论文部分内容阅读
青蒿素(Artemisinin)是我国自主开发的、国际公认的抗疟疾的特效药,市场需求量大。青蒿素从植物黄花蒿中提取。传统的方法为有机溶剂提取,存在步骤多、时间长、能耗大、提取率低等不足。近年来新兴的超临界CO2萃取技术被认为是提取高附加值的天然产物的高效洁净工艺。本文的主要目的是深入研究青蒿素的超临界CO2萃取工艺,并对超临界CO2提取物进行分离、精制,完善提出的“超临界CO2萃取—柱层析分离—结晶精制”的工艺路线,以期为青蒿素的工业化生产开创一条新路。本文首先建立了青蒿素反相HPLC定量分析方法。该方法先将青蒿素衍生转变成Q260,再进行HPLC分析。该分析方法准确性高、重现性好,适合于植物原料中低含量青蒿素的成批分析。相对标准偏差小于1.1%,分析的加样回收率为98.9%。测定了青蒿素在超临界CO2中的溶解度。建立了一套流动法测定固体溶质在超临界CO2中溶解度的实验装置。在10-27MPa,37-65℃范围内,青蒿素在超临界CO2中的溶解度较大,在9.8×10-5到2.7×10-3(mol/mol)之间。溶解度随压力的升高、密度的增大而增大;在低压范围内(10-18MPa),低温有利于青蒿素溶解,而高压范围内(18-27MPa),高温有利于青蒿素溶解。等密度下,溶解度随温度的升高而增大。基于分子缔合假设,推导出一个适合于固体溶质、包含相平衡的四参数溶解度分子缔合模型。用该模型关联了溶解度数据,平均拟合偏差为4.28%。在测定溶解度的基础上,展开青蒿素的超临界CO2萃取研究。以高萃取率和高萃取选择性为目标,系统地研究了原料颗粒度(40-100目)和含水量(2.5%-11.3%),萃取压力(15-30MPa)、萃取温度(40-60℃)和CO2密度,CO2流速(0.55-6.24kg/h·(kg原料))和萃取时间等工艺参数对萃取过程的影响。在实验范围内,萃取压力和温度越高,青蒿素萃取率越高,萃取选择性越差;延长萃取时间能提高萃取率,但萃取选择性变差;原料中的水份能使颗粒骨架溶胀,有利于萃取,但过高的水份会使选择性下降。优化得到了最佳工艺操作参数:萃取压力20MPa、萃取温度50℃,CO2流速为1.00kg/(h·kg原料),原料颗粒度为60-80目。在以上条件下萃取4h,萃取率达到95%以上,萃取物中青蒿素含量在15%左右。研究了升温降压和超临界吸附两种解析方式,认为升温降压比超临界吸附解析方式更有优势。升温降压解析方式较好的条件为:分离釜Ⅰ压力12.5MPa、温度60℃,分离釜Ⅱ压力5.0MPa、温度60℃。研究表明采用二次萃取的方式不能达到进一步提纯青蒿素的目的。根据小试结果,初步设计了超临界CO2萃取青蒿素的生产工艺流程。分别采用“热球”模型和基于质量衡算微分方程的模型来描述超临界萃取过程。在实验范围内,利用质量衡算微分方程的模型方程式计算的萃取率与实验值能够较好地吻合,最大相对误差为14.8%,最小为1.2%。在柱层析—结晶纯化青蒿素的研究中,选择硅胶作为柱层析吸附剂。30℃下硅胶对青蒿素的饱和吸附量为35.2mg/g。以正己烷/乙醚=80/20(v/v)作为流动相,青蒿素的Rf值为0.16。在尺寸为Φ2.0cm×50cm的层析柱上,优化得到较优的操作条件:流量1.5ml/min,柱温为25℃,上样量15.0mg/g硅胶。经过柱层析分离,青蒿素的纯度从12.25%提高到70%左右,收率在88.5%以上。吸附剂硅胶经溶剂(正己烷/氯仿=60/40(v/v))再生后可以多次重复使用。柱层析得到的青蒿素粗品,用约17倍体积(ml/g)的70%乙醇结晶,得到青蒿素纯品,纯度为98.9%,结晶收率为85.2%。完善了青蒿素提取、精制新的工艺路线:超临界CO2萃取—柱层析分离—结晶精制,青蒿素产品纯度为98.9%,总收率达到71%以上。