【正文】 制藥設(shè)備 萃取與離子交換設(shè)備 本章學(xué)習(xí)目標(biāo) 2. 。 ，熟悉常用提取方法及其適用范圍、特點，了解提取過程的主要典型提取設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點。 ，熟悉液液萃取相圖以及常用萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成與使用特點，了解萃取在制藥中的應(yīng)用，了解雙水相萃取法。 ，熟悉離子交換樹脂的性能、預(yù)處理及再生，了解離子交換樹脂和操作條件的選擇，了解離子交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點及操作以及離子交換過程的應(yīng)用。 萃取與離子交換設(shè)備 ?萃?。?在任何一種溶劑中，不同物質(zhì)具有不同的溶解度，利用各物質(zhì)在選定溶劑溶解度的不同以達(dá)到分離組分的方法稱為萃取。其中選定的溶劑為萃取劑。若用以分離固體混合物組分的操作為固 液萃取 ，又稱提取、浸??；用萃取劑分離液體混合物中組分操作為 液 液萃取 ，又稱萃取。 ?離子交換技術(shù) 是根據(jù)物質(zhì)的酸堿性、極性和分子大小的差異實現(xiàn)混合物分離的技術(shù)。 萃取與離子交換設(shè)備 萃取法的優(yōu)點： ?①傳質(zhì)速度快、生產(chǎn)周期短，便于連續(xù)操作、容易實現(xiàn)自動控制； ?②分離效率高、生產(chǎn)能力大等一系列優(yōu)點，所以應(yīng)用相當(dāng)普遍； ?③能量消耗較少，設(shè)備投資費用不高； ?④采用多級萃取可使產(chǎn)品達(dá)到較高純度，便于下一步處理，減少以后工序的設(shè)備和操作費用。 第一節(jié) 固液萃取 一、固液萃取過程 天然藥物中所含的成分十分復(fù)雜，概括起來可分為： ?有效成分： 指具有生物活性且能起到防治疾病作用的單體化合物，如生物堿、蒽醌類、黃酮類化合物等物質(zhì)； ?有效部位： 含有一種主要有效成分或一組結(jié)構(gòu)相近的有效成分的提取分離部分，如人參總皂苷、銀杏總黃酮等； ?輔助成分： 指本身沒有特殊療效，但能增強或緩和有效成分作用的物質(zhì)，如洋地黃中的皂苷可幫助洋地黃苷溶解或促進(jìn)其吸收； ?無效成分： 是指本身無效甚至有害的成分，它們往往影響溶劑提取的效率、制劑的穩(wěn)定性、外觀及藥效； ?天然藥物的提取多數(shù)情況是為了得到或分離出有效組分，浸取天然藥物中活性組分基本遵循“相似相溶”原理，本章只介紹植物藥、動物藥、礦物藥的提取過程 。 第一節(jié) 固液萃取 （一）礦物性藥材的提取過程 ?礦物性藥材的成分相對比較單一，無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，大多以無機鹽或離子形式存在，所以其有效成分可用溶劑直接溶解或使其分散懸浮于溶劑中。 （二）動物性藥材的提取過程 ?動物性藥材的有效成分絕大部分是蛋白質(zhì)、激素、酶等，并都是以大分子形式存在于細(xì)胞中，不易提取完全，故應(yīng)盡量地使細(xì)胞膜破壞。在提取前，原料應(yīng)盡可能地粉碎，可使用電動絞肉機將肉類絞碎，絞得越細(xì)越好。若將此類原料先凍結(jié)成塊，再進(jìn)行絞軋，這樣即易于粉碎，又可使細(xì)胞膜破裂。常用的溶劑有稀酸、鹽溶液、乙醇、丙酮、醋酸、乙醚、甘油等。 第一節(jié) 固液萃取 （三）植物性藥材的提取過程 、滲透階段 ?濕潤作用對浸出有較大影響，若藥材不能被浸出溶劑濕潤，則浸出溶劑無法滲入細(xì)胞，無法實現(xiàn)提取。浸出溶劑能否濕潤藥材，與溶劑和藥材的性質(zhì)及兩者間的界面情況所決定，其中表面張力占主導(dǎo)地位。 ?毛細(xì)管被溶劑所充滿的時間與毛細(xì)管的半徑、毛細(xì)管的長度及毛細(xì)管的內(nèi)壓力等有關(guān)。 ?措施：通過對植物藥材的減壓或?qū)θ軇┘訅?，以及對藥材進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆鬯椋茐牟糠值募?xì)胞壁，提高提取的速度和效率。 第一節(jié) 固液萃取 、解吸附階段 ? 因細(xì)胞中的各種成分間有一定的親和力，所以在溶解之前必須要克服這種親和力，才能使各種成分能夠轉(zhuǎn)入到溶劑中，被稱為解吸作用。溶劑滲入細(xì)胞后即逐漸溶解可溶性成分，溶劑種類不同，溶解的成分不同。 ?在提取有效成分時，應(yīng)選用具有較好解吸作用的溶劑，如乙醇。 第一節(jié) 固液萃取 二、浸出方法 （一）溶劑提取法 ? 將天然藥物粗粉加水加熱煮沸提取的操作，一般重復(fù)操作 2～ 3次。 ? 是指處理的藥材于提取器中加適量溶劑（常用水和乙醇），用一定溫度和時間進(jìn)行浸漬，反復(fù)幾次，合并浸漬液的一種操作。 ? 將藥材粗粉置滲漉器中，由上部連續(xù)添加溶劑滲過藥材層后從底部流出滲漉液而提取有效成分。 ? 有機溶劑為提取溶劑，在回流裝置中加熱進(jìn)行 ? 是對回流提取法的發(fā)展，具有操作簡便，溶劑消耗量小的優(yōu)點。 ? 其基本原理是利用超聲波的空化作用，破壞植物藥材細(xì)胞，使溶劑易于滲入細(xì)胞內(nèi)。 第一節(jié) 固液萃取 （二）水蒸氣蒸餾法 ?水蒸氣蒸餾法是一種利用某些揮發(fā)性成分與水或水蒸氣共同加熱，能隨水蒸氣一并流出，經(jīng)冷凝后分取獲得的提取方法。其基本原理遵循道爾頓分壓定律，即水和與水互不相溶的液體成分共存時，整個體系的總蒸汽壓等于各組分分蒸汽壓之和。雖然各組分自身的沸點高于混合液的沸點，當(dāng)總蒸汽壓等于外界大氣壓時，混合液開始沸騰并被蒸餾出來。該法工藝簡單、操作方便、實用性強，不需復(fù)雜設(shè)備。主要用于含有揮發(fā)性成分天然藥物的提取。 第一節(jié) 固液萃取 （三）超臨界流體萃取法（ SFE） ?SFE技術(shù)就是利用超臨界流體作為溶劑，從固體或液體中萃取出某些有效組分，并進(jìn)行分離的技術(shù)。其基本操作流程見圖 61。 1CO2鋼瓶； 2冷凝器； 3高壓泵； 4換熱器； 5萃取器； 6減壓閥； 7收集器； 8干氣計量器； 9水浴； 10壓力調(diào)節(jié)器 圖 61超臨界流體萃取工藝裝備示意圖 第一節(jié) 固液萃取 ?超臨界流體 (supercritical fluid， SF)是指某種氣 (或液 )體或氣 (或液 )體混合物在操作壓力和溫度均高于臨界點時，其密度接近液體，而其擴(kuò)散系數(shù)和粘度均接近氣體，其性質(zhì)介于氣體和液體之間的流體， ?常見超臨界氣體 ：二氧化碳、乙烯、氨、氧化亞氮、乙烷、一氯三氟甲烷、二氯二氟甲烷等。二氧化碳化學(xué)惰性，無毒性，不易爆，安全、低廉，臨界壓力不高 ()，臨界溫度接近室溫 (℃) ，因而常作為超臨界萃取劑。 第一節(jié) 固液萃取 ?壓力 在影響 SFE的因素中，壓力是最重要的因素。溫度不變，隨著壓力地增加，密度會顯著增大，對溶質(zhì)的溶解能力也就增加，萃取的效率提高。 ?溫度 隨著溫度的升高，流體的擴(kuò)散能力加強，對溶質(zhì)的溶解能力也相應(yīng)地增加，有利于萃取。 ?粒度 藥材的粒度越小，流體的總面積越大，流體與溶質(zhì)接觸的機會越多，萃取效率越高，萃取操作時間縮短。 ?流體比 增加流體的含量，可以提高溶質(zhì)在溶液中的溶解度．故萃取也隨著流體比的增加而增加。 ?夾帶劑 加入少量極性溶劑，如甲醇、乙醇、氨水等夾帶劑，可改善流體的溶解性質(zhì)，應(yīng)用于較大極性成分的萃取 第一節(jié) 固液萃取 — SFE的特點及優(yōu)越性 ?借助于調(diào)節(jié)流體的溫度和壓力來控制流體密度進(jìn)而改善萃取能力；溶劑回收簡單方便，節(jié)省能源；可較快達(dá)到相平衡；適合于熱敏性組分的提取。 ?可根據(jù)工藝特殊要求對超臨界 CO2萃取裝置進(jìn)行流程組合，常見的流程如下： 1） CO2萃取釜 → 分離 Ⅰ→ 分離 Ⅱ→ 回路； 2） CO2萃取釜 → 分離 Ⅰ→ 分離 Ⅱ→ 精餾柱 → 回路； 3） CO2萃取釜 → 精餾柱 → 分離 Ⅰ→ 分離 Ⅱ→ 回路； 4） CO2萃取釜 → 分離 Ⅰ→ 精餾柱 → 離 Ⅱ→ 回路。 第一節(jié) 固液萃取 CO2萃取技術(shù)應(yīng)用前景 ?超臨界 CO2萃取新技術(shù)完全可用于改造傳統(tǒng)中藥產(chǎn)業(yè)，和傳統(tǒng)中藥生產(chǎn)工藝比，具有極大優(yōu)越性和市場潛力。這一領(lǐng)域?qū)⑹浅R界 CO2萃取技術(shù)的主要方向。 ?超臨界萃取技術(shù)應(yīng)用于中藥或天然藥物，要從單純地進(jìn)行中間原料的提取轉(zhuǎn)向于兼顧單味、復(fù)方中藥新藥的開發(fā)應(yīng)用或?qū)ΜF(xiàn)行我國生產(chǎn)的各種中成藥工藝改革或二次開發(fā)上，以及配合我國正在進(jìn)行的中藥現(xiàn)代化戰(zhàn)略行動。 ?SFE技術(shù)應(yīng)用于中藥，還要加強有關(guān)基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。 第一節(jié) 固液萃取 三、常用的浸出設(shè)備 （一）浸提設(shè)備 ? 浸提罐是最常用的浸提設(shè)備，基本結(jié)構(gòu)為上部有蓋，下部有出液口，內(nèi)部裝有多孔假底并鋪上濾布，目的是過濾提取液并防止藥渣堵塞。為了提高浸出效率，浸提罐中一般都裝有攪拌裝置對物料進(jìn)行攪拌或在下端出口處設(shè)置離心泵強制溶媒循環(huán)，起類似于攪拌的作用。 如圖62所示。 a 立式浸提罐 b 臥式浸提罐 c 轉(zhuǎn)筒形浸提罐 圖 62浸提罐示意圖 第一節(jié) 固液萃取 （二）滲漉設(shè)備 ?滲漉器一般為圓筒形設(shè)備，也有圓錐形，上部有加料口，下部有出渣口，其底部有篩板、篩網(wǎng)或濾布等以支持藥粉底層。大型滲漉器有夾層，可通過蒸汽加熱或冷凍鹽水冷卻，以達(dá)到浸出所需溫度，并能常壓、加壓及強制循環(huán)滲漉操作。如圖 63所示。 圖 63 滲漉器 第一節(jié) 固液萃取 ? 如圖 64所示。藥材按順序裝人 1～ 5個滲漉罐，用泵將溶劑送入 1