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双水相/反胶束萃取分离苦参生物碱的研究

刘小琴  
【摘要】:苦参生物碱具有抗癌、抗病毒等方面的药理作用,广泛用于临床治疗多种疾病,也作为绿色农药越来越受到重视,其主要来源于苦参等药材的提取分离。双水相萃取(Aqueous two-phase extraction,ATPE)和反胶束萃取(Reversemicelles extraction,RME)技术是近年来发展起来的新型分离技术,具有分离条件温和,操作简单,可连续操作、易于放大和不使用或少使用有机溶剂等优点。已广泛应用于蛋白质、酶、氨基酸以及天然产物中有效成分的分离纯化。 本文采用ATPE和RME萃取技术,提出了EtOH/(NH4)2SO4双水相体系和(SDBS)-异辛烷-正辛醇反胶束体系用于苦参生物碱的萃取分离,对这两种萃取体系的形成、性质及其对苦参生物碱的萃取性能进行了系统的研究,旨在通过两种简便、有效的分离技术从参药材中萃取分离获得纯度较高的苦参生物碱,主要研究内容与结果如下: 1、采用反相液相色谱法,在C18柱上以甲醇-乙腈-0.1%氨水为流动相梯度洗脱分离,利用密闭微波辅助提取法(PMAE)提取,HPLC法测定,建立了PMAE提取HPLC法测定苦参生物碱的分析方法。用UV检测器在220nm处检测,各苦参生物碱可得到较好的分离,氧化苦参碱、氧化槐果碱、槐定碱、苦参碱、槐果碱5种主要生物碱的保留时间分别为7.31,8.25,26.11,40.37,42.48min,在2.5mg/L~200mg/L范围内呈良好线性关系,加标回收率在93.87~100.9%之间,其RSDs在0.53~2.53%之间。将方法应用于苦参药材中的生物碱的测定,方法简便、可靠、重复性好。 2、以聚乙二醇(PEG)、乙醇及Triton X-100作为成相物,分别与硫酸铵、磷酸二氢钾等无机盐形成PEG/(NH4)2SO4、乙醇/无机盐、Triton X-100/无机盐双水相体系,研究了各体系的性质及萃取性能。结果表明:PEG/(NH4)2SO4、乙醇/无机盐均能快速形成稳定透明的双水相体系,其中EtOH/(NH4)2SO4体系分相速度快、成相范围适中、稳定;苦参生物碱分配到上相即富醇相,其萃取最佳条件为:乙醇质量百分数为38%,硫酸铵质量百分数为18%,体系pH为7,温度为30℃,搅拌萃取15min,氧化苦参碱和苦参碱的萃取率分别为96.17%和95.74%。按最佳萃取条件,可在苦参水提液中直接构建EtOH/(NH4)2SO4体系萃取苦参生物碱,萃取率达92.54%,纯度由34.03%提高到71.01%。采用该双水相体系萃取苦参生物碱是一个吸热熵增过程,其ΔG00,说明萃取在常温下可以自发进行,对苦参生物碱萃取效果好。 3、以双水相体系作为微波介质,与微波辅助萃取技术相结合,提出了微波辅助双水相萃取(Microwave-assisted aqueous-two phase extraction,MAATPE)苦参生物碱的新方法。采用EtOH/(NH4)2SO4体系作为溶剂在密闭微波辅助系统中直接从苦药材中萃取苦参生物碱。实验采用单因素试验结合中心组合设计-响应面分析法(CCD-RSM)对萃取条件进行优化,得到其最优条件为:乙醇质量百分数为28%,硫酸铵质量百分数为18%,液料比为60:1,提取温度为90℃,药材颗粒度为80目,微波功率为780W,萃取时间为5min。在最佳萃取条件下对苦参生物碱进行萃取,结果表明,苦参生物碱的收率可达66.66mg/g,其萃取率和纯度分别为92.09%和69.64%。该方法将提取与纯化集为一体,简便、快速。 4、对不同阴离子表面活性剂形成的反胶束体系进行了研究,结果表明,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)异辛烷正辛醇体系在pH=5时对苦参生物碱表现出良好的萃取选择性。对SDBS浓度、溶剂及助溶剂的种类及用量、含水量W0、盐种类及浓度、温度、时间等因素进行考察发现:SDBS浓度及含水量W0的变化可引起体系表面张力和黏度的变化,对苦参生物碱在萃取分配传质过程产生较大影响。经实验优化,萃取最佳条件为:SBDS浓度0.05mol/L,含水量W025,pH=5.0,KCl浓度0.05mol/L,常温下搅拌萃取5min,反萃取20min。在该条件下将其应用于苦参生物碱水提取液的萃取,氧化苦参碱、氧化槐果碱、槐定碱、苦参碱及槐果碱及总生物碱的萃取率在74.1%~87.2%之间;经萃取纯化后,杂质含量明减少,总苦参生物碱的含量由32.56%提高到85.43%,方法的RSD%值在0.63~2.98之间,重现性好,且反胶束可重复利用。对萃取的热力学过程进行探讨发现:反胶束在低温和高温阶段呈分别的线性关系,在低温范围内是吸热熵增过程,萃取可自发进行,高于40℃由于体系发生了物理化学变化,导致反胶团破坏,改变了萃取过程。 5、通过比较双水相萃取与反胶束萃取的特点,本文首次将微波辅助萃取技术、双水相萃取技术与反胶束萃取技术联用,提出了微波辅助双水相/反胶束萃取(Microwave-assisted aqueous two-phase coupled with reverse micellesextraction,MAATPE-MRE)的方法。利用微波辅助双水相萃取,苦参生物碱从药材中快速提取的同时可在液-液两相间分配萃取,得到初步的纯化;再利用反胶束萃取的高选择性,进一步纯化苦参生物碱。在实验中分别采用了密闭微波辅助萃取(PMAE)和聚焦微波辅助萃取(FMAE)两种方式。结果表明,采用PMAATPE-RME法萃取苦参生物碱,收率可高达55.38mg/g,比单独采用反胶束萃取提高2.5倍;纯度可达90.92%,也比单独使用双水相萃取可提高约20%;与常规纯化方法比较,收率可提高2倍,产品纯度可提高约40%。该方法不仅适用于苦参,对山豆根中苦参生物碱也有良好的萃取效果。采用FMAE法萃取,可增大样品处理量,苦参生物碱仍可保持较高的萃取率和收率。经MAATPE-RME萃取所得的粗产品苦参生物碱含量高,杂质量较小,便于进一步纯化,易于获得单体。经硅胶柱纯化,可得到纯度分别为98.07%、96.62%和94.37%的氧化苦参碱、槐定碱与苦参碱单体。采用MAATPE-MRE方法容易调整,操作简便,易于放大,具有很好的应用前景。


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