生物碱提取研究进展Word格式文档下载.docx

1、生物碱为生物体内一类除蛋白质、肽类、氨基酸及维生素B以外含氮化合物的总称。是结构复杂具有生理活性的植物碱。生物碱因其具有抗肿瘤抗癌、低毒、低成本的特点,已经成为人们研究的焦点。科学高效地从植物中提取和分离纯化生物碱成分是提高实践应用的核心问题。本文主要介绍了生物碱的传统及最新的提取方法，并对生物碱的应用进行了展望。关键词生物碱 提取 研究 技术1 前言生物碱是植物次生代谢产物中较大的一类,是许多药用植物的有效成分,目前运用于临床的生物碱药品有近百种。一些生物碱具有抗肿瘤、抗炎、抗病毒、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,另外它还有低毒性和低成本的特性, 在卫生、医药等方面有

2、着巨大的应用潜力，因而引起了人们的广泛关注。与此同时,人们对生物碱的提取和分离方法研究也在不断地深入和加强。随着各类生物碱的市场需求量的增加,经济效益的提高,提取分离生物碱的方法也在不断改进和提高。52 生物碱的来源 生物碱除少数来自动物，如肾上腺素等，大都来自植物，以双子叶植物最多，在罂粟科、豆科、防己科、毛茛科、夹竹桃科、茄科、石蒜等科的植物中分布较广。有的生物碱在根皮和根茎中含量较高，有的则主要集中在种子。生物碱在植物中的含量高低不一，如金鸡纳树皮中含生物碱可达1.5%以上，黄连中小檗碱的含量可高达8%以上，而长春花中的长春新碱含量仅为百万分之一。73 生物碱的传统提取技术3.1 按所有

3、溶剂不同可以分为以下几种方法3.1.1 酸水提取法水是常用的极性溶剂,具有碱性的生物碱在植物体内多以生物碱盐的形式存在,可直接以水作为提取溶剂。而弱碱性或中性生物碱则以不稳定的盐或游离的形式存在,这部分生物碱的亲水性较弱,为增加其溶解度,可采用酸水为提取液,使生物碱与酸作用生成盐而得到提取。酸水常用0. 5% 1%的乙酸、硫酸、盐酸或酒石酸等为溶剂。此法缺点：提取液体积较大（浓缩困难）、提取液中水溶性杂质多。3.1.2 醇提法游离的生物碱及其盐类一般都能溶于乙醇,因此乙醇作为生物碱的提取溶剂应用较为普遍。一般采用稀乙醇（60% 80% ）或酸性乙醇作提取溶剂。醇类溶剂提取液中除含有生物碱及其盐

4、类外,尚含有大量的其它脂溶性杂质,用稀醇提取的还含有一些水溶性杂质,需进一步处理。刘锁兰等9在研究青花椒化学成分时,取青花椒果皮粗粉,同样用95%的乙醇连续回流3次,浸膏拌80100目硅胶,依次用石油醚（3060）、氯仿、甲醇提取,浓缩得浸膏。氯仿部分用氯仿溶解,以2% HCl萃取,酸性液用氨水调至pH值至11,再用氯仿萃取,得碱性氯仿部分;酸提取后的氯仿层用氨水中和,无水硫酸钠干燥,得酸性氯仿部分。3.1.3亲脂性有机溶剂提取法大多数游离生物碱都是脂溶性的,因此可以采用亲脂性有机溶剂,如氯仿、二氯甲烷或苯等提取。由于生物碱一般以盐的形式存在于植物细胞中,故采用亲脂性有机溶剂提取时,必须先使生

5、物碱盐转变成游离碱,即先将药材粉末用石灰乳、碳酸钠溶液或稀氨水等碱水湿润后再用溶剂提取。亲脂性有机溶剂提取法提出的总生物碱一般只含有亲脂性生物碱,这种方法得到的生物碱杂质较少,易于进一步纯化。但溶剂渗入能力较弱,需反复提取1。3.2按具体操作不同又可分为以下几种方法3.2.1浸渍法浸渍法（maceration）是将处理过的材料用适当的溶剂在常温或温热的情况下浸泡获取有效成分。该法对热敏性物质的提取有利,操作简单易行,但所需时间长,溶剂用量大,有效成分浸出率低,尤其是水作溶剂时易发霉变质。对于不宜热浸特别是从淀粉较多的物质中提取生物碱,一般采用冷浸取法。3.2.2 回流提取法即通过加热回流来提取

6、生物碱的一种方法。使用的回流溶剂一般有水、醇及混合溶剂。此法操作简便，但效率不够高，有时可能不能一次完全提取生物碱，要反复回流提取。3.2.3 索氏提取法 即利用索氏提取器，多次提取生物碱，可以反复利用溶剂，提取效率高且操作方便。索氏提取生物碱的方法已为人们广泛利用。4 生物碱提取方法的新进展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。4.1 微波萃取法微波辅助萃取（microwave-assis

7、ted extraction,MAE）是利用微波与介质的离子和偶极分子的相互作用,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。另外微波可根据不同结构物质吸收能力的差异,对某些组分选择性加热,可使被萃取物质从体系中分离进入萃取剂 4.相对于传统方法,微波萃取质量稳定、产量大,选择性高、节省时间且溶剂用量少、能耗较低。但微波萃取受萃取溶剂、萃取时间、萃取温度和压力的影响,选择不同的参数条件,往往得到不同的提取效果。4.2超声辅助提取技术超声辅助提取（ultrasound-assisted extraction,UAE）的3

8、个理论依据是超声波热学机理、超声波机械机制和空化作用。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。利用超声技术可以缩短提取时间、提高提取率,并且无需加热,提高了热敏性生物碱的提取率且对其生理活性基本没有影响,溶剂使用量相对较少,可以降低成本。4.3超临界流体萃取技术超临界流体萃取（supercritical fluids extraction,SFE）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。利用

9、超临界流体（supercritical fluids, SF）特有的理化性质使其具有比液体溶解能力大、比气体易于扩散和运动且传质速率远高于液相过程的特点,从液体或固体中萃取目标组分。目前普遍采用的SF为CO2。赵宋亮等8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。超临界流体萃取具有以下优势:萃取率高;选择性好,通过调节温度和压力,可有针对性地萃取有效成分;工艺简单,操作费用低;常温下操作,CO2对大部分物质呈化学惰性,有效地防止热敏性和化学不稳定性成分的高温破坏和氧化;CO2无毒、无味、不易燃、不残留、无溶剂污染,安全性高且价格低廉;C

10、O2可循环使用,绿色环保。超临界CO2极性小,适用于非极性或极性小的化合物的提取,但对极性物质的溶解度很低,常需要加入夹带剂,使其在改善或维持选择性的同时提高待萃取成分的溶解度,从而提高萃取效果。常用的夹带剂大多为甲醇、乙醇、丙酮、氯仿等有机溶剂,此外水、有机酸、有机碱等也可用作夹带剂。夹带剂的加入方式有静态加入和动态加入两种3。4.4 树脂吸附法由于树脂是化学合成的高分子分离材料,因此其结构千变万化,可以通过调整聚合单体、致孔剂、交联剂、引入特异性基团、改变聚合条件等方法合成多种结构的吸附树脂,根据不同的分离纯化要求,从中筛选出最适宜的高选择性、高吸附容量的树脂。天然植物中的生物碱有效成分具

11、有特殊的结构特点,它不仅有足够的疏水性骨架,同时还含有离子性的季铵基或可离子化的胺基基团,另外,胺基基团也可形成氢键,因此,这给树脂的结构设计提供了很大的发挥空间。目前6,工业化生产的树脂以大孔吸附树脂和离子交换树脂为主,也有氢键、筛分等多种功能的新型吸附树脂用于生物碱的提取研究中。4.4.1 离子交换树脂法离子交换树脂法在生物碱的提取中使用不是很广泛，但在烟碱的提取中采用此法所得的生物碱较纯。在提取中，将烟叶用清水浸泡，过滤后得烟碱的有机酸盐水溶液，然后将此溶液经离子交换树脂（强酸性），烟碱既被富集在离子交换柱上。然后用碱交换既得游离烟碱的水液。此法缺点是离子交换树脂的预处理及再生较为繁琐，

12、因此烟碱的提取常用萃取法。4.4.2 大孔树脂法（macro-porous resin）大孔吸附树脂是一类不含交换基团且多孔性的球形高分子吸附剂,其分离和纯化机理是利用大孔树脂的吸附性和分子筛结合原理,大孔吸附树脂的极性、孔径、比表面积都将影响到生物碱在树脂上的吸附,进而影响到生物碱的分离纯化。黄建明等10研究树脂极性对分离草乌生物碱的影响,发现非极性SIP1300树脂分离效果优于弱极性AB-8树脂。大孔树脂经过洗脱、浸泡、冲洗等过程处理后再生可重复使用。该法具有以下3个突出优点:溶剂用量少;产品质量高,稳定性好;生产周期短、设备简单。这些优良的性能使大孔树脂吸附在近年来受到越来越多的关注。4

13、.5 双水相萃取技术双水相萃取（ aqueous two-phase extraction,ATPE）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。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。4.6色谱法色谱法（chromato

14、graphy）包括纸色谱、薄层色谱和柱色谱。常用提取纯化生物碱的柱色谱有以下几种。4.6.1硅胶柱色谱主要以二氧化硅作为填料，是较为常用的柱色谱分离方法，约90%以上的分离纯化工作均可使用此法。硅胶是中性无色颗粒，其性能稳定。硅胶层析柱适用范围广、成本低、操作方便，是常用的生物碱的分类方法。4.6.2 氧化铝柱色谱以Al2O3作为吸附剂的层析分离法, 适用于酸性大、活化温度较高的生物碱的分离。根据氧化铝制备和处理方法差异,分为碱性、中性和酸性3种,其中碱性和中性的氧化铝适用于分离酸性较大、活化温度较高的生物碱类成分。另外,Al2O3的粒度对分离效率有显著影响,一般粒度范围在100160目,低于

15、100目则分离效果差,高于160目则溶液流速太慢。4.6.3高效液相色谱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,分离效率极高。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6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. 0 mL/min,甲醇的流速为3. 5 mL/min;色谱柱采用HRC-ODS （250 mm20 mmID）;柱温为室温;检测波长为270 nm;进样量为4mL且样品浓度为22

16、0g/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。4.6.4高速逆流色谱技术高速逆流色谱技术（high speed countercurrentchromatography, HSCC）是根据互不相溶的两相溶剂在旋转螺旋管内具有单向性液体动力平衡特性,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。该法有两大优点:一是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;二是该技术不需升温加热,也不需要精密的恒流泵,操作十分方便,每次进样量较多,特别适用于制备性分离。4.7 膜提取法 膜分离技术（mem

17、brane separation technology,MST）以选择透过膜作为分离介质,以膜两侧的能量差为推动力（如压力差、化学位差、电位差等）,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其他组分,从而实现混合物中各组分的分离。该法优势为:不存在相转换,操作条件温和, 高效节能环保;分离设备简便易操作,适用范围广;不添加化学试剂,不损坏热敏物质,周期短、安全性高;选择性高,回收率高;可实现连续和自动化操作。不过膜在使用过程中的抗污染能力不强,通量衰减造成性能下降,使用寿命短等,还需在膜材料的选择、优化预处理和清洗方法上作进一步的研究。5 结语伴随着科学技术的不断进步和发展、各种生物

18、碱独特效能的不断发掘及其广泛应用,生物碱的提取分离技术也将会得到更加深层的研究和开发。各种高效的、方便快捷的方法将会不断涌现,为社会服务,为人类造福。参考文献1李纯毅;李赞忠;李发旺;生物碱的提取分离方法研究进展J.内蒙古石油化工,2007,（12）:162-165.2张德华;黄仁术;左露;耿朝辉;生物碱的提取方法研究进展J.中国野生植物资源,2010,（05）:15-20.3周文华,杨辉荣,岳庆磊生物碱提取和分离方法的研究新进展J.当代化工,2003,（02）:111-114.4周贤春;何春霞;苏力坦阿巴白克力;生物碱的研究进展J.生物技术通讯,2006,（03）:476-479.5梁丹;李

19、志伟;李明;张建夫;天然生物碱的研究与应用J.安徽农业科学,2007,（35）:11340-11342.6耿敬章;徐福星;生物碱的生理功能及其提取分离研究进展J.饮料工业,2007,（10）:1-4.7 刘湘, 汪秋安.天然药物化学M.北京: 化学工业出版社, 2005: 59.8赵明明;熊海蓉;李霞;熊远福;文祝友;罗孟君;石蒜属植物中石蒜碱的研究进展J.河南化工,2010,（19）:25-27.9石雪萍;关荣琴;张鸣镝;张卫明;花椒属植物生物碱研究进展J.中国野生植物资源,2010,（04）:1-7.10李志文.茄子体内糖苷生物碱的含量分布特征及其化学生态学功能研究D.导师：周宝利.:沈阳农业大学,2009