CN101647854B - 一种用离子交换树脂分离苦参总生物碱的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用离子交换树脂分离苦参总生物碱的方法，属中药领域。该方法包括如下技术方案：取苦参提取液，调整pH值1～7，滤过，过阳离子交换树脂柱，先以去离子水洗至pH值5～7，再以适当浓度的盐溶液洗脱，检查无生物碱为止，收集洗脱液，加碱中和，经脱盐处理，浓缩干燥得中药苦参总生物碱。该方法克服了现有技术提取率低、有机溶剂用量大、酸碱浓度过高、工艺复杂、无法大生产等不足，可以高效率地从中药苦参提取液中分离高纯度的苦参总生物碱。

Description

一种用离子交换树脂分离苦参总生物碱的方法

技术领域

本发明涉及一种中药有效成分的提取分离方法，特别是涉及一种从中药苦参提取液中提取分离苦参总生物碱的方法，属中药领域。

背景技术

中药生物碱是自然界中存在的一类重要物质，目前已分离到700多种，它们是中药中最大一类疗效确切，用途广泛的有效成分，尤其对癌症、肝病及心脑血管、风湿重大疾病等有独特疗效，如黄连中的小檗碱用于抗菌消炎，麻黄中的麻黄碱用于平喘，萝芙木中的利血平用于降压，石蒜中的加兰他敏对小儿麻痹后遗症有疗效，罂粟果皮中所含的吗啡碱是著名镇痛剂；奎宁碱是有价值的解热药；苦参中的苦参素类对乙型肝炎有疗效；辣椒碱具有许多生理活性和强而持久的消炎镇痛作用；长春花中的长春新碱用于抗肿瘤等。由于现代疾病对人类的生存威胁的增大，近几十年来，心脑血管疾病、肿瘤及肝病日益成为威胁人类的主要的原因，因此该类制剂临床需求量极大。

由于生物碱在中药材中的含量偏低(多数含量为0.01％～1％)，要保证最后制剂的安全有效，必须对其进行精制纯化，制备成有效部位甚至有效成分来应用，因此有效部位的精制纯化技术就显得十分重要。

中药制剂行业的“纯化”技术是中药现代化最大的“瓶颈”。由于“纯化”技术的落后，中药整体还是“粗、大、黑”的状态。通过创新纯化技术，可达到“去粗取精”的目的，而被纯化了的中药有效部位，则可满足各种现代剂型要求，制备出三效(高效、速效、长效)、三小(剂量小、毒性小、副作用小)、五方便(生产、运输、携带、贮存、应用方便)的现代中药制剂。

现阶段，含中药生物碱类药材的提取，多根据生物碱的理化特性，采用适宜的溶剂如水、酸水、酸醇及碱醇等，利用浸渍、渗漉、煎煮、回流、超声等技术将生物碱类成分提取出来，提取工艺已较完善，生物碱提取率能达到90％以上。但由于生物碱在中药中的相对含量较低，提取时势必引入大量的杂质类成分，如大量的淀粉、树胶、果胶、粘液质、色素等，给进一步的去粗取精、纯化精制带来了很大的困难。目前，生物碱纯化工艺生产中广泛应用的纯化方法主要是碱化后有机溶剂萃取法及大孔吸附树脂法(《中药化学》，肖崇厚主编，1997年，上海科学技术出版社；《中草药中生物碱的提取与分离》，蔡艳华，四川化工，2005.(1)39)。

有机溶剂萃取法是利用亲脂性生物碱溶于亲脂性有机溶剂，而其盐溶于水的性质，通过将生物碱酸碱转化，利用有机溶剂(常用的如苯、三氯甲烷、乙醚等)萃取，去除大量的杂质，最后得到中药总生物碱有效部位。有机溶剂萃取法应用较为广泛，但碱化后易带入大量中性及非极性色素等杂质，因此分离效率和纯度较低，且具有使用大量有机溶剂(一般萃取5次)、操作不便(萃取罐效率不高，且易乳化)、安全性不佳(有机溶剂毒性大，且易燃易爆)等缺点，属于实验室工艺，不适合工业大生产。

通过大孔吸附树脂分离技术纯化中药提取液时，可以选择性吸附其中的有效成分，同时去除杂质。与传统的除杂方法和工艺相比，本法可缩小服药剂量，提高制剂的质量。该法对水溶性较好的黄酮、皂苷等有良好的分离精制效果，如目前在银杏类制剂及人参皂苷的制备中经常应用。但对于生物碱的精制来说，本法最大的不足在于：首先是吸附困难，上样药液必须是稀溶液，且碱度要适宜：碱度低则生物碱仍为离子化状态，树脂的吸附率低；碱度高，生物碱为游离型，大分子生物碱水溶性差而析出，仍然无法上柱。因此该法适用的生物碱范围很小，品种太少；其次，大孔吸附树脂的非极性静电吸附原理对生物碱有效成分和脂溶性杂质的分离选择性太差，且在溶剂洗脱过程中由于没有特异性的洗脱溶剂，生物碱和大量脂溶性杂质往往一起被洗涤下来，最后得到的总生物碱纯度较低。

而新兴的离子交换树脂分离技术，则是通过离子交换反应达到分离和纯化的目的。目前在中药领域普遍所采用的技术是：将含有生物碱的溶液过柱后，以氨液或NaOH溶液洗脱，收集洗脱液后再用有机溶剂萃取总生物碱；或者将吸附生物碱后的树脂以碱液浸泡，再用有机溶剂回流提取总生物碱。但上述方法步骤繁琐，以有机溶剂萃取或将树脂进行有机溶剂回流提取等工艺在工业上较难实现，且以碱液洗脱生物碱的效率很低。目前该法仅停留于实验室制备小样品的水平，也无法实现大生产。

综上所述，以上方法普遍存在成本高、有机溶剂消耗大、选择性差、总生物碱纯度低以及无法实现大生产等缺陷，因此，纯化技术仍是从中药中分离总生物碱的“瓶颈”问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全、低成本、高效率的提取分离中药苦参总生物碱的方法。

该发明目的是通过如下工艺实现的：取含有中药苦参的提取液，调整pH值1～7，滤过，取滤液加于阳离子交换树脂柱上，先以去离子水洗至pH值5～7，再以0.5％～20％盐溶液洗脱，收集洗脱液，经脱盐处理，即得所需的苦参总生物碱。

在上述工艺过程中，将苦参提取液调至合适的酸度后，生物碱被电离成为阳离子，非碱性物质不被电离。提取液过阳离子交换树脂柱后，电离的生物碱离子与树脂柱上的氢离子交换而被牢固地吸附于树脂柱上。这里提取液的pH值不宜过高或过低：如果过高，提取液呈中性或碱性，生物碱不能被电离，也就无法完成树脂上的交换过程；如果过低，提取液中的氢离子浓度太高，阻碍了树脂柱上的氢离子解离，同样不能顺利地完成树脂交换过程，因而实验中发现调整提取液的pH值为1～7是比较合适的。以水洗脱树脂柱时，选择使用去离子水，以确保不引入新的离子干扰。在洗脱过程中，那些没有被树脂吸附的非碱性物质很容易被水洗脱下来，从而与被吸附在树脂柱上的生物碱离子分离开来。此后可先加盐溶液进行浸泡，使盐的阳离子和生物碱的阳离子充分交换，然后再以盐溶液洗脱。最后，采用适宜的方法将洗脱液中的生物碱和盐分离，而分离得到盐则又可以配成适宜浓度的溶液作为洗脱液重复利用，同时可以得到纯度较高的苦参总生物碱。

该工艺过程与现有技术相比，不仅工艺流程简单，而且其重要的贡献还在于：打破了传统理论认为的只能采用碱液或氨液洗脱生物碱，同时不使用高浓度的有机溶剂、高浓度的酸液、高浓度的碱液，而是采用盐溶液作为洗脱液，对设备基本无腐蚀性，对工业生产设备要求降低了，成本大大降低，更易实现大生产的目的。

传统理论认为总生物碱的离子交换树脂分离法中都是碱液或氨液进行洗脱，或者先用碱液中和树脂柱再用有机溶剂回流提取理论上已经游离的生物碱，而实际应用中的效果非常不理想且不适于大生产。在本发明的技术方案中，采用离子交换能力强的Ca²⁺、NH₄ ⁺、Na⁺的盐溶液作为洗脱剂，从而避免了强酸碱溶液不方便操作的缺点，可以使交换下来的生物碱离子迅速溶解到洗脱液中，并被冲出柱子，由此保证了生物碱离子的洗脱效果。而洗脱液中的盐可回收重复利用，降低成本。

基于上述工艺过程，发明人又进行了进一步的研究，细化各步骤的参数，筛选出最优方案，具体内容如下：

1、上柱前调整药液的pH值范围优选为2～5，效果更加明显。

2、所用的阳离子交换树脂可以是大孔型或凝胶型强酸型离子交换树脂，在实际使用时可以根据情况处理成氢型或盐型中的任一种，优选为盐型，如钠型。

3、所用阳离子交换树脂柱的柱径与柱高之比并无一定之规，但考虑生产实际，柱径∶柱高＝1∶5～1∶10时可以取得最好的效果。

4、给树脂柱上样的药液浓度为每ml相当于生药0.1～3g，具体情况可以根据药液的前处理方式决定，如果是采用浸渍、渗漉等方式，得到的药液就会比较稀；而如果是回流提取、煎煮等方式，尤其是经过浓缩处理，药液的浓度就会比较大，但只要是在这个范围内，都能实现上样。同时，上样速度也根据药液的浓度进行适时调整，基本满足在0.5～5倍柱体积/小时即可。

5、上样方式一般选择为从柱上端上样，药液靠自流力而流过整个柱子；发明人发现，如果逆流上样，即将药液从柱子底端上样，通过一定的压力，使药液注满整个柱子，这种上样方式可以发挥柱子的最大交换效率，也避免了从上端上样时由于生物碱交换不完全而发生的提前穿透问题。这一点也是发明人创造性的发现。

6、浸泡的盐溶液的浓度优选为10％～15％，洗脱用的盐溶液浓度优选为5％～15％。

7、用盐溶液浸泡树脂的时间应为1小时以上，一般不需超过5个小时，再进行洗脱。经过静置后，大量的生物碱离子已被交换下来，或者处于半吸附半解离的状态，此时进行洗脱，生物碱富集效果明显，洗脱效率明显提高。

8、洗脱用盐溶液中的盐可以是钠、钾、钙、铵的无机盐中的任一种，优选为钠盐，最好是NaCl。

9、洗脱时洗脱液的流速不宜过快或过慢，如果过快，则盐离子与生物碱离子的交换不充分，洗脱液浪费较多；如果过慢，则解离下来的生物碱离子可能又重新吸附回树脂柱上，影响洗脱效率。实验发现，洗脱速度保持在2～6倍柱体积/小时为宜。进一步优选，洗脱速度保持在4～6倍柱体积/小时最好。

10、工艺中所说的脱盐方法可以是浓缩结晶除盐、透析法除盐、膜滤过除盐以及其他各种药物生物领域常规的除盐方法，目前这些方法都已经比较成熟，并可以管道化生产。

11、该方法中所说的苦参提取液可以通过浸渍、渗漉、超声、微波或煎煮中的任一种方式提取制得，并且提取的溶媒可以是水、酸水、乙醇溶液、酸性乙醇溶液中的任一种，但都属于目前中药领域的常规提取方法。区别点在于，如果是用浸渍或渗漉方法制得，可以直接上样；如果是用其他方法提取得到的，还要经过醇沉、过滤或离心除杂等步骤，以保证上样的顺利。

需要说明的是，上述优选的技术参数，可以根据实际情况的需要，与基本工艺进行任意组合，且均能取得良好的效果，解决技术问题，达到本发明的目的。

下面通过对比实验来说明本发明的优点。

一、实验方案：

取苦参药材4kg，加pH＝3的酸水8倍量，浸泡一夜，渗漉，收集渗漉液至用硅钨酸检查无沉淀为止，合并渗漉液，离心，得上清液；将上清液均为四份，分别按下面四种方法进行生物碱的分离提纯：

(1)离子交换树脂+盐溶液洗脱：将上清液调节pH＝3，上已处理好强阳离子交换树脂001×2.5(钠型，径高比为1∶7)，上样速度为3倍柱体积/小时，至流出液用硅钨酸检查有沉淀停止上样，用水洗脱至洗脱液基本无颜色时停止，再用10％氯化钠溶液浸泡树脂。再用10％氯化钠盐酸溶液洗脱，洗脱速度为4倍柱体积/小时，洗脱液用硅钨酸检查有沉淀时开始接收，接收洗脱液至用硅钨酸检查无沉淀时至，合并洗脱液，用氨水中和至pH＝7左右，除盐(备用)，浓缩干燥，得苦参总生物碱。

(2)离子交换树脂+回流提取：将上清液调节pH＝3，上已处理好强阳离子交换树脂001×2.5(钠型，径高比为1∶7)，上样速度为3倍柱体积/小时，至流出液用硅钨酸检查有沉淀停止上样，用水洗脱至洗脱液基本无颜色时停止洗脱，将树脂由柱中倒出，置瓷盘中晾干，加10％氨水适量，搅拌均匀，以手摸有潮湿感，但不沾手为宜。将此树脂置索氏提取器中，以氯仿回流提取2小时，将氯仿液加无水Na₂SO₄脱水后，回收氯仿至干糖浆状，干燥得苦参总生物碱。

(3)大孔吸附树脂法：将上清液调节pH＝10，上已处理好的DF01型大孔吸附树脂，上样速度为4倍柱体积/小时，至流出液用硅钨酸检查有沉淀停止上样，用水洗脱至洗脱液基本无颜色时停止洗脱。以乙醇-水(70∶30)为洗脱剂，以2.5倍柱体积/小时的速度进行洗脱，洗脱液用硅钨酸检查有沉淀时开始接收，接收洗脱液至用硅钨酸检查无沉淀时至，合并洗脱液，回收乙醇，干燥，得苦参总生物碱。

(4)有机溶剂萃取法：将上清液调节pH＝10，先用10倍量氯仿分三次萃取，再用10倍量乙酸乙酯萃取三次，合并所有萃取液，蒸干，得苦参总生物碱。

二、结果计算：分别称量四种工艺所得总生物碱的重量，并与药材量相除，得总生物碱的收率；分别以酸碱滴定法对四种方法所得总生物碱进行含量测定，计算总生物碱的纯度。

三、结果对比，见下表：

四种工艺的效果评价表

由以上对比结果可见，本发明的技术方案可以解决现有技术中的不足，并显著地提高产品的质量、降低成本、提高安全性和生产可行性，本发明达到了发明目的。

具体实施方式

实施例1：

取苦参饮片1kg，加水煎煮2次，每次10倍量，煎煮2小时，合并煎煮液，离心，调节pH＝3，离心，上清液以4倍柱体积/小时通过阳离子交换树脂(001×2.5，钠型，径高比1∶8)，水洗至流出液无颜色。再用15％氯化钠溶液洗脱，洗脱速度为2倍柱体积/小时，至生物碱检查为阴性(流出液滴加10％硅钨酸无沉淀)，收集洗脱液，用氢氧化钠中和至中性，除盐，滤液浓缩干燥得苦参总生物碱。

实施例2：

取苦参饮片10kg，加水煎煮2次，每次10倍量，煎煮2小时，合并煎煮液，滤过，滤液浓缩至相对密度为1.1(60℃)，加乙醇至浓度为70％，静置，上清液回收乙醇，加水至10000ml，调节pH＝3，离心，上清液以3倍柱体积/小时通过上阳离子交换树脂(001×4，钠型，径高比1∶8)，水洗至流出液无颜色。再用10％氯化钠洗脱，洗脱速度为6倍柱体积/小时，至生物碱检查为阴性(流出液滴加10％硅钨酸无沉淀)，收集洗脱液，用氢氧化钠中和至中性，除盐，滤液浓缩干燥得苦参总生物碱。

实施例3：

取苦参饮片5kg，加70％乙醇超声提取两次，每次加5倍量，超声0.5小时，合并提取液，离心，回收乙醇，加水至5000ml，调节pH＝2，离心，上清液以2倍柱体积/小时通过上阳离子交换树脂(001×10，氢型，径高比1∶7)，水洗至流出液无颜色，再用15％氯化钠溶液浸泡树脂1小时。再用10％氯化钠溶液洗脱，洗脱速度为5倍柱体积/小时，至生物碱检查为阴性(流出液滴加10％硅钨酸无沉淀)，收集洗脱液，用氢氧化钠中和至中性，除盐，滤液浓缩干燥得苦参总生物碱。

实施例4：

取苦参饮片2000g，加pH＝3的盐酸溶液，微波提取2次，每次加5倍体积微波提取0.5小时，滤过，滤液加水稀释至1600ml，调节pH＝6，离心，上清液以2倍柱体积/小时通过上阳离子交换树脂(001×15，氢型，径高比1∶6)，水洗至流出液无颜色，再用10％氯化钠溶液浸泡树脂4小时。再用10％氯化钠溶液洗脱，洗脱速度为5倍柱体积/小时，至生物碱检查为阴性(流出液滴加10％硅钨酸无沉淀)，收集洗脱液，用氢氧化钠中和至中性，除盐，滤液浓缩干燥得苦参总生物碱。

Claims (4)

1.一种从苦参提取液中分离苦参总生物碱的方法，其特征在于该方法为：取苦参提取液，调节pH值2～5，滤过，逆流过柱法过阳离子交换树脂柱，先以去离子水洗至pH值5～7，再以0.5％～25％的氯化钠溶液浸泡树脂柱，再以0.5％～20％氯化钠溶液洗脱，收集洗脱液，经脱盐处理，浓缩干燥得苦参总生物碱。

2.根据权利要求1所述的分离苦参总生物碱的方法，其特征在于所用浸泡树脂的氯化钠溶液浓度为10％～15％，洗脱用氯化钠溶液浓度为10％～15％。

3.根据权利要求1所述的分离苦参总生物碱的方法，其特征在于所用氯化钠溶液浸泡树脂的时间为1～5小时，洗脱速度为每小时4～6倍柱体积。

4.根据权利要求1所述的分离苦参总生物碱的方法，其特征在于所用的树脂是氢型或盐型。