黃麗榮，龍 文，駱 衡

(1 貴州理工學(xué)院食品藥品制造工程學(xué)院，貴州 貴陽 550003；2 貴州省中國科學(xué)院天然產(chǎn)物化學(xué)重點實驗室，貴州 貴陽 550014)

天然龍腦指右旋龍腦比例大于95%的天然植物提取物，其廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、日化用品等方面，市場緊俏，被稱為“植物黃金”[1-3]。目前我國所產(chǎn)的右旋龍腦的主要來源是從植物龍腦樟中提取分離得到，由于受到種源、種植地域和精制技術(shù)的限制，國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模較小，生產(chǎn)技術(shù)相對落后，天然龍腦長期處于供不應(yīng)求狀態(tài)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場的需求[4-5]。因此，建立一套操作簡便、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)率更高生產(chǎn)工藝迫在眉睫。

目前，我國所產(chǎn)龍腦主要是從龍腦樟的枝葉中提取，其提取精制工藝主要為水蒸氣蒸餾法或水蒸氣蒸餾后晶析分離[3,6-9]。但晶析分離收率并不高(一般低于70%)[7,9]，母液中殘留的右旋龍腦較多，往往需要進(jìn)一步的分離純化才能滿足含量要求。大孔吸附樹脂是一種吸附性與篩分性分離原理相結(jié)合的分離材料，分離效果好，穩(wěn)定性好，安全、操作簡便，可重復(fù)使用，生產(chǎn)成本低，在分離工程中應(yīng)用十分廣泛[10-11]。本研究擬采用單因素考察實驗、正交實驗研究D101大孔吸附樹脂純化右旋龍腦工藝，建立一套提純率高、成本低、對環(huán)境污染少的右旋龍腦的提純生產(chǎn)工藝，以期為天然龍腦的工業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材 料

1.1 試 劑

天然龍腦粗品(54.5%，為晶析分離右旋龍腦殘留的母液濃縮制成)，貴州浙商農(nóng)林科技有限公司；右旋龍腦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(99.6%)，中國食物藥品檢定研究院；D-101大孔吸附樹脂，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；無水乙醇(分析純)，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；乙酸乙酯(分析純)，天津市富宇精細(xì)化工有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

TRACE 1310氣相色譜儀，寧波海曙恒隆實驗器材有限公司；DK-98-II電子調(diào)溫萬用電爐，天津市泰斯特儀器有限公司；WGL-230B電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；H20899電子分析天平，北京恒奧德儀器儀表有限公司；RE-2000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠。

2 方 法

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

準(zhǔn)確稱取右旋龍腦標(biāo)準(zhǔn)品13.75 mg，用乙酸乙酯溶解定容，制成濃度為1.375 mg·mL-1，作為測定樣品的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.2 氣相色譜條件

TR-5毛細(xì)管色譜柱，氫火焰離子檢測器(FID)，350 ℃，載氣溫度250 ℃，進(jìn)樣量5 μL，進(jìn)樣口溫度250 ℃，柱溫程序升溫50～250 ℃，初始溫度保持2 min后，先每分鐘升60 ℃，升至150 ℃后保持5 min，再每分鐘升60 ℃即可，升至250 ℃保持。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確移取1.375 mg/mL的右旋龍腦標(biāo)準(zhǔn)溶液0.25，0.5，1，2，3和4 mL，乙酸乙酯定容至10 mL，配制成標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。按照“2.2”項色譜條件，分別吸取上述溶液進(jìn)樣5 μL，每一個濃度重復(fù)測定3次。以濃度c(mg/mL)為橫坐標(biāo)，峰面積A為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：A=6.209c+0.0284，R2=0.9998。

2.4 D-101大孔吸附樹脂的預(yù)處理

用5%的鹽酸水溶液浸泡D-101大孔吸附樹脂12 h，用大量水沖洗大孔吸附樹脂，直到流出液從酸性變?yōu)橹行?；再?%的氫氧化鈉水溶液浸泡大孔吸附樹脂12 h，然后用大量水沖洗樹脂，直到流出液從堿性變?yōu)橹行?。用無水乙醇沖洗樹脂，直到流出液中加水(流出液：水=1：5)不再變渾濁，最后用水洗直到流出液無乙醇味，表明樹脂處理完畢。

2.5 D-101大孔吸附樹脂靜態(tài)吸附與解吸效果確定

稱取3份經(jīng)預(yù)處理的D-101樹脂1 g，分別置于100 mL的錐形瓶中。量取50 mL右旋龍腦重結(jié)晶母液濃縮液(以30%乙醇溶解)至各錐形瓶中，具塞后置于110 r/min在25 ℃恒溫?fù)u床下振蕩24 h。取出后抽濾，按照“2.2”項色譜條件，測定吸附后濾液中的右旋龍腦的含量，計算出吸附量。將抽濾過的樹脂用一定量的蒸餾水沖洗、抽濾干后，置于原來的錐形瓶中，分別加入40%、50%、60%、70%、80%乙醇，具塞后，放置于110 r/min在25 ℃恒溫?fù)u床中充分振蕩解吸24 h。過濾后檢測濾液中右旋龍腦含量，計算解吸量和解吸率。

2.6 D-101大孔吸附樹脂動態(tài)分離純化右旋龍腦的單因素試驗

以靜態(tài)吸附與解吸結(jié)果為基礎(chǔ)，依次進(jìn)行上樣質(zhì)量濃度、解吸液乙醇體積分?jǐn)?shù)、洗脫流速影響因素的單因素試驗，分析各因素對D-101樹脂分離純化右旋龍腦的影響，并篩選較優(yōu)參數(shù)。

上樣質(zhì)量濃度單因素試驗：固定好3根干凈層析柱，準(zhǔn)確加入40 mL預(yù)處理好的D-101樹脂。配制0.25、0.5、0.75 g/mL共3個質(zhì)量濃度梯度的樣液，按2 BV/h的上樣流速上樣，按1.0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、……(BV)收集，達(dá)到泄漏點即停止上樣；靜置20 min后，用水洗2 BV除去雜質(zhì)。分別用5 BV 70%乙醇，以3 BV/h流速解吸，檢測并計算吸附率和解吸率。

解吸液乙醇體積分?jǐn)?shù)、洗脫流速等影響因素的單因素試驗分別按上述操作進(jìn)行，并由前面單因素試驗確定的水平作為后面單因素試驗中使用的水平條件。

2.7 D-101大孔吸附樹脂動態(tài)分離純化右旋龍腦的正交實驗

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，設(shè)計正交實驗。以右旋龍腦得率和純度為考察指標(biāo)，篩選最優(yōu)工藝技術(shù)參數(shù)。

得率及純度計算公式如下：

得率=吸附率×解吸率

2.8 最優(yōu)正交組合的驗證性實驗

根據(jù)單因素實驗結(jié)果，確定每個因素的較優(yōu)水平，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計正交實驗。根據(jù)右旋龍腦的收率和純度，綜合評價分離效果，判斷因素的影響程度。

3 結(jié)果與討論

3.1 D-101大孔吸附樹脂靜態(tài)吸附與解吸效果

D101型大孔吸附樹脂是苯乙烯型非極性共聚體，屬于非極性大孔吸附樹脂，適用范圍比較廣，對于非極性、弱極性有機(jī)化合物吸附能力強(qiáng)，適合用于分離純化揮發(fā)油類物質(zhì)[12]。D-101大孔吸附樹脂靜態(tài)吸附與解吸效果如表1所示。從表1可以看出，D-101大孔吸附樹脂在吸附量、解析量上較高，適合分離純化右旋龍腦。

表1 D-101大孔吸附樹脂靜態(tài)吸附與解吸效果

3.2 D-101大孔吸附樹脂動態(tài)分離純化右旋龍腦的單因素實驗結(jié)果

3.2.1 解吸液乙醇體積分?jǐn)?shù)對分離效果的影響

解吸液乙醇體積分?jǐn)?shù)對分離效果的影響試驗結(jié)果如表2所示。由結(jié)果可知，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到80%時，得率和純度均較高，因此選用80%乙醇洗脫較為適合。

表2 解吸液乙醇體積分?jǐn)?shù)對分離效果的影響

3.2.2 洗脫流速對分離效果的影響

洗脫流速對分離效果的影響試驗結(jié)果如表3所示。由結(jié)果可知，洗脫流速為3 BV/h時，右旋龍腦的得率和純度均比其它流速高，因此流速為3 BV/h左右比較合適。

表3 洗脫流速對分離效果的影響

3.2.3 上樣質(zhì)量濃度對分離效果的影響

上樣質(zhì)量濃度對分離效果的影響試驗結(jié)果如表4所示。結(jié)果表明，當(dāng)龍腦上樣液質(zhì)量濃度為0.5 g/mL時，得率和純度值最優(yōu)，說明上樣液質(zhì)量濃度為0.5 g/mL左右比較合適。

表4 上樣液質(zhì)量濃度對分離效果的影響

3.3 D-101大孔吸附樹脂動態(tài)分離純化右旋龍腦的正交實驗結(jié)果

通過單因素的試驗，確定了各個因素的最優(yōu)波動范圍，設(shè)計3因素3水平的L9(33)正交試驗，檢測3個因素對分離效果的影響。以洗脫劑乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)、洗脫流速(B)、上樣液的質(zhì)量濃度(C)，列出正交實驗水平因素表(見表5)和建立正交試驗分組表(見表6)。以右旋龍腦的得率和純度為考察指標(biāo)，篩選最優(yōu)工藝技術(shù)參數(shù)。

表5 正交水平因素

表6 正交實驗結(jié)果

續(xù)表6

由表6可得知，洗脫劑濃度、洗脫流速、上樣液的質(zhì)量濃度這三個因素對右旋龍腦得率及純度的影響程度順序均為為：洗脫劑乙醇的體積分?jǐn)?shù)>洗脫流速>上樣液濃度，綜合三個因素對得率和純度的影響，最佳工藝確定為A2B3C3，即洗脫劑乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%，洗脫流速為3.5 BV/h，上樣液濃度為0.55 g/mL。

3.4 最優(yōu)正交組合的驗證性實驗結(jié)果

根據(jù)正交實驗中所得的最優(yōu)組合進(jìn)行3次驗證性實驗，結(jié)果如表7所示，GC結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，該工藝條件下，右旋龍腦的得率及純度均較高，GC圖上幾乎看不出雜質(zhì)峰，優(yōu)選的工藝條件適合分離純化右旋龍腦。

表7 正交實驗驗證實驗結(jié)果

圖1 最佳工藝條件下右旋龍腦的氣相色譜圖

4 結(jié) 論

通過單因素考察實驗和正交實驗，確立的D101大孔吸附樹脂純化重結(jié)晶母液中右旋龍腦最佳工藝條件為：洗脫劑乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%，洗脫流速為3.5 BV/h，上樣液濃度為0.55 g/mL。在此條件下，右旋龍腦收率可達(dá)81.6%，純度為98.32%。

本研究建立的D101大孔吸附樹脂精制右旋龍腦方法，收率和純度較高，操作簡便，成本低，污染小，適合工業(yè)化生產(chǎn)。