基于微混合器的连续混合技术在丹参醇沉过程中的应用

龚行楚+申基琛+瞿海斌

[摘要]连续制药是国际制药技术领域的发展方向之一。该研究采用膜分散法实现了丹参醇沉中加醇过程的连续化，考察了乙醇和浓缩液流量，以及醇料比等因素对醇沉效果的影响。乙醇和浓缩液流量增加能提高酚酸类活性成分的保留率，降低总固体去除率。醇沉上清液中活性成分纯度主要受到乙醇和浓缩液流量比影响。该研究中连续流动加醇的混合效果与工业醇沉相当。以膜分散混合器實现连续加醇，具有放大容易，单位体积处理量大，加醇过程稳态易控等优点，发展前景良好。

[关键词]丹参； 醇沉； 膜分散； 连续制药

Application of continuous mixing technology in ethanol precipitation

process of Salvia miltiorrhiza by using micromixer

GONG Xingchu， SHEN Jichen， QU Haibin*

（Pharmaceutical Informatics Institute， College of Pharmaceutical Sciences， Zhejiang University， Hangzhou 310058， China）

[Abstract]Continuous pharmaceutical manufacturing is one of the development directions in international pharmaceutical technology In this study， a continuous mixing technology of ethanol and concentrated extract in the ethanol precipitation of Salvia miltiorrhiza was realized by using a membrane dispersion method The effects of ethanol flowrate， concentrated extract flowrate， and flowrate ratio on ethanol precipitation results were investigated With the increase of the flowrates of ethanol and concentrated extract， retention rate of active phenolic acids components was increased， and the total solid removal rate was decreased The purity of active components in supernatants was mainly affected by the ratio of ethanol flowrate and concentrated extract flowrate The mixing efficiency of adding ethanol under continuous flow mixing mode in this study was comparable to that of industrial ethanol precipitation Continuous adding ethanol by using a membrane dispersion mixer is a promising technology with many advantages such as easy enlargement， large production per unit volume， and easy control

[Key words]Salvia miltiorrhiza； ethanol precipitation； membrane dispersion； continuous pharmaceutical manufacturing

doi：10.4268/cjcmm20162311

连续制药是药品生产的发展趋势[1]。与间歇制药相比，连续制药的优势有：生产设备占地小，生产周期短，中间体储存成本低，增加产量容易，生产过程更安全，过程监控更容易，批次之间质量波动小等。连续制药有利于提高药品生产的灵活性和药品质量的一致性[1]。目前中成药生产采用间歇生产方式，缺乏连续制药技术。

醇沉是中成药生产常用工艺，为间歇操作方式，通常先将乙醇加入浓缩液，然后静置冷藏。浓缩液粘度和密度均明显大于乙醇。在加醇过程中，浓缩液和乙醇难以迅速混合均匀，容易出现局部醇浓度过高的现象。此外，醇沉过程大量产生的沉淀容易包裹未和乙醇充分混合的浓缩液，造成活性成分包裹损失[2]。

微分散技术通过采用不同内部结构的微混合器，能够连续实现多种流体的高效混合[3]。和传统混合技术相比，微混合器内流体流动和分散尺度要小1～2个数量级，流体在微混合器内的体积传质系数达到传统设备的10～100倍[4]。微混合器种类众多，其中膜分散式混合器具有处理量大，单位体积能耗小的优点，其原理是一种流体经过膜孔，被分割为微米级的流体，然后与另一种流体接触混合。

如果用膜分散式混合器进行浓缩液和乙醇的连续流动混合，根据骆广生课题组的研究结论[56]，可以认为混合效果主要受浓缩液和乙醇两相的流量大小影响。混合时乙醇和浓缩液的流量之比相当于单位体积浓缩液中乙醇的加入量（醇料比，ECR），影响浓缩液和乙醇充分混合时上清液中的溶剂组成[7]。溶剂组成同时影响活性成分和杂质的溶解度，进而影响活性成分沉淀损失量、杂质成分去除量以及上清液中活性成分纯度。

本文以丹参醇沉工艺为例，采用膜分散式混合器，连续地将浓缩液和乙醇通过混合器，实现醇沉工艺的加醇操作，考察流量和醇料比对醇沉效果的影响程度，探讨这种连续流动加醇方式的优点和不足。

1材料

高效液相色谱仪（Agilent 1100系列，安捷伦科技有限公司）；低温恒温槽（THD1008W，宁波天恒仪器厂）；电子天平（AB204N，Mettler Toledo公司）；电热恒温鼓风干燥箱（DHG9146A，上海精宏实验设备有限公司）；齿轮泵（WT30001FB，兰格恒流泵有限公司）。

丹参水提浓缩液（批号20151106，正大青春宝药业有限公司提供）；丹酚酸B对照品（批号151206，纯度>99%），丹参素对照品（批号160120，纯度>98%），原儿茶醛对照品（批号151105，纯度>99%），迷迭香酸对照品（批号151124，纯度>99%）和紫草酸对照品（批号151120，纯度>98%）均购自上海融禾医药科技有限公司；乙醇（纯度>95%，浙江常青化工有限公司）；甲酸（纯度>99%，美国迪尔股份有限公司）；磷酸（纯度>98%，美国Fluka公司）；乙腈（色谱纯，德国默克公司）；去离子水由水纯化系统（MilliQ，Milford公司）制备。

2方法

21装置实验采用的膜分散连续流动加醇装置示意图见图1。膜分散式混合器结构见图2，其中混合槽宽度为1 mm，深度为1 mm。95%乙醇经过1 000目不锈钢膜后与浓缩液接觸。收集膜分散装置出口的固液混合物，将其置于5 ℃的低温恒温槽中冷藏24 h后，取上清液进行分析。

1浓缩液储罐；2乙醇储罐；3，4齿轮泵；5，6压力表；7，8球阀；9膜分散式混合器；10醇沉液储罐。

22实验设计由于浓缩液可能存在小颗粒，有堵塞膜孔的隐患，所以采用让乙醇通过膜的混合方式。此时乙醇为分散相，浓缩液为连续相。当醇料比一定时，可根据浓缩液流量确定乙醇流量。本研究考察流量和醇料比2个工艺参数对活性成分保留率、活性成分纯度、总固体去除率的影响。具体实验条件见表1。

23分析方法采用高效液相色谱仪测定各样品中原儿茶醛、丹参素、迷迭香酸、紫草酸和丹酚酸B等5种活性成分含量[8]。色谱柱使用反相色谱柱ExtendC18 柱（46 mm×250 mm， 50 μm）；流动相为01%甲酸（A）和纯乙腈（B）；采用梯度洗脱，0～10 min，7%～17% B；10～16 min，17%～21% B；16～32 min，21%～21% B；32～40 min，21%～29%

B；40～44 min，29%～35% B；44～50 min，35%～72% B；50～70 min，72%～75% B。流速10 mL·min-1；柱温25 ℃；紫外检测波长281 nm；进样量5 μL。

总固体含量的测定采用称重法[9]。准确称取适量样品，置于干燥恒重的称量瓶中，然后置于干燥箱中105 ℃下恒温干燥3 h。取出称量瓶放入干燥器中，冷却至室温后称量。根据干燥前后样品的质量变化计算出对应的总固体含量。

24数据处理膜分散醇沉总固体去除率（RS）、活性成分保留率（AR）、活性成分纯度（AP）的计算公式分别如下。

RS=1-ms×SCsFc×t×ρc×SCc×100%（1）

AR=ms×ACsFc×t×ρc×ACc×100 % （2）

AP=ACSC×100% （3）

式中，m，SC，F，t，ρ，AC分别表示质量、固含量、流量、样品收集时间、密度、活性成分含量，下标s和c分别表示上清液和浓缩液。

通过对总固体去除率和活性成分纯度、保留率的计算来研究醇沉规律。本文采用公式（4）定量表征工艺参数对活性成分保留率等指标的影响，如下。

Y=b0+b1·Fc+b2·ECR+b3·Fc·ECR+b4·F2c+b5·ECR2（4）

其中，Y为活性成分保留率、纯度或总固体去除率，b0为常数项，b1～b5为偏回归系数。采用逐步回归法简化方程，模型移入和移出特定项的P设定为001。相关拟合及作图分别用Design Expert V8061（美国StatEase公司）和Origin 85（美国Origin Lab公司）完成。

3结果与讨论

31活性成分保留率表1中列出了实验所得活性成分的保留率。原儿茶醛保留率可以超过90%，迷迭香酸保留率可以达到近70%。丹参素、紫草酸和丹酚酸B保留率均低于50%。采用公式（4）拟合所得结果见表2和图3。决定系数（R2）均大于093，说明模型可以解释数据中大部分变异。对于所有活性成分保留率，b1均为正数，且P<001，说明醇料比一定时，活性成分保留率随两相流量增加而增加。推测其原因可能在于流量增加使乙醇被浓缩液切割形成了更小的液滴，所以混合更充分，包裹损失减少。对于丹参素和紫草酸的保留率，b2均为负数，且P<001，说明在浓缩液流量一定时，醇料比增加使这2种成分保留率下降。该结果和前期工作相符[10]。

32活性成分纯度实验所得活性成分纯度见表1。醇沉后5种活性成分纯度均有提高，说明醇沉后活性成分虽有损失，但杂质去除更多。活性成分纯度的拟合结果见表2，图4。流量对活性成分纯度影响较小。b2均大于0，且P<001，说明原儿茶醛、迷迭香酸、紫草酸和丹酚酸B等成分的纯度随醇料比增加而增加。

33总固体去除率总固体去除率结果见表1。采用公式（4）拟合所得结果见表2，其中系数b1为负数，b2为正数，且均为统计显著。总固体去除率随浓缩液流量增加而下降，见图5。

34讨论俞翔等[11]报道了丹参醇沉工业数据，其中丹参素和丹酚酸B保留率最高值分别为445%，493%，和本研究实验C5结果相当。估算得实验C5中浓缩液在混合槽中流速约为72 m·s-1，乙醇在流经膜孔时的流速约为82 m·s-1，2股高速液体接触有利于获得良好混合效果，减少包裹损失。考虑到增加2相流量可能进一步提高混合效果，可以认为膜分散流动加醇的混合效果不亚于工业醇沉混合效果。

常规“慢加快搅”的醇沉过程中，体系组成始终变化，加上沉淀逐渐产生，过程状态监控难度较大[12]。连续膜分散加醇使混合过程成为稳态过程，检测过程状态相对容易，有利于提高过程质控水平。如果用于工业生产，膜分散连续流动加醇工艺可以平行放大，也即多个相同膜分散混合器并联运行，降低放大效应。本实验室自制的膜分散混合器外表体积约为40 cm3，浓缩液处理量可达25 L·h-1以上。理论上1 m3的生产空间可放置25 000个混合器，对应浓缩液处理量为625 m3·h-1。如果能够后续连续过滤和浓缩的装置，那么生产能力将是非常大的。

膜分散式混合器和其他类型微混合器一样会有加工难度高，密封要求高，操作不当易堵塞等不足之处，同时也要求泵能提供较高的压头和稳定的流量。

4结论

本文采用膜分散法实现丹参醇沉中浓缩液和乙醇2相连续流动混合。2相流速下降使活性成分保留率降低且总固体去除率上升。醇料比适当提高使上清液活性成分纯度上升。该法的混合效果和工业搅拌醇沉相当。该法易于放大，且使加醇过程成为稳态，有利于过程监控，有望进一步发展成为连续制药工艺之一。

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[责任编辑孔晶晶]