目的 建立一种工艺简单,操作方便,适合工业化结晶纯化二氢杨梅素的方法。方法 考察冷却结晶工艺中关键参数如温度、乙醇浓度、活性炭用量、吸附时间等对二氢杨梅素收率、纯度的影响。高效液相色谱法和薄层色谱法验证其纯度,紫外-可见分光光度法测定溶解度与温度和乙醇用量关系,高效液相色谱法测定含量,粉末X射线衍射法和热分析确定晶型。结果 乙醇浓度小于10%,溶剂温度大于85 ℃,活性炭用量为0.1%~0.3%,吸附时间为1~3 min时,重结晶所得二氢杨梅素收率大于70%,含量大于98%,晶型不变。结论 采用水为溶剂进行结晶纯化,应严格控制温度,温度骤降会导致产率急剧下降,加入10%乙醇即能大幅提高产率,工艺稳健,产率受温度影响较小。
Objective To development a cooling crystallization process that is suitable for industrial preparation of purified dihydromyricetin. Methods Screen design was used to investigate effects of process parameters such as,temperature,concentration ethanol aqueous,quantity of activated charcoal and adsorption time on yield and purity of dihydromyricetin.Purity was verified by high performance liquid chromatography and thin layer chromatography.The solubility of dihydromyricetin in water at viable temperature and ethanol proportion was also determined by UV spectrophotometry.The solid form was characterized by thermal analysis and powder X-ray diffractometry. Results When temperature was >85 ℃,ethanol concentration <10%,dosage of activated charcoal 0.1%-0.3%,and adsorption time 1-3 min,yield of dihydromyricetin was more than 70%,and the purity greater than 98%.The crystals,prepared by cooling crystallization from water and ethanol aqueous,had the same physical form and crystal habit. Conclusion Cooling crystallization from low concentration of ethanol aqueous gets higher yield and the process is more robust than crystallization from water.
二氢杨梅素(dihydromyricetin,DMY)是一种具有抗炎、抗菌、抗氧化、降血压、保肝[1]和诱导癌细胞凋亡[2-3]等广泛药理作用的黄酮醇类化合物[4],其提取和纯化方法已有多篇文献报道。纯化方法主要有结晶法和层析法,其中利用DMY在水中溶解度随温度变化较大而设计的冷却结晶法最为常用,层析法则采用凝胶色谱、吸附色谱、离子交换树脂技术、高效液相色谱制备以及逆流色谱制备等技术[5]。由于结晶法工艺简单,操作方便,易于大规模制备,是最有利于工业化生产的方法。但从工业化纯化原料药角度考虑,文献报道的结晶纯化工艺研究还存在以下问题:未阐明溶剂对晶型的影响;未考察溶解度和溶液稳定性对收率和纯度的影响;忽视工业化生产中各因素水平可能发生的变化,缺乏对工艺稳健性的考察。工业化生产需要综合考虑产物的晶型、粉末性质、收率、纯度和工艺稳健性等因素[6-7],但在二氢杨梅素的纯化研究中,笔者未见相关报道。笔者在本研究中依据二氢杨梅素的溶解度及溶液稳定性设计冷却结晶工艺,利用筛选设计考察结晶工艺中关键参数:温度、乙醇用量、活性炭用量及吸附时间等对获得产品收率、纯度和晶型的影响。
SHIMADZU UV-2450紫外-可见分光光度仪(日本岛津公司);LC-20AD型高效液相色谱仪(日本岛津公司);AUW 220D型双量程分析天平(日本岛津公司,感量:0.1/0.01 mg);PANalytical B.V.粉末X射线衍射仪(荷兰帕纳科公司);热重分析仪[铂金-埃尔默仪器(上海)有限公司];Q2000型差示量热扫描仪(美国TA 仪器有限公司)。
二氢杨梅素对照品(自制,从藤茶中提取纯化,经测定纯度>99.8%);二氢杨梅素原料(批号:MH-DMY201309202,湖北康宝泰精细化工有限公司);乙腈(色谱纯,美国天地公司);95%乙醇(分析纯,武汉市中天化工有限责任公司);水为新制多效双蒸水。
采用摇瓶法测定溶解度,将过量二氢杨梅素固体加入10 mL溶剂中,控制温度,搅拌12 h后,使用紫外-可见分光光度计测定其含量,测定波长为290 nm。根据测得的溶解度曲线(
取溶剂500 mL升温至一定温度,加入二氢杨梅素5.00 g溶解。加入一定量的活性炭吸附,记录活性炭的吸附时间。抽滤,弃去滤渣。将滤液置室温下冷却24 h析晶,抽滤,弃去滤液,将粉末平铺于蒸发皿中,置60 ℃烘箱中干燥72 h。具体条件见
投料量为结晶前加入二氢杨梅素的量,M为冷却结晶烘干后的质量。通过(M/投料量)×100%计算得收率。
2.4.1 色谱条件 采用Agilent TC-C18(4.6 mm×250 mm,5 μm)色谱柱,以甲醇-0.1%磷酸水溶液(32:68)为流动相进行测定,检测波长为290 nm,柱温30 ℃,流速0.8 mL·min-1。
2.4.2 线性关系考察 精密称取二氢杨梅素工作对照品6.15 mg,置25 mL棕色量瓶,加1%甲酸甲醇溶液溶解并稀释至刻度,摇匀。分别精密量取上述溶液0.5,1.0,2.0,3.0,5.0 mL,置10 mL棕色量瓶,加流动相稀释至刻度,摇匀,制成浓度为12.30,24.60,49.20,73.80及123.00 μg·mL-1的二氢杨梅素溶液。分别精密吸取10 μL进样,按“2.4.1”项下色谱条件测定峰面积。以峰面积为纵坐标(
2.4.3 精密度实验 精密吸取对照品溶液10 μL,重复进样5次,按“2.4.1”项下色谱条件测定峰面积,结果二氢杨梅素平均峰面积为2 021.85,RSD为0.35%,小于2%,表明仪器的精密度良好。
2.4.4 收率及含量测定结果 测得收率和含量数据见
采用高效液相色谱法和薄层色谱法对其纯度进行检查。高效液相色谱条件同“2.4.1”项;薄层色谱法为:取二氢杨梅素重结晶样品适量,溶于乙醇,在硅胶G薄层板上,以甲苯-乙酸乙酯-甲酸(10:8:4)为展开剂,展开,晾干,置紫外灯(295 nm)下检视。对纯度进行筛选设计可得各效应对比表(
为验证20%的乙醇用量是否导致二氢杨梅素结晶的晶型改变,采用粉末X射线衍射分析(powder X-ray diffractometry,PXRD)、差示量热扫描法(differential scanning calorimetry,DSC)和热重分析法(thermogravimetric analysis,TGA)法对原料及溶剂中冷却结晶获得二氢杨梅素粉末进行测定。
2.6.1 PXRD 粉末X射线衍射是固态分析技术中常用且能够快速有效分辨多晶型的技术。本实验中靶为Cu-Kα辐射,波长1.540 6 Å,管电压为40 kV,管电流40 mA,步长0.02°,每步时间为0.2 s,扫描范围为5°~45°。
2.6.2 热分析法 DSC:取样品3~5 mg 装入密封的金属铝制坩埚中,氮气流速为50 mL·min-1,升温范围为0~300 ℃,升温速度为5 ℃·min-1。TGA:取样品5~10 mg加入敞口的金属铝制坩埚中,升温范围为室温~500 ℃,升温速度为10 ℃·min-1。
PXRD结果如
当存在多个因素影响结果时,对各个因素的效应分析常采用单因素考察或正交设计,但前者实验次数多且不能考察各个因素间的交互作用,后者则在固定各个水平后失去了实验的灵活性[11]。为更好的分析各因素对结果的影响,采用JMP 9.0(SAS)软件对结果进行效应筛选分析和绘图,实现对多因素水平随机变化时的效应分析。
在二氢杨梅素结晶纯化过程中,溶剂种类、溶解温度、活性炭用量、吸附时间、冷却时间等均可能影响最终产物的性质。
在设计药物重结晶纯化工艺时,应充分利用药物在溶液中的稳定性和溶解度数据。在二氢杨梅素冷却结晶工艺设计中,根据溶液稳定性结果,选择中性或酸性溶剂,最高升温至约90 ℃,且需在保证收率的条件下尽量缩短加热时间。根据其溶解度结果,水溶液中升温至60 ℃即可提高溶解度(×10),20%乙醇即提高溶解度(×5),但考虑到过高的乙醇浓度和温度均会导致乙醇大量挥发,不利于工业化生产,因此在设计实验时应选择合适的乙醇浓度和温度范围。
药物多晶型现象是具有相同结构的分子在固体状态下存在的不同排列结构,多晶型常使得药物熔点、溶解度、溶出速度、稳定性、机械性质和生物利用度不同[12]。根据2015年版《中华人民共和国药典》中药品晶型研究及晶型质量控制指导原则规定[13],水合物和溶剂合物也列入多晶型的范畴。导致药物多晶型的原因主要包括:溶剂、冷却速度、挥发速度、超饱和度、杂质含量和搅拌速率等,其中溶剂为最主要的影响因素。在已发表的文献中,水中冷却结晶获得的二氢杨梅素为消旋的二水合物,乙醇中挥发结晶得到的是消旋的一水合物[14]。故笔者采用PXRD、DSC和TGA法对原料及不同溶剂中冷却结晶获得的二氢杨梅素粉末的晶型进行测定和比较。
根据筛选实验结果可知:①以水为溶剂进行冷却结晶时,应严格控制温度,温度骤降会导致产率急剧下降,单次提纯产率可能小于25%。②加入少量乙醇(10%乙醇溶液)即可大幅提高产率,且产率受温度影响较小,稳定在70%以上。③过高的温度对应较低的纯度。④在本实验考察范围内,活性炭用量(0.1%~0.3%)和吸附时间(1~3 min)对纯度和收率的影响较小。
即当乙醇浓度小于10%,溶剂温度大于85 ℃,活性炭用量为0.1%~0.3%,吸附时间为1~3 min时,重结晶所得二氢杨梅素收率大于70%,含量大于98%,晶型不变,工艺稳健,产率受温度影响较小,适合在工业生产中使用。
The authors have declared that no competing interests exist.