基于模拟体系定量构效(QSAR)与传质模型和动力学分析的黄连解毒汤超滤机理研究

摘要

本课题尝试将系统模拟的方法和化工过程控制原理引入中药水提液复杂体系的膜工艺研究，将复方中若干主要指标成分及淀粉、果胶、蛋白质等“共性高分子物质”建立两大类不同模拟体系，分别研究其膜过程，探索建立相对可靠和准确的中药药效物质超滤膜透过/截留率的定量构效关系模型，及“共性高分子物质”在膜分离过程的迁移表现，建立相关传递数学模型。为探讨中药水提液超滤机理，对中药膜技术应用系统进行优化设计奠定了基础。 首先以黄连解毒汤中生物碱、环烯醚萜两大类主要药效物质为研究对象，优选偏最小二乘法（PLS）、支持向量机（SVM）、人工神经网络（ANN）等数据挖掘方法作为建模方法，初步建立了五种超滤膜相对可靠和准确的定量构效关系模型。从入选模型的参数可以看出，在超滤膜分离化合物的过程中，影响透过率的因素主要包括化合物的自身性质（包括得失电子能力、亲水/疏水性）与膜性质的相互作用以及化合物的空间结构。 接下来以中药水提液中淀粉、果胶、蛋白质这三种共性高分子物质为研究对象，建立了三种高分子物质模拟体系七种膜的超滤传质模型，对膜过程的浓差极化阻力进行了定量描述，研究了操作压力对高分子物质膜通量和过滤阻力的影响，并对超滤过程动力学行为进行了分析。探讨共性高分子溶液的传质机理和中药水提液超滤过程中造成膜污染的物质基础，为开展膜分离技术应用系统优化设计提供依据。 第三部分对淀粉、果胶、蛋白质三种高分子物质的模拟体系在七种超滤膜上的静态吸附行为进行考察，建立了静态吸附模型，分析比较了这几种共性高分子物质在不同材质及孔径膜上的吸附特性和差异。实验结果表明淀粉、果胶、蛋白质在聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯三种常用材质的超滤膜上均存在吸附污染，静态吸附均符合Langmuir吸附模型，吸附主要发生在前40min。膜材质对吸附量影响不大，淀粉、果胶在三种不同截留分子量的膜上的吸附量无明显差异；但蛋白质在三种孔径膜上的吸附量随着膜孔径的增大而增大。 最后，在上述研究基础上，依据黄连解毒汤复方中主要药效物质及高分子物质的含量建立模拟体系，对模拟体系膜过程进行研究，以膜过程中通量变化、膜污染度、截留率、小分子物质吸附速率和吸附量等为指标，研究黄连解毒汤复方中高分子物质对小分子药效物质膜过程的影响。研究表明黄连解毒汤中代表性药效物质小檗碱和栀子苷这两种小分子物质的膜透过率较高，但由于高分子物质的存在，与小分子药效物质间产生相互作用、膜过程浓差极化层和凝胶层的形成等因素造成了小分子药效物质的大量损失。黄连解毒汤模拟体系中造成膜污染和通量衰减的主要物质是淀粉和果胶这两种高分子物质。 本文主要创新点：（1）首次将有机化学中定量构效关系研究方法和信息科学中数据挖掘等技术手段引入中药超滤膜分离技术机理研究，初步建立相对可靠和准确的中药药效物质超滤膜透过/截留率的定量构效关系模型。从中药药效物质分子结构的角度探索其截留机理，将中药超滤膜分离技术的研究提高到微观与定量的层次。（2）首次对中药水提液中共性高分子物质进行系统研究，建立了淀粉、果胶、蛋白质三种物质不同膜超滤过程的传质模型、动力学模型和静态吸附模型，为探讨中药水提液超滤过程中造成膜污染的物质基础和对中药膜技术应用系统进行优化设计奠定了基础。 本论文的研究意义：（1）初步建立QSAR应用于中药超滤膜分离技术的研究方法，系统深入研究超滤膜对中药药效物质的截留机理，丰富膜科学与技术的理论，为开展膜系列技术（微滤、超滤、纳滤等技术）精制中药的研究奠定基础。（2）探索“化工过程控制”原理在中药膜分离领域的研究模式，为开展膜分离及相关精制技术应用系统优化设计提供依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一部分综述

第一章超滤膜分离技术及其在中药精制领域的应用

1.1膜分离技术概况

1.2超滤膜分离技术概况

1.3超滤在中药精制领域的应用

1.4超滤在中药精制中存在的问题

第二章定量构效关系研究进展

2.1定量构效关系研究发展概况

2.2取代基参数的构建

2.3定量构效关系建模方法及技术

2.4定量构效关系在膜分离技术中的应用

第三章中药水提液共性高分子物质组成及超滤膜行为研究进展

3.1中药水提液复杂体系共性高分子物质组成研究

3.2高分子物质超滤膜行为研究进展

第四章立题依据

4.1理论依据

4.2学术思想

4.3研究内容

4.4技术路线

第二部分中药药效物质超滤膜行为构效关系及其机理研究

前言

第五章中药药效物质超滤膜行为构效关系及其机理研究

5.1定量构效关系结构参数

5.2实验材料与方法

5.3结果与讨论

5.4本章小结

第三部分中药水提液中共性高分子物质超滤过程传质模型与动力学分析

前言

第六章淀粉超滤过程传质模型与动力学分析

6.1超滤传质模型

6.2实验材料与方法

6.3结果与讨论

6.4淀粉超滤传质模型与动力学分析汇总

第七章果胶超滤过程传质阻力与动力学分析

7.1实验材料与方法

7.2结果与讨论

7.3果胶超滤传质模型与动力学分析汇总

第八章蛋白质超滤过程传质阻力与动力学分析

8.1实验材料与方法

8.2结果与讨论

8.3蛋白质超滤传质模型与动力学分析汇总

第三部分小结

第四部分中药水提液中共性高分子物质在超滤膜上的吸附行为研究

前言

第九章淀粉在超滤膜上的吸附行为研究

9.1实验材料与方法

9.2结果与讨论

第十章果胶在超滤膜上的吸附行为研究

10.1实验材料与方法

10.2结果与讨论

第十一章蛋白质在超滤膜上的吸附行为研究

11.1实验材料与方法

11.2结果与讨论

第四部分小结

第五部分黄连解毒汤模拟体系的超滤膜过程研究

前言

第十二章黄连解毒汤复方体系中共性高分子物质含量研究

12.1中药水提液中共性高分子物质含量分析方法

12.2黄连解毒汤复方体系中共性高分子物质的含量研究

第十三章黄连解毒汤模拟体系膜过程研究

13.1模拟溶液的配制

13.2实验材料与方法

13.3结果与讨论

第五部分小结

第十四章思考与展望

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

作者简介