甘草活性成分的模拟移动床和二维液相色谱分离

论文摘要

甘草作为一种公认的天然药用植物,其使用历史久远,应用领域也十分广泛。迄今为止,已发现甘草中含有大量活性成分,主要为三萜类和黄酮类化合物。药理作用研究表明:这些活性成分具有抗HIV病毒、抗SARS病毒、抗肿瘤、抗氧化等多种重要的药理活性。长期以来,甘草活性成分的提取分离是分离科学领域的重要研究内容之一,但由于甘草化学成分复杂,且有些活性成分含量甚微,使用传统的吸附及提取工艺有效的纯化高纯度的活性成分一直面临着巨大的挑战。模拟移动床色谱和二维液相色谱作为天然活性成分分离中的新技术,发展潜力巨大。利用模拟移动床色谱可以实现样品的连续分离制备,二维液相色谱可以更有效的实现多组分的分离提纯。本文的研究内容主要是用模拟移动床色谱和二维液相色谱分离纯化甘草中的活性成分。为了得到适合模拟移动床色谱的进样原料,对甘草总黄酮原料进行了前处理并对前处理过程进行了优化,前处理包括萃取与制备单柱分离。通过正交设计实验得到了原料的最佳萃取条件。在非线性色谱理论分析及实验分析的基础上,给出了非线性条件下萃取物在单柱富集甘草苷的过程中进样浓度与进样体积的优化值。在非线性条件下,首次使用模拟移动床色谱分离了甘草中重要活性成分甘草苷,所用设备为实验室自行设计研制的三带模拟移动床。根据模拟移动床进样原料的具体情况,提出二组分近似的竞争Langmuir模型作为甘草苷及其难分离杂质的吸附等温线模型,通过逆法得到吸附等温线参数。在此基础上,利用三角形方法并结合实际情况确定了模拟移动床的操作参数。确定的模拟移动床操作参数分别为Ⅰ带流速2 mL/min,Ⅱ带流速2 mL/min,进样流速2 mL/h,切换时间为8 min。经模拟移动床色谱分离得到了纯度为85%的甘草苷纯化物,甘草苷回收率为90.4%。此纯化物经重结晶后处理,最终得到纯度超过97%的甘草苷产品。首次探讨了甘草苷的二维液相色谱分离方法。在分析规模条件下,研究了甘草提取物中甘草苷在不同二维液相色谱分离模式组合下的分离,本部分所讨论的二维色谱模式包括排阻色谱/反相色谱、正相色谱/反相色谱和反相色谱/反相色谱。在上述二维模式下,通过选择色谱条件及洗脱馏分的切割时间,得到了高纯度的甘草苷纯化物。在半制备规模条件下,使用自行构建的二维正相/反相液相色谱体系,分别实现了甘草苷的离线与在线分离,其中在线第二维中使用C18和NH2的混合固定相,具有富集甘草苷的作用。系统研究了甘草中多种活性成分的离线二维液相色谱分离。所分离的主要目标活性成分包括甘草三萜类中的甘草酸和18β-甘草次酸以及黄酮类中的甘草苷、异甘草素和甘草查尔酮乙。通过选择确定适合上述甘草活性成分分离的二维反相/反相体系为:第一维使用SB C18固定相,第二维使用CN固定相,两维均使用体积比为2:3、pH值为6的乙腈水溶液作流动相。在此基础上,考察了进样浓度、进样体积、温度和流速因素对甘草活性成分二维分离的影响,结果表明:在所选范围内,进样浓度、进样体积对甘草活性成分的二维分离影响不显著;温度对甘草活性成分的二维分离有明显的影响;降低流速有利于提高活性成分的纯度。本文的研究结果表明,用模拟移动床色谱和二维液相色谱分离甘草活性成分是可行且有效的。本文的结果及所用方法对其他天然活性成分的分离提纯具有借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 前言
• 1.1 概述
• 1.2 甘草中活性成分的研究现状
• 1.2.1 甘草的化学成分研究
• 1.2.2 甘草中活性成分的药理作用研究现状
• 1.2.3 甘草活性成分分离的现状及存在问题
• 1.3 模拟移动床色谱的研究进展
• 1.3.1 SMB的区带结构及分离原理
• 1.3.2 SMB在药物领域的应用现状
• 1.3.3 SMB技术的新发展
• 1.4 SMB的数学模型及分离条件的选择
• 1.4.1 SMB的数学模型
• 1.4.2 SMB分离条件的选择
• 1.5 多维液相色谱及其应用现状
• 1.5.1 二维液相色谱的原理及实现
• 1.5.2 多维液相色谱的应用
• 1.6 本课题研究内容
• 参考文献
• 2 模拟移动床色谱原料前处理工艺的研究
• 2.1 原料的萃取
• 2.1.1 萃取过程的实验
• 2.1.2 萃取条件的优化与选择
• 2.2 单柱色谱进样条件的优化
• 2.2.1 单柱色谱进样浓度与进样体积优化的理论分析
• 2.2.2 单柱色谱进样浓度与进样体积优化的实验分析
• 2.3 甘草苷的单柱制备色谱分离富集
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 3 甘草苷的模拟移动床色谱分离
• 3.1 三带SMB设备及安装调试
• 3.1.1 三带SMB的区带结构
• 3.1.2 SMB中色谱体系的选择
• 3.1.3 SMB系统的安装与调试
• 3.2 SMB操作参数的确定
• 3.2.1 二组分近似
• 3.2.2 吸附等温线参数的确定
• 3.2.3 SMB可分离区间（三角形边界）的确定
• 2,m₃）的选择'>3.2.4 操作点（m₂,m₃）的选择
• 3.2.5 三带SMB操作参数的确定
• 3.3 甘草苷三带SMB分离的结果分析
• 3.4 SMB萃取物的后处理
• 3.4.1 重结晶
• 3.5 甘草苷的结构鉴定
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 4 甘草苷的二维液相色谱分离
• 4.1 甘草苷的二维液相色谱分离（分析规模）
• 4.1.1 液相色谱分离条件的选择
• 4.1.2 二维液相色谱组合方式的选择
• 4.1.3 甘草苷的二维分离（SEC×RP）
• 4.1.4 甘草苷的二维分离（NP×RP）
• 4.1.5 甘草苷的二维分离（RP×RP）
• 4.2 甘草苷的二维液相色谱分离（半制备规模）
• 4.2.1 甘草苷的离线二维分离
• 4.2.2 甘草苷的在线二维分离
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 5 甘草活性成分的二维液相色谱分离
• 5.1 二维液相色谱体系的确定
• 5.1.1 二维液相色谱中固定相和流动相体系的选择
• 5.1.2 二维液相色谱中固定相和流动相体系的确定
• 5.2 甘草活性成分二维分离的其他影响因素分析
• 5.2.1 流速对二维分离的影响
• 5.2.2 进样浓度、进样体积对二维分离的影响
• 5.2.3 甘草苷样品在两维固定相及流动相体系中的吸附行为
• 5.2.4 温度对二维分离的影响
• 5.2.5 关于温度对甘草组分分离影响的热力学分析—熵和焓
• 5.2.6 分子结构与保留
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录1 主要符号表
• 附录2 甘草查尔酮乙的鉴定谱图
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢