重结晶法纯化右旋龙脑的工艺研究

黄丽荣，覃窕平，骆衡

（1.贵州理工学院食品药品制造工程学院，贵州 贵阳 550003；2.贵州省中国科学院天然产物化学重点实验室，贵州 贵阳 550014）

天然龙脑是右旋龙脑比例大于95%的天然植物提取物，有 “植物麝香”、 “植物黄金”之美称，在中医药领域中应用十分广泛［1-2］。由于受到种源、种植技术和提取技术的局限性，国内生产龙脑的厂区及发展规模小，技术相对落后，其生产现状已远远满足不了市场的需求［3-4］。

晶析分离方法具有工艺简单易于掌握、工艺条件要求低、可直接获得外观规整的固体产品等优点，被广泛应用于分离工程中［5］。目前，我国所产龙脑主要是从龙脑樟的枝叶中提取，其提取精制工艺主要为水蒸气蒸馏或水蒸气蒸馏后晶析分离［6-8］。目前晶析分离制备右旋龙脑主要应用的溶剂主要是汽油、乙醇，安全性差，容易污染环境，而且收率一般不能超过70%，收率较低，母液残留较多，需要再利用其它分离方法进一步分离［9-11］。本研究拟采用单因素实验、正交试验研究结晶溶剂、固液比、结晶时间、结晶温度对右旋龙脑重结晶效果的影响，建立一套提纯率高、成本低、对环境污染少的右旋龙脑的提纯生产工艺，以期为天然龙脑的工业生产提供技术支持。

1 实验部分

1.1 材料、试剂与仪器

天然龙脑粗品 （淡黄色粉末，质量分数为69.1%，用水蒸气蒸馏法从龙脑樟中提取获得，由贵州浙商农林科技有限公司提供），右旋龙脑标准物质 （含量质量分数为99.6%，中国食物药品检定研究院），乙醇、石油醚 （60～90℃）、正己烷、乙酸乙酯均为分析。

气相色谱仪 （TRACE 1310）购自宁波海曙恒隆实验器材有限公司，电子调温万用电炉 （DK-98-II）、电热鼓风干燥箱 （WGL-230B）购自天津市泰斯特仪器有限公司，电子分析天平（H20899）购自北京恒奥德仪器仪表有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 标准溶液的制备

准确称取右旋龙脑标准品13.75mg，用乙酸乙酯溶解定容，制成质量浓度为1.375mg／mL，作为测定样品的标准溶液。

1.2.2 气相色谱条件

TR-5毛细管色谱柱，氢火焰离子检测器（FID），350℃，载气温度250℃，进样量5μL，进样口温度250℃，柱温程序升温50～250℃，初始温度保持2min后，先每分钟升60℃，升至150℃后保持5min，再每分钟升60℃即可，升至250℃保持。

1.2.3 标准曲线的绘制

准确移取1.375mg／mL的右旋龙脑标准溶液0.25，0.5，1，2，3和 4mL，乙酸乙酯定容至10mL，配制成标准系列溶液。按照 “1.2.2”项色谱条件，分别吸取上述溶液进样5μL，每一个质量浓度重复测定3次。以质量浓度c（mg／mL）为横坐标，峰面积A为纵坐标，绘制标准曲线方程为：A＝6.209c+0.0284，R2＝0.9998。

1.2.4 重结晶溶剂的考察

称取龙脑粗品1 g置于圆底烧瓶中，加入相应溶剂，加热回流30min，趁热滤去不溶物，滤液静置冷却到室温后，移至4℃冰箱，目测待析出的晶体量不再增加时抽滤洗涤干燥，得到精制右旋龙脑，并回收母液。称取晶体质量计算晶体收率。将晶体用乙酸乙酯溶解，按 “1.2.2”项下检测，根据标准曲线方程计算右旋龙脑的含量。以右旋龙脑重结晶收率 （权重40%）和产品纯度 （权重60%）为衡量指标进行综合考察，确定最佳重结晶溶剂，即综合值＝收率×40%+纯度×60%。

1.2.5 单因素考察实验

2年区试与生产试验结果采用DPS数据统计软件[4]，对黔糯优11的全生育期、有效穗、株高、穗长、穗粒数、实粒数、结实率、千粒重主要农艺性状和产量构成因素与产量进行相关性分析。

根据重结晶溶剂的考察结果，选取最适宜的结晶溶剂总体上按照 “1.2.4”的操作步骤及计算方法，分别研究固液比、结晶时间和结晶温度对结晶效果的影响，确定每个因素的较优水平。选取的固液比的考察条件为：1∶1，1∶2，1∶4，1∶6，1∶10 mg／mL 5个水平，结晶温度为4℃，结晶时间为10h。结晶时间的考察条件为：2，5，10，15，20h 5个水平，结晶温度为4℃，固液比为1∶4mg／mL。结晶温度的考察条件为：0，4，10，25℃4个水平，结晶时间为10h，固液比为1∶4mg／mL。

1.2.6 正交实验

根据单因素实验结果，确定每个因素的较优水平，在此基础上，设计正交实验，实验方法总体按照 “1.2.4”进行。根据右旋龙脑的收率和纯度，综合评价重结晶效果，判断因素的影响程度。

2 结果与讨论

2.1 重结晶溶剂的确定

重结晶选择的溶剂应符合下面几个条件：溶剂不能与目标结晶物发生化学反应；目标结晶物在溶剂中的溶解度随温度升高而迅速增大，冷却时能析出大量晶体；目标结晶物与杂质在该溶剂中的溶解度相差较大；溶剂应安全易得、易于回收利用、操作方便［12］。

综合考虑以上因素，通过预实验，最终选择50%乙醇、石油醚、正己烷作为结晶溶剂进行下一步研究，以期找出适合右旋龙脑重结晶的最佳溶剂。

溶剂50%乙醇、正己烷、石油醚重结晶结果见表1。由结果可知三种溶剂重结晶得到的晶体均接近高纯度的右旋龙脑颜色。经50%乙醇重结晶天然冰片的纯度最高，但收率较低，而经石油醚重结晶的收率最高。综合评价三种溶剂的重结晶效果，石油醚的结晶效果最优，故选择石油醚作为重结晶溶剂进行单因素考察实验和正交实验。

表1 不同溶剂重结晶实验结果

2.2 单因素考察实验结果

2.2.1 固液比对重结晶的影响

固液比主要影响结晶的速率和晶体质量。固液比小，结晶速率较小，获得的晶体粒度较小；提高固液比，有利于提高结晶速率，能够获得较大颗粒的晶体，但若固液比太大，则易造成晶粒磨损，从而产生大量细小晶体，导致晶体质量下降［13］。

图1 固液比对右旋龙脑重结晶效果的影响

由图1可知，随着固液比的减小，综合值先增加后减小，当固液比为1∶4mg／mL时，综合值达到最大，重结晶效果最优。

2.2.3 时间对结晶的影响

结晶静置时间短，通常获得的晶体的数量少而晶体小，并且杂质多，晶体质量较差。静置时间较长能获得较多的晶体，结晶越充分，且晶体粒度较大，结晶质量较高，但是过长的时间会影响到整体效率，而且还可能引起溶剂挥发导致杂质析出，晶体质量降低。所以选择适合的结晶时间对于结晶来说很重要［13］。

本实验结晶时间考察分别选择为2h，5h，10，5h和20h，结晶温度为4℃，固液比为1∶4mg／mL。分别计算右旋龙脑的纯度和收率，得出综合值，结果见图2。

图2 结晶时间对右旋龙脑重结晶效果的影响

从图2可知，随着结晶时间的延长，综合值先增加后减小，当结晶时间为10h时，综合值达到最大，结晶时间从15h延长到20h综合值变化较小，说明此时天然冰片结晶已经十分充分，但是纯度却有所下降。因此，10h为较优的结晶时间。

2.2.4 温度对结晶效果的影响

溶液结晶是根据待分离物质溶解度的差异实现物质的分离纯化，而温度是影响固体物质溶解度的主要因素。大多数物质的溶解度随温度的升高而升高，随温度的降低而降低。因此，在保证物质的结构不发生变化的前提下，冷却结晶法通常先采用较高的温度使体系中溶质溶解，而后缓慢冷使溶液达到过饱和状态进而析出晶体。温度较高时，溶液过饱和度不能达到，不利于晶体的析出；而温度过低，则易使杂质同时析出，降低产品的纯度。因此，温度直接影响固体物质的结晶速率与晶体的质量［13］。

本实验结晶温度考察分别选择为0、4、10℃和25℃，结晶时间为10h，固液比为1∶4mg／mL。分别计算天然冰片的纯度和收率，得出综合值，结果见图3。

图3 不同结晶温度对右旋龙脑重结晶效果的影响

由图3可知，温度从0℃升至10℃时，综合值逐渐增大，主要是由于在维持较高的收率下，天然冰片的纯度有所提高。而继续提高温度，收率显著下降，导致综合值减小。因此，选择结晶温度为10℃较为合适。

2.3 正交实验结果

通过上述单因素考察实验结果，确定了固液比、结晶温度、结晶时间这三个因素的较优水平，在此基础上，设计L9（33）正交试验，以获得较优的右旋龙脑重结晶纯化工艺，并研究确定各因素对纯化工艺的影响。因素水平见表2，结果见表3。

表2 正交实验因素水平

表3 正交实验结果

表3 （续）

由表3可知，各因素对右旋龙脑重结晶综合值的影响顺序是：结晶温度＞固液比＞结晶时间，最佳重结晶条件为A2B1C2，即结晶温度10℃，固液比 1∶3 mg／mL，结晶时间 15h。

2.4 验证实验结果

根据上述正交试验优选出的条件进行3次验证实验，实验结果如表4所示，右旋龙脑重结晶纯化后的GC图如图4所示。

表4 右旋龙脑重结晶验证实验结果

图4 最佳重结晶工艺条件下右旋龙脑的气相色谱图

由表4可知，通过重结晶工艺优化，右旋龙脑收率77.06%，纯度98.21%，综合值89.75%，标准偏差0.77%，说明此优化工艺能够获得较高收率和较高纯度的右旋龙脑，且重现性较好。由图4可知，重结晶纯化后，晶体几乎不含其它杂质。

3 结论

通过单因素考察实验和正交实验，确立的右旋龙脑重结晶纯化最佳工艺条件为：以石油醚 （60～90℃）为溶剂，结晶温度10℃，固液比1∶3 mg·mL，结晶时间15h。在此条件下，右旋龙脑收率可达77.06%，纯度为98.21%，所得晶体色泽、形态均一。建立的右旋龙脑精制工艺，操作简便，溶剂易于回收利用，污染较少，易于扩大化生产。