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紫杉醇提取纯化工艺的研究进展摘要：紫杉醇以其独特的抗癌作用机制及显著的疗效，被认为是近十几年来天然抗癌药物研究领域最重大的发现。
由于紫杉醇在红豆杉树皮中含量极低，提取精制困难等原因，导致紫杉醇纯品价格昂贵。
因此完善紫杉醇的提取纯化工艺，降低生产成本，对保障人类健康都具有重要的意义。
本文对紫杉醇提取纯化工艺的研究进展进行了探讨。
关键词：紫杉醇；提取；纯化；工艺；研究紫杉醇(Paclitaxel，商品名Taxo1)是红豆杉属植物中独有的一种抗肿瘤天然药物，由于其独特的抗癌作用机制及显著的疗效，而被认为是近十几年来天然抗癌药物研究领域最重大的发现。
目前，国内外紫杉醇的商业化规模生产多以红豆杉植物为原料，通过一系列的分离纯化获得。
一、紫杉醇提取纯化工艺概述由于紫杉醇在红豆杉树皮中含量极低(<0．06％)，提取精制困难等原因，导致紫杉醇纯品价格昂贵。
因此，完善紫杉醇的提取纯化工艺，降低生产成本，得到更加便宜的原料对保障人类健康都具有重要的意义。
表1 .紫杉醇提取纯化工艺中各个步骤所得纯度和回收率目前，工业生产中制备紫杉醇还局限于植物提取法。
因此研制出一套操作简单、提纯高、提取率高的紫杉醇规模制备技术无疑对改善紫杉醇原料药产业现状发挥积极作用。
一般来说，从红豆杉中提取紫杉醇的分离工艺，可以分为粗提和纯化两个阶段。
紫杉醇粗提阶段的目的，在于从原料液中尽可能多的提取目标化合物，所得物料再进行后续提纯直至获得纯品。
粗提过程可分为初级萃取和次级萃取，两种过程因所用溶剂不同而除去不同的杂质。
将粗提物进一步纯化是获得纯品紫杉醇的关键步骤，通常用色谱法完成。
在最后获得医用级纯品之前，色谱过程也必不可少。
用色谱法分离纯化紫杉醇时，柱色谱被用于紫杉醇的预分离和最终分离，而薄层色谱则被用于紫杉醇的检测和纯化。
目前，随着分离工艺的不断完善，除了柱色谱法以外，还有高效液相色谱、高速逆流色谱等。
不同工艺中各个步骤的纯度、回收率见表1。
从紫杉植物中提取紫杉醇的简化方法红豆杉Taxus又名紫杉，也称赤柏松，生于海拔1000～1200m处的山地，是世界上公认的濒临灭绝天然珍稀植物，从其根、皮、茎、叶中提取的紫杉醇taxol是目前世界上最有效的抗癌药物之一。
全球每年大约需要1500～2500kg紫杉醇，而1 kg树皮仅能提取50～100mg。
10-脱乙酰巴卡亭Ⅲ又称10-脱乙酰基浆果赤霉素Ⅲ，10-deacetylbaccatinⅢ，10-DABⅢ为有抑制肿瘤作用的紫杉烷二萜类化合物。
Bissery等报道，可利用10-DABⅢ合成具有比紫杉醇更高抗癌活性的多烯他赛docetaxel。
紫杉醇主要存在于树杆和树皮中，10-DABⅢ主要存在于树叶中，其含量大大高于紫杉醇的含量。
红豆杉是国家珍稀保护植物，生长缓慢，如果直接从红豆杉树皮中提取紫杉醇，不仅资源有限，而且不利于资源保护。
以10-DABⅢ为原料采用酶催化半合成工艺方法来制备紫杉醇，可大大简化合成过程，使紫杉醇骨架修饰所需步骤更少，操作更简单，提高了紫杉醇合成的选择性和生产率，进而为在更大规模上进行紫杉醇生产提供了技术支持，最终使紫杉醇的化学合成半合成的产业化有了实现的可能。
目前文献报道从各种紫杉植物中提取紫杉醇的方法，均需经过繁冗的分离过程。
本实验采用了一种适合于以各种紫杉植物树叶或树枝做原料，通过极性梯度溶剂萃取的方法逐步脱除大量不相干杂质，得到合成紫杉醇的前体10-DABⅢ的方法，然后通过反相层析柱加成，即可获得抗癌活性成分紫杉醇；材料与方法1 材料与仪器南方红豆杉Taxus mairei枝叶取自浙江宁海红豆杉种植基地，8年树龄。
10-DABⅢ对照品为Sigma公司产品，纯度98％；所用甲醇；乙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、氯仿、正己烷、石油醚、乙腈等均为分析纯试剂。
JJ一1精密增力电动搅拌仪，江苏金坛市江南仪器厂；SENCO R一201旋转蒸发仪，上海申顺生物科技有限公司；玻璃硅胶柱为2cm×40cm，杭州常盛科教器具厂；UV一2802PC／PCS型分光光度计，UNICO上海仪器有限公司；Sigma一3K18低温离心机4℃，转速18000rmin；LabAlliance高效液相色谱仪美国SSI公司。
紫杉醇的提取工艺
紫杉醇是从红豆杉中提取的一种天然抗癌药物，也是目前已知的抗癌效果最好的天然植物。
紫杉醇是由10个碳原子、12个氢原子、8个氮原子和4个氧原子组成的一个类分子。
紫杉醇是由紫杉树皮中提取出来的一种物质，在20世纪60年代就被美国FDA批准用于治疗晚期乳腺癌，在之后的几年里，紫杉醇被广泛地应用于癌症治疗领域。
在2000年之前，紫杉醇在治疗癌症方面取得了重大进展，但由于其毒性较强，使其应用受到了限制。
而近几年来，随着新药的不断问世、新技术的不断研发、新药品的不断开发，紫杉醇在抗癌药物中所占比重也逐渐提高。
紫杉醇与其他抗癌药物相比具有很大的优势。
一、紫杉醇的特点
1.药理作用
①抗肿瘤活性：紫杉醇对多种肿瘤细胞有明显抑制作用，具有增强微管蛋白聚合和细胞分裂周期阻滞的能力，其药理活性与环孢素A、甲氨蝶呤等药物类似。
②抗菌活性：紫杉醇对多种细菌有较强的抑制作用。
③抗过敏活性：对多种变态反应性疾病有治疗作用。
—— 1 —1 —。
第42卷第10期2014年5月广州化工Guangzhou Chemical Industry Vol.42No.10May.2014从红豆杉中提取紫杉醇的工艺研究金洪顺，楼惠琴，蒋世春，白骅(浙江海正药业股份有限公司，浙江台州318000)摘要：紫杉醇（Taxol ）是从红豆杉树皮中分离得到的一种二萜化合物，具有独特疗效的抗癌物，现已被多个国家批准应用于临床治疗卵巢癌和乳腺癌等疾病。
由于红豆杉中的紫杉醇含量非常低（仅为0.010% 0.013%），而且大量结构类似的紫杉烷类物质存在，使得紫杉醇的分离纯化非常困难。
本文通过对比5种不同提取方法（液液萃取、固相萃取、硅胶层析、氧化铝层析、薄层层析），提出一种新的以氧化铝层析结合固相萃取工艺，具有紫杉醇高回收率的特点。
关键词：紫衫醇；红豆杉；提取；纯化；HPLC 中图分类号：TQ914.1文献标志码：B文章编号：1001－9677（2014）010－0088－04作者简介：金洪顺（1976－），男，工程师，主要从事药物研究与应用。
通讯作者：蒋世春。
Study of Technology of Isolated Paclitaxel from Taxus ChinensisJIN Hong －shun ，LOU Hui －qin ，JIANG Shi －chun ，BAI Hua（Zhejiang Hisun Pharmaceutical Co.，Ltd.，Zhejiang Taizhou 318000，China ）Abstract ：The antineoplastic agent paclitaxel （Taxol ），a diterpene －derivative isolated from Taxus chinensis Bark ，was used in the treatment of ovarian cancer and /or breast cancer in many countries.Because of the trace amount of paclitaxel （only 0.010% 0.013%）and a amount of similar structural taxanes in Taxus c .，paclitaxel was difficult to obtain from Taxus c ..A new high －paclitaxel －recovery process with Al 2O 3chromatography －SPE process was presented by comparison of LLE ，SPE ，silica chromatography ，Al 2O 3chromatography ，and TLC.Key words ：paclitaxel ；Taxus chinensis ；extraction ；purification ；HPLC紫杉醇（paclitaxel ，商品名Taxol ）是当今重要的抗癌新药。
紫杉醇提取工艺优化研究赵万年 S1315004立体依据紫杉醇(Paclitaxel，商品名Taxol)是Wani等[1]于1971年首次从短叶红豆杉(Taxus Bravifolia Nutt.)中分离得到的一种复杂的次生代谢产物，属二萜类化合物。
其抗癌机理独特[2]，活性广谱高效，是目前所发现的惟一一种具有促进微管双聚体装配成微管, 使微管稳定, 从而阻碍细胞分裂, 将癌细胞停止在G2晚期或M期，最终导致癌细胞死亡[3]，抑制肿瘤生长的作用。
由于紫杉醇的作用机理独特、疗效显著，因此已用于转移性卵巢癌、乳腺癌等的治疗，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。
虽然现在开发了多种紫杉醇的制备方法，利用半合成、全合成、生物合成、真菌发酵、植物组织细胞培养等技术手段获得紫杉醇的研究工作也取得了较大的进展［4-6］，但是要实现这些技术的工艺扩大和工业放大生产还存在一些问题，而从树皮中提取紫杉醇的工艺已经成熟且工业化，因此目前从植物中直接提取分离仍是紫杉醇的主要制备方法。
但是，紫杉醇在植物中的含量非常低(含量最高的红豆杉树皮也只有万分之几)[7]，且类似物多，具有热敏性，产物在中间过程中易于分解、变性，不同产地、不同季节的植物资源成分相差甚远，因此分离提取工作难度很大。
目前紫杉醇的提取纯化工艺有溶剂萃取法、固相萃取法、制备色谱法、膜分离法、超临界萃取法、离子交换法、键合物解离法、药理作用靶点法和化学反应法[8-10]。
这些工艺各有优缺点，其中溶剂萃取法和制备色谱法是最简单、最常用的方法，也已经成功应用于工业生产，但仍需改进。
本课题以乙醇为提取溶剂，探求从南方红豆杉树叶中浸取紫杉醇的最佳提取条件，旨在为南方红豆杉这一药用植物资源的开发与利用提供试验依据。
研究目标采用乙醇浸提方法，考查粉碎度、乙醇浓度、料液比、提取温度和提取时间对紫杉醇提取效率的影响，经过一系列的单因素试验和正交试验，以期得到紫杉醇醇提工艺的最佳条件。
紫杉醇提取纯化方法的研究进展紫杉醇是最早从红豆杉属植物中分离出来的三环二菇类化合物，是继阿霉素和顺铂之后最热点的抗癌新药。
紫杉醇具有复杂的化学结构，分子由3个主环构成二菇核，分子中有11个手性中心和多个取代基团，母环部分是一个复杂的四环体系，有许多功能基团和立体化学特征。
分子式C47H51NO14，分子量853.92。
同位素示踪表明, 紫杉醇只结合到聚合的微管上, 不与未聚合的微管蛋白二聚体反应。
细胞接触紫杉醇后会在细胞内积累大量的微管，这些微管的积累干扰了细胞的各种功能,特别是使细胞分裂停止于有丝分裂期，阻断了细胞的正常分裂。
通过Ⅱ-Ⅲ临床研究，紫杉醇主要适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。
紫杉醇属于有丝分裂抑制剂,它的独特机制在于可以诱导和促进微管蛋白聚合,促进微管装配及阻止微管的生理解聚,由此抑制癌细胞纺锤体的形成,阻止有丝分裂的完成,使其停留在G2期和M期直至死亡,从而起到抗癌的作用。
迄今为止紫杉醇是唯一促进微管聚合的新型抗癌药。
这一新的发现引起了各国医药界的极大兴趣。
现在已有包括我国在内的十多个国家批准了紫杉醇类药物的正式生产。
目前有关紫杉醇研究的几个主要问题是:紫杉醇的提取;紫杉醇的人工合成;紫杉醇的临床应用(水不溶性问题的解决);紫杉醇的构效关系;紫杉醇的抗癌机理。
紫杉醇的抗癌机理1971年,Wani等报道了紫杉醇在一些实验体系中具有抗癌活性。
1978年,Schiff等发现紫杉醇在极低的浓度下(0.25μM)可以完全抑制Hela细胞的分裂,而且在对细胞4小时的培养过程中,对DNA、RNA和蛋白质的合成没有明显影响。
Hela细胞在与紫杉醇共同温育20小时后被阻断在G2后期和M期。
1979年Schiff等用浊度法进行了研究,发现紫杉醇能缩短微管在体外的聚合时间,使平衡向微管聚合方向移动,从而减小微管聚合临界浓度。
在有GTP时,紫杉醇可以和PC-tubulin结合,计量比为1:1。
他们还发现紫杉醇不影响纯化的Actin的聚合(紫杉醇20μM)。
目前,有关紫杉醇的抗癌机理的研究仍是一个非常活跃的领域。
最近的一些进展是Tatebe等发现紫杉醇能导致细胞凋亡;Kavallaris等首次报道了紫杉醇抑制卵巢上皮肿瘤与改变特定β-tubulin基因的表达有关;Vater等通过电镜和扫描力显微镜发现在Ca2+和紫杉醇存在下,微管蛋白的聚合发生畸变Dring 等发现紫杉醇还可调节体内免疫功能，促进释放肿瘤坏死因子、白细胞介素、以及干扰素，对肿瘤细胞起抑制或杀伤作用。
而且这种畸变结构随着加入紫杉醇和Ca2+的顺序不同而有所不同。
紫杉醇的来源1963年美国化学家瓦尼(M·C·Wani)和沃尔(MonreE·Wall)首次从一种生长在美国西部大森林中的短叶红豆杉树皮和木材中得到了紫杉醇的粗提物并发现其具有抗癌活性。
但直到1969年,紫杉醇单体才被分离出来。
此后,在红豆杉属的多种植物中均发现有紫杉醇存在。
红豆杉属植物为红豆杉科常绿乔木或灌木,全世界共11种,分布于北半球的温带至亚热带地区,包括短叶红豆杉(Taxus brevifolia),欧洲红豆杉(T. baccata),云南红豆杉(T.yun-nanensis),中国红豆杉(T. chinensis)等。
在欧洲,更为常见的是欧洲红豆杉(Taxus baccata),具有明显的毒性,常有牲畜和人误食中毒的事情发生,其毒性源于所含有的有毒生物碱紫杉碱(taxineA、B);因而后来有一个有趣的观点:如果当年在NCI抗癌活性成分筛选计划中沃尔和瓦尼拿到的是T.baccata而非T.brevifolia的树皮,要么会因萃取物的毒性而停止分离,要么只能得到紫杉碱,都不会有机会发现Taxol。
幸运的是,美国农业部的收集计划中送来的唯一样品是T.brevifolia,而其中紫杉碱的含量极微,紫杉醇从而有幸成为30年来最为公众瞩目的植物来源的化合物。
迄今为止,红豆杉属植物仍是紫杉醇的最重要的来源。
除了可从其树皮和枝叶中直接分离得到紫杉醇外,其树叶中含量很高的10-去乙酰巴卡亭III也是人工半合成紫杉醇的原料。
此外,紫杉醇还可以从全人工合成、真菌发酵、细胞培养及生物合成等途径获得。
紫杉醇提取工艺随着人们对紫杉醇研究的不断深入和完善，化学合成、基因工程、细胞培养、真菌发酵等方法均可以成功获得紫杉醇，但这些方法应用于紫杉醇的生产依旧停留在实验室研究阶段。
目前，国内外紫杉醇的商业化规模生产多以红豆杉植物为原料，通过一系列的分离纯化获得。
针对红豆杉资源严重匾乏的现状，相关生产企业采用人工培植的方法经过科学合理的选种育种栽培，加大红豆杉植物的人工培植规模，为紫杉醇的生产提供相对充足的原料供给。
在细胞组织培养和基因工程技术等方法应用到紫杉醇的工业化生产之前，植物提取法仍是紫杉醇的主要来源。
因此，开发出一套操作简便、快速高效的紫杉醇提取分离纯化技术无疑对紫杉醇原料药的产业现状发挥积极作用。
紫杉醇的提取过程可分为粗提和纯化两个阶段。
红豆杉植物经粉碎干燥等预处理后，进入紫杉醇的粗提工艺程序。
粗提阶段的目的在于选择合适的提取溶剂，运用可行的提取手段对原料粉末进行提取处理，获得含目标产物的原料液，然后从原料液中尽可能多的提取目标产物，提高目标产物在物料中的含量，所得物料在进行后续纯化获得纯品。
紫杉醇的粗提工艺过程可分为初级提取和次级提取，两个过程因所用溶剂不同而除去不同的杂质。
1、紫杉醇的初级提取工艺初级提取主要是用甲醇、乙醇、乙酸乙酷一丙酮或二氯乙烷一水对原料粉末进行浸提，一般浸提时间较长。
为了缩短浸提时间，研究人员将超声、微波和超临界流体萃取等技术引入到紫杉醇的初级萃取，极大提高了紫杉醇的萃取效率。
1.1溶剂浸提溶剂浸提常用于紫杉醇的粗提阶段，在此阶段主要考虑溶剂的选择。
目前用于浸提紫杉醇的最普通溶剂是甲醇、乙醇等有机溶剂。
xu和Liu采用的是甲醇-二氯甲烷(95:5，V/V)混合物，浸提时间为35~60min，而Hoke，和Powell，都选择的是纯甲醇，浸提时间则为16~48h。
余广鳌等通过研究发现，在浸提过程中，如果使用单一溶剂，则甲醇浸提效果最好。
如果使用混合溶剂，要达到好的浸提效果，甲醇或乙醇等高极性有机溶剂不可缺少。
锅田宪助等对于紫杉醇的提取溶剂种类进行了详细研究，结果表明:在乙酸乙酷、乙醚等溶剂中，以乙酸乙醋一丙酮(1:1)混和溶剂的提取效果最好，浸膏中紫杉醇的含量高达0.084%，是甲醇提取所得浸膏中紫杉醇含量的3倍。
也就是说用乙酸乙酷一丙酮(1:1，v/v)一次便可以使紫杉醇提取量高于以往常用溶剂所能得到的量，为后序的分离纯化工作带来很大的方便。
加之乙酸乙酷一丙酮(1:l)与甲醇成本相当，因此，这一提取方法的经济性和实用性较强。
1.2超声浸提在中草药开发利用中，探索提高有效成分提取率的理论依据是中草药现代化研究的一个重要方面。
目前大多数是通过实验方法，根据影响提取率的因素选取不同的水平条件来设计实验，优化工艺条件，缺少理论上的指导。
有人将这些影响因素与有效成分溶出浓度联系起来，在FICk扩散定律的基础上对常规提取的动力学建立了一些数学模型。
由于超声场强化中药有效成分的提取具有降低提取温度、缩短时间和提高提取率等优点，日益受到人们的重视。
超声强化提取的湍流效应、微扰效应、界面效应和聚能效应与超声场的频率、功率及体系的温度有关。
频率越高，温度越高，这四种效应作用越强，达到提取平衡时间越短，平衡时有效成分含量越高;同时在中药有效成分提取时，要考虑到有效成分的稳定性，避免在高温和长时间条件下有效成分的分解。
Auriola等人也将超声技术引入紫杉醇的初级萃取，研究发现采用超声技术，可在低温下进行操作，这样可以防止紫杉醇在温度高时可能发生的异构化。
1.3超临界流体萃取超临界流体萃取过程是利用处于临界低压和临界温度以上的流体具有特异增加的溶解能力而发展出来的化工分离新技术。
利用CO2超临界流体,加入甲醇或乙醇作为夹带剂,可使红豆杉树皮中的大部分紫杉醇得到有效提取,回收率达85%,选择性好,杂质少。
超临界流体萃取具有提取能力强、提取率高、萃取时间短、工艺简单、操作方便、产品质量好的优点;同时符合环保要求，与回归大自然，崇尚绿色工业的潮流一致，具有较大的发展前景。
在紫杉醇的提取过程中，由于减少了含氯有机溶剂的使用从而避免了对环境的污染。
超临界流体萃取过程中最常用的溶剂是CO2，本身无毒，在提取产物中无残留，因而从用要安全角度来讲，该技术应用于紫杉醇的提取具有其独特的优点。
Jennings用CO2和加入乙醇改性剂的CO2作超临界萃取溶剂，在318K的温度下和15.07~25.79MPa的压力下，进行了紫杉醇的提取研究，发现红豆杉树皮中的大部分紫杉醇都能得到有效的提取，而且对紫杉醇的选择性要比传统的单纯乙醇提取高; Nair等用含15%的丙酮或乙醇的CO2作溶剂，在430~101.325kpa，308K下用超临界技术提取紫杉醇也获得了满意的效果; Castor等以红豆杉枝叶和嫩芽做原料，用超临界技术提取紫杉醇时，先以纯CO2做溶剂，以除去原料中的脂类，然后加入乙醇以调节溶剂的极性，使紫杉醇的产率达到了0.04%;Vandana等利用超临界的N2O和N2O/EtOH 混合物，对短叶红豆杉树皮中的紫杉醇也做了提取研究，发现利用超临界的N2O，以乙醇为夹带剂，可以把树皮中的大部分紫杉醇提取出来，比以乙醇为夹带剂的超临界CO2萃取更加有效。
虽然超临界流体萃取技术在紫杉醇的提取中具有收率高、节省时间和有机溶剂等优点，但该方法对仪器设备要求较高，限制了其应用。
1.4微波提取微波是一种波长在1~0.001m、频率在300MH Z~300GH Z的电磁波。
由于其具有独特的性质(似光特性、穿透特性、热特性及生物效应)而已被广泛应用于医药领域。
在中草药有效成分的提取中亦有尝试和应用，但尚未在规模生产中应用。
微波提取技术主要是基于微波的热特性，其加热原理是利用微波场中介质的偶极子转向极化与界面极化的时间与微波频率吻合的特点，促使介质转动能级跃迁，加剧热运动，将电能转化为热能。
微波辐射导致细胞内的极性物质尤其是水分子吸收微波能量而产生大量的热量，使细胞内温度迅速上升，液态水汽化产生的压力将细胞壁和细胞膜冲破，形成微小的孔洞。
进一步加热，细胞内部和细胞壁水分减少，细胞收缩，表面出现裂隙。
因此使胞外溶剂容易进人胞内，溶解并释放出有效成分。
与传统浸提方法相比，微波提取具有穿透力强、选择性高、加热效率高等显著特点，而且其操作简便、快速、节能、高效。
因此，微波技术用于中草药有效成分提取具有巨大潜力。
