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为中药分离纯化过程装上眼睛——我院李文龙老师课题组在中药制药过程分析技术领域研究进展

2023年02月24日  点击:[]

为中药分离纯化过程装上眼睛

——我院李文龙老师课题组在中药制药过程分析技术领域研究进展


 

我院李文龙老师课题组以近红外(NIR)光谱为主要技术工具,对中药煎煮、醇沉、柱层析、膜分离等分离工艺开展过程分析,取得系列研究成果,发表在国际期刊上。

 

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柱层析是中药提取分析纯化的重要方法,但柱层析洗脱过程何时结束、分离纯化效果是否达到预期,是中药纯化工艺研究的一个关键问题。传统上多基于人工经验和离线分析结果进行判断,这些方法耗时、耗费有机溶剂,具有滞后性,不能简便、实时、有效的判断层析过程终点。吴思俊博士以黄柏为研究对象,建立了基于NIR光谱技术的中药柱层析过程终点判断及在线监测方法,相关研究论文发表在New Journal of Chemistry上。

 

(Sijun Wu, Tongcan Cui, Zheng Li, Ming Yang, Zhenzhong Zang, Wenlong Li. Real-time monitoring of the column chromatographic process of Phellodendri Chinensis Cortex Part I:End-point determination based on near-infrared spectroscopy combined with machine learning, New Journal of Chemistry,2022,DOI:10.1039/D2NJ01291J.IF=3.925/Q2)。

课题组同时还以NIR光谱为主要技术工具,采用多变量统计过程控制技术,建立了柱层析过程正常运行批次的过程轨迹及其正常波动范围,所建方法可对柱层析运行状态进行监控,及时检测过程故障,相关研究论文发表在New Journal of Chemistry上。

(Sijun Wu, Tongcan Cui,Zhiyong Zhang,Zheng Li,Ming Yang,Zhenzhong Zang,Wenlong Li.Real-time monitoring of the column chromatographic process of Phellodendri Chinensis Cortex Part II:Multivariate statistical process control based on near-infrared spectroscopy,New Journal of Chemistry,2022,DOI:10.1039/D2NJ01781D.IF=3.925/Q2)。

 

图1 黄柏柱层析过程在线监测系统示意图

2022年10月20~22日,由中国仪器仪表学会近红外光谱分会承办的全国第九届近红外光谱学术会议成功召开,吴思俊博士应邀做了题为《近红外光谱技术用于黄柏柱层析过程终点判断及在线检测方法研究》的报告,详细介绍了上述研究内容,受到多位参会专家的好评,被仪器信息网等媒体报道,并荣获本次会议优秀青年报告奖!


李文龙等利用可见光-近红外(Vis-NIR)光谱技术结合移动窗口标准偏差法(MBSD)、主成分分析结合移动窗口标准偏差法(PCA-MBSD)以及主成分得分距离分析法(PC-SDA)对银杏柱层析洗脱过程终点进行在线判断, 并通过HPLC方法对结果进行验证,研究发现PCA-MBSD方法能比较准确地判断洗脱过程的终点。同时以银杏叶提取物柱层析洗脱过程为研究对象,设计了正常操作批次、上样异常批次和工艺异常批次试验。通过在线采集的Vis-NIR光谱结合多变量统计过程控制技术建立了洗脱过程的在线监测模型,并对模型的性能进行了考察,应用PC、Hotelling T2或DModX控制图可有效识别出多种过程异常,为柱层析过程监控和批次一致性评价提供了方法。相关研究成果分别发表在Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems和Separations上。

 

(Wenlong Li, Xu Yan, Houliu Chen,Haibin Qu, In-line Vis-NIR spectral analysis for the column chromatographic processes of Ginkgo biloba part I: End-point determination of the elution process. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems,2018,172:159-166.IF=4.175/Q1;Wenlong Li,Xi Wang,Houliu Chen,Xu Yan, Haibin Qu.In-Line Vis-NIR Spectral Analysis for the Column Chromatographic Processes of the Ginkgo biloba L. Leaves. Part II: Batch-to-Batch Consistency Evaluation of the Elution Process,Separations,2022,9:378. IF=3.344/Q3)

 


图2 银杏柱层析过程在线监测系统示意图


李文龙等建立了黄芪二次醇沉的在线NIR光谱分析法,并采用准确度轮廓(Accuracy Profile)对所建方法进行验证。研究首先设立了独立验证批次,计算模型性能指标,从总体上评价模型预测能力;然后分别从真实性、精密度、准确度、线性与范围、专属性、稳健性和不确定度几个方面考察模型性能;再以准确度轮廓作为方法有效性的决策工具,计算各模型在不同含量水平下预测误差的β-期望容许区间;最终获得了总固体、毛蕊异黄酮苷、芒柄花苷、紫檀烷葡萄糖苷、异黄烷葡萄糖苷、黄芪甲苷和黄芪皂苷II等指标的有效含量范围,在以上浓度范围内,NIR光谱在线分析方法能够实现黄芪二次醇沉过程中上述指标的准确定量,且方法稳健性良好。相关研究论文发表在Separations上。

 

(Wenlong Li, Yu Luo, Xi Wang, Xingchu Gong, Wenhua Huang, Guoxiang Wang, Haibin Qu. Development and Validation of a Near-Infrared Spectroscopy Method for Multicomponent Quantification during the Second Alcohol Precipitation Process of Astragali radix. Separations, 2022, 9: 310. IF=3.344/Q3)

 


图3 黄芪二次醇沉过程在线监测系统示意图

李文龙老师课题组长期从事中药制药过程分析技术研究,目前课题组正以NIR及其他光谱为主要技术手段,针对煎煮、渗漉、萃取、膜分离等中药分离工艺,以及混料、制粒、压片、包衣等中药制剂单元操作的过程分析技术进行深入、持续研究。热烈欢迎对这一领域感兴趣的同学加入课题组深造,共同开展相关研究。



本期编辑:高彬焱

本期责编:邓力弋

本期审核:张瀛予  金瑞



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