甘草酸的纯化工艺研究

1河北工大学毕业论文作者：贾晋阳学号：学院：化工学院系(专业)：制药工程题目：甘草酸的纯化工艺研究指导者：(姓名)(专业技术职务)评阅者：(姓名)(专业技术职务)2012年6月9日河北工业大学2012届本科毕业论文1毕业设计中文摘要甘草酸的纯化工艺研究摘要：从6种树脂中通过静态吸附筛选出了ADS-17树脂作为提取纯化甘草酸的最佳树脂。研究了pH值、上样液流速、上样液浓度、洗脱液浓度、洗脱液用量这五个因素对甘草酸吸附、解吸作用的影响，并通过正交试验考察了最佳工艺条件。实验结果证明最佳吸附条件为：pH值为6.0、上样液流速为2BV/h、上样浓度为10mg/ml；最佳解吸条件为：洗脱剂10%乙醇、洗脱液用量234ml。在实验得出的最佳条件下，甘草酸的纯度为65.07%，回收率为61.39%。另外，我们还在氢氧化钠回流的条件下进行了甘草酸构型的转换，结果表明转构后的甘草酸纯度为87.66%，产率44.1%。关键词：大孔树脂吸附纯化甘草酸河北工业大学2012届本科毕业论文1毕业设计外文摘要TitleTheresearchofthePurificationTechnologyofGlycyrrhizicAcidAbstractBystaticadsorption,ADS-17resinisfilteredastheoptimalresintoextractpurifiedglycyrrhizicacidfromthesixkindsofresins.ThestudyofpH,supernatantflowrate,supernatantconcentration,eluentconcentrationandeluentamountshowsthesefivefactorseffectsontheadsorptionanddesorptionofglycyrrhizicacid,andoptimumconditionswereinvestigatedbyorthogonalexperiment.Experimentalresultsshowedthattheoptimumadsorptionconditionsasfollows:pH6.0,supernatantflowratefor2BV/h,theconcentrationofthesupernatantfor10mg/ml;bestdesorptionconditionswereasfollows:10%ethanol,eluentamountfor234ml.Underoptimalconditionsdrovedbyexperiment,thepurityofglycyrrhizicacidwas65.07%,recoveryratewas65.3%.Inaddition,wecompletedthestructuralconversionofglycyrrhizicacidunderaconditionofsodiumhydroxide'sreflux;resultsshowedthatthepurityofglycyrrhizicacidreached87.66%;recoveryratereached44.1%aftertheconversion.Keywords：MacroporousresinsAdsorptionPurificationGlycyrrhizicAcid河北工业大学2012届本科毕业论文1目次1引言..................................................................11.1甘草酸简介............................................................11.2甘草酸及其生产概述....................................................21.3大孔树脂分离纯化技术..................................................31.4本论文研究内容........................................................32实验原理及材料........................................................42.1实验原理..............................................................42.2实验试剂和设备........................................................53甘草酸的纯化研究......................................................73.1大孔树脂的预处理及再生................................................73.2甘草酸检测方法的确定..................................................83.3树脂种类的选择........................................................93.4甘草酸的动态吸附.....................................................113.5甘草酸的梯度洗脱.....................................................143.618β-甘草酸到18α-甘草酸的构型转换.....................................184实验数据与讨论.......................................................194.1静态实验结果分析.....................................................204.2动态试验结果分析.....................................................204.3构型转换结果分析.....................................................20结论....................................................................22参考文献...............................................................23致谢....................................................................25附录......................................................................26河北工业大学2012届本科毕业论文11引言甘草酸(GA)，是从甘草的根茎中提取出的一种高甜度、低热值的具有天然活性的成分，其在甘草中的存在形式主要为钾盐和钙盐，游离的甘草酸含量并不多。它的植物来源——甘草也是一种我国的传统中药，具有悠久的使用历史，中医上认为：甘草味甘，是补脾益气，止咳、止痛的良药，并且已被美国FDA收录为安全无毒物质[1]。科学研究表明，甘草中的主要成分有甘草酸和黄酮类，具有抗炎、镇咳、抗肿瘤、等作用，有较强的人体免疫功能促进作用[2]，在医疗领域具有极高应用价值。因此本文阐述了将大孔树脂用于甘草酸纯化的原理、方法及应用，并在此基础上提出本论文的研究内容。1.1甘草酸简介中文名：甘草酸，又称甘草甜素、甘草皂甙CAS：1405-86-3英文名：Glycyrrhizicacid分子式：C42H62O16分子量：822.92化学名：(3β,20β)-20-羧基-11-氧代-30-去甲基-(18α-H)-整齐墩果-12-烯-3β-羟基-2-O-β-D-葡萄吡喃糖醛酸基-α-D-葡萄吡喃糖醛酸[3]结构式为：OOOOOHHOOHHOOHOHOOOHHHOHOOH河北工业大学2012届本科毕业论文2甘草酸是一种三萜皂苷类天然药物，分解温度220℃，在醋酸中为无色柱状结晶，易溶于热水，可溶于热稀醇，但难溶于无水乙醇或乙醚[4]。其主要用途有：(1)作为高甜度、低热值的食品添加剂，可添加于食品、饮料中作甜味剂，或在黄色或棕色食品、饮料中作天然色素[5]。(2)用于化妆品及卷烟业，可间接的增强皮质甾类化合物的作用，主要用霜、露、乳液、奶类等化妆品，能降低化妆品的毒性，也可用于防止化妆品的过敏反应，适于高级发用或肤用化妆品[6]。1.2甘草酸及其生产概述由于甘草成分复杂，仅黄酮类就有150多个成分，其分离、纯化较为复杂、难度较高。目前甘草酸及其盐的生产工艺方法较多[7]，其中主要有溶剂法和树脂法二种。1.2.1水提法水提法是使用时间最早,也是最为常用的一种溶剂提取法,其特点在于操作简单,成本低廉,但得率较低,据1990年中国药典方法测定，甘草酸得率仅为3%。这是在因为甘草酸中水容性杂质较多，水提法提取出的杂质也相应增加,在去除杂质的过程中损失了大量甘草酸。1.2.2氨性醇提取法在对甘草酸的提取研究中,发现用含氨0.3%的60%乙醇回流，对甘草酸的提取具有较好的效果。甘草酸得率达10.49%,比水提法提高了两倍,并且避免了糖类、淀粉等水溶性杂质的混入,利于进一步的精制过程。但在加热回流过程中，有氨气逸出会造成环境污染问题，氨的损失也不能忽略。1.2.3聚酰胺法将甘草酸粗品制成的单铵盐，再吸附在粉末状的聚酰胺上，然后洗脱掉杂质,再用极性溶剂洗脱甘草酸单铵盐，最后用强酸型交换树脂脱胺,制得甘草酸。该方法获得的甘草酸纯度很高，但操作繁琐，不易进行工业化生产。河北工业大学2012届本科毕业论文31.2.4离子交换树脂法该法利用甘草酸中含有3个羧基与离子交换树脂形成离子键，吸附在树脂上,而其他一些不含羧基的杂质不能被吸附,进而达到分离的目的。日本曾以弱碱性树脂吸附甘草酸,再用氨水洗脱下来，进而得到纯度较高的产品。但是离子交换树脂法处理量小，不适宜大批量生产。1.2.5大孔吸附树脂法大孔吸附树脂法是一种较为经济实用的方法。通常选用的树脂有D101、NKA、X-5、XAD、DA201以及AB-8等。利用大孔树脂的空间结构、氢键进行吸附,以水或稀低级醇洗脱,收集洗脱液,回收溶剂后可得到较高纯度的甘草酸。该法的优点在于操作简单、易于大批量生产，大孔树脂可重复使用，缺点是即使回收溶剂，消耗的乙醇依旧较多，需要控制成本[8-10]。1.3大孔树脂分离纯化技术大孔树脂（macroporousresin）作为一种新材料，近年来已广泛应用于天然产物的分离,已成为分离有机化合物特别是水溶性化合物的一种有效手段。大孔树脂对甘草酸粗品的吸附量较大,且能再生并反复使用。该方法操作简便，成本低，是目前纯化甘草酸经济有效的方法。据报道，20世纪80年代日本首先采用大孔树脂来分离纯化甘草酸，并且使收率显著提高，成本也降低了。随后我国也对该项工艺路线进行了相关研究，但由于商业机密等原因披露较少。所以，虽然我国甘草的出口量很大，但多为原料粉或浸膏等初加工产品，不仅工艺落后，而且对环境也有严重污染。因此，我们设计了这个实验，研究几种大孔树脂对甘草酸的分离纯化效果，改进纯化甘草酸的工艺条件[11-13]。1.4本论文研究内容大孔树脂应用于甘草酸的分离已将近20年[14]，但纵观现有文献不难发现，许多大孔树脂发现时间较早，虽然研究较为透彻，但分离纯化效果已经落后于新型的选择性大孔吸附树脂，因此有必要对其进行重新研究。河北工业大学2012届本科毕业论文4本论文的主要实验内容：1、利用静态