土壤的形成需要经过两个过程,即风化过程和腐殖化过程。风化过程是在成土母质基础上原生矿物的进一步破坏、次生矿物生成及风化产物的淋溶;腐殖化过程是动植物残体在微生物作用下分解合成富啡酸和胡敏酸以及吉马多美朗酸和胡敏素等一系列高分子化合物。土壤中硒的活动性状主要取决于土壤成土过程中和成土后风化淋溶产物及腐殖酸对其的控制和影响。
(一)风化和淋溶作用
岩石风化后形成土壤的母质层,该母质层由表层到深部将进一步经历风化和淋溶作用。原生矿物被破坏分解形成次生粘土矿物、铁铝氧化物和可溶性及亚溶性矿物。对于粘土矿物,在草原、荒漠地带多生成胶岭石、拜来石和绿高岭石等,而在湿热森林地带则主要生成高岭石族矿物如高岭石、蒙脱石、伊利石、多水高岭石等。含水氧化物如针铁矿、褐铁矿、氢氧化铁、水铝石、三水铝石、软锰矿、硬锰矿等为湿热气候环境的产物。可溶性矿物主要为硝酸盐、卤化物、部分硫酸盐。亚溶性矿物包括碳酸盐、磷酸盐和许多硅酸盐。
次生粘土和氧化物对溶液中的硒有较强的吸附作用(郑达贤,1986;彭安,1988),特别是铁锰氧化物对硒的吸附能力非常明显。在酸性条件下,铁和锰的氧化物比任何粘土和有机质的吸附能力都强。很明显,这种吸附作用越强,土壤溶液中的硒浓度就会越低,而土壤固相物质中的硒就会越高,除非改良土壤或者加入解吸剂使土壤产生解吸作用才会增高土壤水溶液中的硒浓度。
目前很少见可溶性矿物与硒关系的报道。大多数可溶盐矿物都不是载硒矿物。一些可溶性硫酸盐(石膏和芒硝等)是否存在硒的类质同像替代?从理论上看是可能的,但需要进一步分析证实。另外这些可溶性矿物的堆积可指示干旱气候下的荒漠环境或者湿热气候下的淋溶环境。前一种环境的荒漠土由于蒸发作用,土壤中的硒随水溶液上升至地表与可溶盐矿物伴生,形成富硒盐渍土;后一种环境中的砖红壤、黄壤等由于水溶液向下流动,使其中的硒大多被介质吸附,而使硒在表层土壤中富集与可溶盐矿物分离。这种硒分异特征与风化壳是一致的,因为这些土壤都是由风化壳演变而来的。
(二)腐殖酸化作用
腐殖质对硒的作用主要为腐殖酸化作用和吸附作用。腐殖质对硒的吸附作用主要是有机物腐殖化过程中生成的凝胶体表面对不饱和水溶液中硒的吸附。在酸性条件下,腐殖质则形成胶体溶液,随水溶液迁移,被吸附的硒也由此而流失。实验已证明,腐殖酸的这种吸附作用远不如倍半氧化物和有机质粘土对硒的吸附(彭安,1988;郑达贤,1986),而且腐殖质本身对硒的吸附作用也不如腐殖酸化作用明显。
腐殖酸化作用表现为腐殖酸对金属阳离子的螯合作用或络合作用。由于腐殖酸的主要成分为胡敏酸和富啡酸,因此研究腐殖酸化作用的重点是讨论胡敏酸和富啡酸形成的螯合物和络合物。有关硒与胡敏酸或富啡酸的作用目前研究较少,一些作者在土壤中通过化学提取法分离出有机态硒(侯少范,1990;王子健,1988;陈铭,1994;Williams,1973;Humely,1976;Abrams and Burau,1989;Chao and Sanzolone,1989)。进一步的分离只见于个别文献中(何振立等,1993;Kang and Yanda,1989、1993)。由于有机硒在土壤硒中所占的比重较大,它们在土壤中的活动性将是土壤-植物传输的重要渠道之一,因此其螯合物中可溶性和难溶性硒的区分就显得非常重要。以往认为有机螯合物难溶于水而硒被禁锢于土壤中,不易迁移(林年丰,1991;郑达贤,1986)。郑达贤等(1986)甚至认为,土壤有机质含量越高,土壤天然硒中有效态硒比例就越低,而且有机质对土壤天然硒在固液相中分配的影响显著地超过了酸碱性和氧化物。在这里作者所指的有效态硒是固液相平衡中能互相交换的硒而不是水溶性硒,它相当于有机硒中可被植物吸收利用的部分。由于土壤中有机质85%~90%为腐殖质,很显然腐殖质将固定住大量的硒而使其失去活动性。然而进一步的研究发现,腐殖酸结合态硒可分为胡敏酸结合态硒和富啡酸结合态硒。胡敏酸为大分子量有机化合物,结构稳定,不易矿化分解(陈铭,1994;彭安,1988),因此胡敏酸结合态硒是不活动的硒。富啡酸结构比较简单,被认为是胡敏酸原始形态,与富啡酸结合的硒容易被矿化分解为Se(Ⅳ),Se(Ⅵ)和低分子有机硒化合物(如硒-氨基酸、硒-蛋氨酸等),因此富啡酸结合态硒是易活动硒。一般认为硒通过与腐殖质外表的羟基作用而进入腐殖质中,少量在胡敏酸中,多数富集于巯水基团富啡酸中。但这并不是绝对的,在克山病区胡敏酸结合态硒的比例反而较高(何振立,1993)。这表明研究有机态硒的活动性要因地而异,具体分析。
(三)土壤中硒的挥发作用
土壤中微生物的作用有时会改变土壤中硒的性质。微生物从环境中摄取+4价的硒,还原的倾向远胜于氧化倾向。有的细菌能将亚硒酸盐还原成单质硒,或进一步将单质硒还原成硒化物。实际上,生物体内还原过程是一种解毒机制,即将毒性的硒还原为不溶性的单质硒或挥发性的硒化物,排出体外。微生物对硒的还原机理依物种不同而异,如有的球菌能用分子氢将亚硒酸盐还原成硒化物,其还原体系可能包括铁氧化蛋白;而酵母菌和粪链球菌将亚硒酸盐还原为单质硒时都需要在黄素脱氢酶类(如NADH脱氢霉)协助下,与蛋白质霉的巯基(-SH)起作用。生物甲基化作用机理,包括交替进行的甲基化和还原作用,可生成二甲基硒化物和二甲基二硒化物。至于生成前者还是后者,有人认为取决于环境硒浓度,在较高硒浓度下形成二甲基二硒化物,但也有人认为其差异是由不同微生物造成的。不管何种原因,均造成了硒的挥发。
许多学者对微生物与硒的挥发作用进行了研究(叶永烈,1974;Combs,1986)。Frankenberger的实验表明,经过6个月的细菌培养,在持续潮湿的情况下,含硒土壤大约损失了21%的硒,然而在干湿循环条件下,只损失了大约7%的硒。混合土壤更有利于硒的挥发,它比单一土壤硒的挥发提高了18倍。温度也是影响硒挥发分的因素之一,已观察到硒的挥发作用随季节和温度变化而变化的现象(Frankenberger,1994)。研究还表明,有氧条件比无氧条件硒的挥发性更大,而pH>76的碱性条件更有利硒的挥发。不难理解,这两种物化条件会更有利于细菌的繁殖和其体内进行的硒还原作用。Eagle和Frankerberger还发现土壤中补充有机炭也能加快硒的挥发,但未查明甲基化的作用途径。王子健等人和王五一等人在对我国低硒带土壤挥发作用研究中,经过模拟试验测定低硒土壤每日的绝对挥发量在010~027ng/kg,由挥发过程导致的土壤硒输出量约为008~020g/(ha·a)(王子健,1989;Wang和Peterson,1990;Wang,1991)。
(四)土壤中硒形态及其植物有效性
植物对土壤中硒的吸收与土壤中硒的全量并不完全对应。土壤中总硒含量与生长在这些土壤中的植物硒含量关系不大。这是因为硒的植物有效性主要取决于土壤中硒的存在形态和溶解性。土壤中硒形态为元素硒、硒化物、亚硒酸盐、硒酸盐和有机硒的混合物(Lakin,1961)。土壤内硒的化学形态和溶解度主要依赖于氧化还原电位Eh和pH值(Cary等,1967;Geering等,1968)。元素态硒在土壤中存在较少,有些土壤仅出现少量元素态硒(Byers,1938;Trelease and Beath,1949;Fleming,1980)。它不溶于水,植物不能直接吸收利用。Allaway等(1967)曾叙述过在酸性环境下亚硒酸盐还原期间,元素硒是酸性和中性土壤中的短暂组分。在适宜的条件下,微生物也可以将硒酸盐和亚硒酸盐还原成元素硒(Rosenfeld and Beath,1964)。元素硒在一定条件下,可以氧化成为有效态硒酸盐和亚硒酸盐,但在土壤中转化为有效态硒的机会甚少。硒化物存在于还原的酸性富有机质环境中,不易溶解于水并且极难被氧化,常与硫化物和黄铁矿伴生,出现于半干旱地区未经强烈风化的土壤中。金属硒化物的低溶解度有利于其保留在土壤中,使植物不能直接吸收。在风化过程中可释放出一些可溶性硒。亚硒酸盐是水溶性的,是植物重要的硒源。温带湿润森林或森林草原土壤中的含硒矿物易风化为亚硒酸盐。特别是在酸性土壤中及还原条件下,亚硒酸盐是土壤中硒的主要形态,它与铁、铝氧化物形成难溶性复合体存在于土壤中。酸性土壤缺硒,与这一原因有关,也是含铁腐殖化土壤中硒能持久保存下来的主要原因之一。亚硒酸盐可以被微粒强烈地吸收,并且化学作用和生物作用都可使其还原为单质元素态硒,这多少限制了环境中硒的迁移能力和对植物、动物的生物有效性。硒酸盐为水溶性硒,在碱性和氧化环境中其热力学性质较为稳定,容易从土壤中淋滤出来被植物吸收。在干旱、碱性、通气良好的土壤中,水溶性硒以硒酸盐形态为主,在酸性、中性土壤中则较少。硒酸盐在土壤、植物中易被还原为亚硒酸盐,使其植物有效性降低,在条件适宜情况下,还原成元素态硒。硒酸盐是植物最易吸收的形式。干旱地区土壤中硒酸盐常与硫酸盐同时存在,Olson(1942)认为,这是产生植物硒中毒的主要原因。有机态硒是富硒植物腐解的产物,其含量与有机质含量的多少有关(图1-2)。并不是所有的土壤有机态硒都能被植物吸收利用,而且部分有机硒易被微生物分解呈气态烷基硒化物(alky-selenium compound)而挥发。碱土中硒的挥发作用比酸土大。AErreish(1968)认为霉菌的生长与土壤挥发态硒的损失有关。Rosenfeld(1964)认为,植物易吸收的有效硒,是可溶性有机硒化合物和硒酸盐类物质。取自美国Nikvava页岩层发育的表层有效土壤,其硒含量为220μg/g,硒化合物分离结果有30%为有机硒,12%为硒酸盐。Hawrdy(1976)提出,腐泥土中有效性硒大部分以可溶性有机态硒存在,而在砂质土中硒以亚硒酸盐形态为主,两种土壤中均含有少量的硒酸盐。所以,自然界中无机的有效态硒对植物的有效性有时并不占主要地位,而有机的有效态硒起着重要的作用。
土壤有机硒包括赋存于腐殖质中的硒和挥发性硒两类。前者主要呈络合物或螯合物的有机功能团形式存在,主要成分为胡敏酸和富啡酸。胡敏酸中硒以蛋白质或多肽化合物高分子硒氨基酸出现。富啡酸中的硒则有四种形式:高分子有机硒,可能类似于胡敏酸中的硒;无机硒(+4);无机硒(+6)和低分子有机硒(主要为低分子硒氨基酸)。高分子有机硒组分通常属于碱不溶组分,即非有效性硒。低分子硒氨基酸一般为碱溶性组分,为有效态硒。
图1-2 土壤中硒的形态转化示意图
就世界土壤中无机硒分布状况而言,+4价亚硒酸盐为最主要形态,约占40%以上,+6价硒酸盐总量不超过10%,单质硒和硒化物各占25%。在碱性氧化环境中,以+4价亚硒酸盐和+6价硒酸盐为主,有效的水溶性硒含量较高;在弱碱-弱酸性环境中,主要为亚硒酸盐,易被植物吸收的水溶性硒含量甚低,主要为NaHSeO3,其次为氢氧化铵交换态。大部分无机硒被土壤吸附。在酸性环境中,除亚硒酸盐外,元素硒和硒化物占重要地位。对有机硒来说,在碱性环境下有机质含量低,尤其富啡酸低时,有机的有效态硒含量也低,植物主要吸收无机的水溶性+6价硒和+4价硒。在弱碱性-弱酸性环境下,有效硒可能仍以无机形式为主。有机硒中低分子的硒氨基酸也易被植物吸收,但含量较低,而胡敏酸中高分子有机硒虽不易被植物直接吸收,但可分解出无机硒(+4价和+6价)与硒氨基酸,起着缓效释放硒的作用。此外,硒酸盐、亚硒酸盐可通过微生物作用还原成低价硒(H2Se或元素Se),经缔合作用,还原态硒化合物可与巯水基团结合。由此可见,有机成分及其含量将左右硒的有效性。在酸性环境下,水针铁矿、三水铝石、水铝英石等是重要的阴离子吸附物质。当pH值为3~5时,由于形成的可溶性金属复合配位体和次生铝矿物溶解度增加,纯为静电吸附作用的离子吸附能力最强。尽管无机的有效态硒含量很低,但由于硒酸盐、亚硒酸盐的还原,有利于缔合作用进行,使—2价硒和0价硒主要转化成有机还原态硒,巯水腐殖酸中硒含量伴随铁含量增加而增长,所以硒的总有效含量并不低。显而易见,有效硒以有机态为主体。
是电荷,应该是负电荷,南方是可变电荷,南方可变电荷土壤(红壤和砖红壤)及其胶体、北方恒电荷土壤(潮土和褐土)及其胶体、矿物(针铁矿、蒙脱土和高岭土)和双氢氧化物对DNA的吸附和解吸特征,揭示了不同类型电荷土壤对DNA吸附和解吸规律的差异,主要结果如下: 1单价离子(NaCl和KCl)电解质体系中,红壤胶体、砖红壤胶体、潮土胶体和褐土胶体对DNA的吸附量随pH升高而降低,在pH2~4间,土壤胶体对DNA的吸附量保持最大,约为131~148μg/mg;在pH4~8时,土壤胶体的吸附量均大幅下降,恒电荷土壤胶体下降幅度最大,可达857%。用NaOAc和NaH2PO4对土壤胶体吸附的DNA解吸时,可变电荷土壤胶体与恒电荷土壤胶体解吸规律有明显差异,可变电荷土壤胶体上NaOAc解吸时解吸率约为10%~245%;NaH2PO4解吸时解吸率约为235%~402%;恒电荷土壤胶体用NaOAc解吸时解吸率约为723%~859%,NaH2PO4解吸时解吸率约为88%~216%。这表明可变电荷土壤胶体吸附DNA时键合作用较大,恒电荷土壤胶体静电引力作用较大,这是DNA在不同电荷类型土壤胶体表面的吸附差异。在两种电解质体系中,针铁矿、蒙脱土和高岭土3种矿物,以针铁矿吸附DNA量最大,为1488~1556μg/mg,在pH为20~33时,吸附量逐渐升高;随着pH的升高,其吸附量没有变化。蒙脱土和高岭土对DNA的吸附量随着pH值的升高有不同程度的下降,前者从pH20时的1530 ~1575μg/mg下降至pH80时的413~244μg/mg,后者从1382~1445μg/mg下降至314~244μg/mg。 2二价离子(MgCl2和CaCl2)电解质体系中,四种土壤胶体对DNA的吸附量随pH的升高变化不一致,可变电荷土壤胶体DNA吸附量变化不大,维持在130~150μg/mg;恒电荷土壤胶体DNA吸附量表现为先升后降的趋势,pH为45时吸附量最大,为1439~1522μg/mg。矿物对DNA吸附量为针铁矿>蒙脱土>高岭土。针铁矿与蒙脱土吸附量随pH变化不大,高岭土在pH20~35时吸附量最大,为1466~1477μg/mg,在pH35~80时,吸附量大幅下降至772~914μg/mg。 3平衡吸附法获得了四种土壤胶体、三种矿物和四种双氢氧化物的等温吸附数据。用Langmuir方程和Fruendlich方程对四种土壤胶体和三种矿物进行拟合,拟合程度较好均为r2>090,其吸附量大小为恒电荷土壤胶体>可变电荷土壤胶体,DNA吸附亲合力为高岭土>蒙脱土>针铁矿。在对双氢氧化物的等温吸附实验中,Langmuir方程拟合程度为r2>092,吸附DNA亲和力大小为Al(OH)3 >一镁二铝聚合物层状双氢氧化物>二镁一铝聚合物层状双氢氧化物>Mg(OH)2。 4对恒电荷土壤进行了去CaCO3处理,发现去CaCO3土壤吸附量比未去CaCO3土壤吸附量大。当以NaOAc为解吸剂时,去CaCO3的潮土与褐土比不去CaCO3的潮土与褐土解吸率大,而以NaH2PO4为解吸剂时则解吸率相似,且NaOAc的解吸率比NaH2PO4的解吸率要大,这说明DNA分子上的磷酸根与Ca2+之间有静电作用,且静电作用为主要作用力。 5当DNA溶液中含Cu和Cd两种重金属时,对红壤胶体吸附DNA的影响表现为:在低DNA浓度时:Cu可以为红壤胶体吸附DNA提供更多结合位点,Cd与红壤胶体的结合提供的结合位点较少;在高DNA浓度时:Cd可以为红壤胶体吸附DNA提供更多结合位点,Cu提供的结合位点较少。对砖红壤胶体吸附DNA的影响表现为:在低DNA浓度时,Cu和Cd可以为吸附DNA提供的结合位点数量接近;但在高DNA浓度时,Cd比Cu提供更多的结合位点
吸附作用是指某些物质能够从溶液中将溶质浓集在其表面的现象。吸附剂吸附能力的强弱与被吸附物质的化学结构、溶剂的本质和吸附剂的本质有关。当改变吸附剂周围溶剂成分时,吸附剂对被吸附物质的亲和力便发生变化,使被吸附物质从吸附剂上解脱下来,这一解脱过程称为“洗脱”或“展层”。
吸附层析是把吸附剂装入玻璃柱内(柱层析法)或铺在玻璃板上(薄层层析法)。由于吸附剂的吸附能力可受溶剂影响而发生改变,样品中的物质被吸附剂吸附后,用适当的洗脱液冲洗,改变吸附剂的吸附能力,使之解吸,随洗脱液向前移动。当解吸下来的物质向前移动时,遇到前面新的吸附剂又重新被吸附。此被吸附的物质再被后来的洗脱液解脱下来。经如此反复的吸附—解吸—再吸附—再解吸的过程,物质即可沿着洗脱液的前进方向移动。其移动速度取决于吸附剂对该物质的吸附能力。由于同一吸附剂对样品中各组分的吸附能力不同,所以在洗脱过程中各组分便会由于移动速度不同而逐渐分离出来,这就是吸附层析的基本过程。
大孔吸收树脂在现代中药生产中的应用
大孔吸附树脂是近代发展起来的一类有机高聚物吸附剂,70年代末开始将其应用于中草药成分的提取分离。中国医学科学院药物研究所植化室试用大孔吸附树脂对糖、生物碱、黄酮等进行吸附,并在此基础上用于天麻、赤勺、灵芝和照山白等中草药的提取分离,结果表明大孔吸附树脂是分离中草药水溶性成分的一种有效方法。用此法从甘草中可提取分离出甘草甜素结晶。以含生物碱、黄酮、水溶性酚性化合物和无机矿物质的4种中药有效部位的单味药材(黄连、葛根、丹参、石膏)水提液为样本,在LD605型树脂上进行动态吸附研究,比较其吸附特性参数。结果表明除无机矿物质外,其它中药有效部位均可不同程度的被树脂吸附纯化。不同结构的大孔吸附树脂对亲水性酚类衍生物的吸附作用研究表明不同类型大孔吸附树脂均能从极稀水溶液中富集微量亲水性酚类衍生物,且易洗脱,吸附作用随吸附物质的结构不同而有所不同,同类吸附物质在各种树脂上的吸附容量均与其极性水溶性有关。用D型非极性树脂提取了绞股蓝皂甙,总皂甙收率在215%左右。用D1300大孔树脂精制“右归煎液”,其干浸膏得率在4~5%之间,所得干浸膏不易吸潮,贮藏方便,其吸附回收率以5-羟甲基糖醛计,为833%。用D-101型非极性树脂提取了甜菊总甙,粗品收率8%左右,精品收率在3%左右。用大孔吸附树脂提取精制三七总皂甙,所得产品纯度高,质量稳定,成本低。将大孔吸附树脂用于银杏叶的提取,提取物中银杏黄酮含量稳定在26%以上。江苏色可赛思树脂有限公司整理用大孔吸附树脂分离出的川芎总提物中川芎嗪和阿魏酸的含量约为25%~29%,收率为06%。另外大孔吸附树脂还可用于含量测定前样品的预分离。
黄酮精制纯化
张纪兴等对地锦草的提取工艺进行了研究,旨在提高总黄酮的收率,选用D101型大孔树脂,以地锦草总黄酮含量为考察指标,采用L9(34)正交试验表,以直接影响地锦草总黄酮收率的上柱量、吸附时间及洗脱液的浓度为实验因素,每个因素取3个水平。结果10ml样品液(每1ml75%乙醇液含地锦草干浸膏05g)上柱、静置吸附时间30min、用95%乙醇洗脱地锦草总黄酮为最佳工艺;洗脱液干燥后的总固体物中的地锦草总黄酮含量大于16%,高于醇提干浸膏的761%,且洗脱率大于93%。高红宁等采用紫外分光光度法测定苦参中总黄酮的含量,使用AB-8型大孔吸附树脂对苦参总黄酮的吸附性能及原液浓度、pH值、流速、洗脱剂的种类对吸附性能的影响进行了研究,结果AB-8型树脂对苦参总黄酮的适宜吸附条件为原液浓度0285mg/ml、pH值4、流速每小时3倍树脂体积、洗脱剂用50%乙醇时,解吸效果较好,表明AB-8型树脂精制苦参总黄酮是可行的。麻秀萍等用不同型号的大孔吸附树脂研究了中药银杏叶的提取物银杏叶黄酮的分离,发现S-8型树脂吸附量为1267mg/g,洗脱溶剂的乙醇浓度90%,解吸率529%,AB-8型树脂吸附量1028mg/g,用溶剂为90%的乙醇解吸,解吸率是979%,表明不同型号的树脂对同一成分的吸附量、解吸率不同。崔成九等用大孔树脂分离葛根中的总黄酮,将用70%乙醇提取的葛根浓缩液加到大孔树脂柱上,先用水洗脱,再用70%乙醇洗脱至薄层色谱(TLC)检查无葛根素斑点为止,结果葛根总黄酮收率为992%(占生药总黄酮的8458%),高于正丁醇法的542%。两种方法的主要成分基本一致,但用大孔树脂法分离葛根总黄酮具有收率高、成本低、操作简便等优点,可供大生产使用。
皂苷精制纯化
赤芍为中药,其主要成分为芍药苷、羟基芍药苷、芍药苷内酯等化合物,简称赤芍总苷。姜换荣等用大孔吸附树脂分离赤芍总苷,芍药以70%的乙醇回流提取,减压浓缩,过大孔吸附树脂柱,分别用水、20%乙醇洗脱,收集20%乙醇洗脱液,减压浓缩得赤芍总苷,并用高效液相色谱法(HPLC)对所得赤芍总苷中的芍药苷含量进行测定,赤芍总苷的收率为54%,其中芍药苷的含量为75%。本法操作简便,得率稳定,产品质量稳定。金芳等用D101型大孔吸附树脂吸附含芍药中药复方提取液,以排除其他成分的干扰,并将50%乙醇洗脱液用HPLC法测定,结果可以快速准确地测定复方中药制剂中的芍药苷含量,且重现性好,回收率较高。臧琛等以中药抗感冒颗粒中芍药苷含量为指标,比较了醇沉、超滤及大孔吸附树脂精制3种方法,结果芍药苷的含量大小依次为醇沉、大孔树脂、超滤法。醇沉法含量虽高,但工艺较为复杂,耗时长。陈延清采用HPLC法测定丹参素、芍药苷的含量,选用7种不同类型的大孔吸附树脂(X-5,AB-8,NK-2,NKA-2,NK-9,D3520,D101,WLD),精制后提取物的含固率显著降低,丹参素的损失都很大,X-5,AB-8,WLD3种树脂对芍药苷的保留率都在80%以上。7种大孔树脂在乐脉胶囊的精制中对丹参素保留率都很低,因而对丹参药材不宜采用;部分类型树脂对精制芍药苷类成分可以采用。苟奎斌等采用大孔吸附树脂,用HPLC法测定肝得宁片中的连翘苷的含量,用DA-101型树脂吸附样品,以水洗脱干扰成分,将70%乙醇洗脱液用于含量测定。利用HPLC法检测大孔树脂柱处理过的样品液,操作步骤少,色谱性污染小,柱压低,具有分离度高、专属性强及重现性好、灵敏度高等特点。蔡雄等研究D101型大孔吸附树脂富集、纯化人参总皂苷的工艺条件及参数。人参提取液45ml(588mg/ml)上大孔树脂柱(15mm×90mm,干重252g),用蒸馏水100ml、50%乙醇100ml依次洗脱,人参总皂苷富集于50%乙醇洗脱液中,且该法除杂质能力强;通过大孔吸附树脂富集与纯化后,人参总皂苷洗脱率在90%以上,50%乙醇洗脱液干燥后总固物中人参总皂苷纯度可达601%。刘中秋等研究了大孔树脂吸附法富集保和丸中有效成分的工艺条件及参数,以保和丸中的陈皮的主要成分橙皮苷和总固物为评价指标。结果保和丸提取液(500mg/ml)5ml上D101型大孔树脂柱(15mm×10mm),吸附30min后,先用100ml蒸馏水洗脱除去杂质,然后用100ml50%乙醇洗脱橙皮苷为最佳工艺条件;通过大孔树脂富集后橙皮苷洗脱率在95%以上,50%乙醇洗脱液干燥后总固物约为处方量的4%。刘中秋等将D101型大孔树脂用于分离三七皂苷,结果吸附量为1745mg/g,用50%乙醇解吸,解吸率达80%,产品纯度71%。金京玲用D101型树脂提取分离蒺藜总皂苷,结果吸附量为6mg/g,用浓度为80%的乙醇解吸,解吸率为96%。刘中秋等研究了中药毛冬青中的有效成分毛冬青总皂苷的提取分离工艺,选用D101型大孔吸附树脂,结果吸附量为120mg/g,用50%乙醇解吸,解吸率为95%,产品纯度71%。上述结果表明同一型号的树脂对不同成分的吸附量不同。杜江等将D3520型大孔吸附树脂用于黄褐毛忍冬总皂苷的提取分离,并与原工艺有机溶剂提取法进行比较,结果总皂苷的纯度、得率均明显高于原法,且工艺简化、成本降低。
生物碱精制纯化
传统方法一般用阴离子交换树脂分离纯化生物碱,解吸时需要用酸、碱或盐类洗脱剂,会引入杂质,给后来的分离带来不便,换用吸附树脂则可避免此类问题。刘俊红等将3种大孔吸附树脂(D101,DA-201,WLD-3)应用于延胡索生物碱的提取分离,方法是让延胡索水提取液通过已处理过的树脂柱,用水洗至流出液无色,然后分别用30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%,95%乙醇依次洗脱,收集各段洗脱液,进行薄层鉴别。结果从树脂上洗脱的延胡索乙素占总生药量D101型为0069%,WLD-3型为0072%,DA-201型为0053%。树脂柱用40%乙醇洗脱后除去了干扰性成分,便于用HPLC法测定,保护了色谱柱,且经过大孔吸附树脂提取分离的延胡索生物碱成品体积小,相对含量高,产品质量稳定,具有良好的生理活性。罗集鹏等将大孔吸附树脂用于小檗碱的富集与定量分析,把黄连粉末以70%甲醇超声提取30min,加到已处理的大孔树脂小柱上,用pH值为10~11的水洗脱,再用含05%硫酸的50%甲醇80ml洗脱,洗脱液用10%氢氧化钠调至碱性后,于水浴上挥去大部分溶剂,并转移至10ml量瓶中,用水稀释至刻度,以HPLC法测定,结果小檗碱与其他生物碱能很好地分离。表明大孔吸附树脂对醛式或醇式小檗碱具有良好的吸附性能,且不易被弱碱性水解吸,可用于黄连及其制剂尤其是含糖制剂中小檗碱的富集和水溶性杂质的去除。杨桦等采用大孔吸附树脂比较并筛选乌头类生物碱的提取分离最佳工艺条件,将川乌水提取液制备成8ml/g浓缩液,上柱,测定总生物碱的含量,结果该方法可分离出样品中85%以上的乌头类生物碱,同时可除去浸膏中总量为82%的水溶性固体杂质。
复方制剂精制纯化
饶品昌等用大孔树脂D1300,通过正交试验探讨了右归煎液的精制工艺,结果影响精制的主要因素为右归煎液浓度、流速和径高比,树脂最大吸附量为110g生药/ml,吸附回收率为8334%(以5-羟甲基糖醛计)。晏亦林等将四逆汤提取液上大孔树脂,水洗后用70%乙醇洗脱,四逆汤精制样品的TLC测试结果表明,经大孔树脂处理后3味主要成分基本能检出,树脂处理前后样品的HPLC图谱峰位、峰形基本相似,但TLC及HPLC图谱中乌头碱特征峰不明显。
使用方法
在运用大孔吸附树脂进行分离精制工艺时,其大致操作步骤为:大孔吸附树脂预处理——树脂上柱——药液上柱——大孔吸附树脂的解吸——大孔吸附树脂的清洗、再生。由于每一个操作单元都会影响到大孔吸附树脂的分离效果,因此对大孔吸附树脂的精制工艺和分离技术的要求就相对较高。
使用注意事项
该类树脂在通常的储存及使用条件下性质十分稳定,不溶于水、酸、碱及有机溶剂,也不与它们发生化学反应。
搬运、装卸操作应轻缓,堆放稳定、规则,勿猛烈摔打。如洒落会导致地面湿 滑,要注意防止滑倒。
储存此种材料的储存温度请勿高于90℃,最高使用温度180℃。
湿态0℃以上保存。储存状态下请保持包装密封完好,以防失水;如发生干燥失水,应以乙醇浸泡干态树脂约2小时,用清水洗干净后再重新包装或使用。
严防冬季将球体冻裂。如发现冻结现象,请于室温下缓慢融化。
运输或储存过程中严防和有异味、有毒物品及强氧化剂混杂堆放。
前景
大孔吸附树脂纯化技术在中药制药工业中是有发展前景的实用新技术之一,尽管它在中药有效成分的精制纯化方面还存在着一些问题。随着研究的深入以及相关标准、法规的进一步完善,一定会开发出高选择性的树脂,以进一步提高中药有效成分的提取、分离、富集效率。
用解吸剂使被离子交换树脂相吸附的离子重新进入水相的过程,又称洗脱或淋洗。解吸剂又叫淋洗剂。
解吸是离子交换工艺的主要环节之一。在简单的离子交换工艺中,离子交换树脂的解吸和离子交换树脂的再生往往是同时实现的,解吸的过程有时也是再生的过程(见离子交换树脂再生)。
当离子交换法用于分离性质相似物质如稀土元素离子交换色层分离时,必须借助解吸剂对被吸附的离子解吸能力的强弱来使元素分离。此时影响淋洗分离效率的因素主要有淋洗剂的pH值、交换剂的粒度、装入量、淋洗速度及交换柱的结构等。
水洗指用工业纯水洗涤,原料可以是气体,也可以是固体。这个操作的目的是初步去除原料中的水溶性物质。
酸性水气提指用酸性水溶液做解吸剂,对原料(气态)进行解吸操作。解吸是吸收的逆向操作,同属于气体吸收这个单元操作。吸收是传质过程的一个实例,目的是将混合原料(气态)中的多种组分进行分离。
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