新技術(shù)在獸藥研發(fā)生產(chǎn)中的應(yīng)用

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1 現(xiàn)狀
    據(jù)統(tǒng)計我國現(xiàn)有獸藥生產(chǎn)企業(yè)2000余家,生產(chǎn)的獸藥品種規(guī)格約有2000多種,年產(chǎn)值已超過150億元人民;全國約有經(jīng)營企業(yè)5萬多家,年銷售額約170億元人民幣。主要劑型僅有水針劑、片劑和針劑,原料藥廠所占比重不到5%。缺乏市場需要的群體疾病防治的澆潑劑、緩釋劑、氣霧劑等。數(shù)生產(chǎn)廠的生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)備、工藝簡陋和落后,生產(chǎn)規(guī)模小。獸藥研發(fā)創(chuàng)新能力弱,新藥數(shù)量少,產(chǎn)品科技含量低。農(nóng)業(yè)部已限定2005年底為獸藥生產(chǎn)廠達到GMP要求的后期限。預(yù)示著獸藥生產(chǎn)整體水平的提高,優(yōu)勝劣汰的競爭會加激烈,有利于新技術(shù)、新工藝及新產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用。
    2 提取技術(shù)
    在中藥制劑生產(chǎn)中常用的提取方法主要有煎煮法、回流法、浸漬法、滲漉法等,但這些方法存在有效成分損失大、周期長、工序多、提取率不高等缺陷。在藥物研發(fā)生產(chǎn)中應(yīng)用的提取新技術(shù)主要包括:
    2.1 超臨界流體萃取技術(shù)
    超臨界流體萃取SCFE技術(shù)是目前國內(nèi)外較廣泛研究和應(yīng)用的新技術(shù)。由于超臨界流體的密度僅是溫度和壓力的函數(shù),在一定壓力范圍內(nèi)其密度與其溶解能力成比例,故可通過對溫度、壓力的控制來改變對物質(zhì)的溶解度,而且在臨界點附近溫度與壓力的微小變化有可能導(dǎo)致溶質(zhì)溶解度發(fā)生數(shù)量級的突變。在超臨界萃取體系中,處于超臨界狀態(tài)流體(溶劑)的性質(zhì)可以通過添加其他物質(zhì)(夾帶劑)改進;溶劑的溶解能力隨密度增大而增強;溶質(zhì)的蒸氣壓隨溫度升高而指數(shù)上升;低揮發(fā)性物質(zhì)在高壓下,溶解度隨溫度升高而增大,在低壓下溶解度隨溫度升高而降低。因此SCFE可以通過控制體系的壓力和溫度使其選擇地萃取其中某組分,然后通過溫度或壓力的變化,降低超臨界流體的密度,對所萃取的物質(zhì)進行分離,并讓超臨界流體循環(huán)使用。目前廣泛使用的是超臨界萃取。
    由于可通過調(diào)控壓力和溫度,選擇性地萃取某些成分,使萃取到分離可一步完成,因此特別適用于提取分離揮發(fā)性成分、脂溶性物質(zhì)、高熱敏性物質(zhì),產(chǎn)品基本無有機溶劑殘留,產(chǎn)品純度亦較高。但它較適用于親脂性、分子量較小物質(zhì)的萃取,對極性大、分子量大的物質(zhì)如苷類、多糖類,要加夾帶劑(一般常用的夾帶劑有水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等),在夾帶劑的使用上還缺乏足夠的理論方面的研究,可測性差,主要靠實驗摸索,操作在很高的壓力下進行,設(shè)備屬高壓設(shè)備,性投資較大,運行成本較高,給工業(yè)化廣泛應(yīng)用帶來了障礙。
    2.2 超聲循環(huán)提取技術(shù)
    超聲波對各種成份的提取分離的強化作用主要源于其空化作用。在空化發(fā)生時液體中的微小氣泡核在高強度超聲波作用下發(fā)生振蕩、生長、收縮及崩潰等一系列動力學(xué)過程。湍流效應(yīng)、微擾效應(yīng)、界面效應(yīng)和聚能效應(yīng)等是空化作用在超聲提取體系中的具體體現(xiàn)。超聲提取早已廣泛應(yīng)用于實驗室少量樣品處理,它所具有的時間短、溫度低、提取率高等優(yōu)點已被公認,缺乏有效的工程放大手段是限制其大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。雖然目前國內(nèi)逐漸有越來越多的超聲提取設(shè)備出現(xiàn)在市場上,但真正能夠適于工業(yè)大生產(chǎn)的超聲提取裝備仍然很少,本文僅對超聲循環(huán)提取技術(shù)和設(shè)備作簡要介紹。
    超聲循環(huán)提取技術(shù)是在國家863和攻關(guān)項目的支持下,根據(jù)生化工程理論和方法,提出了物料和超聲場之間“模擬移動”,根據(jù)流體流動、混合理論和給予每物料顆?!跋嗤瑱C會”,大限度地提高超聲場的利用率,解決局部過度超聲處理和超聲波在介質(zhì)中的快速衰減問題。通過采用獨特的循環(huán)技術(shù)和超聲場的合理設(shè)計,極大地增加了超聲場的物料處理能力,小功率超聲場即可處理大量物料,從而解決了超聲提取的工程放大難題。目前已形成了從0.5升到8000升有效容積的實驗室SY、中試HF、生產(chǎn)SC三大系列產(chǎn)品,數(shù)十個品種,已在北京同仁堂、北京大學(xué)藥學(xué)院等近三十家研發(fā)、生產(chǎn)單位使用。
    同國內(nèi)外相關(guān)設(shè)備相比較,通過大量試驗證明,超聲循環(huán)提取技術(shù)和設(shè)備具有如下特點。效率高:提取時間僅為常規(guī)提取方法的幾分之一到幾十分之一;能耗低:一般均在室溫下提取,單位物料處理量能耗較常規(guī)提取方法可降低50%;產(chǎn)品質(zhì)量高:由于提取時間短、溫度低,產(chǎn)品中雜組份含量減少,提高了提取產(chǎn)品品質(zhì);提取率高:有效成份得以充分釋出,甚至有些用常規(guī)方法難于提出的組份亦能快速提取出來;適用范圍廣:不受溶劑性質(zhì)、提取物分量大小、極性等限制,還可以用于提取—— 純化的耦合、超聲分散、乳液制備、緩釋藥物超微膠囊和納米膠囊制備等;操作簡便:可進行間歇提取或多級連續(xù)提取,有順流和逆流兩種方式可供選擇、易于實現(xiàn)自動化,符合+,-要求;產(chǎn)品性. 價比高:價格大大低于超臨界萃取和進口設(shè)備,設(shè)備占地面積小。但需要加強成套生產(chǎn)線的集成和自動控制的集成等方面的研發(fā)。
    2.3 微波萃取技術(shù)
    微波提取技術(shù)亦是目前研究較多的提取新技術(shù)之一。它是根據(jù)不同物質(zhì)吸收微波能力的差異使得基體物質(zhì)的某些區(qū)域或萃取體系中的某些組分被選擇性加熱,從而使得被萃取物質(zhì)從基體或體系
    中分離,進入到介電常數(shù)較小、微波吸收能力相對差的萃取劑中,達到提取的目的。
    微波萃取具有時間短、設(shè)備簡單、適用范圍廣、萃取效率高等特點。微波萃取選擇性差的問題可以通過對微波的施加功率及時間的控制或者與另一些優(yōu)勢技術(shù)相結(jié)合來改善。微波提取一般適用于熱穩(wěn)定性的物質(zhì),對熱敏性物質(zhì),微波加熱易導(dǎo)致它們變性或失活;要求物料有良好的吸水性,否則細胞難以吸收足夠的微波能將自身擊破,產(chǎn)物也就難以釋放出來;微波提取對組分的選擇性差。
    2.4 酶法提取
    酶法提取是利用酶反應(yīng)較溫和地將植物組織分解,從而可以大限度從植物體內(nèi)提取有效成分。纖維素酶用于以纖維素為主的中藥材提取有效成分能提高有效成分的收率。酶法提取要求酶有極高的活性、高度的專一性和溫和反應(yīng)條件。在植物藥用成份提取中酶可以作為浸提輔助劑,在動物藥提取中可以作為激活劑和脫毛劑等,可以作為提取液的澄清劑和藥渣再利用的催化劑。酶法提取的效果主要取決于酶的種類、用量、酶解時間、溫度、酸堿度、物料細度、攪拌等多種因素。酶法提取要拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域,還需要進一步深入探討酶的濃度、底物的濃度、溫度、酸堿度、抑制劑和激動劑等對提取物有何影響。
    2.5 半仿生提取法
    半仿生提取法(SBE)是從生物藥劑學(xué)的角度,模擬口服給藥及藥物經(jīng)胃腸道轉(zhuǎn)運的原理,為經(jīng)消化道給藥中藥劑設(shè)計的一種新的提取工藝。它應(yīng)用于中藥提取中堅持了“有成分論,不唯成分論,重在機體的藥效學(xué)反應(yīng)”。這種新提取法可以提取和保留更多的有效成分,能縮短生產(chǎn)周期,降低成本。但SBE的有效成分利用率較低。
    3 分離純化技術(shù)
    傳統(tǒng)的分離方法主要有沉降、過濾、離心,傳統(tǒng)的純化方法主要有水提醇沉法(水醇法)、醇提水沉法(醇水法)、酸堿法、鹽析法、離子交換法和結(jié)晶法等。目前新的分離純化方法主要有絮凝沉淀法、大孔樹脂吸附法、超濾法、高速離心法等。
    3.1 絮凝沉淀
    絮凝沉降是在混懸的提取液或提取濃縮液中加入一種絮凝沉淀劑以吸附架橋和電中和方式與蛋白質(zhì)果膠等發(fā)生分子間作用,使之沉降,除去溶液中的粗粒子,以達到精制和提高成品質(zhì)量的目的。目前使用的絮凝劑主要有鞣質(zhì)、明膠、蛋清、101果汁澄清劑、ZTC澄清劑、殼聚糖等。
    在絮凝沉淀過程中可以加入交流電場或直流電場強化,即電場絮凝。電場絮凝可以大大降低絮凝劑的用量,增加絮凝體的大小和強度,縮短絮凝時間。電場絮凝不但可以用于混懸液的液固分離,亦可以代替部分乙醇沉淀等過程。
    3.2 超濾濃縮
    膜分離技術(shù)是以壓力為推動力,利用膜的選擇性實現(xiàn)混合組份的分離。膜分離主要包括微濾、超濾、反滲透及納濾。超濾(Yltrafiltration))是根據(jù)體系中分子的大小和性狀,通過膜的篩分作用,在分子水平上進行分離,可分離分子量為1000道爾頓~1000000道爾頓的物質(zhì),起到精制、富集及濃縮的作用。同微濾過程相比,超濾過程受膜表面孔的化學(xué)性質(zhì)的影響較大。影響超濾效果的主要因素包括膜的選擇性、料液預(yù)處理方式、壓力、流速、溫度、濃度、pH值、時間、膜再生的方式等。 目前超濾主要用于濃縮、分級、大分子溶液的凈化等。應(yīng)用時主要應(yīng)考慮膜的壽命、膜面污染的防治、清洗及膜的再生方式。
    3.3 高速離心
    通過離心機的高速運轉(zhuǎn),使離心加速度超過重力加速度的成百上千倍,從而使沉降速度增加,以加速藥液中雜質(zhì)沉淀并去除的一種方法。沉降式離心機分離藥液具有省時、省力,藥液回收完全,有效成分含量高、澄明度高的特點,更適于分離含難于沉降過濾的細微?;蛐鯛钗锏膽腋∫骸?BR>    3.4 分子蒸餾
    分子蒸餾(molecular distillation)是一種在高真空度下進行的液—液分離操作的連續(xù)蒸餾過程,它亦是一種在高真空度條件下進行非平衡分離操作的連續(xù)蒸餾過程。它是基于在一定的溫度和真空度下不同物質(zhì)的分子平均自由程差異,液體混合物各分子受熱后會從液面逸出,并在離液面小于輕分子平均自由程而大于重分子平均自由程處設(shè)置一個冷凝面,使輕分子不斷逸出,而重分子達不到冷凝面,從而打破動態(tài)平衡而將混合物中的輕重分子分離。由于輕分子只走了很短的距離即被冷凝,所以分子蒸餾亦稱短程蒸餾(molecular distillation)。
    在分子蒸餾過程中,物料處于高真空、相對低溫的環(huán)境,停留時間短,損耗極少,故分子蒸餾技術(shù)特別適合于高沸點、低熱敏性物料。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于石油化工、醫(yī)藥、食品、化妝品等行業(yè)。對于一些熱敏性極強的物料(如二十八烷醇和三十烷醇的分離)、天然維生素:等分子蒸餾均取得良好的分離效果。
    目前有關(guān)分子蒸餾基礎(chǔ)理論的研究非常少,還無法從理論上指導(dǎo)分子蒸餾器的設(shè)計,現(xiàn)有的分子蒸餾器的設(shè)計主要是依靠經(jīng)驗,而且只局限于對降膜式分子蒸餾器和離心式分子蒸餾器液膜內(nèi)流動狀態(tài)、傳熱、傳質(zhì)及汽相分子的運動狀況的研究。對刮膜式分子蒸餾器設(shè)計研究很少的主要原因是很多情況下降膜式和離心式分子蒸餾器內(nèi)液膜的流動狀況可以看成是穩(wěn)態(tài)層流,而刮膜式分子蒸餾器內(nèi)的液膜流動為非穩(wěn)態(tài)的湍流流動。
    國內(nèi)對分子蒸餾技術(shù)的研究起步較晚,基礎(chǔ)較弱,現(xiàn)在還處于消化吸收及小試研究階段。分子蒸餾技術(shù)目前面臨的主要課題是擴大應(yīng)用領(lǐng)域,尤其是對一些分離難度大的天然藥物的應(yīng)用。
    3.5 大孔吸附樹脂
    大孔吸附樹脂是由有機單體加交聯(lián)劑、致孔劑、分散劑等添加劑聚合而成,是不含離子交換基團的由許多微觀小球組成的多孔球狀交聯(lián)聚合物。
    樹脂理化性質(zhì)穩(wěn)定,不溶于酸、堿及有機溶媒,不受無機鹽類及強離子低分子化合物存在的影響。依據(jù)其表面性質(zhì)的差異可非極性、極性和中性大孔吸附樹脂。大孔吸附樹脂是吸附性和篩選性原理相結(jié)合的分離材料。它本身具有的吸附性,是由于范德華力或產(chǎn)生氫鍵的結(jié)果。篩性原理是由于其本身多孔性結(jié)構(gòu)所決定。大孔吸附樹脂根據(jù)孔徑、比表面積及構(gòu)成類型被分為許多型號,一般根據(jù)所需分離純化物質(zhì)的分子大小及極性強弱,選用與之相適應(yīng)的大孔吸附樹脂,可收到較好的分離效果。影響大孔吸附樹脂分離效果的主要因素包括比表面積、孔徑、粒徑、強度、溶脹系數(shù)、孔的三維結(jié)構(gòu)等。一般根據(jù)所需分離純化物質(zhì)的分子大小及極性強弱,選用與之相適應(yīng)的大孔吸附樹脂。大孔吸附樹脂可用于多種藥用成份的分離,還可用于含量測定前樣品的預(yù)分離。應(yīng)用大孔吸附樹脂富集藥物有效成分,具有分離度好、專屬性強及重現(xiàn)性好,無雜質(zhì)干擾,靈敏度高等特點。在實際應(yīng)用中,要達到滿意的分離效果,必須根據(jù)化合物的結(jié)構(gòu)特點并綜合考慮各種影響因素,設(shè)計合適的分離條件,在必要情況下,可進行預(yù)試驗而確定。