大孔树脂分离纯化中草药中皂苷类成分的研究进展
核心提示： 皂苷类成分广泛存在于陆地高等植物中，尤其在百合科、五加科、薯蓣科、石竹科和豆科等植物中分布较多。皂苷类成分往往具有祛痰、止咳、抗菌、抗癌、解热、抗衰老等多种生物活性，在药品和保健品领域具有巨大的开发价
皂苷类成分广泛存在于陆地高等植物中，尤其在百合科、五加科、薯蓣科、石竹科和豆科等植物中分布较多。皂苷类成分往往具有祛痰、止咳、抗菌、抗癌、解热、抗衰老等多种生物活性，在药品和保健品领域具有巨大的开发价值。
大孔吸附树脂是一类有机高聚物吸附剂，它不含交换基团，含有注入致孔剂形成的空隙。其主要有以下优点：较稳定的理化性质，机械强度好，一般不溶于酸、碱及有机溶剂，吸附之后易解吸，再生容易。通过不同的合成方法，可以得到众多孔隙大小分布、比表面积、功能基团和极性都不同的树脂，所以可以针对不同分离对象选择较优的树脂品种。大孔树脂根据极性的强弱分为非极性、弱极性、中等极性和强极性等，也可以根据功能基团的不同分为苯乙烯型、丙烯酸酯型、丙烯酰胺型、氧化氮型和亚砜型等。大孔树脂能利用与被吸附分子之间的范德华力或氢键从溶液中吸附多种有机物质。目前大孔 树脂在中药成分精制中应用广泛，表1中列出了一些常用于皂苷精制的大孔树脂的性质。
一、大孔树脂的筛选
选择大孔树脂时要求树脂对目标皂苷吸附容量大、选择性高、吸附速率快、解吸容易并且再生容易。吸附容量和吸附速率可采用静态吸附法确定。 表2，3中分别列出了国内外研究者在精制药材和复方中皂苷类成分时筛选得到的最优树脂，包括D系列、HPD系列、LSA系列、NKA系列、AB一8等50余种树脂，被筛选为最优树脂的主要是D一101，AB一8，HPDl00。Scordino等发现：树脂比表面积增加有利于吸附；树脂孔径较小时，孔径增加有利于吸附；树脂孔径较大时，孔径继续增加不利于吸附。从表1可知，D一101，AB一8，HPDl00这3种树脂都具有较大的比表面积(>480 m2•g-1)和适中的孔径(8．5-14nm)。另外，这3种树脂的极性都较低，有利于减少对极性杂质的吸附。
二、大孔树脂色谱工艺及其影响因素
大孔吸附树脂使用时一般采用装柱的方式，具体步骤包括预处理、上柱吸附、洗涤、解吸和再生等。用于皂苷类成分精制时，预处理方法和再生方法并无特殊之处，所以本文中不加赘述。下面将重点介绍上柱吸附、洗涤和解吸等工艺及其影响因素。
1．吸附
上柱吸附的主要影响因素是温度、上柱流速、上柱体积和待处理药液的含生药量。其中温度和待处理药液的含生药量容易被忽视。
线性增加的解吸剂能增加不同成分的分离度。
解吸流速的选择需要综合考虑解吸剂消耗和时间消耗。Fu等 研究结果表明，较低的解吸流速可以减少解吸剂用量，但消耗的时间明显增加。
解吸剂体积的确定关系到皂苷的收率和解吸剂的消耗量。最佳解吸剂体积的选择需要兼顾解吸剂用量、皂苷解吸率和杂质解吸率。最佳解吸剂体积的选择受到温度、解吸流速和解吸剂组成的影响，比较好的方法是采用解吸终点进行控制。初阳等 采用HPD-300型树脂精制三七皂苷时采用8％香草醛硫酸试剂检查解吸液有无皂苷，当无深红紫色产生时，认为皂苷已经完全解吸，此时即为最佳解吸剂体积。
三、大孔树脂色谱的模型化
大孔树脂对皂苷类成分的吸附能力可以通过吸附等温线表征。吸附等温线可以采用Langmuir方程或Freundlich方程等进行模拟。Langmuir方程用于描述均一表面单分子层的吸附过程，其数学形式如下：
其中qe是平衡吸附量，qe为经验数，K为Langmuir常数。Freundlich方程则描述非均一表面的吸附过程，其数学形式如下：
其中K为Freundlich常数，lln为经验数。对于不同树脂和药液，使用Langmuir方程或Freundlich方程拟合结果的优劣也可能不同。
大孔树脂对皂苷类成分吸附速率的快慢可以通过静态吸附实验测定。实验结果常采用假一级动力学方程或假二级动力学方程进行拟合 。假一级动力学方程的数学式为：
其中gt是t时刻的吸附量，gsl是假一级速率常数。当t=O时，若q产0，可得假一级动力学方程的积分式为：
假二级动力学方程的数学式为：
其中k是假二级速率常数。当t=0时，若qt=0，可得假二级动力学方程的积分式为：
拟合得到的速率常数较大，则意味着树脂的吸附速率较快。
大孔树脂的动态吸附过程可以采用Generalrate model(GR模型)。该模型考虑了各种影响色谱传质的因素，具有普适性，但是形式较为复杂[39]。许永兴等采用该模型预测了含葛根素和大豆苷元模拟体系的色谱过程，预测值和实验值符合良好。 Guiochon综述了多种GR模型的简化形式，但目前还未见到色谱精制皂苷类成分的数学建模研究。
四、展望
大孔 树脂可以高效富集皂苷类成分，其产品纯度较高，受到学术界和工业界的广泛关注。但目前生产中还存在一些问题，如吸附和解吸的终点判断困难、工艺优化方法较少等。因此有必要加强吸附和解吸等过程机制的研究，开发工艺参数优化方法，并且提高生产过程控制水平。
1．加强吸附和解吸过程机制的研究
大孔树脂吸附和解吸过程机制复杂，不仅和树脂本身孔径分布、粒径大小、比表面积、功能基团以及目标分子的性质相关，还受到其他分子竞争吸附和具体操作参数等因素的影响。加强对其机制的研究不仅有助于简化树脂筛选过程，也有利于合成针对特定皂苷富集分离的树脂。通过吸附机制的研究获得皂苷类成分的吸附规律，也有利于实现色谱工艺的模型化，从而能够提出确切有效的过程控制方法和科学合理的优化方法。
2．开发工艺参数优化方法
大孔树脂色谱每次要处理的提取液成分都不同，所以需要对工艺参数进行针对性优化以提高生产效果和效率。优化的关键在于明确工艺参数和色谱效果的关系，可以采用的方法有响应曲面法等。工艺参数优化应该综合考虑有效成分回收、杂质成分去除、单位树脂的处理量、时间消耗和溶剂消耗等因素。
3．开发色谱工艺的针对性控制策略
由于杂质去除能力很强，实际生产中色谱工艺往往是决定药品质量的关键步骤，因此有必要开发针对性的工艺控制策略。色谱工艺控制策略不仅涉及流量、温度、体积等工艺参数的精确控制，也需要结合体系特点进行解吸液收集时机的合理选择，还包括洗涤液分析评价和色谱产物分析评价等多个方面。
综上所述，通过精心挑选树脂类型，合理设置工艺参数，利用大孑L树脂精制皂苷就可以达到选择性好、皂苷产量大并且纯度高的良好效果。通过加强吸附和解吸过程机制的研究，优化工艺参数，并且开发针对大孔树脂分离的控制策略，必定可以使大孔 树脂在皂苷分离纯化中优势更明显，应用更广泛。
大孔吸附树脂是一类有机高聚物吸附剂，它不含交换基团，含有注入致孔剂形成的空隙。其主要有以下优点：较稳定的理化性质，机械强度好，一般不溶于酸、碱及有机溶剂，吸附之后易解吸，再生容易。通过不同的合成方法，可以得到众多孔隙大小分布、比表面积、功能基团和极性都不同的树脂，所以可以针对不同分离对象选择较优的树脂品种。大孔树脂根据极性的强弱分为非极性、弱极性、中等极性和强极性等，也可以根据功能基团的不同分为苯乙烯型、丙烯酸酯型、丙烯酰胺型、氧化氮型和亚砜型等。大孔树脂能利用与被吸附分子之间的范德华力或氢键从溶液中吸附多种有机物质。目前大孔 树脂在中药成分精制中应用广泛，表1中列出了一些常用于皂苷精制的大孔树脂的性质。
一、大孔树脂的筛选
选择大孔树脂时要求树脂对目标皂苷吸附容量大、选择性高、吸附速率快、解吸容易并且再生容易。吸附容量和吸附速率可采用静态吸附法确定。 表2，3中分别列出了国内外研究者在精制药材和复方中皂苷类成分时筛选得到的最优树脂，包括D系列、HPD系列、LSA系列、NKA系列、AB一8等50余种树脂，被筛选为最优树脂的主要是D一101，AB一8，HPDl00。Scordino等发现：树脂比表面积增加有利于吸附；树脂孔径较小时，孔径增加有利于吸附；树脂孔径较大时，孔径继续增加不利于吸附。从表1可知，D一101，AB一8，HPDl00这3种树脂都具有较大的比表面积(>480 m2•g-1)和适中的孔径(8．5-14nm)。另外，这3种树脂的极性都较低，有利于减少对极性杂质的吸附。
二、大孔树脂色谱工艺及其影响因素
大孔吸附树脂使用时一般采用装柱的方式，具体步骤包括预处理、上柱吸附、洗涤、解吸和再生等。用于皂苷类成分精制时，预处理方法和再生方法并无特殊之处，所以本文中不加赘述。下面将重点介绍上柱吸附、洗涤和解吸等工艺及其影响因素。
1．吸附
上柱吸附的主要影响因素是温度、上柱流速、上柱体积和待处理药液的含生药量。其中温度和待处理药液的含生药量容易被忽视。
线性增加的解吸剂能增加不同成分的分离度。
解吸流速的选择需要综合考虑解吸剂消耗和时间消耗。Fu等 研究结果表明，较低的解吸流速可以减少解吸剂用量，但消耗的时间明显增加。
解吸剂体积的确定关系到皂苷的收率和解吸剂的消耗量。最佳解吸剂体积的选择需要兼顾解吸剂用量、皂苷解吸率和杂质解吸率。最佳解吸剂体积的选择受到温度、解吸流速和解吸剂组成的影响，比较好的方法是采用解吸终点进行控制。初阳等 采用HPD-300型树脂精制三七皂苷时采用8％香草醛硫酸试剂检查解吸液有无皂苷，当无深红紫色产生时，认为皂苷已经完全解吸，此时即为最佳解吸剂体积。
三、大孔树脂色谱的模型化
大孔树脂对皂苷类成分的吸附能力可以通过吸附等温线表征。吸附等温线可以采用Langmuir方程或Freundlich方程等进行模拟。Langmuir方程用于描述均一表面单分子层的吸附过程，其数学形式如下：
其中qe是平衡吸附量，qe为经验数，K为Langmuir常数。Freundlich方程则描述非均一表面的吸附过程，其数学形式如下：
其中K为Freundlich常数，lln为经验数。对于不同树脂和药液，使用Langmuir方程或Freundlich方程拟合结果的优劣也可能不同。
大孔树脂对皂苷类成分吸附速率的快慢可以通过静态吸附实验测定。实验结果常采用假一级动力学方程或假二级动力学方程进行拟合 。假一级动力学方程的数学式为：
其中gt是t时刻的吸附量，gsl是假一级速率常数。当t=O时，若q产0，可得假一级动力学方程的积分式为：
假二级动力学方程的数学式为：
其中k是假二级速率常数。当t=0时，若qt=0，可得假二级动力学方程的积分式为：
拟合得到的速率常数较大，则意味着树脂的吸附速率较快。
大孔树脂的动态吸附过程可以采用Generalrate model(GR模型)。该模型考虑了各种影响色谱传质的因素，具有普适性，但是形式较为复杂[39]。许永兴等采用该模型预测了含葛根素和大豆苷元模拟体系的色谱过程，预测值和实验值符合良好。 Guiochon综述了多种GR模型的简化形式，但目前还未见到色谱精制皂苷类成分的数学建模研究。
四、展望
大孔 树脂可以高效富集皂苷类成分，其产品纯度较高，受到学术界和工业界的广泛关注。但目前生产中还存在一些问题，如吸附和解吸的终点判断困难、工艺优化方法较少等。因此有必要加强吸附和解吸等过程机制的研究，开发工艺参数优化方法，并且提高生产过程控制水平。
1．加强吸附和解吸过程机制的研究
大孔树脂吸附和解吸过程机制复杂，不仅和树脂本身孔径分布、粒径大小、比表面积、功能基团以及目标分子的性质相关，还受到其他分子竞争吸附和具体操作参数等因素的影响。加强对其机制的研究不仅有助于简化树脂筛选过程，也有利于合成针对特定皂苷富集分离的树脂。通过吸附机制的研究获得皂苷类成分的吸附规律，也有利于实现色谱工艺的模型化，从而能够提出确切有效的过程控制方法和科学合理的优化方法。
2．开发工艺参数优化方法
大孔树脂色谱每次要处理的提取液成分都不同，所以需要对工艺参数进行针对性优化以提高生产效果和效率。优化的关键在于明确工艺参数和色谱效果的关系，可以采用的方法有响应曲面法等。工艺参数优化应该综合考虑有效成分回收、杂质成分去除、单位树脂的处理量、时间消耗和溶剂消耗等因素。
3．开发色谱工艺的针对性控制策略
由于杂质去除能力很强，实际生产中色谱工艺往往是决定药品质量的关键步骤，因此有必要开发针对性的工艺控制策略。色谱工艺控制策略不仅涉及流量、温度、体积等工艺参数的精确控制，也需要结合体系特点进行解吸液收集时机的合理选择，还包括洗涤液分析评价和色谱产物分析评价等多个方面。
综上所述，通过精心挑选树脂类型，合理设置工艺参数，利用大孑L树脂精制皂苷就可以达到选择性好、皂苷产量大并且纯度高的良好效果。通过加强吸附和解吸过程机制的研究，优化工艺参数，并且开发针对大孔树脂分离的控制策略，必定可以使大孔 树脂在皂苷分离纯化中优势更明显，应用更广泛。
(如果您认为转载内容侵犯了您的权益，请及时联系我们，本网站将在收到信息核实后24小时内删除相关内容。)
