离子交换树脂分离提纯苦豆子生物碱

前言

苦豆子总生物碱中含有苦豆子所包含的绝大多数种类的生物碱。苦豆子生物碱为其良好药物活性被广泛用于临床,不仅具有抗癌、抑癌、抑制和杀灭各种微生物作用,而且对免疫系统、神经系统、心血管系统有广泛的药理作用。总生物碱的提取方法有多种,主要有乙醇提取法、水提取法、酸水提取法及阳离子交换树脂提取法等等。目前，国内关于苦豆子生物碱的纯化方法，多用酸水萃取法，用离子交换大孔吸附树脂分离纯化苦豆子生物碱的研究尚未见报道。因此，本文着重研究了用离子交换大孔吸附树脂分离纯化苦豆子生物碱的工艺条件，以期找出一种经济有效、适合大规模工业化生产的分离纯化苦豆子生物碱的方法，旨在为以后进一步研究苦豆子生物碱提供理论依据。

离子交换法的优点如下：有机溶剂用量少，离子交换树脂再生后可反复使用；所得生物碱纯度高。缺点是苦参类生物碱与树脂的结合力强，不能将生物碱完全洗出，所以主要生物碱的损失较大[2]。利用非极性大孔树脂DF01直接从苦豆子酸浸取液中离生物碱，生物总碱的吸附量和解吸率分别为17mg/mL和96%，分离效果较好，该法的优点是生物碱吸附速度快、解容易、树脂的寿命长[2]。鉴于此，我们综合离子交换树脂和大孔吸附树脂的优点，采用离子交换大孔吸附树脂来富集分离苦豆子生物碱。

本实验通过离子交换大孔吸附树脂对苦豆子中的生物碱进行分离，先通过静态吸附与解吸实验选出最佳树脂及最佳吸附时间；然后通过动态吸附实验考察上柱量、上柱流速、上柱液pH值等因素对吸附率的影响，确定最佳上柱条件；由最佳条件上柱，考察洗脱液、洗脱液乙醇浓度、洗脱流速等因素对解吸率的影响，找出最佳的解吸条件，从而达到为进一步研究苦豆子生物碱提供借鉴的目的。

第一章、综述

1.1 离子交换树脂的发展

离子交换树脂是最早出现的功能高分子材料，其历史可追溯到二十世纪30年代。1935年英国的Adams和Holmes[3]发表了关于酚醛树脂和苯胺甲醛树脂的离子交换性能的工作报告，开创了离子交换树脂领域，同时也开创了功能高分子领域。离子交换树脂可以使水不经过蒸馏而脱盐，既简便又节约能源。因此根据Adams和Holmes的发明，带有磺酸基和氨基的酚醛树脂很快就实现了工业化生产并在水的脱盐中得到了应用。

1944年D'Alelio合成了具有优良物理和化学性能的磺化苯乙烯-乙烯苯共聚物离子交换树脂及交联聚丙烯酸树脂，奠定了现代离子交换树脂的基础。此后，Dow化学公司的Bauman等人开发了苯乙烯系磺酸型强酸性离子交换树脂并实现了工业化；Rohm&Hass公司的Kunin等人则进一步研制了强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂和弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。这些离子交换树脂除应用于水的脱盐精制外，还用于药物提取纯化、稀土元素的分离纯化、蔗糖及葡萄糖溶液的脱盐脱色等。离子交换树脂发展史上的另一个重大成果是大孔型树脂的开发。20世纪50年代末，国内外包括我国的南开大学[4，5]化学系在内的诸多单位几乎同时合成出大孔型离子交换树脂。与凝胶型离子交换树脂相比，大孔型离子交换树脂具有机械强度高、交换速度快和抗有机污染的优点，因此很快得到广泛的应用。

1.2 离子交换树脂的反应机理

离子交换树脂的交换反应与溶液中的置换反应相似，是可逆反应。这种可逆反应并不是在均相溶液中进行，而是在固态的树脂和水溶液接触的界面间发生的。利用固载在聚合物骨架上的功能基所带的可交换的离子在溶液中能发生解离，如磺酸树脂上可离解出氢离子，这种离子可在较大的范围内自由移动扩散到溶液中。同时，在溶液中的同类型离子也能从溶液中扩散到聚合物的网络和孔内。当这两种离子的浓度差较大时，就产生一种交换的推动力使它们之间发生交换作

用，浓度差越大，交换速度越快。利用这种浓度差的推动力关系使树脂上的可交换离子发生可逆交换反应。当固态树脂上的可交换离子（如H+）被交换后，这时树脂处于饱和状态。当把溶液变成高浓度的酸时，H+又能把树脂上的其它阳离子交换下来，这时就是树脂的“再生”。由于离子交换树脂中聚合物骨架的稳定，使可逆交换反应能在树脂反复进行，使用寿命长。在工业生产过程中，可以简化生产流程，缩短生产时间，提高生产效率和产品质量[6]。

1.3 离子交换树脂的应用

溶剂提取分离技术是天然产物分离的经典技术，但溶剂耗量大，分离效率低，环境污染严重，操作安全性差，一般仅适用于实验室小量样品的制备，而不宜用于工业生产。随着分离科学与技术的进步，离子交换树脂提取分离技术在天然产物提取分离中的应用逐渐增加。

1.3.1 离子交换树脂法提取分离氨基酸

氨基酸是一类含有氨基和氮基的两性化合物，在不同的pH条件下能以阳、阴或两性离子的形式存在。因此，应用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂均可富集分离氨基酸。天然氨基酸主要来源于蛋白质水解液或徽生物发酵液，随其来源不同，体系中氨基酸的含量与伴生杂质的类型也有所区别，因此提取分离工艺也不尽相同。猪血粉、毛发、酪蛋白(乳酪素)、低档明胶、蚕衣、鱼皮鱼鳞等水产废弃物皆可用作生产氨基酸的原料。马建标[7]等将原料以6~10mol/L盐酸在100~120℃水解12~24h，即生成混合氨基酸溶液。根据生产要求，可用离子交换树脂法从溶液中富集和纯化混合氮基酸，所得产品可用作复合氨基酸注射液或口服液;也能从其中分离出一种或多种纯氨基酸，供药用或食用。

自然界中尚存在大量的非蛋白氨基酸，具有药用价值的就有40余种。如美舌藻中的海人草酸、使君子种子中的使君子氨酸和南瓜子中的南瓜子氨酸均是具有驱蛔虫作用的中草药有效成分。它们可用温水、乙醇或乙酸的水溶液提取，然后用强酸性阳离子交换树脂如Zerolite 225进行富集和纯化，得到高纯度的产品[8]。牛磺酸在动物体内存在甚广。日本专利[9]介绍了一种从牡蛎中提取分离牛磺酸的工艺，即将牡蛎磨碎后以沸水提取，提取液通过Dowex-99、Dowex-88、

Dowex-66及DowexTG-55A等一组离子交换柱，最终得到纯度≥90%的牛磺酸。

1.3.2离子交换树脂法提取纯化抗生素

在发酵液中，抗生素的浓度很低，提取时溶剂消耗高，效率低;利用离子交换树脂可以选择性地吸附分离多种离子型抗生素，不仅回收率较高，而且产品纯度较好。

关于离子交换树脂对抗生素的吸附性能，苏联学者[10]进行了大量的研究。抗生素分子中往往含有多种化学基团，在强酸或强碱条件下容易发生化学变化，导致药理活性丧失。因此，提取分离所用的离子交换树脂主要为弱酸性阳离子交换树脂或弱碱性阴离子交换树脂。即使偶尔用到强酸或强碱树脂，通常也先将阳离子交换树脂转化为Na十型或NH4+型，将阴离子交换树脂转化为Cl一型或SO42-型。离子交换树脂对抗生素离子有较大的选择性，选择系数比无机离子如Na十或C1一等往往要高出l~3个数量级;其原因是抗生素离子与离子交换树脂能以多种键型发生吸附作用。除正常的离子静电作用外，抗生素与树脂骨架间的疏水作用、杭生素分子中极性基团与树脂上化学基团的氢键或偶极键作用等对提高其选择性起着重要作用。抗生素的分子体积较大，大孔网状树脂有利于大分子的扩散与吸附，有较大的吸附量。因此适于提取分离抗生素。

1.3.3离子交换树脂法提取分离生物碱

生物碱是许多中草药的重要有效成份。它们在中性或酸性条件下以阳离子形式存在，能用阳离子交换树脂从其提取液中富集分离出来。钩吻总生物碱具有良好的抗癌作用，其树脂法提取分离工艺所得浸膏总收率为1.07%，纯度>96%[11]离子交换树脂吸附总生物碱之后，可根据各生物碱组分的碱性差异，采用分步洗脱或分步提取的方法，将其中的各种生物碱组分一一分离。与溶剂法相比，离子交换树脂法提取分离生物碱具有许多优越之处，不仅操作简便、消耗低，而且产品纯度好、收率高，更适于工业化生产。此外，其它天然碱性化合物(如肌苷)及具有季铵盐结构的天然有机物(如胆碱磷酸甘油酯)也可用类似工艺提取分离与纯化。