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洛阳理工学院结课论文-1-生物碱的提取和分离方法综述B11070609黄秀静摘要生物碱是一类具有生理活性的物质，是许多药用植物的重要有效成分之一。一些生物碱因其具有抗肿瘤、抗癌、低毒、低成本的特点,最近已经成为人们研究的焦点。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。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大类碱性含氮化合物,具有广泛的生理功能,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已达80种之多,相当多的生物碱具有抗肿瘤活性、低毒性和成本低之特性,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。本文综述了近年来,不同的提取和分离方法在生物碱提取分离中的应用和进展。随着大众对生物碱药用价值的认识提高,生物碱的提取与分离方法将更加高效、迅速、完善。1.生物碱的概述生物碱(Alkaloids)一般指存在于生物体内的碱性含氮化合物,多数具有复杂的含氮杂环,有光学活性和显著的生理效应。生物碱的发现始于19世纪初,是人们研究得最早、最多的一类天然有机化合物。据统计,1952年以前共发现生物碱950种,到1962年达到2107种,1972年又上升到了3443种,目前已发现生物碱约6000种,并且仍以每年约100种的速度递增。多数生物碱具有显著的生理活性,如黄连中的小聚碱(黄连素)具有抗菌消炎作用;罗芙木中的利血平具有降压作用;长春花中的长春新碱具有抗癌活性;婴粟中的吗啡具有镇痛作用;延胡索中的去氢紫碱具有抗洛阳理工学院结课论文-2-血栓的作用;包公藤中的包公藤甲素具有缩小瞳孔、降低眼压的作用,可用以治疗青光眼;海洋生物海绵中的抗体生物碱具有抗菌的作用。生物碱化学的研究,为合成药物提供了重要的线索,例如古柯碱化学的研究导致了一些局部麻醉药如普鲁卡因等的合成。此外,在研究生物碱的结构时,往往会发现新的杂体系,从而促进了杂环化合物化学的发展。正因为如此,生物碱一直是天然有机化学家的重要研究领域。生物碱大多具有明显的生物活性,且往往是许多药用植物的有效成分之一。生物碱的分类方法较多,按其植物来源可分为茄科生物碱、百合科生物碱、婴粟科生物碱等;按其生理作用可分为降压生物碱、驱虫生物碱、镇痛生物碱、抗疟生物碱等;按其性质可分为挥发碱、酚性碱、弱碱、强碱、水溶碱等。但是,最常用的分类方法是按其化学结构进行分类。结构已经研究清楚的生物碱可分为如下主要类型:吡啶类,主要是喹喏西啶类(苦参所含生物碱,如苦参碱);莨菪烷类(洋金花所含生物碱,如莨菪碱);异喹啉类,主要有苄基异喹啉类(如罂粟碱)、双苄基异喹啉类(汉防己所含生物碱,如汉防己甲素)、原小檗碱类(黄连所含生物碱,如小檗碱)和吗啡类(如吗啡、可卡因);吲哚类,主要有色胺吲哚类(如吴茱萸碱)、单萜吲哚类(马钱子所含生物碱,如士的宁)、二聚吲哚类(如长春碱、长春新碱);萜类,如乌头所含生物碱(如乌头碱)、紫杉醇;甾体,如贝母碱;有机胺类,如麻黄所含生物碱(如麻黄碱、伪麻黄碱)。[1]2生物碱的生理作用大多生物碱往往是药用植物中的重要活性成分,它主要作用于抗肿瘤、神经系统、心血管系统和抗菌等方面。2.1抗肿瘤作用从石蒜科的几种植物中分离可得到20余种生物碱,其中伪石蒜碱具有抗肿瘤活性,豆科植物苦豆子根茎中获得的槐果碱也有抗癌作用。10-羟基喜树碱、10-甲氧基喜树碱、11-甲氧基喜树碱、脱氧喜树碱和喜树次碱等,对白血病和胃癌具有一定的疗效。而从卵叶美登木阴、云南美登木、广西美登木及它们的亲缘植物变叶裸实中分离得到的美登素、美登普林和美登布丁等3种大环生物碱,具有较好的抗癌活性。掌叶半夏在民间用于治疗宫颈癌,其中含葫芦巴碱,对动物肿瘤有一定的疗效。从三尖杉、蓖子三尖杉和中国三尖杉中分离出近20种生物碱,其中三尖杉酯碱和高三尖杉酯碱对洛阳理工学院结课论文-3-急性淋巴性白血病有较好的疗[2].2.2神经系统的应用东乌头块根含多种生物碱,此药具有消炎镇痛、驱风除湿等功效。临床上可治疗风湿性关节炎、腰腿痛,也可作止痛剂。胡椒碱是胡椒的主要有效成分之一,这类化合物具有镇静、催眠、抗惊厥、骨骼肌松弛和抗抑郁等多方面的作用。中药马钱子有效成分为生物碱土的宁,有通络止痛、散结消肿之功效,常用于治疗风湿顽痹、跌打损伤、类风湿性关节痛等[3]。2.3心血管系统的应用莲心中的莲心碱和甲基莲心碱季胺盐有降压作用;马兜铃和广玉兰叶中的广玉兰碱有显著的降压作用;从钩藤中得到的钩藤碱,有降血压、安神和镇静的作用[4]。从小叶黄杨中分离出的环常绿黄杨碱,对典型心绞痛的改善、血清中胆固醇的降低及高血压都有较好的疗效。2.4抗菌作用豆科植物苦豆子有抗菌、抗病毒、平喘、镇咳等作用,其主要有效成分包括槐果碱、苦参碱及氧化苦参碱等生物碱。黄连为毛莨科(Ranunculaceae)植物黄连、三角叶黄连、云南黄连的根茎,本草具有抑菌、泻火、燥湿、解毒、驱虫等功效,其主要成分有小檗碱(Berbefine)、掌叶防己碱Pdmaine)、黄连碱(Copt-isine)等生物碱[3]。2.5抗疟作用从菊叶三七中分离得到的菊三七碱具有抗疟作用。除此而外,昆明山海棠所含的总碱能治疗类风湿性关节炎[5]。3.生物碱提取方法洛阳理工学院结课论文-4-3.1按所用溶剂不同可分为以下几种方法3.1.1水提取法(以水作溶剂)直接以水作为溶剂,采用最佳的提取工艺来提取生物碱。此法操作简便,成本较低,但提取次数多,用水量大。如从苦豆子种子中提取生物碱[6]就是一个很好的例子。3.1.2酸性水溶液提取法对于那些碱性较弱不能直接溶解于水的生物碱提取,就可采用偏酸性的水溶液,使生物碱与酸作用生成盐而得到提取。3.1.3碱性水溶液提取法对于那些化学结构非常独特、化学性质与一般生物碱不同且在酸性或中性条件下不稳定的生物碱来说,可以采用此法。而原有的乙醇作为溶剂渗漉提取法,不仅存在成本高,而且存在防火等级高、提取时间长、能耗大等诸多问题,远不如使用稀NaOH溶液好。3.1.4有机溶剂提取法(1)乙醇提取法在生物碱的提取中应用较为普遍,对于游离生物碱及其盐类一般采用乙醇提取法。(2)其他有机溶剂法是根据相似相溶原理,对于不同性质的生物碱选取最佳的有机溶剂进行提取。可采用单一有机溶剂进行分步提取,用不同溶剂提取不同成分;也可采用混合溶剂、反应溶剂进行提取。3.2按提取条件不同可分为3.2.1煎煮法中药最早、最常用的制剂方法之一,将中药粗粉加水加热煮沸,将中药成份提取出来的方法。此法简便易行,适用于有效成分能溶于水,且对加热不敏感的药材,能够提取出相对较多的有效成分。但含挥发性及有效成分遇热易破坏的中药不宜用此法。洛阳理工学院结课论文-5-3.2.2浸渍法将处理过的药材用适当的溶剂在常温或温热的情况下浸渍获取有效成分。该法一般是在常温下进行,对热敏性的物质的提取很有利,操作简单,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。3.2.3热回流提取法本法是加热回流来提取生物碱的一种方法。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。此方面的文献报道也有一些【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广泛为人们所利用[8]。3.2.5超声波提取法本法一般作为生物碱的辅助提取法,单纯采用超声波提取法不多见。像李慧等[9]使用超声波辅助浸提北草乌生物碱,可以大大提高生物碱的提取收率,缩短浸提时间,并且能很好地保持生物碱的特性和品质。3.2.6膜提取法膜提取分离是一门高新技术,它对中草药提取浓缩、生物碱的提取分离及其他有效成分的提取分离具有不存在相转换、操作条件温和、提取分离效率高、不必添加化学试剂、不损坏热敏感物质、可极大的减少提取工序的优点,具有传统法无可比拟的优势[10]。3.2.7超临界提取法超临界流体提取法有超临界流体萃取法和超临界流体色谱法等方法超临界流体萃取(Super2criticalFluidsExtraction,SFE)是20世纪80年代发展起来的一项新的提取分离技术。利用超临界流体(SupercriticalFluids,SCF)为萃取剂,从液体或固洛阳理工学院结课论文-6-体中萃取出待测组分。利用超临界流体是介于气体和液体之间的流体,同时具有气体和液体的双重特性。利用其在临界点附近体系温度和压力的微小变化,使物质溶解度发生几个数量级的突变特性来实现其对物质的提取分离。通过改变压力或温度来改变SCF的性质,达到选择性地提取各种类型的化合物的目的[11]。繁多的SCF种类中以二氧化碳最为常用。超临界二氧化碳(SCF-CO2)具有超临界温度低,可在常温下操作,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;无色、无味、无毒,不残留于萃取物上,无溶剂污染;价廉易得,且易制成高纯度气体,不易燃烧,使用安全;从提取到分离一步完成,操作费用低;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等特点。因而SFE(CO2)技术在天然产物有效成分的超临界流体萃取中应用较多。4.生物碱分离方法的研究新进展经过溶剂提取后的生物碱溶液除生物碱及盐类之外还存在大量其他脂溶性或水溶性杂质,需要进一步纯化处理,将生物碱成分从中分离出来。通常使用的是有机溶剂萃取、色谱和树脂吸附,随着新技术如分子印迹、高速逆流色谱的发展和应用,大大简化了过程、提高了纯化效率。众所周知生物碱的分离方法的确很多,既有经典的分离方法,如溶剂萃取法、蒸馏法、沉淀法、盐析法、结晶法、膜渗透升华法等,也有较为现代、先进的分离方法,如色谱分离法。4.1色谱法也称层析法,是一种物理分离方法,可以用于分离纯化和鉴定中药有效成分。色谱法包括纸色谱、薄层色谱和柱色谱,其中常用吸附柱色谱纯化生物碱成分,一般使用吸附剂为硅胶和氧化铝。4.1.1硅胶柱色谱分离法主要是利用二氧化硅作为填料,是较为常用的柱色谱分离方法。硅胶是中性无色颗粒,其性能稳定。硅胶层析柱适用范围广,既能用于非极性生物碱也能用于极性生物碱,且成本低,操作方便,是常见的生物碱的分离方法。比如董新荣等利用GF254硅胶自制的硅胶柱,对北美黄连中的主要生物碱进行分离,可以得到99.5%的北美黄连洛阳理工学院结课论文-7-碱[12]。4.1.2氧化铝柱色谱分离法以氧化铝作为填料的层析分离法,适合于酸性大、活化温度较高的生物碱的分离。比如采用氧化铝层析方法正向分离非酚性粉防己碱与粉防己若林碱[13],其Rf值适中,展开后放置10min以显色剂喷湿润效果为最好且稳定,可得到较好的效果。这种柱色谱分离法也是较为常用的生物碱分离的方法之一。这是由于许多生物碱极性较小,氧化铝对它们吸附较小,而杂质常被吸附。4.2大孔树脂分离法大孔树脂是一类有机高聚物吸附剂,具有大孔网状结构和较大的比表面积,可通过物理吸附从水溶液(或其他溶液)中选择性的吸附有机物。近年来,大孔树脂在中药成分(如生物碱等)精制纯化等领域中应用越来越广泛。用大孔树脂分离提取生物碱,已有较多的研究[14]。例如Miller应用AmberliteXAD-4大孔树脂自吗啡溶液中提取吗啡;Payne考察了Am2berliteXAD-4,XAD-7大孔树脂对吲哚生物碱的吸附作用;Robert则应用AmberliteXAD-4,XAD-7大孔树脂在罂粟细胞培养中吸附血根碱;Hiroyuki利用AmberliteXAD-4,XAD-7大孔树脂在阿拉伯咖啡细胞培养中富集咖啡因;刘俊红等利用D-101,DA-201,WID-II三种不同的大孔树脂分离提取延胡索生物碱。这些研究表明,大孔吸附树脂对于生物碱具有