生物堿類化合物的提取與分離方法綜述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 生物堿的提取和分離方法綜述 B 黃秀靜 摘要生物堿是一類具有生理活性的物質(zhì)，是許多藥用植物的重要有效成分之一。一些生物堿因其具有抗腫瘤、抗癌、低毒、低成本的特點,最近已經(jīng)成為人們研究的焦點。利用現(xiàn)代分離技術(shù)把生物堿從天然產(chǎn)物中分離出來并對其進(jìn)行純化, 對于開發(fā)其藥用價值, 以滿足天然藥物和天然保健品日益高漲的社會需求, 促進(jìn)中藥走向世界, 提高天然產(chǎn)物的經(jīng)濟(jì)和社會效益均具有非常重要的意義。 關(guān)鍵詞：生物堿;藥用植物; 有效成分;提取;分離純化技術(shù) 生物堿是自然界中廣泛存在的一大類堿性含氮化合物,具有廣泛的生理功能,是許多藥用植物的有效成分,目前運用于臨床的生物堿藥品

2、已達(dá)80 種之多, 相當(dāng)多的生物堿具有抗腫瘤活性、 低毒性和成本低之特性, 因而引起了人們的廣泛關(guān)注。與此同時,人們對生物堿的提取和分離方法研究也在不斷地深入和加強。隨著各類生物堿的市場需求量的增加,經(jīng)濟(jì)效益的提高,提取分離生物堿的方法也在不斷改進(jìn)和提高。本文綜述了近年來,不同的提取和分離方法在生物堿提取分離中的應(yīng)用和進(jìn)展。隨著大眾對生物堿藥用價值的認(rèn)識提高,生物堿的提取與分離方法將更加高效、 迅速、 完善。1. 生物堿的概述生物堿 ( Alkaloids ) 一般指存在于生物體內(nèi)的堿性含氮化合物, 多數(shù)具有復(fù)雜的含氮雜環(huán), 有光學(xué)活性和顯著的生理效應(yīng)。生物堿的發(fā)現(xiàn)始于 19 世紀(jì)初, 是人們

3、研究得最早、最多的一類天然有機化合物。據(jù)統(tǒng)計, 1952 年以前共發(fā)現(xiàn)生物堿 950 種,到 1962 年達(dá)到 2107 種, 1972 年又上升到了 3443種, 目前已發(fā)現(xiàn)生物堿約 6000 種, 并且仍以每年約 100 種的速度遞增。多數(shù)生物堿具有顯著的生理活性, 如黃連中的小聚堿 ( 黃連素) 具有抗菌消炎作用; 羅芙木中的利血平具有降壓作用; 長春花中的長春新堿具有抗癌活性; 嬰粟中的嗎啡具有鎮(zhèn)痛作用; 延胡索中的去氫紫堿具有抗血栓的作用; 包公藤中的包公藤甲素具有縮小瞳孔、降低眼壓的作用, 可用以治療青光眼; 海洋生物海綿中的抗體生物堿具有抗菌的作用。生物堿化學(xué)的研究, 為合成藥物

4、提供了重要的線索, 例如古柯堿化學(xué)的研究導(dǎo)致了一些局部麻醉藥如普魯卡因等的合成。此外,在研究生物堿的結(jié)構(gòu)時, 往往會發(fā)現(xiàn)新的雜體系,從而促進(jìn)了雜環(huán)化合物化學(xué)的發(fā)展。正因為如此,生物堿一直是天然有機化學(xué)家的重要研究領(lǐng)域。生物堿大多具有明顯的生物活性, 且往往是許多藥用植物的有效成分之一。生物堿的分類方法較多,按其植物來源可分為茄科生物堿、百合科生物堿、嬰粟科生物堿等; 按其生理作用可分為降壓生物堿、驅(qū)蟲生物堿、鎮(zhèn)痛生物堿、抗瘧生物堿等; 按其性質(zhì)可分為揮發(fā)堿、酚性堿、弱堿、強堿、水溶堿等。但是, 最常用的分類方法是按其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。結(jié)構(gòu)已經(jīng)研究清楚的生物堿可分為如下主要類型:吡啶類,主要是喹

5、喏西啶類 ( 苦參所含生物堿,如苦參堿) ; 莨菪烷類 ( 洋金花所含生物堿, 如莨菪堿) ; 異喹啉類, 主要有芐基異喹啉類 ( 如罌粟堿) 、 雙芐基異喹啉類 ( 漢防己所含生物堿, 如漢防己甲素) 、原小檗堿類 ( 黃連所含生物堿, 如小檗堿) 和嗎啡類( 如嗎啡、 可卡因) ; 吲哚類, 主要有色胺吲哚類 ( 如吳茱萸堿) 、 單萜吲哚類 ( 馬錢子所含生物堿, 如士的寧) 、二聚吲哚類 ( 如長春堿、 長春新堿) ; 萜類, 如烏頭所含生物堿 ( 如烏頭堿) 、紫杉醇; 甾體, 如貝母堿; 有機胺類, 如麻黃所含生物堿 ( 如麻黃堿、 偽麻黃堿)。12 生物堿的生理作用 大多生物堿往

6、往是藥用植物中的重要活性成分,它主要作用于抗腫瘤、 神經(jīng)系統(tǒng)、 心血管系統(tǒng)和抗菌等方面。2. 1 抗腫瘤作用 從石蒜科的幾種植物中分離可得到 20 余種生物堿, 其中偽石蒜堿具有抗腫瘤活性, 豆科植物苦豆子根莖中獲得的槐果堿也有抗癌作用。10- 羥基喜樹堿、10- 甲氧基喜樹堿、11- 甲氧基喜樹堿、脫氧喜樹堿和喜樹次堿等, 對白血病和胃癌具有一定的療效。而從卵葉美登木陰、云南美登木、廣西美登木及它們的親緣植物變?nèi)~裸實中分離得到的美登素、美登普林和美登布丁等 3 種大環(huán)生物堿, 具有較好的抗癌活性。掌葉半夏在民間用于治療宮頸癌, 其中含葫蘆巴堿, 對動物腫瘤有一定的療效。從三尖杉、蓖子三尖杉和

7、中國三尖杉中分離出近20 種生物堿, 其中三尖杉酯堿和高三尖杉酯堿對急性淋巴性白血病有較好的療2.2. 2 神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用 東烏頭塊根含多種生物堿,此藥具有消炎鎮(zhèn)痛、 驅(qū)風(fēng)除濕等功效。臨床上可治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、 腰腿痛,也可作止痛劑。胡椒堿是胡椒的主要有效成分之一,這類化合物具有鎮(zhèn)靜、 催眠、 抗驚厥、 骨骼肌松弛和抗抑郁等多方面的作用。中藥馬錢子有效成分為生物堿土的寧,有通絡(luò)止痛、 散結(jié)消腫之功效,常用于治療風(fēng)濕頑痹、 跌打損傷、 類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)痛等3。2. 3 心血管系統(tǒng)的應(yīng)用 蓮心中的蓮心堿和甲基蓮心堿季胺鹽有降壓作用; 馬兜鈴和廣玉蘭葉中的廣玉蘭堿有顯著的降壓作用; 從鉤藤中得到的鉤藤堿

8、, 有降血壓、安神和鎮(zhèn)靜的作用4。從小葉黃楊中分離出的環(huán)常綠黃楊堿, 對典型心絞痛的改善、血清中膽固醇的降低及高血壓都有較好的療效。2. 4 抗菌作用豆科植物苦豆子有抗菌、 抗病毒、 平喘、 鎮(zhèn)咳等作用,其主要有效成分包括槐果堿、 苦參堿及氧化苦參堿等生物堿。黃連為毛莨科( Ranunculaceae) 植物黃連、 三角葉黃連、 云南黃連的根莖, 本草具有抑菌、 瀉火、 燥濕、 解毒、 驅(qū)蟲等功效,其主要成分有小檗堿( Berbefine)、 掌葉防己堿Pdmaine)、 黃連堿( Copt- isine) 等生物堿3。2.5 抗瘧作用從菊葉三七中分離得到的菊三七堿具有抗瘧作用。除此而外, 昆

9、明山海棠所含的總堿能治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎5。3.生物堿提取方法3. 1 按所用溶劑不同可分為以下幾種方法3. 1. 1 水提取法(以水作溶劑)直接以水作為溶劑 ,采用最佳的提取工藝來提取生物堿。此法操作簡便 ,成本較低 ,但提取次數(shù)多 ,用水量大。如從苦豆子種子中提取生物堿6就是一個很好的例子。3. 1. 2 酸性水溶液提取法對于那些堿性較弱不能直接溶解于水的生物堿提取 ,就可采用偏酸性的水溶液 ,使生物堿與酸作用生成鹽而得到提取。3. 1. 3 堿性水溶液提取法對于那些化學(xué)結(jié)構(gòu)非常獨特、化學(xué)性質(zhì)與一般生物堿不同且在酸性或中性條件下不穩(wěn)定的生物堿來說 ,可以采用此法。而原有的乙醇作為溶劑滲漉提取

10、法 ,不僅存在成本高 ,而且存在防火等級高、提取時間長、能耗大等諸多問題 ,遠(yuǎn)不如使用稀NaOH溶液好。3. 1. 4 有機溶劑提取法(1) 乙醇提取法在生物堿的提取中應(yīng)用較為普遍 ,對于游離生物堿及其鹽類一般采用乙醇提取法。(2) 其他有機溶劑法是根據(jù)相似相溶原理 ,對于不同性質(zhì)的生物堿選取最佳的有機溶劑進(jìn)行提取?？刹捎脝我挥袡C溶劑進(jìn)行分步提取 ,用不同溶劑提取不同成分;也可采用混合溶劑、反應(yīng)溶劑進(jìn)行提取。3. 2 按提取條件不同可分為3. 2. 1 煎煮法 中藥最早、 最常用的制劑方法之一,將中藥粗粉加水加熱煮沸, 將中藥成份提取出來的方法。此法簡便易行, 適用于有效成分能溶于水, 且對加

11、熱不敏感的藥材, 能夠提取出相對較多的有效成分。但含揮發(fā)性及有效成分遇熱易破壞的中藥不宜用此法。3. 2. 2 浸漬法 將處理過的藥材用適當(dāng)?shù)娜軇┰诔鼗驕責(zé)岬那闆r下浸漬獲取有效成分。該法一般是在常溫下進(jìn)行, 對熱敏性的物質(zhì)的提取很有利, 操作簡單, 但所需時間長, 溶劑用量大, 有效成分浸出率低。尤其是水作溶劑時易發(fā)霉變質(zhì)。3. 2. 3 熱回流提取法本法是加熱回流來提取生物堿的一種方法。使用的回流溶劑一般有水、 醇及混合溶劑。此法操作簡便 ,但效率不夠高 ,有時可能不能一次完全提取生物堿 ,要反復(fù)回流提取。此方面的文獻(xiàn)報道也有一些【7】。3. 2. 4 索氏提取法此法是利用索氏提取器 ,多

12、次提取生物堿 ,可以反復(fù)利用溶劑 ,提取效率高且操作方便。索氏提取生物堿的方法已廣泛為人們所利用8。3. 2. 5 超聲波提取法本法一般作為生物堿的輔助提取法 ,單純采用超聲波提取法不多見。像李慧等9 使用超聲波輔助浸提北草烏生物堿 ,可以大大提高生物堿的提取收率 ,縮短浸提時間 ,并且能很好地保持生物堿的特性和品質(zhì)。3. 2. 6 膜提取法膜提取分離是一門高新技術(shù) ,它對中草藥提取濃縮、 生物堿的提取分離及其他有效成分的提取分離具有不存在相轉(zhuǎn)換、 操作條件溫和、 提取分離效率高、 不必添加化學(xué)試劑、 不損壞熱敏感物質(zhì)、 可極大的減少提取工序的優(yōu)點 ,具有傳統(tǒng)法無可比擬的優(yōu)勢10。3. 2.

13、7 超臨界提取法超臨界流體提取法有超臨界流體萃取法和超臨界流體色譜法等方法超臨界流體萃取(Super2critical Fluids Extraction , SFE)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一項新的提取分離技術(shù)。利用超臨界流體(Supercritical Fluids ,SCF)為萃取劑 ,從液體或固體中萃取出待測組分。利用超臨界流體是介于氣體和液體之間的流體 ,同時具有氣體和液體的雙重特性。利用其在臨界點附近體系溫度和壓力的微小變化 ,使物質(zhì)溶解度發(fā)生幾個數(shù)量級的突變特性來實現(xiàn)其對物質(zhì)的提取分離。通過改變壓力或溫度來改變 SCF的性質(zhì) ,達(dá)到選擇性地提取各種類型的化合物的目的11。繁多

14、的 SCF 種類中以二氧化碳最為常用。超臨界二氧化碳(SCF - CO2)具有超臨界溫度低 ,可在常溫下操作 ,對大部分物質(zhì)呈化學(xué)惰性 ,有效地防止熱敏性和化學(xué)不穩(wěn)定性成分的高溫破壞和氧化;無色、 無味、 無毒 ,不殘留于萃取物上 ,無溶劑污染;價廉易得 ,且易制成高純度氣體 ,不易燃燒 ,使用安全;從提取到分離一步完成 ,操作費用低;選擇性好 ,通過調(diào)節(jié)溫度和壓力 ,可有針對性地萃取有效成分等特點。因而 SFE(CO2)技術(shù)在天然產(chǎn)物有效成分的超臨界流體萃取中應(yīng)用較多。4.生物堿分離方法的研究新進(jìn)展經(jīng)過溶劑提取后的生物堿溶液除生物堿及鹽類之外還存在大量其他脂溶性或水溶性雜質(zhì), 需要進(jìn)一步純化

15、處理, 將生物堿成分從中分離出來。通常使用的是有機溶劑萃取、 色譜和樹脂吸附, 隨著新技術(shù)如分子印跡、高速逆流色譜的發(fā)展和應(yīng)用,大大簡化了過程、 提高了純化效率。眾所周知生物堿的分離方法的確很多 ,既有經(jīng)典的分離方法 ,如溶劑萃取法、 蒸餾法、 沉淀法、鹽析法、 結(jié)晶法、 膜滲透升華法等 ,也有較為現(xiàn)代、先進(jìn)的分離方法 ,如色譜分離法。4. 1 色譜法也稱層析法, 是一種物理分離方法, 可以用于分離純化和鑒定中藥有效成分。色譜法包括紙色譜、 薄層色譜和柱色譜, 其中常用吸附柱色譜純化生物堿成分, 一般使用吸附劑為硅膠和氧化鋁。4. 1. 1 硅膠柱色譜分離法主要是利用二氧化硅作為填料,是較為常

16、用的柱色譜分離方法。硅膠是中性無色顆粒 ,其性能穩(wěn)定。硅膠層析柱適用范圍廣 ,既能用于非極性生物堿也能用于極性生物堿 ,且成本低 ,操作方便 ,是常見的生物堿的分離方法。比如董新榮等利用 GF254硅膠自制的硅膠柱 ,對北美黃連中的主要生物堿進(jìn)行分離 ,可以得到 99. 5 %的北美黃連堿12。4. 1. 2 氧化鋁柱色譜分離法以氧化鋁作為填料的層析分離法 ,適合于酸性大、活化溫度較高的生物堿的分離。比如采用氧化鋁層析方法正向分離非酚性粉防己堿與粉防己若林堿13,其 Rf 值適中 ,展開后放置 10 min 以顯色劑噴濕潤效果為最好且穩(wěn)定 ,可得到較好的效果。這種柱色譜分離法也是較為常用的生物

17、堿分離的方法之一。這是由于許多生物堿極性較小 ,氧化鋁對它們吸附較小 ,而雜質(zhì)常被吸附。4. 2 大孔樹脂分離法大孔樹脂是一類有機高聚物吸附劑,具有大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和較大的比表面積 ,可通過物理吸附從水溶液(或其他溶液)中選擇性的吸附有機物。近年來 ,大孔樹脂在中藥成分(如生物堿等)精制純化等領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。用大孔樹脂分離提取生物堿 ,已有較多的研究14 。例如Miller應(yīng)用Amberlite XAD - 4 大孔樹脂自嗎啡溶液中提取嗎啡; Payne 考察了 Am2berlite XAD - 4 ,XAD - 7 大孔樹脂對吲哚生物堿的吸附作用; Robert 則應(yīng)用 Amberlite

18、 XAD - 4 ,XAD - 7 大孔樹脂在罌粟細(xì)胞培養(yǎng)中吸附血根堿;Hiroyuki 利用 Amberlite XAD - 4 ,XAD - 7 大孔樹脂在阿拉伯咖啡細(xì)胞培養(yǎng)中富集咖啡因;劉俊紅等利用D - 101 ,DA - 201 ,WID - II三種不同的大孔樹脂分離提取延胡索生物堿。這些研究表明 ,大孔吸附樹脂對于生物堿具有良好的吸附效能 ,與傳統(tǒng)的分離方法相比 ,具有工藝簡單 ,能耗較少 ,成品體積小 ,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定且具有良好的生理活性等特點。4. 3 離子交換樹脂分離法離子交換樹脂對吸附質(zhì)的作用主要是通過靜電引力和范德華力達(dá)到分離純化化合物的目的。隨著人們對生物堿的認(rèn)識和了解

19、 ,離子交換樹脂已應(yīng)用于生物堿的分離提取中。離子交換技術(shù)設(shè)備簡單 ,操作方便 ,生產(chǎn)周期短、 能源省、 成本低、產(chǎn)品純度高、 不吸潮、 不加輔料就可以成型等特點。而傳統(tǒng)的水煮法和水醇法提取分離得到的制劑總是又黑、 又大、 又粗 ,使用極不方便;有機溶劑萃取方法 ,溶劑用量大 ,環(huán)境污染嚴(yán)重。因而離子交換樹脂法在生物堿的提取和分離的研究與生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛15。4. 4 高速逆流色譜分離法高速逆流色譜分離法(hight speed countercur2rent chromatography ,簡稱 HSCCC)是一種新的分離技術(shù) ,它對生物堿的分離和制備具有很大的優(yōu)勢 ,特別是對進(jìn)樣量較大的

20、樣品具有獨特的優(yōu)點 ,其應(yīng)用前景越來越引人注目。高速逆流色譜分離法具有兩大突出優(yōu)點:(1)線圈中固定相不需要載體 ,因而清除了氣液色譜中由于使用載體而帶來的吸附現(xiàn)象;(2)特別運用于制備性的分離 ,每次進(jìn)樣體積較大 ,進(jìn)樣量也較多。目前 ,運用高速逆流色譜分離法來分離提純生物堿的實例也有不少 ,比如袁黎明等16利用高速逆流色譜分離苦參中的生物堿 ,分離效果良好。5 生物堿的結(jié)構(gòu)測定方法生物堿結(jié)構(gòu)測定的經(jīng)典方法是采用霍夫曼降解、布朗反應(yīng)、埃姆特降解、還原裂解 C- N 鍵等各種化學(xué)方法將分子降解為幾個穩(wěn)定的碎片, 這些碎片通常是一些比較易于鑒別或可通過合成證明的簡單化合物, 而后按降解原理合理地

21、推導(dǎo)出原來可能的化學(xué)結(jié)構(gòu); 或用脫氫方法使化合物轉(zhuǎn)為易于鑒別的芳香化臺物, 再推導(dǎo)其結(jié)構(gòu)。這些方法在歷史上曾為生物堿結(jié)構(gòu)的測定起過重要的作用, 但其往往費料費時, 且還得不到滿意的結(jié)果?，F(xiàn)在,對于紅外光譜, 特別是質(zhì)譜、核磁共振、園二色譜及 X線衍射等物理方法的應(yīng)用, 即使對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物堿, 也能在較短的時間內(nèi)分析得到其正確的結(jié)構(gòu)。通過高分辨質(zhì)譜或低分辨質(zhì)譜配合元素分析, 能很快而準(zhǔn)確地確定其分子式。利用紅外光譜、紫外光譜、核磁共振及經(jīng)典的霍夫曼降解等方法, 可確定分子中氮的官能團(tuán)形式及分子中的其他官能團(tuán)。園二色譜和 X 線單晶衍射則是確定分子絕對構(gòu)型的有力工具17。6.結(jié)論 生物堿有效成分

22、的高效提取是天然產(chǎn)物開發(fā)的關(guān)鍵與難點， 新技術(shù)的研究與開發(fā)能大大提高天然產(chǎn)物中生物堿的收率與質(zhì)量， 并節(jié)約大量的時間和能源 但是， 這些方法大多不夠成熟， 對于精確度以及自動化方面還需要更進(jìn)一步的研究與改善。 據(jù)此，我認(rèn)為未來天然產(chǎn)物生物堿提取技術(shù)應(yīng)考慮技術(shù)耦合聯(lián)用 。由于生物堿種類繁多， 理化性質(zhì)差異較大， 且不同的提取方法僅適合某類生物堿的提取，具有一定的局限性。 因此，不同方法的適度耦合可以互補優(yōu)勢， 更有效的提取天然產(chǎn)物中的生物堿。如超聲液液萃取法，在液液萃取法基礎(chǔ)上輔以超聲技術(shù)，利用超聲波在超聲過程中產(chǎn)生的空化效應(yīng)、熱效應(yīng)、機械攪拌 、強化擴散、 乳化作用等一系列效應(yīng)，提高了萃取效率

23、，彌補了液液萃取法提取生物堿的耗時長和耗材量大的不足; 超高壓酶提取法,酶提取法條件溫和， 提取時的液固比小， 但生物酶的價格昂貴， 若輔以超高壓提取法可大大降低其成本，而且，超高壓提取時間短、提取率高、雜質(zhì)少等優(yōu)點可進(jìn)一步提高生物堿的提取效果;微波超臨界流體萃取法,利用微波輻射產(chǎn)生的高溫和電磁場，可加速萃取組分溶解到溶劑中，再用超臨界流體對其進(jìn)行萃取，從而可以實現(xiàn)對一些熱穩(wěn)定的大分子生物堿的提取，彌補了超臨界萃取的缺陷隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展， 越來越多的新技術(shù)將會運用到生物堿的提取分離 實際生產(chǎn)時應(yīng)根據(jù)生物堿特有的理化性質(zhì)，選擇合適的提取與純化技術(shù)。為了能夠揚長避短，還可以多種技術(shù)聯(lián)合使用，探尋最佳的工藝條件與作用機理，不斷探索和完善提取技術(shù)， 將中草藥生物堿的提取向低碳環(huán)保的方向發(fā)展。 參考文獻(xiàn)1 耿敬章，徐福星. 生物堿的生理功能及其提取分離研究進(jìn)展J.飲料工業(yè)，2007,10（10）：1-42 陳友梅. 中藥化學(xué)M. 濟(jì)南: 山東科學(xué)技術(shù)出版社, 2004, 56 57.3