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模拟移动床技术在天然产物分离制备中的应用

近年来,随着对SMB技术研究的深入,其应用领域也进一步扩大,从单一的石油化工制品的分离逐步涉及到精细化工、制糖业、化妆品和香料工业等领域。天然产物的资源丰富、品种繁多、潜在活性功能强,一直是科研学者关注的重点。但是,天然产物的成分复杂、有效活性成分含量低,要制备成分明确、药效清楚、活性成分含量可控的产品,必须利用现代科学技术建立有效的分离工艺。而SMB技术具有连续分离、易于操作、条件可控的特点,对于天然产物活性成分的大量制备有着重要的应用意义。我国的科研学者运用该技术在天然产物活性成分提取方面进行了许多研究,主要包括黄酮类、多酚类、氨基酸、肽类以及糖类等化合物的分离研究。

黄酮类的分离制备

槲皮素是黄酮类化合物中具有代表性的一种,具有抗自由基、抗氧化、抗癌、抗糖尿病并发症等多种生物活性及药理作用,对呼吸道疾病,特别是哮喘病、支气管炎有较好作用。张丽华等对银杏提取物进行两次SMB分离,得到了纯度大于90%的槲皮素。甘草甙是甘草黄酮类化合物中重要的单体活性成分,具有抗氧化、抗HIV等多种药理作用。丛景香[1]等采用4柱3区的SMB对甘草提取物进行了分离制备。柱连接方式为1-1-2,反相ODS为分离填料,15%乙醇为洗脱溶剂,样品浓度0.2g/mL,进样流速0.1mL/min,洗脱流速1.5mL/min,萃取流速1.0mL/min,切换时间20~21min。对收集的样品进行乙醇水重结晶,可以得到纯度为98%的甘草甙。

多酚类的分离制备

白藜芦醇广泛存在于虎杖、葡萄、花生、松树等植物中,具有抗肿瘤、抗炎、抗菌、抗氧化、抗自由基、保护肝脏、保护心血管和抗心肌缺血等功能。张建超[2]等采用4柱3区的SMB对虎杖提取物进行分离制备,得到了高纯度的白藜芦醇。采用的柱连接方式为1-2-1,反相ODS为分离填料,50%甲醇为洗脱溶剂,进样流速0.1mL/min,洗脱带流速1.0mL/min,精制带流速1.5mL/min,吸附带流速1.6mL/min,切换时间19min。

氨基酸的分离制备

L-苯丙氨酸是具有生理活性的芳香族氨基酸,是人和动物不能靠自身自然合成的必需氨基酸之一。L-苯丙氨酸是苯丙氨苄、甲酸溶肉瘤素等氨基酸类抗癌药物的中间体,也是生产肾上腺素、甲状腺素和甜味剂阿斯巴甜的原料。吴昊[3]等对浓度为12g/LL-苯丙氨酸酶转化液进行了SMB分离。采用5根色谱柱的4区式SMB,各功能区配置为1-1-2-1,WH-6苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂为分离填料,洗脱液为0.5mol/L的氨水。区Ⅰ切换时间1.8h,区Ⅱ切换时间0.5h,区Ⅲ切换时间7.32h,区Ⅳ切换时间2.44h,进样流速1L/h,洗脱流速1.74L/h。经分离,L-苯丙氨酸的浓度可达35g/L,回收率为97.6%,样品经活性炭脱色、结晶、干燥后可得到纯度大于98.5%的L-苯丙氨酸。

肽的分离制备

替考拉宁是一种新糖肽抗生素,其抗菌谱及抗菌活性与万古霉素相似。对革兰阳性菌如葡萄球菌、链球菌、肠球菌和大多厌氧性阳性菌敏感。在临床中主要用于金黄葡萄球菌及链球菌属等敏感菌所致的严重感染,如心内膜炎、骨髓炎、败血症及呼吸道、泌尿道、皮肤、软组织等。林炳昌[4]等对替考拉宁原料进行了SMB分离制备的研究,通过单柱实验,采用自行设计的三带SMB,色谱柱径为ф=5cm,经C18分离填料,以65%甲醇为流动相,进样浓度为50mg/mL,进样流速为5mL/min,洗脱流速50mL/min,萃取流速21mL/min,切换时间7min。对两批样品进行分离制备,得到替考拉宁的纯度均大于87%。根据上述的实验方法,将SMB设备进一步放大,即色谱柱径ф由5cm放大为l0cm;采用进样流速12mL/min,洗脱流速200mL/min,萃取流速132mL/min,切换时间415s,可以得到纯度为87.1%的替考拉宁。

糖的分离制备

果糖是最甜的天然营养型甜味剂,具有高甜、冷甜和纯正爽口的甜味特征及代谢不依赖胰岛素、不会引起血糖过大波动等优良的代谢特征。果糖与葡萄糖互为同分异构体,属于己酮糖,富含于菊芋等菊科植物和蜂蜜、水果中。工业上常以果葡糖浆为原料开展果糖的分离制备工作。李良玉[5]等使用模拟移动床对F42果葡糖浆进行分离制备。使用的色谱填料为Ca2+型离子交换树脂,进料流速3.0mL/min,洗脱流速7.5mL/min,循环流速12.0mL/min,切换时间400s,可以得到纯度为95%的果糖,其回收率高达85%。

结论

天然产物活性成分作为药物的重要来源之一,其有效成分分离纯化的制备技术已经受到全世界研究人员的重视。SMB技术作为分离技术中的一次革新,是一种真正的连续制备色谱技术。一方面,SMB具有分离效率高、填料和洗脱剂消耗少的优点,大大降低活性成分分离制备的成本;另一方面,SMB分离操作的灵活性有利于天然产物中不同类型化合物的分离。同时,随着顺序式SMB技术的发展,对于多组分、复杂天然产物的分离将起到积极的推动作用。

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