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生物碱的提取与分离

生物碱的提取与分离

摘要

生物碱是一类具有显著生物活性的含氮有机化合物,是许多药用植物的有效成分。生物碱的溶解性能是生物碱提取与分离的重要依据。生物碱及其盐类的溶解度与生物碱分子中氮原子的存在形式、极性基团的有无及数目、采用的溶剂种类都有密切关系。本文综述了近几年来不同的提取和分离方法在生物碱提取分离中应用和进展。

关键词:生物碱,提取,分离

Extraction and Separation of Alkaloids

ABSTRACT

Alkaloids are a class of organic compounds containingnitrogen with significant biological activity, is the effective ingredients in many medicinal plants. Solubility alkaloids is an important basis for the extraction and separation ofalkaloids. The nitrogen atoms and molecules solubilityalkaloids alkaloids and their salts in the presence of polar groups form, the existence of the number, the type of solventare closely related. This paper reviewed the different methods of extraction and separation of application and advance in separation and extraction of alkaloids.

KEY WORDS: Alkaloids,Extraction,Separation

目录

前言 (1)

第1章生物碱提取技术 (2)

1.1 生物碱的传统提取技术 (2)

1.1.1 煎煮法 (2)

1.1.2 浸渍法 (2)

1.1.3 回流法 (3)

1.1.4 渗漉法 (3)

1.2 生物碱提取的新技术 (6)

1.2.1 微波萃取法 (6)

1.2.2 超声波提取法 (5)

1.2.3 超临界流体萃取法 .................... 错误!未定义书签。第2章生物碱的分离方法 (6)

2.1 色谱法 (6)

2.1.1 硅胶柱色谱法 (6)

2.1.2 高效液相色谱法 (6)

2.1.3 大孔吸附柱色谱法 (6)

2.2 膜分离技术 (7)

2.3 分子印迹技术 (7)

结论 (8)

谢辞 (9)

参考文献 (10)

前言

生物碱是指中药中一类含氮杂环的有机物,具有碱性和显著的生理活性。目前从植物中分离出来的生物碱有五六千种[1],一些生物碱因其抗癌抗肿瘤及低毒性、低成本成为近年来研究的热点。科学高效地从中药植物中提取、其中的生物碱成分是提高中药成分的核心问题,因此生物碱提取与分离技术成为人们关注的焦点。利用现代技术对天然产物中的生物碱进行提取分离,对于开发其药用价值,阐明药效物质基础具有重要意义。

生物碱的提取方法主要有渗漉法、煎煮法、浸渍法、索式提取法、半仿生提取法、超声波法、微波法、加热回流法、超临界CO2萃取法等,也可以用加速溶剂萃取法和膜分离技术提取生物碱。

生物碱是科学家们研究得最早的一类具有生物活性的天然有机化合物,它们大多数具有生物活性,往往是许多药用植物,包括许多中草药的有效成分。生物碱能和酸结合成盐,易被体内吸收。它们有的具有复杂的化学结构。由于上述特点,生物碱一直吸引着科学家们的研究领域并经久不衰,科学家们在阐明化学结构的同时亦研究它们的结构与疗效之间的关系,同时进行结构改造,寻找疗效更高、结构更为简单并且便于大量生产的新型化合物,到目前为止已报道的生物碱已达6000余种,并且以每年约100多种的速度递增着[2]。其中用于临床的有近100种。

此外,尚有很多种生物碱未进行研究开发,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,这将是生物碱研究的重点所在,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行了综述。

第1章生物碱提取技术

1.1 生物碱的传统提取技术

选择适宜的提取的提取方法对制备生物碱保持有效成分的活性具有重要的意义。目前使用的传统方法按照固液接触状态可以分为静态方式(如煎煮、浸渍)和动态方式(如回流、渗漉)[3]。

1.1.1 煎煮法

煎煮法是中药最早、最常用的制剂方法之一,适用于易溶于水,且对加热不敏感的生物碱提取。直接加热时最好时常搅拌,以免局部药材受热太高,容易焦糊。朱舟[4]等选用水煎煮提取,运用均匀设计表安排实验,选择提取的最佳条件。表明煎煮次数多,总生物碱的提取得率高,由此确定最高值为4次,煎煮时间影响最小,最终确定优化条件为:12倍量水/次,2h/次,煮提4次。戴珍福[5]等研究了双降合剂中总黄酮和生物碱的提取工艺,确立最佳的提取条件。采用正交试验法考察加水量、煎煮时间、PH值和醇沉浓度对总黄酮和生物碱提取的影响。结果表明最佳提取工艺为:30倍水,PH值2~3,煎煮2h,以80%乙醇沉淀去杂质。范时根[6]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体样品中以煎煮2h为最高含量。此法简便,药中大部分成分可被不同程度的抽提出,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(60~800C)的情况下浸渍以溶出其中的成分。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。王嘉陵[7]等用甲醇浸泡莲子心粉,然后回收甲醇,用酸水、碱水、亲脂性溶剂进行

纯化,非水溶性总碱含莲心碱、异莲心碱和甲基莲心碱收率为0.61%。张灿[8]等用酸水提取法北豆根中提取蝙蝠葛总生物碱,即在300C时用0.5%硫酸溶液浸提,提取液用碳酸钠碱化调pH值至9,过滤干燥后得粗总碱。龙德清[9]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为:在pH值为2~3的酸性醇溶液中,水浴温度约550C,提取3.5h,总生物碱的含量可达0.20%~0.28%。

1.1.3 回流法

回流法是以乙醇等极性较大且沸点较低的有机溶剂作为溶媒,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,可以用索氏提取器完成。李倩霞[10]等将岩黄连药材经酶处理后用乙醇回流提取总生物碱,通过正交试验优化酶处理工艺参数,确定了酶解反应的最佳工艺条件:温度450C、酶反应时间16h、pH值5.0、酶用量0.9%。而且药材经酶处理后再用乙醇回收提取,对总生物碱的提取率比传统的乙醇直接回流提取法的提取率提高约24%,适用于岩黄连总生物碱的辅助提取。李兴[11]等对山乌龟总生物碱的不同提取方法进行比较,确定了最佳提取工艺。采用正交设计法,以总生物碱提取率为考察指标,通过对乙醇浓度、溶媒比、超声波提取时间、回流时间等因素进行考察。结果最佳提取工艺为:75%乙醇为提取溶剂,溶媒比(乙醇:山乌龟)为12,先超声提取60min,再回流提取1h,共回流提取两次。本工艺简单合理,提取率高,具有良好的可行性。

1.1.4 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。海莉[12]等筛选千斤拔药材中总生物碱的提取工艺,以总生物碱的最大吸光度值为指标,采用正交试验设计法筛选生物碱的提取方法及其工艺参数。千斤拔中总生物碱的最佳提取工艺为:硫酸浓度3%,渗漉时间12h,流速

1mL/min,采用该提取方法,可以得到较高产率的生物碱类成分,符合工业化生产要求。付敏[13]等优选狗皮膏贴中部分药材的乙醇提取工艺条件,以总生物碱含量为指标,采用酸碱滴定法测定其含量,通过L9正交试验,考察乙醇浓度、溶剂用量、浸泡时间、渗漉速度对提取效果的影响,并以酯型生物碱含量为指标,控制有毒成分含量。优选工艺为12倍量55%乙醇浸渍24h,以3mL/min渗漉时提取率最高。

1.2 生物碱提取的新技术

随着科学技术技术的快速发展,针对传统提取过程中存在的有效成分破坏大,溶剂耗用过多,杂质较多,提取效率较低等问题,一些新型的技术已经应用于生物碱的提取工艺中,在传统方法的基础上结合新技术大大提高了提取效率,降低了过程能耗,展现出新技术的优势,而成为科学研究中的热点。

1.2.1 微波萃取法

微波萃取即微波辅助萃取,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。李永春[14]等对苦豆子生物碱传统提取法和微波辅助提取法进行了试验比较,在单因素试验的基础上,采用了正交设计方法,考察微波时间、微波功率、料液比3个因素对苦豆子生物碱提取的影响,结果表明:微波辅助提取生物碱效果较好,最佳条件是微波提取时间为30s、微波功率为360W、料液比为1:5。利用这种方法生物碱的提取效率较高,生产成本较低,工序较为简单,适用于工业化生产。

1.2.2 超声波提取法

超声波是一种高频机械波,频率为15~60kHz的超声波被用于过程强化和引发化学反应。超声波提取法是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,缩短提取时间的浸出方法。2004年,毛鹏[15]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了超声萃取,然后采用3中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,确定了博落回总碱的最佳提取和分离工艺。黄景怡[16]等对蒲公英生物碱的提取工艺进行优化,溶剂提取法的最佳条件为:乙醇浓度80%,料液比1:12,提取2次,提取时间2.5h/次,提取温度为500C。在该条件下,蒲公英生物碱的提取率为0.063%。超声波提取法的最佳条件为:超声波频率60Hz,提取时间35min/次,提取2次,料液比1:9,提取温度500C,乙醇浓度70%,在该条件下蒲公英生物碱提取率为0.380%,比溶剂提取法的提取率至少提高了503%。

1.2.3 超临界流体萃取法

超临界流体萃取法(SCFE)是一种以超临界流体(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作为溶剂,可以从多种液态或者固态混合物中萃取出待分离组分。张良[17]等采用超临界CO2流体提取技术提取川贝母游离生物碱。选取萃取压力、萃取温度、萃取时间和夹带剂用量作为考察条件进行单因素试验,在此基础上,通过正交试验分析表明:压力、温度对生物碱提取的影响最大,川贝母游离生物碱的最佳萃取正交组为:萃取压力20MPa,乙醇用量300mL,萃取时间2h,萃取温度450C,萃取率达0.195%。

第2章生物碱的分离方法

2.1 色谱法

2.1.1 硅胶柱色谱法

硅胶是偏酸性的无色颗粒,性质稳定,硅胶柱色谱适用范围广,绝大多数生物碱可采用该法分离,而且成本低,操作简便。周雪晴[18]等用超临界CO2萃取技术,从海南催吐萝芙木中提取了利血平生物碱。将萃取所得产物用硅胶柱色谱进一步分离提纯,得到了质量分数为99.8%的利血平针状结晶。

2.1.2 高效液相色谱法

高效液相色谱法是由经典液相色谱法发展而来的一种高效分离手段,具有分离效能高、灵敏度高、分析速度快等特点,在分离高沸点、大分子、强吸性、热稳定性差化合物方面显示出优势,现在已广泛用于天然产物的分离和检测等方面。于放[19]等利用制备高效液相色谱法从喜树细胞中分离制备了在原植株内不存在的两种全新的生物碱单体,喜树异碱A和喜树异碱B。在C18柱上,以乙腈:水(体积比为35:65)为流动相,流速为5mL/min,采用等梯度洗脱方式,制得了这两种化合物。高效液相色谱分析表明,制得的喜树异碱A和喜树异碱B的纯度均在97%(质量分数)以上。

2.1.3 大孔吸附柱色谱法

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)中选择性地吸附有机物。近年来大孔吸附树脂在中药材有效成分的分离纯化方面起到了巨大的作用。黄永林[20]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。筛选出D-101的吸附效果最好,静态吸附容量为112.5mg/mL,动态吸附容量为82.7mg/mL,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0.08mol/L盐酸作洗脱剂,洗脱成本低,总生物碱洗脱完全,工艺稳定性试验产品含量达36.7%。

2.2 膜分离技术

膜分离技术是20世纪60年代迅速崛起的一项高效分离技术,其采用半透膜作为选择障碍层,根据各组分透过膜的迁移率不同,允许某些组分透过而保留混合物中其他组分,从而实现混合物中各组分的分离。该技术在常温下操作,适用于热敏性物质,该分离方法是物理过程,不发生相的变化、不需加入化学试剂,并且选择性好,有着传统方法无可比拟的优势。近年来膜分离技术在生物碱的分离与纯化过程中的应用研究十分活跃。

2.3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(MIPs),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MIPs,对茶碱有良好的特异吸附性。

结论

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,是中药的重要组成成分。新技术的研究与开发大大提高了生物碱有效成分的提取与分离,但是,目前,某些分离纯化技术尚存在一些局限性,如能耗多,产量低,特别是一些分离纯化技术尚处在实验室研究阶段。运用新技术到生产中还需要许多问题解决,更需要研究单位和企业的联手,解决生产中遇到的实际问题。随着科学技术的发展,越来越多的新技术将会运用到生物碱的提取与分离中。高新技术在生物碱有效成分提取分离领域的广泛应用必将极大地推动中草药的现代化进程。

谢辞

历时将近两个星期的时间终于将这篇论文写完,在论文的写作过程中遇到了无数困难和障碍,都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师-XXX老师,他对我进行了无私的指导和帮助,不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外,在校图书馆查找资料的时候,图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢!

感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献,如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发,我将很难完成本篇论文的写作。

感谢我的同学和朋友,在我写论文的过程中给予了我很多素材,还在论文的撰写和排版中提供了热情的帮助。

由于我的学术水平有限,所写论文难免会有不足之处,恳请各位老师和学友批评和指正!

参考文献

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[5]戴珍福,顾玲.正交试验法优选双降合剂的提取工艺.江苏药学与临床研究,2006,14(2):71-72.

[6]范时根,吴小愚.生川乌中生物碱成分含量随煎煮时间变化的研究.天然产物研究与开发,2005,17(5):645-647.

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