汪 瑾
(陜西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院,陜西西安 710048)
磷脂廣泛存在于生物體中,是生物膜的重要組成部分,對生物體的生長代謝過程起著非常重要的作用。大豆磷脂不含膽固醇,不飽和脂肪酸含量高,可有效阻止膽固醇在血管中的沉積,而且大豆又是世界主要的糧食產(chǎn)物之一,來源極為豐富、價格便宜、運(yùn)輸方便[1],因此用來生產(chǎn)食品級和藥用級的磷脂主要以大豆作為生產(chǎn)原料[2]。我國磷脂資源十分豐富,但是其深加工提純多烯磷脂酰膽堿(PC) 的技術(shù)卻非常落后,藥用級高純PC 原料主要依賴從歐美、日本等國進(jìn)口,其原料成本昂貴,造成其藥用產(chǎn)品價格居高不下,因此研究高純PC 的制備技術(shù)就顯得非常必要。在20 世紀(jì)30 年代之前,對于其高純PC 相關(guān)的研究非常少,主要側(cè)重于研究溶劑對其提取的研究[3],但提取得到的多烯磷脂酰膽堿含量很低,使得多烯磷脂酰膽堿的價值和使用率較低,在大豆資源的利用率上也造成了極大的浪費(fèi)。所以,高純PC 的制備工藝成為了當(dāng)今亟待解決的問題。
目前,分離純化制備PC 方法主要有溶劑萃取、柱層析、超臨界流體萃取及膜分離等方法,但得到的PC 收率低,純度達(dá)不到要求或儀器昂貴等因素制約著高純PC 的生產(chǎn)操作。因此,亟需研究出一種經(jīng)濟(jì)又簡單易操作的高純PC 分離純化方法。
溶劑法是工業(yè)上常用的制備較高純度PC 的方法[4],采用該工藝生產(chǎn)PC,其生產(chǎn)能力大且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)性的操作,更易于對純化工藝實現(xiàn)自動化操作。但該工藝也有提取時間長、得到的PC 轉(zhuǎn)移率低、PC含量較低,難以得到高純產(chǎn)品等缺點。
從1960 年以后,科技工作者就對柱層析法來制備高純PC 進(jìn)行了深入的探索[5],根據(jù)大豆PC 粗品中各個組分與吸附劑結(jié)合能力的差異來達(dá)到分離純化的目的。應(yīng)用柱層析法來制備高純PC,必須對柱層析的各個物理因素進(jìn)行選擇和控制[6],對其影響較大的因素包括吸附劑顆粒的大小、裝柱子的方法、柱子的長徑比,洗脫劑的流速、上樣量、洗脫劑的組成、操作溫度等[7]。按照上樣的樣品極性不一致,洗脫劑也要選擇不同的溶劑系統(tǒng),極性較小的樣品采用EA∶PE 體系;極性較大的樣品采用氯仿∶MeOH體系;極性更大的樣品采用正丁醇∶甲醇∶醋酸∶水體系來沖淋柱子。若出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象可以加入少量的氨水或者乙酸來解決。
柱層析法利用吸附材料作為固定相,當(dāng)洗脫劑中的溶劑流過固定相時,因為固定相和洗脫劑之間在吸附和解析能力上具有一定的差異,可以達(dá)到分離樣品的作用。柱層析法一般分為吸附柱層析與離子交換柱層析法。常用的吸附材料有硅膠、中性氧化鋁和活性炭等。其中,硅膠與硅藻土可以進(jìn)行再生利用,但是中性氧化鋁的再生非常困難。根據(jù)活性的不同,將硅膠分為活性和減活性硅膠。
硅膠與氧化鋁經(jīng)常被用作吸附劑來制備PC。使溶解好的原料直接通過填料為氧化鋁的層析柱。根據(jù)氧化鋁填料對磷脂中各個組分吸附能力的不同,通過層析柱時,磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇等各種雜質(zhì)組分會繼續(xù)留在層析柱中,幾乎不會被沖洗下來,而所需要的PC 就可以被乙醇沖洗下來,這樣就可以得到高含量的PC 產(chǎn)品[8]。用硅膠填料的層析柱具有同樣的分離效果,但是與之不同的是溶解原料的溶劑有所差異,并且隨著混合洗脫液體積和含量的增加,雜質(zhì)會被首先溶出。逐漸調(diào)節(jié)混合洗脫液的體積比,即可得到高純PC 產(chǎn)品,通常被用來作為制備注射用乳化劑PC。
離子交換柱層析法是用離子交換樹脂作為固定相的一種層析分離方法。由于溶質(zhì)分子帶有不同性質(zhì)不同數(shù)量的電荷,所以它可以在固定相與流動相之前形成一種可逆交換作用,這樣可以使溶質(zhì)的移動速度發(fā)生一定的變化,從而達(dá)到較好的分離效果。
柱層析對一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的天然產(chǎn)物具有很好的分離效果[9]。對于物理化學(xué)性質(zhì)比較相近的物質(zhì),尤其是同分異構(gòu)體或者取代基種類與數(shù)目不同的物質(zhì),通常使用該方法就能達(dá)到一個很好的分離效果。往往被分離的物質(zhì)都會具有熱不穩(wěn)定性與不揮發(fā)性的特征,所以該方法較適合PC 的分離純化研究,且具有廣闊的應(yīng)用前景。
超臨界流體萃取法是近年來興起的一種新型分離技術(shù)[10]。超臨界流體是通過增加臨界點溫度和壓力,改變混合物在臨界點的黏度與擴(kuò)散系數(shù)等各項參數(shù)。超臨界流體萃取技術(shù)是利用臨界點附近PC 與超臨界流體溶劑具有異常的相平衡行為與傳遞性能,并且溶劑對PC 的溶解度隨著溫度與壓力的變動,同時也在一個比較寬泛的范圍內(nèi)改變的一種新型技術(shù)[11]。
用超臨界CO2法來分離純化PC 是近年來研究的重點,超臨界CO2對油脂具有一定的溶解性,單純的超臨界狀態(tài)的CO2不能夠?qū)C 溶解,但是當(dāng)體系中加入少量乙醇后,超臨界CO2乙醇混合體系的極性就會增加,它對PC 的溶解能力也隨之增加[12],而乙醇對PC 中其他雜質(zhì)組分,如磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇等組分的溶解能力不同,則會優(yōu)先選擇對其溶解度大的PC。而萃取過程中所加入的醫(yī)用乙醇可以經(jīng)過減壓蒸餾、冷凍干燥技術(shù)即可去除。因此,經(jīng)超臨界CO2技術(shù)所萃取的PC 產(chǎn)品是十分安全的。
超臨界法采用CO2為萃取劑,沒有引燃性與化學(xué)反應(yīng)性。無毒、無害、低沸點、無污染、無殘留、純度高。但其操作成本較高、工藝條件復(fù)雜,制得的PC 含量較低,工業(yè)化生產(chǎn)的條件尚不成熟,因此對其的應(yīng)用還在進(jìn)一步研究之中[13]。
膜分離是在20 世紀(jì)初出現(xiàn),20 世紀(jì)60 年代后迅速崛起的一門分離新技術(shù)。膜分離技術(shù)分離過程的原理是根據(jù)不同物質(zhì)通過膜的通透性不同而得到的分離。其具體操作方法是:先把脫脂后的粗品PC溶于某種溶劑中形成溶液,再將PC 溶液在加壓的條件下,通過適當(dāng)孔徑的半透膜。因為PC 中各組分的分子量有差異性,根據(jù)分子量大小的不同,使得其透過膜的難易程度也不同,利用這個原理,就可以將PC 從混合物中分離出來,從而達(dá)到分離的目的[14]。分離過程一般在常溫下進(jìn)行,對天然產(chǎn)物卵PC 的分離也特別合適,是一種很有前途的技術(shù)。該技術(shù)正在應(yīng)用于高純磷脂產(chǎn)品的制取工藝中,如使PC 溶于正己烷- 異丙醇混合溶液中,再使PC 溶液通過聚丙烯材料半透膜,該工藝可使PC 的純度由25%提高到51%。
但是,現(xiàn)在膜的制備尚不成熟,膜功能尚不能完全分離分子量相近的組分,這也是制約膜方法應(yīng)用的關(guān)鍵因素。故還需要開發(fā)特定功能的膜,才能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。
綜上,目前高純多烯磷脂酰膽堿提純工藝還有待于進(jìn)一步的提高和改進(jìn),溶劑法提純PC 成本較低、操作簡便,但所得PC 產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)不到藥用級別,而柱層析法制備藥用高純PC 的工藝較為成熟。因此,可以將上述2 種純化方法有機(jī)結(jié)合起來,得到一條經(jīng)濟(jì)簡便制備高純藥用PC 的工藝路線,對于今后高純PC 的提純制備工作具有一定的實際參考價值和理論指導(dǎo)作用。