树脂吸附法脱除一种中药搽剂中带色杂质的研究.docx

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树脂吸附法脱除一种中药搽剂中带色杂质的研究

目录

摘要.............................................................1

Abstract.............................................................2

1前言3

1.1课题的研究背景及意义3

1.2大孔树脂脱色研究现状及原理4

1.3中药搽剂中有效成分的性质6

1.4本论文的研究内容与目的6

2实验部分7

2.1实验仪器及药品7

2.2实验方法与过程8

2.2.1中药搽剂制备8

2.2.2大孔树脂预处理8

2.2.3静态吸附筛选树脂8

2.2.4温度对大孔树脂脱色效果的影响9

2.2.5树脂用量对大孔树脂脱色效果的影响9

2.2.6解吸剂的选择及静态解吸9

2.2.7动态吸附10

2.2.8动态解吸10

2.2.9再生树脂的静态吸附性能10

2.3分析与测定方法11

2.3.1吸光度的测定11

2.3.2脱色率和保留率的计算11

2.3.3盐酸小檗碱含量测定11

2.3.4苦参碱含量测定11

3实验结果与讨论13

3.1静态吸附筛选树脂结果13

3.1.1脱色率13

3.1.2盐酸小檗碱保留率14

3.1.3苦参碱保留率15

3.2静态吸附曲线16

3.3温度对静态吸附的影响17

3.4树脂用量对静态吸附的影响18

3.4.1树脂用量对脱色率的影响18

3.4.2树脂用量对盐酸小檗碱保留率的影响19

3.4.3树脂用量对苦参碱保留率的影响20

3.5解吸剂的选择21

3.5.1不同解吸剂的影响21

3.5.2水-乙醇体系解吸22

3.6静态解吸曲线26

3.6.160%乙醇静态解吸曲线26

3.6.25%氢氧化钠溶液解吸28

3.7动态吸附曲线29

3.7.1流速对动态吸附的影响29

3.7.2树脂装柱高度对动态吸附的影响32

3.8动态解吸曲线34

3.9再生树脂的静态吸附曲线36

3.9.1再生树脂的静态吸附曲线36

3.9.2新树脂与再生树脂吸附性能比较38

4结论41

5致谢42

参考文献43

树脂吸附法脱除一种中药搽剂中

带色杂质的研究

摘要：

本文系统地研究了大孔树脂法脱除一种中药搽剂中的带色杂质。

以脱色率和盐酸小檗碱及苦参碱保留率为考察指标，采用静态吸附实验对AB-8、D001、D101、D301、D280、X-5、NKA-9七种大孔树脂进行考察，并通过静态吸附和动态吸附的单因素影响实验，对筛选树脂或树脂组合的最佳脱色和解吸工艺条件进行考察。

结果表明：

由大孔树脂D001先对中药水煎液进行脱色后与中药醇提液混合再用大孔树脂D280进行脱色效果最佳。

静态脱色最佳条件为：

D001脱色时间60min，温度30℃，中药水煎液与树脂用量比为7.5ml：

1.0g；D280脱色时间360min，温度30℃，药脂（树脂）比50ml：

3.0g。

静态解吸最佳条件为：

采用5%NaOH水溶液为解吸溶剂最佳，对D001解吸10min、D280解吸40min解吸液达饱和。

动态脱色最佳条件为：

D001树脂装柱5cm处理25ml水煎液，流速3.0BV·h-1；D280树脂装柱7cm处理60ml中药，流速3.0BV·h-1。

动态解吸最佳条件为：

5%NaOH水溶液为解吸溶剂，D001树脂装柱量与解吸溶剂比5cm：

20ml；D280树脂装柱量与解吸溶剂比5cm：

40ml。

关键词：

大孔树脂，中药搽剂，脱色，解吸再生

DecoloringaChinesetraditionalmedicinechaagentwiththemacroporousresin

Abstract:

ThispapersystematicallystudiesdecoloringaChinesetraditionalmedicinechaagentwiththemacroporousresin.AB-8,D001,D101,D301,D280,X-5andNKA-9sevenkindsofmacroporousresinwasselectedbystudyingthedecolorationrateandtherecoveryrateofBerberineHydrochlorideandMatrine.Throghthestaticanddynamicseparatenessfactorexperiments，theoptimumconditionsofdecolorationoftheChinesemedicinechaagentandresinregenerationwereobtained.TheresultsshowedthatdecoloringthewaterextractionfluidoftheChinesetraditionalmedicinechaagentwithmacroporousresinD001whichmixedwithethanol-extractionliquid,thendecolorizedwithmacroporousresinD280hadthebesteffect.Theoptimumprocessofstaticdecolorationwasasfollows:

rationemofthewaterextractionfluidandmacroporousresinD001as7.5ml:

1.0g,adsorptionat30℃for60min;rationemofthephamaconandmacroporousresinD280as50ml:

3.0g,adsorptionat30℃for360min.Thehigheststaticdesorptionratiocouldbegottenbyusing5%NaOHaqueousaselutingsolvent,desorptiontimeofD001was10min,ofD280was40min.Thebestconditionsofdynamicdecolorationwere:

every5cmmacroporousresinD001decolorized25mlwaterextractionfluidattheflowrateof3.0BV·h-1;every7cmmacroporousresinD280decolorized60mlthechaagentatthevelocityof3.0BV·h-1.Theoptimumconditionsofdynamicdesorptionwere:

eachD001resinandD280resin5cmwhichdesorbedby20mland40ml5%NaOHaqueourespectively.

Keywords：

Macroporousresin，Chinesemedicinechaagent，Decoloration，Desorptionregeneration

1前言

1.1课题的研究背景及意义

中药的发明和应用，在我国有着悠久的历史，有着独特的理论体系和应用形式。

中药材主要来源于天然药物及其加工品，包括植物药、动物药、矿物药及部分化学、生物制品类药物，以植物药居多。

中药采集按不同部位分成全草、叶类、花粉、果皮、种子、根茎、树皮，由于药材外皮部分多带有颜色，常用煎煮法用水作溶剂，药材经加热煮沸浸提液中除有效成分外，还提取出淀粉、树胶、果胶、粘液质、色素等无效成分，浸渍法用乙醇浸提时一些色素不溶于乙醇，浸提液一般着色较浅，大部分颜色对药性没有影响，少量如二色补血草多糖颜色较深，影响多糖的外观以及后续的结构研究。

外搽剂则因为涂搽在皮肤表面，特别是治疗面部痤疮、湿疹等药剂，严重影响美观，必须经过脱色处理。

某药厂生产的中药搽剂，以十四味中药材复方制备成汤剂，以几种生物碱为主要有效成份，面世后消费者反映着色重、不美观、沾污衣物等，严重影响销售，为此厂方采用了加活性炭等方法脱色，有效成份流失，效果均不理想，厂方不得不停止该产品生产。

该中药厂系有影响力的大型中药厂，其产品营销到全国各地，解决了脱色问题，这种药效显著、功能较多的搽剂不仅是该品种天然药的一种有效补充，而且增加地方经济收益。

目前应用于中药脱色的方法及工艺很多【1】，但大致可通过以下方法进行分类。

一种是根据色素在不同溶剂中的溶解度差别或在两相溶剂中的分配比不同进行除去；絮凝剂法除去色素；石灰乳沉淀法；双氧水氧化脱色；物理吸附和化学吸附法；膜分离去除色素方法；分子蒸馏技术；生物脱色技术等。

药厂在制剂过程中通常采用根据色素在不同溶剂中的溶解度差别或在两相溶剂中的分配比不同进行除色、除杂，方法简单效果比较差。

如水提醇沉工艺，因为水提液中淀粉、树胶、蛋白质、果胶、多糖、粘液质、色素不溶于乙醇，沉淀析出；乙醇上清液中含有鞣质、生物碱、醇溶性氨基酸、甙类等，常常是有效成份和其他杂质、带色成份混合，有效成份含量不高。

石灰乳沉淀法，利用钙与有效成分及杂质结合成钙螯合物、钙盐沉淀，在硫酸作用下黄酮、蒽醌、酚类、皂苷、部分生物碱与钙离子形成的钙盐可以被分解出来，再溶解到水中。

但是鞣质、部分蛋白质、有机酸、极性色素、多糖等不能分解出来。

絮凝剂法除去色素，明胶与鞣质形成络合物，与水中悬浮颗粒一起沉淀，ZTC1+1天然脱色澄清型，起到去除不稳定成分和脱色助滤作用，甲壳素及壳聚糖是甲壳素乙酰化制得的，是天然的阳离子絮凝剂。

双氧水脱色基于氧化机理，一般对多糖类如二色补血草多糖、夏枯草多糖、积雪草多糖、款冬花多糖、鱼腥草多糖等脱色效果明显，但易造成有些中药有效成份流失，而且双氧水脱色成本较高。

现在使用较多的是根据色素与有效成分吸附性差别进行分离的方法。

物理吸附采用硅胶、氧化铝极性吸附剂，可去除亲水性色素；活性炭、纸浆、滑石粉、硅藻土非极性吸附剂，可去除亲脂性色素。

化学吸附采用碱性氧化铝去除一些黄酮、蒽醌等酚酸性色素；也可以用阴离子交换树脂除去。

半化学吸附采用聚酰胺与大孔树脂吸附剂，聚酰胺可通过分子中的酰胺羰基与酚类、黄酮类的酚羟基形成氢键。

也可以通过酰胺键上的游离胺基与醌类、脂肪羧酸上的羰基形成氢键；大孔树脂是以苯乙烯、丙烯酸酯、丙烯腈、异丁烯等做骨架结构，通过交联剂和致孔剂制成大孔网状结构的高分子吸附剂，根据需要可适用多种化合物。

其中大孔树脂脱色有如下优点【2】：

处理能力大，脱色容量高，选择性强，能除去各种不同的离子和色素，且可以反复再生使用，寿命长，费用低。

故本课题选择用大孔树脂法解决该中药搽剂的脱色问题。

1.2大孔树脂脱色研究现状及原理

李洁等【3】研究表明大孔树脂是一种内部具有三维空间立体孔结构，孔径与比表面积都比较大的高分子聚合物，它不溶于酸、碱及乙醇、丙酮和烃类等有机溶剂，对氧、热和化学试剂稳定。

主要包括大孔离子交换树脂、大孔吸附树脂和螯合树脂，本实验中主要用到前两者。

一般认为，依靠物理界面力作用引起溶液中溶质浓度的减少称为吸附，因化学作用引起溶液中溶质变化的称为离子交换，起离子交换与吸附作用的树脂分别称为离子交换树脂和吸附树脂。

大孔离子交换树脂是具有功能基团的高分子化合物，它具有一般聚合物所没有的新功能离子交换功能，本质上属于反应性聚合物。

常见的有强酸性阳离子交换树脂D001，弱酸性阳离子交换树脂D101，强碱性阴离子交换树脂D280，弱碱性阴离子交换树脂D301。

大孔离子交换树脂的分离原理：

以弱酸性阳离子交换树脂为例【4】，弱酸性阳离子树脂中含有酸性反应基团，如羧基，能在水中离解出氢离子而呈酸性，树脂离解后的带负电基团，如R-COO-，能与溶液中的其他阳离子（如季铵型氮离子）吸附结合，从而产生阳离子交换作用的原理。

大孔吸附树脂是一类分离型功能高分子材料，一般不带有离子交换基团，只存在少量的功能基，但其珠粒内部拥有与分离对象分子尺寸相匹配的吸附场所和扩散通道。

由于功能基类型和孔结构存在差异，使它的吸附作用具有一定的选择性，又有很高的比表面积，使得它具有高的吸附值。

因此大孔吸附树脂是集吸附作用和筛分作用为一体的分离型功能高分子材料。

大孔吸附树脂的分离原理【5】：

吸附树脂上有大小不同的孔道。

而且这些孔道的最小直径要大于所要分离的物质的最小粒径，最大直径小于被分离物质的最大分子，否则起不到分离的效果。

这样当直径大小不等的分子通过吸附树脂的时候，直径大的分子由于无法通过树脂孔径通道而从树脂外部通过，最先被分离出来。

不同粒径的分子在树脂中通过的时间不同，从而起到分离的作用【6】~【8】。

关于大孔树脂的初步选择李崇明等【9】研究表明由于大孔吸附树脂的固有特性，它能富集、分离不同母核结构的药物，可用于单一或复方有效成分和有效部位的分离和纯化，而中药成分又极其复杂，尤其是中药复方其成分更复杂。

因此必须根据所需分离有效成分的类别和性质，根据相似相溶原理，对所使用的大孔吸附树脂进行选择，具体有以下两个方面：

1、不同极性和含不同官能团的树脂对各类化合物的吸附能力不同，因此需要根据不同的有效成分或有效部位纯化的要求，选择不同型号的树脂，脂溶性成分（包括甾体类、二萜、三萜、黄酮、木脂素、香豆素、生物碱）应选择非极性或弱极树脂，皂苷和生物碱苷成分，应选择弱极性或极性树脂，黄酮苷、蒽醌苷、木脂素苷、香豆素苷等应选择原料中加有甲基丙烯酸甲酯或丙烯腈的树脂等。

2、除了考察不同型号树脂骨架结构，极性，使用条件，树脂处理后有机残量，应用范围等因素。

影响树脂吸附的因素：

影响大孔吸附树脂吸附作用力强弱的因素有：

树脂本身化学结构、溶剂的影响、被吸附化合物的结构、吸附温度等。

被吸附的化合物在溶剂中的溶解度对吸附性能也有很大的影响。

通常一种物质在某种溶剂中溶解度大，树脂对其吸附力就弱，反之，溶解度小，树脂对其吸附力则强。

酸性物质在酸性溶液中进行吸附，碱性物质在碱性溶液中进行吸附较为适宜。

被吸附化合物的分子量大小不同，要选择适当孔径的树脂以达到有效分离的目的。

在同一种树脂中，树脂对分子量大的化合物吸附作用较大。

化合物的极性增加时，树脂对其吸附力也随之增加。

若树脂和化合物之间产生氢键作用，吸附作用也将增强。

大孔吸附树脂吸附为一放热过程，故一般采用低温吸附，高温解吸的方式。

但有些过程相反，温度越高，吸附率越高，吸附速度越快。

因此试验研究中，必须重视温度的影响因素。

1.3中药搽剂中有效成分的性质

盐酸小檗碱和苦参碱均是极性较大的物质，且均为碱性。

小檗碱是一种异喹啉类生物碱，分子式[C20H18NO4]+存在于小檗科等4科10属的许多植物中小檗碱从乙醚中可析出黄色针状晶体，熔点145℃，溶于水，难溶于苯、乙醚和氯仿，小檗碱为一种季铵生物碱，其盐类在水中的溶解度都比较小，例如盐酸盐为1:

500。

盐酸小檗碱即为小檗碱的盐酸盐，为白色结晶粉末，分子式[C20H18NO4]+Cl-，为芳香族六元环吡啶类化合物。

小檗碱本身即为一种有颜色（黄色）的生物碱【10】。

苦参碱（吡啶类生物碱）是从豆科槐属植物苦豆子的成熟种子或花期地上部分提取分离得到的吡啶生物碱类化合物。

化学式C15H24N2O。

分子中均有2个氮原子，一个是叔胺氮，一个是酰胺氮，叔胺氮（N-1），呈碱性；酰胺氮（N-16），几乎不显碱性，所以它们只相当于一元碱。

苦参碱的溶解性比较特殊，不同于一般的叔胺碱，它既可溶于水，又能溶于氯仿、乙醚等亲脂性溶剂。

氧化苦参碱是苦参碱的氮氧化物，具半极性配位键，其亲水性比苦参碱更强，易溶于水，难溶于乙醚，但可溶于氯仿【11】。

1.4本论文的研究内容与目的

本研究工作的主要重点是筛选出合适脱除该中药搽剂带色杂质的大孔树脂以及优化吸附解吸条件。

筛选出的树脂应对该种中药搽剂有较好的脱色效果，且对搽剂中有效成分的保留率较高。

本研究的主要内容包括：

（1）大孔树脂的筛选；

（2）获得静态吸附曲线；（3）研究温度对静态吸附的影响；（4）研究树脂用量对静态吸附的影响；（5）解吸剂的选择对解吸效果的影响；（6）获得静态解吸曲线；（7）获得动态吸附曲线；（8）研究树脂用量对动态吸附的影响；（9）研究流速对动态吸附的影响；（10）获得动态解吸曲线；（11）大孔树脂的解吸再生。

2实验部分

2.1实验仪器及药品

本论文中所使用的主要仪器和设备如表2.1所示

表2.1主要仪器和设备

仪器与设备名称

规格

生产厂家

电子分析天平

BSA224S-CW

德国赛多利斯集团

百万分之一天平

德国赛多利斯集团

集热式磁力加热搅拌器

DF-Ⅱ

江苏宏凯仪器厂

电热恒温鼓风干燥箱

DHG-9075A

上海一恒科技有限公司

数显水浴恒温振荡器

SHA-C

金坛市江南仪器厂

离心机

TGL-16gR

上海安亭科学仪器厂

层析柱

紫外/可见光光度计

UV-2550

日本岛津公司

液相色谱仪

Agilent1100

安捷伦科技有限公司

本论文所使用的主要实验药品如表2.2所示

表2.2主要实验药品

试剂名称

纯度

生产厂家

盐酸

分析纯

上海中试化工总公司

氢氧化钠

分析纯

上海振企化学试剂有限公司

十二水合硫酸铝钾

分析纯

上海试四赫围化工有限公司

乙醇

分析纯

国药集团化学试剂有限公司

异丙醇

分析纯

国药集团化学试剂有限公司

甲醇

色谱纯

国药集团化学试剂有限公司

氨水

分析纯

国药集团化学试剂有限公司

苯

色谱纯

国药集团化学试剂有限公司

乙酸乙酯

分析纯

国药集团化学试剂有限公司

十三味中药

合肥大药房

大孔树脂D280

大孔树脂X-5

南开大学化工厂

南开大学化工厂

大孔树脂NKA-9

南开大学化工厂

大孔树脂AB-8

安徽三星树脂有限公司

大孔树脂D001

安徽三星树脂有限公司

大孔树脂D101

安徽三星树脂有限公司

大孔树脂D301

安徽三星树脂有限公司

2.2实验方法与过程

2.2.1中药搽剂制备

苦参等7种中药加一定体积分数的乙醇密闭浸渍二次，每次24h，滤过，合并滤液得该中药搽剂的醇提液；乌梅等5种中药加水煎煮三次，每次1小时，滤过，合并滤液，趁热加入明矾，搅拌使溶解，沉淀后过滤得该中药搽剂的水煎液。

将上述两溶液合并，加氢氧化钠溶液调节pH值，静置24小时，滤过，滤液加苯甲酸钠，搅拌使溶解，加水至规定量，滤过，即得。

2.2.2大孔树脂预处理

取上述七种大孔树脂，用乙醇浸泡24h，充分溶胀后装柱，用乙醇洗至流出液加3倍体积的蒸馏水无白色浑浊现象，再用蒸馏水洗至无醇备用即可【12】~【15】。

2.2.3静态吸附筛选树脂

分别精密称取上述各型号预处理过的干燥树脂1.0g，置于100mL具塞锥形瓶中，分别加入50mL中药搽剂溶液密塞，放入恒温（30℃），转速为150r·min-1的振荡器中振荡24h，静置，离心，取滤液测定吸光度，并按2.3.2的计算方法计算各脱色率和保留率，筛选出脱色率和保留率均较大的树脂或组合并用其进行后续试验。

并绘制筛选出的树脂的静态吸附脱色动力学曲线（脱色率-脱色时间）和树脂静态吸附有效成分保留率曲线【16】。

2.2.4温度对大孔树脂脱色效果的影响

取筛选出的树脂D001大孔树脂1.0g5份，各加入7.5mL中药搽剂溶液于100mL具塞锥形瓶中，分别在30、45、60℃的恒温水浴振荡器中振荡脱色一定时间（根据静态吸附动力曲线获得），离心后取滤液测定吸光度，并按2.3.2计算脱色率和保留率，以确定最佳温度【17】。

取筛选出的树脂D280大孔树脂按上述方法分成5份分别处理50ml中药搽剂溶液，以确定最佳温度。

2.2.5树脂用量对大孔树脂脱色效果的影响

取筛选出的树脂D001大孔树脂0.1g、0.3g、0.6g、1.0g、1.5g各一份，各加入7.5ml中药搽剂水煎液于100ml具塞锥形瓶中，在30℃恒温水浴振荡器中振荡脱色一定时间（根据静态吸附动力曲线获得），离心后取滤液测定吸光度，并按2.3.2计算脱色率和保留率，以确定最佳树脂用量。

再取筛选出的树脂D280大孔树脂0.5g、1.0g、3.0g、5.0g各一份按上述方法分别处理50ml中药搽剂溶液，以确定最佳树脂用量。

2.2.6解吸剂的选择及静态解吸

分别取蒸馏水50ml、30%乙醇水溶液50ml、60%乙醇水溶液50ml、纯乙醇50ml、5%氢氧化钠水溶液20ml、5%盐酸水溶液20ml置于100ml具塞锥形瓶中，每个锥形瓶中加入1g处理过7.5ml中药水煎液的D001大孔树脂或1g处理过50ml中药搽剂溶液的D280大孔树脂，在30℃恒温水浴振荡器中解吸5.5h后测定解吸液吸光度，得到最佳解吸剂。

绘制筛选出的最佳解吸剂的静态解吸曲线，静态解吸的条件为30℃恒温水浴振荡。

2.2.7动态吸附

取25ml中药水煎液上柱（大孔树脂D001装柱5cm），控制流速分别为1.5、3.0、6.0、9.0BV/h（BV为大孔树脂体积倍数），在不同处理量取样测定脱色率，并绘制脱色率-处理量曲线选择最佳流速。

取60ml中药搽剂溶液上柱（大孔树脂D280装柱5cm），控制流速分别为1.5、3.0、6.0、9.0BV/h，进行动态吸附实验。

取25ml中药水煎液上柱（流速为3.0BV/h），大孔树脂D001装柱分别为2cm、5cm、7cm、9cm，在不同处理量取样测定脱色率，并绘制脱色率-处理量曲线选择最佳流速。

取60ml中药搽剂溶液上柱（流速为3.0BV/h），用大孔树脂D280分别装柱2cm、5cm、7cm、9cm进行上述实验。

所有的动态实验均在室温下进行。

2.2.8动态解吸

取25ml5%氢氧化钠水溶液上柱（处理过流速为1.5BV/h的中药水煎液25ml的大孔树脂D001装柱5cm），控制流速1.5BV/h，在不同处理量取样测定解吸率，并绘制解吸液吸光度-处理量曲线。

取60ml5%氢氧化钠水溶液上柱（处理过流速为1.5BV/h的中药搽剂溶液60ml的大孔树脂D280装柱5cm），控制流速1.5BV/h，在不同处理量取样测定解吸率，并绘制解吸液吸光度-处理量曲线。

2.2.9再生树脂的静态吸附性能

取解吸再生过的D001大孔树脂1g加入到100ml具塞锥形瓶中，并加入7.5ml中药水煎液在30℃恒温水浴振荡，每隔一定时间测定吸光度，计算脱色率并绘制树脂静态吸附脱色动力学曲线。

另取解吸再生过的D280大孔树脂1g对50ml中药搽剂溶液在上述条件下静态吸附获得数据。

2.3分析与测定方法

2.3.1吸光度的测定

测定吸光度时最大吸收波长的确定：

将脱色前、后的中药搽剂溶液于200~800nm波长范围内进行全波长扫描，以确定其最大吸收波长。

2.3.2脱色率和保留率的计算

脱色前溶液的吸光度用A1表示，脱色后的吸光度用A2表示，则脱色率【18】为：

（2-1）

脱色前盐酸小檗碱