制藥工程中的制藥分離技術(shù)

王娜娜

制藥工程涵蓋化學制藥、中藥制藥和生物制藥。由于藥物的純度和雜志含量與其藥效、毒副作用、價格等息息相關(guān)，所以不論生物制藥、化學合成制藥與中藥制藥，其制藥過程均包括原料藥的生產(chǎn)和制劑生產(chǎn)兩個階段。

原料藥的生產(chǎn)的第一階段為將基本的原料藥通過化學合成（合成制藥）、微生物發(fā)酵或酶催化反應（生物制藥）或提取（中藥制藥）而獲得含有目標藥物成分的混合物。第二階段主要是采用適當?shù)姆蛛x技術(shù)，將反應產(chǎn)物或中草藥粗品中的藥物成分進行分離純化，使其成為高純度的、符合藥品標準的原料藥。

常用的分離技術(shù)有：固液萃取、超臨界流體萃取、反膠團萃取、雙水相萃取和沉析等。

固液萃?。汗桃狠腿∈抢萌軇┦构腆w物料中地可溶性物質(zhì)溶解于其中而加以分離地操稱為固液萃取，又稱浸取。水是最常用地一種溶劑，如泡茶、煎中藥和從甜菜中提取糖等。隨著工業(yè)地發(fā)展和人民生活水平地提高，固液萃取地應用領(lǐng)域越來越廣泛，如從植物種子中提取食油，從各種植物中提取中草藥制劑以及生產(chǎn)速溶咖啡、食品調(diào)味料和食品添加劑等。

幾乎所有的固液萃取都要現(xiàn)對原料進行預處理，一般是將原料粉碎，制成細粒狀或薄片狀。物料中的有用成分（溶質(zhì)）分散在不溶性固體（擔體）中，溶劑和溶質(zhì)必須通過擔體的細孔才能將溶質(zhì)轉(zhuǎn)移到固體外的溶液中，傳質(zhì)阻力比較大。固體物料經(jīng)粉碎后，由于和溶劑間的相互接觸面積增大一級擴散距離縮短，使萃取速率顯著提高。擔過分的粉碎會產(chǎn)生粉塵，并在萃取過程中使固相的滯液量增加，造成固液分離的困難和萃取效率的降低。

選擇溶劑應考慮以下原則：（1）溶質(zhì)的溶解度大，以為節(jié)省溶劑用量;（2）與溶質(zhì)之間又足夠大的沸點差，以便于回收利用;（3）溶質(zhì)在溶劑的擴散阻力小，即擴散系數(shù)大和黏度小;（4）價廉易得，無毒，腐蝕性小等。

溶質(zhì)的溶解度一般隨溫度上升而增大，同時溶質(zhì)的擴散系數(shù)液增大。因此，提高溫度可以加快萃取速度;又是溫度克接近溶劑的沸點。但溫度過高應注意諸如蛋白質(zhì)變性等不良現(xiàn)象的產(chǎn)生

超臨界流體萃取：超臨界流體萃取是在較低溫度下，不斷增加氣體的壓力時，氣體會轉(zhuǎn)化成液體，當溫度增高時，液體的體積增大，對于某一特定的物質(zhì)而言總存在一個臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc），高于臨界溫度和臨界壓力后，物質(zhì)不會成為液體或氣體，這一點就是臨界點。再臨界點以上的范圍內(nèi)，物質(zhì)狀態(tài)處于氣體和液體之間，這個范圍之內(nèi)的流體成為超臨界流體。超臨界流體具有類似氣體的較強穿透力和類似于液體的較大密度和溶解度，具有良好的溶劑特性，可作為溶劑進行萃取、分離單體。

用超臨界萃取方法提取天然產(chǎn)物時，一般用CO2作萃取劑。這是因為：

a） 臨界溫度和臨界壓力低操作條件溫和，對有效成分的破壞少;

b） CO2可看作是與水相似的無毒、廉價的有機溶劑;

c） CO2在使用過程中穩(wěn)定、無毒、不燃燒、安全、不污染環(huán)境且可避免產(chǎn)品的氧化;

d）無有害溶劑的殘留;

在超臨界狀態(tài)下，CO2具有選擇性溶解。超臨界流體CO2對低分子、低極性、親脂性、低沸點的成分表現(xiàn)出優(yōu)異的溶解性。對具有極性集團（-OH，-COOH等）的化合物，極性集團愈多，就愈難萃取，故多元醇，多元酸及多羥基的芳香物質(zhì)均難溶于超臨界二氧化碳。對于分子量高的化合物，分子量越高，越難萃取，分子量超過500的高分子化合物也幾乎不溶。而對于分子量較大和極性集團較多的中草藥的有效成分的萃取，就需向有效成分和超臨界二氧化碳組成的二元體系中加入第三組分，來改變原來有效成分的溶解度，在超臨界液體萃取的研究中，通常將具有改變?nèi)苜|(zhì)溶解度的第三組分稱為夾帶劑。一般地說，具有很好溶解性能的溶劑，也往往是很好的夾帶劑，如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯。

反膠團萃?。悍茨z團萃取是一種發(fā)展中的生物分離技術(shù)。反膠團萃取的本質(zhì)仍是液-液有機溶劑萃取，但與一般有機溶劑萃取所不同的是，反膠團萃取利用表面活性劑在有機相中形成的反膠團，從而在有機相內(nèi)形成分散的親水微環(huán)境，使生物分子在有機相（萃取相）內(nèi)存在于反膠團的親水微環(huán)境中，消除了生物分子，特別是蛋白質(zhì)類生物活性物質(zhì)難于溶解在有機相中或在有機相中發(fā)生不可逆變性的現(xiàn)象。

雙水相萃?。簜鹘y(tǒng)的雙水相體系是指雙高聚物雙水相體系，其成相機理是由于高聚物分子的空間阻礙作用，相互無法滲透，不能形成均一相，從而具有分離傾向，在一定條件下即可分為二相。一般認為只要兩聚合物水溶液的憎水程度有所差異，混合時就可發(fā)生相分離，且憎水程度相差越大，相分離的傾向也就越大?？尚纬呻p水相體系的聚合物有很多，典型的聚合物雙水相體系有聚乙二醇（PEG）/葡聚糖。

雙水相萃取與水-有機相萃取的原理相似，都是依據(jù)物質(zhì)在兩相間的選擇性分配。當萃取體系的性質(zhì)不同時，物質(zhì)進入雙水相體系后，由于表面性質(zhì)、電荷作用和各種力（如憎水鍵、氫鍵和離子鍵等） 的存在和環(huán)境因素的影響，使其在上、下相中的濃度不同。

沉析：利用沉析劑使所需提取的生化物質(zhì)或雜質(zhì)在溶液中的溶解度降低而形成無定形固體沉淀的過程?；驹硎牵焊鶕?jù)各種物質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異性來改變?nèi)芤旱哪承┬再|(zhì)，進而導致有效成分的溶解度發(fā)生變化。

沉淀法可以分為：

（1）鹽析法、（2）等電點法、（3）非離子型聚合物沉淀法、（4）聚電解質(zhì)沉淀法、（5）高價金屬離子沉淀法、（6）有機溶劑沉淀法、（7）選擇性沉淀法、（8）無機鹽沉淀法、（9）有機鹽沉淀法、（10）親和沉淀法。

其中僅有有機溶劑沉淀法能適用于抗生素等小分子物質(zhì)，其他方法只適用于蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)。

這些方法中最常用的是鹽析法，其主要方法有：

a .固體加入法（簡單、易行、大量生產(chǎn)）即Ks鹽析法

在大體積的粗制品溶液中逐步加入固體硫酸銨，當加到一定飽和度時，蛋白質(zhì)便沉淀出來。

b. 飽和溶液加入法（適用于小體積的抽提液）即β鹽析法

此法脫水沉淀比較溫和，操作是在蛋白質(zhì)溶液中逐步加入預先調(diào)好pH的飽和硫酸銨溶液，并調(diào)節(jié)溫度。

C.透析鹽析法（可以應用但不普遍）

將盛蛋白質(zhì)溶液的透析袋放入一定濃度的大體積鹽溶液中，通過透析作用改變蛋白質(zhì)溶液中的鹽濃度，此法主要用于試驗中。

此外，制藥分離技術(shù)還有很多其他技術(shù)，比如：精餾、膜分離技術(shù)、色譜分離技術(shù)等。

制藥分離技術(shù)是制藥工程不可缺少的重要環(huán)節(jié)，因此掌握各種分離技術(shù)的分離原理、理論基礎、過程計算、參數(shù)優(yōu)化、工藝與設備選擇等。對于特定的目標產(chǎn)物，則要根據(jù)其自身的性質(zhì)以及與其共存的雜志的特性，選擇合適的分離方法來適應大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需要。