生物碱的提取分离方法研究进展Ξ

李纯毅,李赞忠,李发旺

(内蒙古化工职业学院,呼和浩特　010010)

摘　要:生物碱是一类具有显著生理活性的含氮有机化合物,许多药用植物中富含生物碱。因此,生物碱的提取与分离方法备受人们关注。本文综述了近年来,不同的提取和分离方法在生物碱提取分离中的应用和进展。随着高新技术的进一步发展,为探讨生物碱的药理研究提供了技术保证。

关键词:生物碱;提取;分离;进展

生物碱是广泛存在于自然界的一类含氮有机化合物。大多数生物碱具有较复杂的氮杂环结构,显碱性,并有生理活性。生物碱的发现始于19世纪初,是人们研究得最早而且最多的一类天然有机化合物。目前已发现生物碱约6000余种,并且仍以每年约100多种的速度递增〔1〕。因为大多数生物碱都具有抗癌、抗肿瘤、抗炎、抗病毒以及抗血小板凝集、抗心律失常以及抗高血压等心血管疾病的作用,因此,使它在卫生、医药等方面有着巨大的应用潜力,近年来已经成为人们研究的热点〔2〕。此外,尚有很多种生物

,有些药用植物的活性成分、药理作用等尚有待进一步研究。这就迫切需要从大量的含有生物碱的药用植物中提取、分离出生物碱的单体,特别是利用现代微量、高效的分离手段对其进行系统研究,将是生物碱的研究重点所在,某些生物碱极有可能成为我国将来具有自主知识产权的新药。本文对生物碱常用的提取与分离方法,特别是一些新技术的应用进展进行了综述。

1　生物碱提取技术

1.1　生物碱的传统提取技术

生物碱的提取方法直接影响生物碱的品质。中药的传统提取方法也适用于生物碱的提取,如煎煮、浸渍、渗漉等方法。

1.1.1　煎煮法

煎煮法是我国最早使用的传统的浸出方法,适用于易溶于水的生物碱的提取。直火加热时最好时常搅拌,以免局部药材受热太高,容易焦糊。范时根〔3〕等研究了乌头中生物碱成分的含量随煎煮时间变化的趋势,按不同时间水煎提取样品,测定了总生物碱、双酯性生物碱和乌头碱的含量:生川乌醇水双提总生物碱经煎煮4h含量最高;生川乌醇水双提酯性生物碱经煎煮2h含量最高;生川乌醇水双提乌头碱在水提样品中以煎煮2h含量为最高。此法简便,药中大部分成分可被不同程度地提出,但含挥发性生物碱及遇热易破坏的生物碱不宜用此法。

1.1.2　浸渍法

浸渍法是将处理过的药材,用适当的溶剂在常温或温热(60～80℃)的情况下浸渍以溶出其中成分。比较简单易行,但浸出率较差,特别是用水为溶剂,其提取液易于发霉变质,须注意加入适当的防腐剂。龙德清〔4〕等研究了用酸性醇浸渍法提取魔芋中总生物碱的方法和条件。结果表明,提取魔芋中总生物碱较佳的工艺条件是:在pH值为2～3的酸性醇溶液中,水浴温度为55℃左右,提取3.5h,总生物碱的含量可达0.20%～0.28%。

1.1.3　渗漉法

渗漉法是将中草药粉末装在渗漉器中,不断添加新溶剂,使其渗透过药材,自上而下从渗漉器下部流出浸出液的一种浸出方法。当溶剂渗进药粉且溶出成分比重加大而向下移动时,上层的溶液或稀浸液便置换其位置,造成良好的浓度差,使扩散能较好地进行,故浸出效果优于浸渍法。迟玉明〔5〕等利用正交试验设计优选渗滤法提取角蒿中总生物碱的工艺条件。以角蒿酯碱的含量为指标,对提取工艺的溶媒浓度、溶媒用量和渗滤速度3个因素进行优选研究。优选得到的最佳提取工艺条件是用25倍量0.2%盐酸渗漉提取,渗滤速度为7mL m in。本法浸出效率较高,浸出液较澄清,但溶剂消耗量大、费时长、操作较复杂。

1.1.4　回流法

Ξ

回流法是以乙醇等极性较大且沸点较低的有机溶剂为溶媒,在水浴中加热回流,其中溶剂挥发后再经冷凝,重新回到提取器中继续提取有效成分。如大批量的提取,可采用索氏提取器完成。杨自朋〔6〕用正交设计法,以总生物碱的提取率为考察指标,对乙醇浓度、超声波提取时间、回流时间等因素进行考察,优化最佳提取条件:确定最佳提取工艺为用75%乙醇为提取溶剂,先超声提取60m in,再回流提取1h。此法提取效率较冷浸法高,但受热易破坏的成分不宜用此法,且溶剂消耗量仍大,操作较复杂。

1.2　生物碱的提取新技术

随着科学技术的发展,针对传统提取过程中存在的溶剂消耗量大、有效成分易破坏、提取效率较低等问题,目前,一些新型的技术已经应用于生物碱提取工艺中。在传统方法的基础上再结合新技术进行提取,大大提高了提取效率,降低了过程能耗,保持了生物碱的品质和活性。

1.2.1　微波萃取法

微波萃取即微波辅助萃取(M icrow ave-assisted Ex tracti on,简称M A E)是用微波的能量加热与样品相接触的溶剂,将所需化合物从样品基体中分离,进入溶剂中的一个过程。1986年,Ganzler〔7〕

。20多年来,此项技术己得到广泛的应用,该技术在中药提取方面所展现出的潜力和应用前景非常值得我们继续深入地研究。Ganzier〔8〕等从羽扇豆种子中提取金雀花碱(斯巴丁),与传统的振摇提取法比较,微波法提取物中斯巴丁含量比振摇法高2.0%,而且速度快,溶剂消耗量也大大减少。B rachet A等〔9〕从可可叶中提取可卡因和苯甲酞芽子碱,考察了提取溶剂、粒径、样品湿度、微波功率及照射时间等参数。所得提取物与传统方法相当,但只用时30s。2005年,张斐〔10〕等人利用多种方法提取博落回中的血根碱及白屈菜红碱,发现微波萃取较其他方法提取得生物碱含量高,而且提取速度快,并且考查了微波功率、提取时间、提取剂体积、pH值等对提取率的影响。

1.2.2　超声波提取法

超声波是一种高频机械波。频率范围在15～60KH z的超声波被用于过程强化和引发化学反应。利用超声波增大物质分子运动频率和速度,增加溶剂穿透力,提高药物溶出速度和溶出次数,缩短提取时间的浸取方法。超声波在有机物降解和天然药物的有效成分提取等方面已有了一定的应用。超声波提取速度快,收率高,已被许多中药分析过程选为试样处理的手段。郭孝武等〔11〕使用超声波辅助浸提黄柏中的小檗碱,可以大大提高小檗碱的提取收率,缩短浸提时间,并且能很好地保持生物碱的特性和品质。2004年,毛鹏〔12〕等分别以氯仿、甲醇和工业乙醇为溶剂,对博落回全草中的生物碱进行超声萃取,然后采用3种不同的萃取工艺对各粗提取物中的生物碱进行初步分离。通过对各粗提物和萃取物的提取率的比较分析,确定出博落回总碱的最佳提取和分离工艺。

1.2.3　超临界流体萃取法

超临界流体萃取(简称SCFE)是一种以超临界流体(简称SCF)代替常规有机溶剂对中草药有效成分进行萃取和分离的新型技术,其原理是利用流体(溶剂)在临界点附近某区域(超临界区)内与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能,且对溶质的溶解度随压力和温度的改变而在相当宽的范围内变动,利用这种SCF作溶剂,可以从多种液态或固态混合物中萃取出待分离组分〔13〕。

J an ico t等〔14〕以CO2、CH3OH、H2O(质量比70∶24∶6)为夹带剂,在20M Pa、45℃的条件下, 20m in后就可从罂粟茎中提取出可待因、吗啡、蒂巴因等5种生物碱。Schaeffer等〔15〕研究从美国猪屎豆种子中超临界萃取具有抗肿瘤活性的单猪屎豆生物碱,可得到纯度为50%的产物,结合阳离子交换树脂,纯度可提高到95%以上。2006年,蔡建国〔16〕等采用超临界CO2萃取技术并结合使用甲醇、乙醇、丙酮作为夹带剂和N a2CO3碱化处理原料,研究对生物碱提取率及提取物中总生物碱含量的影响。在318. 15K、35M Pa的条件下,相对于单纯使用超临界CO2萃取,使用甲醇作为夹带剂和N a2CO3碱化剂可使生物碱的提取率从0.0436%提高到0.2019%,提取物中生物碱的质量分数从12.5%提高到20.03%,提取生物碱的平均相对分子质量从334.63提高到400. 03。

2　生物碱纯化技术

根据生物碱溶解性、极性、成本等因素,生物碱的分离方法可以灵活运用。可采用经典的分离方法,如有机溶剂萃取法、沉淀法、盐析法、结晶法等,也有较为现代、先进的分离方法,如树脂吸附法、色谱分离等方法。

2.1　色谱法

2.1.1　硅胶柱色谱

以二氧化硅作为固定相,是最常用的柱色谱分离方法。硅胶是偏酸性的无色颗粒,其性能稳定。硅

胶层析柱适用范围广,绝大多数的生物碱可用此方法分离,且成本低,操作容易。郭幼莹〔17〕研究海南青牛胆藤茎中的生物碱成分,采用氯仿-甲醇梯度洗脱,经硅胶柱色谱分离而得到了三种生物碱。

2.1.2　氧化铝柱色谱

主要以A l2O3作为固定相来填充层析柱,根据氧化铝制备和处理方法差异,分为碱性、中性和酸性三种,常用碱性的A l2O3作为固定相。有文献〔18〕报道粉防己生物碱经粗提后用A l2O3层析方法分离非酚性粉防己碱与粉防己诺林碱有较好的效果。

2.1.3　高效液相色谱

高效液相色谱是在经典液相色谱法基础上发展起来的一种新型分离、分析技术。高效液相色谱由于使用了细颗粒、高效率的固定相和均匀填充技术,高效液相色谱法分离效率极高,柱效一般可达每米104理论塔板。同时,流动相可选择范围广,它可用多种溶剂作流动相,通过改变流动相组成来改善分离效果。此外,采用了梯度洗脱装置,应用范围广,可用于高沸点、相对分子质量大、热稳定性差、性质和结构类似的生物碱的分离及分析。尚庆坤〔19〕等利用高效制备液相色谱法,以甲醇-水作为流动相,水的流速选择为1.0mL m in,甲醇的流速为3.5mL m in;色谱柱采用HRC-S(250mm×20mm I D);柱温为室温;检测波长为270nm;进样量为4mL且样品浓度为220Λg mL。在上述条件下,从野生菱角壳的提取物中分离出3个生物碱组分。

2.2　树脂吸附法

2.2.1　离子交换树脂

离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。按交换基团性质的不同,离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。在生物碱的纯化中一般使用的是阳离子交换树脂。离子交换树脂中的氢离子能与生物碱盐阳离子进行交换。从而与非碱性的化合物分离,再用碱水洗脱得到生物碱。迟玉明〔20〕等以角蒿总生物碱溶液为对象,以其主要有效成分角蒿酯碱为指标,研究了阳离子交换树脂纯化角蒿总生物碱的方法,包括树脂类型的选择、氨水浓度和乙醇浓度对洗脱效果的影响。试验结果表明强酸性阳离子交换树脂对角蒿生物碱成分的交换能力较强,且被树脂吸附的生物碱成分可用氨性乙醇溶液快速洗脱。验证试验结果表明,用含氨水的不同浓度乙醇溶液(60%、70%和80%)进行洗脱,得到的总生物碱含量均在60%以上,且总生物碱的含量随着乙醇浓度的提高而不断提高。

2.2.2　大孔树脂

大孔树脂是一类有机高聚物吸附剂,具有大孔网状结构和较大的比表面积,可通过物理吸附从水溶液(或其它溶液)中选择性的吸附有机物。近年来,大孔树脂在中药成分(如生物碱等)精制纯化等领域中应用越来越广泛。黄永林〔21〕等选择6种大孔吸附树脂分离提取大叶钩藤中的总生物碱,考察大孔吸附树脂对大叶钩藤总生物碱的吸附能力。结果筛选出D-101的吸附效果最好,静态吸附容量为112.5m g m l,动态吸附容量为82.7m g m l,选用D-101大孔吸附树脂能很好地提取分离大叶钩藤总生物碱。提取大叶钩藤总生物碱时,用8倍树脂体积的0.08m o l L盐酸作洗脱剂,成本低、总生物碱洗脱完全,工艺稳定性试验产品含量达36.7%。

2.3　膜分离技术

膜分离技术包括超滤和微滤两种方法。其中应用较多的是超滤技术,它是上世纪60、70年代发展起来的一种膜分离技术,作为介质的膜,具有分离不同分子量的功能。超滤技术〔22〕与传统分离方法相比具有分离过程无相变、分离效率高、无须添加化学试剂、条件温和、无成分破坏、流程短等优点,以应用于生物碱的分离。

2.4　分子印迹技术

分子印迹技术是20世纪末出现的一种高选择性分离技术,通过印迹、聚合、去除印迹分子三步制备分子印迹聚合物(M IP s),以其特定的分离机理而具有极高的选择性,可以作为高度专一的固相萃取材料。刘岚〔23〕等先合成聚苯乙烯种子,经两步溶胀和超声聚合得到粒度均匀的M IP s,对茶碱有良好的特异吸附性。

3　结语

生物碱是一类具有显著生理活性的含氮有机化合物,许多药用植物中富含生物碱,是中药的重要组成部分。生物碱有效成分的分离与纯化是中药开发的难点与关键,新技术的研究与开发能大大提高中药化学成分的收率与质量,节约大量的时间和能源。目前,某些分离纯化技术尚存在一定的局限性,如分离产量低、纯化成本高等问题,特别是一些分离纯化技术尚处在实验室研究阶段。如何将这些新技术应用到生产中,还有许多问题需要解决,更需要研究单位和企业联手,解决生产中遇到的问题。随着科学技术的高速发展,越来越多的高新技术将会运用到生物碱的提取分离研究上。这些高新技术具有传统方

法无法比拟的优点,对提高生物碱制剂质量、减少服用剂量、提高生产效率、降低环境污染等方面起到积极的推动作用。可以预见,高新技术在生物碱有效成分提取分离领域的广泛运用必将极大地推动中药现代化进程。

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