在游离状态时溶解度较低,若在浸出溶剂中加入酸或碱,使其在浸出过程中与碱性或酸性成分成盐,使溶解度增加,从而明显提高浸出效果。如用稀酸水浸出乌头类生物碱,一定浓度的稀氨水溶液浸出甘草酸就是常见的实例。应用酸时应控制量,常以一定pH为准,过多会导致某些成分的酸水解。加入酸碱是以成盐为目的,故可在最初一次加入,以后只加纯的浸出溶剂即可。
某些浸出成分可因加入浸出辅助剂而延缓分解或不出现沉淀。例如,远志浸出液中的酸性皂苷可因稍过量氨溶液的加入而防止水解。又如,鞣质可因甘油作辅助浸出剂具较好的溶解性,而不会析出沉淀。
用酸或碱作浸出辅助剂,使浸出溶剂的选择浸出性能提高,相应地减少了杂质的浸出量。当鞣质作为无效成分而需除去时,可因碱的加入形成鞣酸盐,不溶于85%以上的乙醇而被除去。石蜡在熔融状态下可溶解油类、脂肪、树脂等,冷后易于除去。因此,石蜡成了脱脂的适宜辅助浸出剂。
药材的浸出具有不同于化学药物溶解的特殊过程,一般需经过浸润、溶解、扩散、置换四个阶段。对于富含油脂的药材,浸出辅助剂选用表面活性剂,可促进浸润过程的进行,大大改善浸出效果。
吸附剂是具有吸附周围介质中分子、离子和微粒能力的固体物质。吸附是一种表面现象,是因为分散度大的固体表面原子或分子具有较大的表面自由能,处于高度热力学不稳定状态,因而具有吸附其他物质以降低表面能的倾向。因此,吸附剂固体粉碎度越大或孔隙率越高,其吸附能力越强。吸附剂有3种作用机理,一是物理吸附,二是化学吸附,三是半化学吸附。
物理吸附(physical absorption)也叫表面吸附,是因为构成溶液的分子(含溶质及溶剂)与吸附剂表面分子的分子间相互作用所引起的,特点是无选择性,吸附与解吸附过程可逆,且可快速进行,所以在实际工作中应用得最广。常见如采用硅胶、氧化铝、活性炭以及大孔吸附树脂等为吸附剂进行的吸附色谱即属于这一类型。化学吸附(chemical absorption)是因为成溶液的分子(含溶质及溶剂)与吸附剂表面分子的分子间化学键合而引起的,特点是具有选择性,吸附十分牢固,有时甚至不可逆,所以在实际工作中应用得较少,如黄酮等酸性化合物被碱性氧化铝吸附以及生物碱被酸性硅胶吸附等。半化学吸附(semi-chemical absorption)介于物理吸附与化学吸附之间,也有一定的应用,如聚酰胺对黄酮、蒽醌等含酚羟基化合物之间的氢键吸附。
吸附的逆向过程称之为解吸,在不同条件下,吸附剂对不同物质的吸附能力不同,可以达到不同物质的分离,吸附与解吸附过程大致可分为下列3种。
(1)变温吸附:
吸附通常在环境温度下进行,而解吸在直接或间接加热吸附剂的条件下完成,利用温度的变化实现吸附与解吸附的再生循环操作。该类流程常用于从气体或液体中分离少量杂质。
(2)变压吸附:
在较高组分分压的条件下选择性吸附气体混合物中的某些组分,然后降低压力或抽真空使吸附剂解吸,利用压力的变化完成循环操作。变压操作一般用于混合物气体的分离。
(3)变浓度吸附:
液体混合物中的某些组分在环境条件下选择性地吸附,然后用少量的强吸附性液体解吸再生。该过程用于液体混合物的主体分离。
1.按其组成分为无机物和有机物两大类,其主要品种如下:
(1)无机物类:如活性炭、滑石粉、活性白土、硅胶、硅酸、硅酸钙、硅酸镁、硅酸铝、硅藻土、白陶土、五氧化二磷、皂土、皂土镁、活性氧化铝、浮石、硫酸铝、聚合氯化铝、碳酸镁、粗孔状硅胶、分子筛等。
(2)有机物类:如丙烯碳酸酯、聚酰胺、葡聚糖、滤纸纤维等。
2.若按非极性和极性来分,可分为极性吸附剂(也称为亲水性吸附剂)和非极性吸附剂(也称为亲脂性吸附剂),其主要品种如下。
(1)亲水性吸附剂:如氧化铅、氧化镁、硅胶、硅酸镁、碳酸钙、硅藻土、聚酰胺。
(2)亲脂性吸附剂:如活性炭、非极性大孔树脂。
亲水性吸附剂对极性大的化合物吸附能力强,亲脂性吸附剂对极性小的化合物吸附能力强。亲水性吸附剂的吸附能力与含水量关系密切,含水量越大,吸附能力越弱,为提高亲水性吸附剂的吸附能力,必须去除所含水分。在一定温度下加热去除吸附剂中水分,提高其吸附能力,使其活性增高,称为吸附剂的活化。反之,在吸附剂中加入一定量的水分,降低其活性,称为脱活化。
吸附剂的活性根据含水量的多少分为5个级别(Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级)。活性级别越小,含水量越少,吸附能力越强;活性级别越大,含水量越多,吸附能力就越弱。
吸附剂在中药制备工艺中主要应用于中药提取的脱色、除杂质和除热原,这一固-液吸附的经验规律为:使固-液间自由能降低最多的溶质,其被吸附的量也最多;溶解度越低的物质,越容易被吸附;吸附质的性质与吸附性质越近似,越易被吸附,即极性吸附剂易吸附极性溶质,非极性吸附剂易吸附非极性溶质。如活性炭是非极性吸附剂,它对几种脂肪酸的吸附顺序为:丁酸>丙酸>乙酸>甲酸。
(1)比表面积:
吸附量与比表面积成正比,无论吸附质是气体或液体中的杂质、色素、热原等。如活性炭对苯胺蓝的吸附,比表面积为1065m 2 /g时其吸附量是402m 2 /g的5倍多。可见,欲增强吸附能力,就应增大吸附剂的比表面积。
(2)溶剂:
吸附剂与吸附质相同,溶剂不同,其吸附量也不一样,这是因为不同的溶剂中,吸附质对吸附剂表面张力减少的程度不同所致。
(3)pH:
pH对弱碱性或弱酸性盐和两性物质的吸附影响十分明显,一般情况下使这类物质解离度最小,即主要以分子态存在的pH将促进其吸附,两性物质在等电点时更易被吸附。
(4)温度:
温度对吸附剂吸附作用的影响,一般说来,对溶液中溶质的吸附,升高温度可降低黏度,促进溶质分子扩散运动,加速对吸附剂表面层吸附气体的置换,因此有利于吸附的进行。但物理吸附是放热过程,降低温度有利于吸附。
(5)溶解度:
吸附质被吸附的量与其在溶剂中的溶解度成反比,这是因为吸附过程必须打断吸附质(溶质)-溶剂间结合键,溶解度大其结合键强,吸附质游离并被吸附的趋势相应要小些。
色谱支持剂用于色谱法,在色谱法中作固定相。色谱法的基本原理是利用样品的各组分在互不相溶的两“相”溶剂之间的分配系数之差异(分配色谱)、组分对吸附剂吸附能力不同(吸附色谱)、分子大小的差异(排阻色谱)或其他亲和作用的差异,来进行反复地吸附或分配,从而使中药提取液中的有效成分或有效部位得以分离纯化。
分为无机物和有机物两大类。
(1)无机物类:
活性炭、氧化铝类、硅胶类、氧化镁、硅酸镁、碳酸钙、硅藻土、白陶土。
(2)有机物类:
聚酰胺、纤维素粉、凝胶类[葡聚糖凝胶G-10、G-15、G-25、G-50、G-75、G-100、G-200;羟丙基葡聚糖凝胶(sephadex LH-20)]、离子交换树脂[阳离子(酸性)交换树脂、阴离子(碱性)交换树脂]、大孔树脂类。
可分为亲水性支持剂和亲脂性支持剂两大类。
(1)亲水性支持剂:
氧化铝、硅胶、氧化镁、硅酸镁、碳酸钙、硅藻土、聚酰胺、极性大孔树脂(又分为中等极性、极性和强极性3类)。
(2)亲脂性支持剂:
活性炭、非极性大孔树脂(又称芳香族支持剂,如国外产品Amberlite XAD-4、Daion HP-20)。
不同的色谱支持剂形成不同的色谱法,在中药提纯中应根据中药有效成分或有效部位的理化性质选用色谱支持剂及相应的色谱方法。
1.分离纯化极性中药有效成分或中药有效部位,应选用亲水性支持剂,如氧化铝、硅胶、聚酰胺,极性大孔树脂及其相应的色谱法。
2.分离纯化非极性中药有效成分或中药有效部位,应选用亲脂性支持剂,如活性炭、非极性大孔树脂及其相应的色谱法。
3.分离酸碱类中药有效成分如有机酸、生物碱类,应首选离子交换树脂作支持剂的离子交换树脂色谱法。
4.分离纯化相近结构的中药有效成分,应选用凝胶作支持剂的凝胶色谱法。其相近结构成分为亲水性,如多糖类成分,则应选用亲水性凝胶作支持剂;如为亲脂性黄酮类、皂苷类、生物碱类、香豆素类等,则应选用疏水(亲脂)性凝胶作支持剂的凝胶色谱法。
5.分离纯化分子体积大小和吸附力强弱不同的中药有效成分,应选用大孔树脂类作支持剂的大孔树脂色谱法。
助滤剂(filter aids)是一种能形成多孔而不被压缩的滤饼,有如深层滤器的作用,存留在过滤介质上,可阻留固体微粒,不使其接触和堵塞过滤介质,明显提高滤过速度和滤过质量的物质。
在药剂制备中使用的吸附剂有的本身亦具有一定的助滤作用,可作为助滤剂使用;而助滤剂也具有一定的吸附作用,可作吸附剂使用。如活性炭、白陶土等,是其中最典型的例子。
从滤过的原理可知,滤过的速度与滤过的面积和压力差成正比,与滤液黏度和滤饼与滤器的阻力成反比。助滤剂就是通过减少这种阻力而达到助滤的目的。理想的助滤剂一般是通过物理和机械的作用而获得较好的助滤效果。
助滤剂可分为极性和非极性两大类:
(1)极性类 硅酸钙、硅酸铝、硅酸镁、硅藻土、粗孔块状硅酸、硫酸铝、滑石粉、聚合氯化铝、碳酸镁、活性白土、活性氧化铝、白陶土、皂土、皂土镁。
(2)非极性类 活性炭、丙烯酸酯。
理想的助滤剂应符合以下条件:
(1)粒度适当,表面粗糙,形状复杂。
(2)分散性能良好,不漂浮在液面上。
(3)具不可压缩性,又可形成微细多孔滤层。
(4)不溶、惰性、稳定。
(5)对药液中的有用成分不产生吸附作用。
滤过速度和欲达到的澄清程度,即滤过质量,可借助滤剂的密度、类型、粒度和用量的改变而加以控制。
助滤剂有以下用法:
(1)混合法:将助滤剂全部加到待滤溶液中,搅匀后滤过。助滤剂可用量0.1%~0.5%(g/ml)。
(2)预铺法:将助滤剂加入适量待滤溶液制成悬浮浆液,然后滤过,使在滤材上形成滤层,其厚度通常为1~5mm。
(3)预铺法与混合法相结合:此法较适合于黏度较大的胶态溶液的滤过。
过滤材料又称过滤介质,是用于支撑滤饼,阻留固体颗粒并使药液易于过滤材料的总称。滤材应是惰性物质,不易与滤液发生化学反应和物理变化;能最大限度地滤过药液,并阻留颗粒;应有一定的机械强度,能耐受过滤时的压力;不吸附或极少吸附溶质(主药或辅料)。
滤材主要分为两大类:
(1)织物滤材:
主要指用棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属细丝织成的滤布,也包括未经纺织的脱脂棉、石棉和玻璃纤维等。
(2)多孔介质:
主要指由各种材料制成的具有较多微孔的滤材,如滤纸、垂熔滤器、微孔滤膜等。
另外,根据过滤材料厚度还可分浅层滤材(如滤纸、微孔滤膜、绢绸、棉布等)和深层滤材(如垂熔滤器、石棉板、脱脂棉团等)。
过滤材料在使用中,应当注意:
(1)浓度大并较黏稠的药液一般选用织物过滤材料,必要时加压过滤或真空抽滤。
(2)应根据药液的酸碱性,选用耐酸或耐碱的滤材。
(3)含颗粒较多的药液不仅首先是用织物滤材,必要时应加入助滤剂以吸附颗粒形成滤饼,提高过滤效率和过滤质量。
(4)如要求过滤液澄明,则采用复合过滤工艺,即先用孔径较大的滤材或深层过滤材料过滤,然后用较小孔径或浅层滤材过滤,必要时采用加压或减压过滤。
分离膜是膜分离技术(membrane separation technique)中使用的选择性透过膜,是一类分离介质。当膜两侧存在压力差、浓度差或电位差时,原料组分选择性地透过膜,以达到分离、提纯的目的,是中药制造中的一项新技术。目前,已开发应用的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析,这些膜过程的装置、流程设计都相对较成熟,已有大规模的应用和市场。其中,反渗透、纳滤、超滤、微滤相当于过滤,用于分离含溶解的溶质或悬浮微料的液体。与传统过滤的不同在于膜可以在分子范围内进行分离,溶剂或小分子溶质透过膜,颗粒、大分子溶质被膜截留。
按膜的结构可分为对称膜、非对称膜和复合膜3种。
按膜的孔径大小分为多孔膜和致密膜(又称为无孔膜)。多孔膜主要用于微滤、超滤和渗析过程,电中性的无孔膜主要用于反渗透。
按膜的材料可分为有机膜和无机膜。有机膜主要为高分子化合物,包括纤维素类、聚酰胺类、聚砜类、硅橡胶类等;无机膜主要以玻璃、陶瓷为材料制成,具有高热稳定、耐化学侵蚀、无老化问题、使用寿命长以及可反向冲洗的优点。
分离膜一般以下列组件形式应用:
易清洗,无死角,适宜于处理含固体量较多的料液,保留体积大,单位体积中所含过滤面积较小,压力较大。
将中空纤维状超滤膜束封入套筒中而成,其组件单位容积中可容纳膜面积特别大,且保留体积较大,单位体积中所含过滤面积大。
单位体积中所含过滤面积大,更换新膜容易,操作压力可达较高,流速较快。
保留体积小,能量消耗介于管式和卷式之间,死体积大。
用于生物技术中小量样品处理或分析用,在普通小型离心机上使用,操作方便,一次性使用。
用于小量样品处理,手推操作,快速简便。
按高压氧气或氮气瓶,用于小体积样品操作。
目前最有可能普及推广的膜技术有微滤、超滤。微滤又称微孔过滤,是以多孔膜(微孔滤膜)为过滤介质。中药制药领域的微滤技术主要以高分子有机膜为滤材,也有以各种型号的垂熔玻璃漏斗、陶瓷膜为滤材,多用于提高注射剂的澄明度和热敏性药物的除菌;改善液体制剂澄清度。
超滤是指在常温下,利用不对称微孔结构和半透膜分离介质,料液以一定的压力和流量,以错流方式进行过滤,使溶剂及小分子物质通过,高分子物质和微粒子如蛋白质、水溶性高聚物、细菌等被滤膜阻留,从而达到分离、纯化、浓缩的目的,是膜分离技术在中草药应用中的具体体现。超滤(10~100nm,分子量范围1~100kDa)可用于溶液脱大分子、大分子溶液脱小分子、大分子分级。超滤在中药制造中,主要有以下方面的应用。
1.提取中药有效部位和有效成分,如采用超滤法从黄芩中提取分离黄芩苷的工艺,选用截留相对分子质量为6000~20 000的超滤膜,严格控制pH(酸化时pH=1.5,碱溶时pH=7.0)、温度等,收率可达6.93%~7.68%,比传统工艺高出近1倍,产率和纯度都高;应用两只不同孔径的中空纤维素柱超滤截留六味地黄汤中活性多糖,得到相对分子质量30 000左右的活性多糖组分,提取工艺简单,生产周期短;采用二醋酸纤维素膜纯化侧柏叶总黄酮,与传统的蒸干转溶法除杂比较,除杂效率高,分析过程无相变,分析步骤简化,准确度和精密度高;采用超滤分离纯化复方山茱萸制剂和单味煎剂中马钱素,使用截留相对分子质量为10 000的超滤膜对马钱素的分离纯化无影响,但截留相对分子质量为1000的超滤膜则使马钱素损失50%左右。超滤法也被成功地应用于香菇多糖、紫芝多糖、金针菇多糖、甜叶菊中甜菜苷、麻黄中麻黄碱、金银花中绿原酸、银杏叶中黄酮苷、甘草中甘草酸的分离纯化,证明该法能节省能耗、降低成本、收率高、质量好、安全可靠、具有经济竞争力。
2.制备中药注射剂 目前临床应用的中药注射剂品种有140多种,存在的主要问题是有效成分和含量不太明确,制剂纯度不够,致使某些产品品质不太稳定,澄清度不好,甚至出现过敏反应。超滤技术的特性使得它在中药注射剂制备中得到广泛的应用。在我国,膜分离技术制备中药注射剂的工艺研究于1982年10月通过鉴定,同年研制的复方丹参、生脉和茵栀黄,留样十多年澄清度还比较好。多年的研究证明,超滤法制备某些中药注射液,效果优于传统的水醇法、醇水法、石硫醇法,可以有效地除去杂质和热原,提高产品的澄明度,减少不良反应,并有一定的脱色作用。
3.制备中药口服液 中药口服液以疗效好、服用方便而深受欢迎。传统工艺常用水提醇沉法制备,流程长,而且产品由于含有大量微粒、亚微粒和絮状物、鞣质等杂质,不仅黏度大,其中的鞣质还容易与生物碱、蛋白质及药物中的金属离子作用生产沉淀,影响产品质量和外观。但若用合适截留分子质量的超滤膜进行超滤后再瓶装,则产品质量大为改观,不仅澄明度提高,而且有效成分的含量也有所提高。
4.制备中药浸膏制剂 中药浸膏剂传统的制备工艺是将药材水煎煮后,经过滤、浓缩、干燥,制成片状或丸状等剂型。所得产品往往含有大量杂质,如淀粉、多糖、蛋白质、树脂、黏液质等,使得制剂存在崩解缓慢、服用量大的缺点。因此,制备时采用截留相对分子质量5万以下的超滤膜就可以很好地除去上述杂质,提高有效成分的含量,减少服用剂量。
在混悬药液的固液分离过程中加入某些辅料,通过凝聚和絮凝的方法破坏其分散体系的稳定性,从而加快沉降速度,使混悬药液澄清并提高滤过效率,这类辅料称为澄清剂(clearing agents)。澄清剂中主要起凝聚作用或混凝作用而使混悬药液澄清的称为凝聚剂(coagulating agents),主要起絮凝作用而使混悬药液澄清的称为絮凝剂(flocculating agents)。
凝聚剂主要起凝聚作用(coagulation),所谓凝聚作用即在悬浮液中加入无机电解质,通过电性中和作用来消除布朗运动,使微粒能够靠近接触而聚集在一起。凝聚过程包括下列机制:异向凝聚、同向凝聚和机械脱水收缩3个过程。
由于微粒间布朗运动发生碰撞而凝聚的过程称为异向凝聚。在分散体系的异向凝聚过程中,固体微粒总浓度的变化与碰撞系数、绝对温度以及固体的浓度成正比,与液体的黏度成反比。
微粒间由层流与紊流运动而碰撞接触所产生的凝聚过程中称为同向凝聚。在分散体系的同向凝聚过程中,固体微粒总浓度的变化与层流速度梯度、碰撞有效系数、微粒直径以及固体浓度成正比。凝聚有两个基本过程:一个为连续过程,另一个为平行过程。连续过程首先由异向凝聚和同向凝聚产生一个松散的絮团,接着通过机械脱水收缩,使絮团受压变得小而紧密。平行过程是在这过程中凝聚、机械脱水和压缩,它们之间没有时间先后差别。分散的微粒和小小的絮团在液体中运动而相互碰撞,微粒黏附到絮团表面上,同时絮团的表面层依靠机械脱水收缩而密集。絮团与“洋葱”结构相似,一层一层地增长。
当凝聚作用发生以后,包含在絮团中的分散介质,在外力作用比较薄弱的部位被排挤出来,絮团同时收容和密集,此时絮团中的微粒之间有足够的黏附力而不被外力破坏。
絮凝剂主要起絮凝作用(flocculation),其作用机制是,有机絮凝剂是一种高分子聚合物,它的分子很大,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,每个高分子化合物中都有许多官能团,可以在同一个分子上吸附多个微粒,因而它在微粒之间起到了联系的作用,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,这个絮团不断地增长而变成较大的絮团,因而加快了微粒的沉降速度。这种絮凝作用的吸附在本质上已改变微粒接触表面,不同于原来的带电表面,因此其作用与凝聚作用不同。当高分子絮凝剂覆盖微粒表面的部分接近一半时,其絮凝作用最佳,沉降与滤过速度最快。但是当微粒吸附过量的絮凝剂以后,微粒表面全部被覆盖,已没有空余表面吸附起架桥作用的其他絮凝剂,又由于覆盖的絮凝剂带有许多亲水官能团,故而形成分散作用,这时溶胶或悬浮液又变为稳定的分散体系;只有当吸附的高分解吸附或者聚合物之间的长碳链形成键合,才能形成架桥作用。
絮凝作用分为7个过程。①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他微粒,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。②许多不稳定的微粒,通过架桥实现絮凝,形成不规则的絮团。③不稳定的微粒在运动过程中不及时与其他微粒碰撞接触,实现架桥作用。由于聚合物是带有许多官能团的高分子线状化合物,没有吸附微粒的另一端在运动过程中将会缠绕本身的微粒,并通过官能团的吸附作用将此微粒表面覆盖,产生分散作用,因而不能再与其他微粒实现架桥作用,所以再次形成稳定的微粒。④如果絮凝剂用量过大,每个微粒都吸附了多量的高分子化合物,则此种微粒就没有空余的表面,当然也就不可能再实现架桥作用,因而分散体系稳定。⑤通过架桥作用形成的絮团,如果还继续进行剧烈或长时间搅拌,则絮团将被打散而破裂,形成散碎的絮团。⑥散碎絮团在运动过程中,通过微粒本身所带的高分子聚合物对它的二次吸附,形成了再次稳定的散碎絮团,由于它的分散作用,使分散体系形成稳定的保护胶体,因而不易絮凝。⑦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。
澄清剂按来源可分为天然产品和人工合成品,按化学结构和性质可分为有机和无机两类。目前通常按后者分类。
如碳酸钙、硫酸铝、氯化铝、聚合氧化铝、硅藻土、高岭土、皂土等。
如明胶、蛋清、酶素、蜂蜜、交联聚维酮、甲壳素及其衍生物、101果汁澄清剂、ZTC1+1澄清剂等。
澄清剂的选用主要注意以下几点:
1.为了将混悬药液澄清,应选用合适的凝聚剂和絮凝剂。
2.应注意混悬药液分散体系中微粒的性质
(1)考虑微粒表面电荷:微粒表面电荷有正负之分,在絮凝过程中首要的条件是微粒必须与絮凝剂发生吸附作用。由于不同絮凝剂的高分子链上带有不同性能的官能团,所以根据电性吸附原理,微粒表面荷负电,则应使用阳离子的絮凝剂如壳聚糖等。如微粒表面荷正电,则应使用阴离子型絮凝剂。在絮凝过程中有时还必须考虑微粒的等电点,然后再选择絮凝剂,如以人参、甘草、黄芪等药材制作的某药酒,以蛋清为絮凝剂,就是调至等电点后再加入絮凝剂进行澄清。
(2)考虑微粒的粒径:分散体系中微粒能否自由沉降与粒度有关,同时与固体微粒的相对密度和液体介质的相对密度差也有关系。根据斯托克斯定律(Stokes law),微粒的粒径与沉降速度成正比,对于长时间放置能逐渐沉降的悬浮液,使用阴离子型或非离子型的高分子絮凝剂可以促进其絮凝速度。对于不能自然沉降的胶体溶液,使用阳离子型的高分子絮凝剂,可取得较佳的絮凝效果。
3.应注意混悬药液的性质
(1)混悬液的浓度:悬浮液的固体含量越高,在絮凝过程中絮凝剂的用量也越大。在固体微粒含量很高的溶液中线状的高分子絮凝剂虽然经过搅拌混合亦难于使其均匀分布。
(2)混悬药液的pH:与无机絮凝剂比较,一般高分子絮凝剂不易受悬浮液的pH影响,但严格地说,含不同官能团的高分子絮凝剂在不同的pH介质中絮凝的效果也不相同,例如用不同的絮凝剂澄清处理姜汁时,所需澄清姜汁的pH并不相同。
(3)混悬液的温度:在一般情况下,溶液的温度越高,黏度越小,絮凝剂分子分散也越迅速。水温较高还可以促进絮凝反应,使絮凝速度加快,絮团增大,这样就促进了絮凝作用,但也要根据实际情况合理选择。
4.应注意絮凝剂的使用方法
(1)注意絮凝剂的使用浓度:为使絮凝剂能充分发挥作用,首先必须使它能与微粒充分接触,因此使用时应配成溶液,一般配成0.02%~0.2%浓度的溶液,这样才能发挥它的最佳效果。
(2)注意配制絮凝剂时的搅拌方法:搅拌混合均匀可促进絮凝剂的溶解。由于搅拌器的剪切作用,高速搅拌会切断高分子,造成分子量降低,影响絮凝效果。因此,配制絮凝剂时搅拌不宜过快。
(3)注意低浓度絮凝剂溶液的分解:粉末状高分子絮凝剂在保存过程中没有发生分解情况,但将它配成稀溶液时,经一段时间旋转,溶液的絮凝效果会逐渐下降,所以絮凝剂应现用现配,不宜放置过久。
(4)注意絮凝过程中搅拌速度对絮凝效果的影响:使用高分子絮凝剂进行絮凝时,为了获得最快絮凝和最大絮团,应考虑加入絮凝剂以后的搅拌状态。搅拌的目的是增加微粒与絮凝剂的接触碰撞机会,但必须注意掌握搅拌速度,以不破坏形成的絮状物为前提。在絮凝剂添加过程中,一般选用较快速度进行搅拌,搅拌就应该降低,避免破坏已形成的絮团。
(5)注意絮凝剂加入量对絮凝效果的影响:在悬浮液中,随着絮凝剂加入量的增加,高分子物质与体系中胶体粒子接触的概率亦随之增加,电中和、吸附架桥作用比较充分,因此絮凝比较彻底,体系中的胶体粒子应清除得比较干净,体系的澄明度也将随之提高,但当絮凝剂加入量过大时,高分子链将体系中胶体粒子完全包裹,由于高分子链之间的静电排斥作用,反而使胶体粒子稳定悬浮于体系中,这就是通常所说的絮凝恶化现象。根据絮凝理论,胶体表面50%被高分子链包裹时,絮凝效果最好,此时也即絮凝剂的最佳加入量。
5.应注意复合澄清剂的使用
(1)无机凝聚剂与有机絮凝剂的性能各有利弊,有机絮凝剂和絮凝速度快,生成絮团大,作用时不但有架桥作用,而且兼有电性中和作用。无机凝聚剂凝聚作用慢,凝聚强度大,絮团小,含水率低,其作用是通过减少表面电排斥而使微粒凝聚,当微粒凝聚物逐渐加大,达到一定程度以后加速了沉降。在滤过脱水过程中,往往希望能在短时间内完成滤过脱水的目的,同时又能获得含水率低的滤饼。如果单纯使用无机凝聚剂,虽然可以获得含水率低的滤饼,但滤过时间长,不能达到缩短滤过时间的目的,因此将两种性能不同的药剂配合使用,可以获得良好的效果。不仅滤过脱水时间短,而且滤渣含水率低。从经济的观点出发,在凝结过程中选用价格低廉的无机凝聚剂降低微粒电荷,使之逐渐形成能够自由沉降的悬浮物,然后再加入高分子絮凝剂,使形成大块絮团以加速沉降和滤过速度,这样往往会取得较佳的技术经济效果。
(2)注意不同高分子絮凝剂混合使用。在絮凝过程中,如何选择高分子絮凝剂才能充分发挥作用,应根据絮凝对象通过试验才能决定,实践证明单独使用有时不如混合使用效果好,例如澄清姜汁时,选择鞣质、明胶、海藻酸钠及蜂蜜单独澄清的效果不如鞣质-海藻酸酸钠及明胶-琼脂复合澄清剂的效果好。
酶是由生物体活细胞产生的,以蛋白质形式存在的一类特殊的生物催化剂,能够参与和促进活体细胞内的多样化学、生化反应。
酶反应所需活化能极低,与化学催化剂相比,其催化效率通常高出10 7 ~10 13 倍,例如1g α-淀粉酶结晶,在60℃时15分钟内即可使2t淀粉转化为糊精,而若采用酸水解,必须在140~150℃、高压条件下,于耐酸的设备中进行。又如用蔗糖酶催化蔗糖使其分解为葡萄糖和果糖时,反应速度比用强酸分解高两千亿倍。
在酶蛋白质分子的一定区域内,存在特定的空间装置,以便与底物的结构相适应。因此,酶对与其作用的底物有严格的选择性和高度专一性。如纤维酶只能催化纤维素分解为葡萄糖,脂肪酶则专门催化脂肪分解产生相应的脂肪酸和醇。
酶可在常温、常压和混合的酸碱条件下,高效地进行催化反应。
作为蛋白质,酶的活性受多种因素影响。同时,酶的活性又与其稳定性密切相关。在通常情况下最稳定的酶的活性最小,而活性最大时却又最不稳定。影响酶活性的因素主要有以下几点:
温度对酶活力的影响,是对酶蛋白结构的稳定性和反应速率综合作用的结果。在一定的范围内,温度升高,反应速度加快;但温度超过一定程度时,又促进了酶蛋白的变性反应。酶通常在40℃左右时活力最大,由植物组织提取的酶在50℃左右时活力最大。当温度上升至80℃以上时,大多数酶都因蛋白质结构变性而失去活性。一般温度越低,酶越稳定,但活性也越小。
酶是两性化合物,分子中含有羧基、氨基等酸性、碱性基团,过酸或过碱可以使酶、底物或酶-底物复合物发生解离,引起pH变化,从而造成酶的活性及稳定性发生变化,甚至破坏酶的活性。因此,多数酶制品都附加特定的缓冲液,使用时用于溶解该酶制品,以获得最适宜的pH,使酶发挥最大活力。一般由动物组织提取的酶的最适pH为6.5~8.0,由植物组织中提取的酶的最适pH为4.0~6.5。
由于水分能增强温度对酶的影响,因此,大多数酶的水溶液中都不稳定,活力下降很快。而在干燥状态下,酶的稳定性显著增加。为了保证酶的有效活力,酶通常以干燥状态保存。
大多数酶在紫外线和X射线照射下会逐渐失去活性。因此,酶应贮藏于阴凉干燥处,避免日光照射。
金属离子对酶活性的影响是多方面的。若金属离子是酶分子中的一部分,金属离子不仅影响酶的活性,而且影响酶的专一性。对于本身不含金属离子的酶,金属离子既可对酶起促进作用,又可起抑制作用。如Co 2+ 、Mg 2+ 、Mn 2+ 通常可能显著地增加D-葡萄糖异构酶的活性。相反的,Cu 2+ 、Hg 2+ 、Zn 2+ 却抑制D-葡萄糖异构酶的活性。
金属离子对酶的稳定性亦有影响,例如Ca 2+ 的存在可以稳定枯草杆菌蛋白酶和胰蛋白酶等,使它们在碱性环境中的稳定性大大增加。
许多微生物能产生蛋白水解酶,而蛋白水解酶可以开裂酶蛋白上的肽链,使酶蛋白解体,造成严重的失活。因此,酶制剂在生产和贮藏过程中要尽量避免微生物的污染。
此外,空气、某些氧化剂、还原剂、有机溶剂、表面活性剂等也能影响酶的活性和稳定性。
酶类一般按其分解作用的底物成分分类,在中药提纯中常用以下酶类:
纤维素酶是降解纤维素生成葡萄糖的一组酶的总称,主要包含3种组分:①内切葡聚糖酶;②纤维二糖水解酶;③β-葡萄糖苷酶。其相对分子质量为45 000~76 000。
纤维素酶具有分解纤维素、破坏细胞壁、增加植物细胞内容物的溶出量及软化纤维素的作用。
纤维素酶的酶解机制是各组分协同作用的结果。首先由内切葡聚糖酶作用于纤维素的非结晶区,使其露出许多末端供外切酶作用,纤维二糖水解酶从非还原区末端依次分解,产生纤维二糖;然后部分降解的纤维素进一步由内切葡聚糖酶和纤维二糖水解酶协同作用,分解生成纤维二糖、三糖等低聚糖;最后再由β-葡萄糖苷酶作用分解成葡萄糖。
纤维素酶最适作用pH大多偏酸性,一般为pH 4~5,最佳作用温度为40~60℃。
半纤维素酶也是多种酶的复合体,由β-甘露聚糖酶、β-木聚糖酶等内切型酶,β-葡萄糖苷酶、β-甘露糖苷酶、β-木糖苷酶等外切型酶,以及阿拉伯糖苷酶、半乳糖苷酶、葡萄糖苷酸酶和乙酰木聚糖酶等组成。
半纤维素酶用于消化植物细胞壁。
酶解机制在于:多数植物种子中的半纤维素是半乳甘露聚糖,硬木中的半纤维素主要是木糖通过β-1,4糖苷键连接而成的木聚糖,此外还有乙酰基、阿拉伯糖残基、葡萄糖醛酸残基等多种侧链取代基。β-甘露聚糖酶作用于甘露聚糖主链的甘露糖苷而水解甘露聚糖,β-木聚糖酶作用于木聚糖主链的木糖苷键而水解木聚糖。这两种酶可随机切断主链内的糖苷键而生成寡糖,然后再由不同糖苷酶(β-葡萄糖苷酶、β-甘露糖苷酶、β-木糖苷酶)以外切型机制作用于寡糖,阿拉伯糖苷酶、半乳糖苷酶、葡萄糖苷酸酶和乙酰木聚糖酯酶等除去半纤维素中的侧链取代基(如阿拉伯糖残基、半乳糖残基、葡萄糖醛酸残基和乙酰残基等)。只有上述各种酶协同作用,才能最大限度地发挥作用。
果胶酶(Pectinase)是α-1,4半乳糖醛酸的聚糖水解酶与果胶质酰基水解酶的一类复合酶,是分解果胶质的多种酶的总称。果胶酶由黑曲霉经发酵精制而得。固体果胶酶呈浅黄色,易溶于水。液体果胶酶为棕褐色,允许混有少许凝聚物。
酶解机制在于果胶酶可对果胶质起解脂作用,产生甲酸和果胶酸,起水解作用产生半乳糖醛酸和寡聚半乳糖醛酸,从而分解植物组织中的果胶质。
由于生产果胶酶的微生物种类不同,酶的最适pH和温度亦不同。一般作用温度10~60℃,最适温度40~50℃;作用pH 3.0~6.0,最适pH 3.5。应注意Fe 2+ 、Cu 2+ 、Zn 2+ 、Sn 2+ 对果胶酶有抑制作用。
常用的有木瓜蛋白酶、胃蛋白酶和胰酶,可将蛋白质分解成氨基酸。
包括α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、环糊精葡聚糖转移酶等,可将淀粉等多糖分解成单糖。
1.根据中药材细胞壁的构成情况,利用酶的专一性等特点,选择相应的酶,将细胞壁水解或降解而破坏,使有效成分充分暴露出来,再用适宜的溶剂提取分离而得。
2.含蛋白质多的中药材,当常规的加热煮沸或回流提取时蛋白质变性凝固,会大大影响有效成分溶出来时,可先选用蛋白酶类将蛋白质分解,再选用适宜的方法提取。
3.当中药水提液含淀粉、蛋白质、果胶、黏液质等杂质太多,其有效成分难以用离心法、醇沉法分离时,可先选用相应的酶(淀粉酶、蛋白酶、果胶酶)将上述杂质分解,再选用适宜的方法进行分离纯化。
根据上述原则,酶已用于生物碱、黄酮、香豆素、多糖等成分的提取。
4.中药酶法提纯中应注意的问题——酶反应条件的筛选 酶反应需要一定的条件。当条件适宜时,酶的催化能力最强,表现出的活性最强。否则其催化能力减弱,活性降低,甚至失活。尽管纤维素酶水解纯纤维素时的最佳温度为55℃,最佳pH为4.5,但因中药成分复杂、干扰因素多,因此,在中药酶反应处理过程中,对于具体药物,优选酶反应的最适条件、最大限度地发挥酶的催化作用极为重要。
(1)酶的种类:
酶是一类具有专一性生物催化能力的蛋白质。不同的酶要求不同的底物进行酶催化反应,因而不同的酶对含不同种类、性质有效成分的药材有不同的酶解效果。所用酶的种类应根据中药材中有效成分、辅助成分及药材物质的性质,通过实验研究筛选确定,不能一概而论。若采用复合酶降解细胞壁,复合酶的组成、比例等也应筛选。关于酶的用量,可在一系列含相同底物的药液中,加入不同量的酶进行酶解,通过测定酶解产物的含量,以确定酶的适宜用量。
(2)酶解温度:
温度既能改变酶反应本身的速度,也能导致酶蛋白变性失活。在一定的范围内,温度升高,反应速度随之加快,但超过某一温度时,又促进了酶蛋白的变性反应,使催化能力降低。因此,酶反应均有一个最适宜的温度范围。
不同的酶促反应可能有不同的最适酶解温度,如酶解中药葛根的最适温度为40~50℃。而通过考察螺旋藻不同温度下保温酶解2小时后的多糖提取物中蛋白质的含量,测得螺旋藻酶解脱蛋白的最佳作用温度为60℃。
(3)酸碱度:
酶是两性化合物,分子中含有许多羧基和氨基作用,因此酶反应需在一定的pH条件下进行,过酸或过碱既可影响酶的稳定性,也直接影响酶的催化活性。中药材的品种不同,所使用的酶的种类不同,酶解时的最佳pH会有所不同,应根据实验来确定。
筛选酶解反应最适pH时,应注意介质的组成成分和温度条件对实验结果的影响。另外,酸碱对酶的破坏作用是随时间累加的,因此,应注意在相应条件下的保温时间。
(4)酶解作用时间:
酶解作用时间直接影响提取的效果。为得到所需的酶解产物,必须控制好酶解作用的时间,以保证提取或澄清分离的效果。如通过调节一系列10%藻粉溶液的pH到6.5,分别加入藻粉质量3%的木瓜蛋白酶,在60℃保温2小时后进行多糖提取,测定不同酶解时间下所得多糖粗产品中的蛋白质含量,确定木瓜蛋白酶的最佳酶解时间为2小时。
其他影响因素,如酶的含量(或浓度)、酶解反应的次数、提高酶反应速度的酶激活剂和降低酶反应速度的酶抑制剂的影响等均需考察。