发酵工业分析

生物碱的提取与分离纯化

摘要:生物碱是广泛存在于自然界天然植物中的碱性含氮有机化合物。大多数生物碱具有显著的生理活性,是许多药用植物的有效成分。利用现代分离技术把生物碱从天然产物中分离出来并对其进行纯化,对于开发其药用价值,以满足天然药物和天然保健品日益高涨的社会需求,促进中药走向世界提高天然产物的经济和会效益均具有非常重要的意义。主要对生物碱的提取、分离纯化及分析检测技术研究进展进行综述。

关键词:生物碱;药用植物;有效成分;提取;分离纯化技术

生物碱是自然界中广泛存在的一类含氮碱性有机化合物,大多均具有显著的生理活性,是许多药用植物的有效成分。目前临床应用主要表现为抗癌、抗肿瘤[1] 、抗病毒[2] 、抗菌[3] 、抗炎作用[4] , 同时生物碱还可以作用于神经系统[5~7] 和心血管系统[8,9] 等。随着人们对生物碱药用价值的认识不断提高,其应用和需求正日益增长。利用现代分离技术把生物碱从天然产物中分离出来并对其进行纯化,对于开发其药用价值,以满足天然药物和天然保健品日益高涨的社会需求,促进中药走向世界,提高天然产物的经济和社会效益均具有非常重要的意义。本文主要对生物碱的提取、分离纯化及其分析检测技术研究进展进行综述。

1生物碱的提取技术

生物碱的传统提取技术主要有:浸渍、煎煮、溶剂回流、渗漉等方法。近年来一些在化工、食品等领域开发出的新技术,如超临界流体萃取技术、双水相萃取技术等也在生物碱的提取中获得了广泛的应用。

1.1超临界流体萃取技术

超临界流体萃取技术是20世纪70年代末才兴起的一种新型生物分离精制技术,90年代后开始应用于药用植物中有效成分的提取。其原理是利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而实现对极性大小、沸点高低和分子量大小不同的组分间的选择性分离。LiuB等以延胡索乙素提取率为指标,通过正交试验设计,探索出了元胡中延胡索乙素SFE2CO2的最佳工艺条件,与其它提取方法相比,提取率有了显著的提高;赵宋亮等利用超临界CO2流体萃取菊三七中的总生物碱,提取率为索氏提取法的1.5倍,耗时却仅为常规法的1/2。

1.2微波辅助提取技术

微波辅助提取技术是利用微波与介质的离子和偶极子分子的相互作用,促使介质转动能力跃迁,加剧热运动,使细胞壁破裂,胞外溶剂易于进入细胞内,溶解并释放胞内产物,具有强力、瞬时、高效等特点,是目前颇具发展潜力的一种新型提

取技术[12] 。自1986年Ganzler等首次报道了微波用于天然产物中化学成分的提取以来,该技术已在食品、环境、制药和天然产物等领域得到了广泛的应用。XiaoGQ等将微波辅助提取技术应用于荷叶中生物碱的提取,与传统提取方法相比,总生物碱提取率获得明显提高。FulzeleDP等考察了不同提取方式对喜树中喜树碱提取效果的影响,为达到一定的提取率,采用热回流、索氏提取法分别需要30min、120min,而采用MAE技术则仅需3min,提取时间大大缩短。

1.3超声辅助提取技术

超声辅助提取技术主要是靠超声波空化产生的极大压力造成被破碎物细胞壁及整个生物体瞬间破裂,同时超声波产生振动作用加强了细胞内物质的释放、扩散及溶解,加速植物中的有效成分渗透进入溶剂而使提取效率获得提高。代宏哲以苦豆子生物碱的浸取过程为研究对象,研究了超声场介入对固液扩散的影响,并与常规浸提法的动力学方程进行了比较,发现超声条件下的平衡常数是常规条件下的27.4倍,其传质系数也高出将近2个数量级。郭孝武等研究了超声和热回流浸泡法提取益母草中生物碱的过程,发现超声提取可损伤益母草茎内组织细胞,提取40min比回流法提取2h的产率还高出42.86%。超声辅助提取大大缩短了提取周期,有效成分的收率明显提高,同时全过程无需加温,减少了杂质的进入和能源的消耗。

1.4双水相萃取技术

双水相萃取技术是由2种聚合物或聚合物与无机盐在水中在适当的浓度等条件下形成互不相溶的两相体系,利用待分离物在两水相中分配系数的不同而实现提取分离的方法。目前最常用的双水相体系有聚乙二醇(PEG)/葡聚糖体系、PEG/无机盐体系、表面活性剂/表面活性剂体系、普通有机溶剂/无机盐体系、双水相胶束体系、温敏性双水相体系、热分离双水相体系、离子液体/无机盐体系等。LiS等采用双水相萃取技术从甘草根中提取分离出吗啡、从罂粟中提取罂粟碱的研究, 均取得了很好的提取效果。双水相萃取技术具有分离条件温和、能耗较小、传质和平衡速度快、回收效率高、且设备简单、易于放大和实现连续化操作等特点。所以,尽管目前该技术在生物碱的提取方面报道不多,但应用前景十分良好。

2生物碱分离与纯化技术

生物碱分离与纯化的经典方法主要有:有机溶剂萃取、沉淀法、蒸馏法、结

晶法、树脂吸附及层析分离等技术。近年来,在生物碱分离与纯化应用中较受人们关注的新技术主要有:膜分离技术、分子蒸馏技术、高速逆流色谱技术、分子印迹技术等。

2.1膜分离技术

膜分离技术是20世纪60年代后迅速崛起的一项新兴的高效分离技术,它采用半透膜作为选择障碍层,以膜两侧的能量差为推动力,根据各组分透过膜的迁移率不同,而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。该技术具有操作条件温和、不存在相转移、分离效率高、不必添加化学试剂、不损坏热敏性物质、可极大的减少纯化工序实现连续和自动化操作、使用范围广等优点,有着传统法无可比拟的优势。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。例如BoyadzhievL等采用膜法分离长春花提取物中吲哚类生物碱;梁锋等用W/O型乳状液膜分离技术成功分离出荷叶粗提物中3种生物碱:荷叶碱、N2去甲基荷叶碱、O2去甲基荷叶碱,萃取率分别达到了95.6%、100%和97.9%,充分显示出了该技术良好的应用前景。

2.2分子蒸馏技术

分子蒸馏技术是我国于20世纪80年代末从国外引进的一种新型液-液分离精制技术。与许多常规蒸馏技术相比,分子蒸馏可在远离沸点下操作、蒸馏压强低、受热时间短、浓缩效率高、无沸腾和鼓泡现象、能节省大量溶剂减少环境污染等特点,现已广泛应用于天然产物中高沸点、热敏性、易氧化物质的分离。分子蒸馏的核心是分子蒸发器,其种类主要有3种:即降膜式、刮膜式及离心式。应安国等应用刮膜式分子蒸馏设备对帕罗西汀碱原料进行分离提纯试验,通过对该生产过程技术经济的初步分析,以年产1000kg帕罗西汀计算,可产生直接经济效益约7000万元,具有巨大的利润空间。但目前该技术在我国尚处于起步阶段,随着分子蒸馏设备的国产化,必将加快其推广和应用。

2.3高速逆流色谱技术

高速逆流色谱技术是由美国国家医学院Yio2chiroIto博士于1982年首先发明的一种新型色谱分离技术，它根据互不相溶的两相溶剂在旋转螺旋管内具有单向性流体动力平衡特性利用样品中各组分在两相间分配能力差异而实现各组分间的分离。由于其固定相是液体避免了样品与固定相之间发生不可逆吸附、污染、变性等缺点,特别适用于分离极性和具有生物活性的物质;并且该技术不需升温加