由于中藥材所含成分復雜,不銹鋼提取設備提取后有效成分、輔助成分、無效成分混在一起,所以必須對提取液進行分離和精制,才能去除無效成分,得到所需要的有效成分。常用的分離精制方法有沉淀法(即靜沉、水提醇沉、醇提水沉)、過濾吸附法、機械分離法等。乙醇沉淀法是常用的中藥水提取液純化精制方法。
1、沉淀法的原理
中藥材先經水煎提取,藥材中的有效成分被提取出來的同時,許多水溶性雜質也同時被提取出來。醇沉淀法就是利用有效成分能溶于乙醇而雜質不溶于乙醇的特性,在提取液中加入乙醇后有效成分轉溶于乙醇中,而雜質則被沉淀出來,對多功能提取設備獲得的中草藥提取液進行精制(醇提水沉的原理同樣)。
2、影響醇沉淀工藝的因素
影響醇沉淀工藝的因素有:初膏濃度及溫度、乙醇用量及乙醇濃度、醇沉液的pH值、醇沉淀的溫度與時間、加醇方式和攪拌速度等。
(1)初膏濃度及溫度
為了保證醇沉淀時盡可能多地除去雜質,同時減少有效成分損失和降低乙醇耗量,一般要先將提取液濃縮成一定濃度的初膏。初膏濃度過高,則藥液粘稠度大,乙醇與藥液難以充分接觸(混合),所產生的沉淀物體積大,結塊嚴重,易包裹藥液,造成有效成分損失。初膏濃度過低則藥液量大,需耗費的乙醇量也大,工藝成本就高。初膏濃度并不是決定醇沉淀工藝中分離純化的關鍵性因素,但它決定著乙醇的用量。
(2)乙醇濃度及乙醇用量、醇沉液的pH值
乙醇的濃度是醇沉工藝中的關鍵技術參數(shù)。在通常情況下,當含醇量為50%~60%時可除去淀粉等雜質;含醇量達60%時,無機鹽開始沉淀;含醇量達75%以上時,可除去蛋白質等雜質;當含醇量達80%時,幾乎可除去全部淀粉、多糖、蛋白質及無機鹽類雜質。但是,只增加乙醇濃度也不易將蹂質、水溶性色素、樹脂等除去。應用調整pH值的方法和增加醇沉時間的方式將其除去。醇沉淀液中含醇量的高低與藥物有效成分的溶解有著密切的關系,隨著醇沉淀液含醇量的增加,沉淀速度加快,有效成分也會被包裹一起沉淀。通常醇沉淀液的含醇量應在60%~75%之間。
醇沉時加醇的濃度并不是越高越好,加醇量也不是越多越好。當醇沉液的含醇量要求在70%~75%之間時,一般宜用90%左右的乙醇。此時所耗乙醇體積較少,同時與用95%濃度的乙醇相比,回收蒸餾要容易得多。即醇沉淀精制過程中,當乙醇總量低于某一臨界乙醇總量時,醇溶物的量隨乙醇用量增加而增加;高于臨界乙醇總量時,增加趨勢減緩直至不再增加。
水提醇沉工藝中用醇量的經驗公式:設初膏的重量為W,比重為D,純凈乙醇的濃度為C1,經醇洗后要達到乙醇濃度為C2,加入的乙醇量為L1。在不考慮雜質影響時,等量關系式應為:
L1* C1=(L1+W/D) *C2
即L1=W/D*C2/(C1-C2)
在實際操作中,用帶有液位計的計量罐計量乙醇量時誤差較大,進行精細分離時最好使用電子稱重模塊(托力多產品),用稱重法計量比較精確。
(3)醇沉淀的溫度與時間
醇沉淀的時間與醇沉罐內液體溫度有直接的關系。醇沉溫度低,沉淀物析出與沉降的速度加快,所需的靜置時間短,反之則長。加醇時藥液溫度不能過高,以防止乙醇揮發(fā)損耗。若含醇藥液降溫太快,微粒碰撞機會就會減少,沉淀顆粒較細(有時為粥扔難以過濾。在中藥提取液醇沉工藝操作中,一般是將乙醇導入常溫或低溫的浸膏中,進行沉析。
(4)加醇方式和攪拌速度
醇沉一開始就加入大量高濃度乙醇或將初膏加入乙醇中,如果攪拌不勻,就會造成局部含醇量過高,淀粉、蛋白質類會迅速沉析并對濃縮液形成包裹,隨著乙醇的增加包裹層的質地會越來越致密而且難以分散,勢必影響醇沉效果。分次醇沉或以梯度遞增方式逐步提高乙醇濃度,有利于除去雜質和減少有效成分的損失,但此時醇沉的操作過程比較麻煩,乙醇用量也會增大。
攪拌在醇沉淀過程中的作用與在其他工藝過程中的作用相似,有利于提高藥液與乙醇的接觸面積,提高藥液與乙醇混合的均一性。一般情況下隨著醇含量的增加,沉析速度會加快,沉析的也比較完全。但隨著醇濃度的升高,有效成分也會被沉淀物包裹而造成損失。根據這一原理,醇沉時應提高攪拌速度,緩慢加入乙醇。攪拌速度也應有一個合適的范圍,過快的攪拌速度會使生成的沉淀顆粒過小,后期難以過濾。攪拌速度過慢藥液中局部乙醇濃度過高,沉淀物會包裹有效成分造成有效成分的損失,同時也會使生成沉淀物黏連,從而難以過濾和分離。
3、沉析設備(醇沉罐)
目前大部分中藥生產企業(yè)使用的不銹鋼儲罐沉析設備,基本上是帶有夾套的筒體,醇沉后雜質沉淀在錐底,上清液通過出液管道吸出,罐底安裝有球閥或蝶閥作為出渣口。沉析罐的攪拌電機,一般都無法進行轉速的調節(jié),操作時開啟攪拌漿,將乙醇直接通過管道加入罐內。這種加醇方式不利于乙醇在藥液中的均勻分散與混合,易造成有效成分損失,同時還會在醇沉過程中產生塊狀沉淀物,球閥和直徑較小的碟閥也不利于排渣。
我們可以根據生產工藝的實際情況,對沉析罐作一些改進來滿足生產工藝的需要。如在沉析罐的上部加裝一個噴淋管或噴頭,以噴淋的方式來實現(xiàn)均勻加醇;通對電機或減速機的調整來確定合適的攪拌槳轉速(80~100r/min);通過對攪拌槳角度的調整和增加攪拌槳個數(shù)來改善攪拌效果。在料液層比較高的情況下,為了使物料攪拌均勻,在增加攪拌槳個數(shù)時,相鄰的兩層攪拌槳可交叉成90°安裝,這樣基本可以達到攪拌均勻的效果;將排渣口的球閥改成直徑大一點的蝶閥,排渣效果會更好(經過改造還可以進行小批量中藥材的提取)。另外,沉析罐的罐體對沉析效果也有影響,如果廠房高度允許,罐體的高度適當高一點,沉析效果會更好。在這里特別強調醇沉設備的電機和視鏡燈必須是防爆的。
為了在醇沉時保持一個穩(wěn)定的溫度,循環(huán)水系統(tǒng)的中間水箱要有足夠的容量。涼水塔的處理能力也要足夠大,也可以采用涼水塔串聯(lián)的方式來提高降溫效果,夏季高溫季節(jié)可以用制冷機組輔助降溫。在生產中一些量小的醇沉液,可以裝桶后放入冷庫中進行低溫靜沉。
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