CN110003197B

CN110003197B - 一种莨菪烷类生物碱的提取工艺

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Publication number: CN110003197B
Application number: CN201910327744.7A
Authority: CN
Inventors: 张南南; 陈磊; 刘怀红; 李国学; 方威
Original assignee: Nanjing Jay Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Jay Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2021-08-06
Anticipated expiration: 2039-04-23
Also published as: CN110003197A

Abstract

本发明公开了一种莨菪烷类生物碱的提取工艺，它是从藏药山莨菪中，将山莨菪的根，经过破碎、浸提后，所得的提取液，经过陶瓷膜过滤，去除植物蛋白、胶体、悬浮物等杂质，得到陶瓷膜清液，再将经过超滤膜去除小分子蛋白和色素等杂质，得到超滤膜清液膜清液，再经过大孔吸附树脂，吸附山莨菪后，经乙醇解析，得到大孔吸附树脂解吸液，再经过纳滤膜浓缩，得到含莨菪烷类生物碱的纳滤膜浓缩液，用于下一步蒸发、结晶。本发明解决了莨菪烷类生物碱在提取过程中悬浮物、胶体、蛋白质等杂质，在后续大孔吸附树脂易污染的技术问题。与现有技术相比较，本发明设备工艺简单，且自动化程度高，控制过程简单，提高了生产效率和产品回收率。

Description

一种莨菪烷类生物碱的提取工艺

技术领域

本发明属于天然药物提取领域，具体涉及一种莨菪烷类生物碱的提取工艺。

背景技术

山莨菪Anisodus tanguticus(Maxim.)Pascher为茄科山莨菪属多年生宿根草本。茎无毛或被微柔毛；根粗大，近肉质。叶片纸质或近坚纸质，矩圆形至狭矩圆状卵形，顶端急尖或渐尖，基部楔形或下延，具啮蚀状细齿，两面无毛；叶柄两侧略具翅。花俯垂或有时直立，花萼钟状或漏斗状钟形，坚纸质，外面被微柔毛或几无毛；花冠钟状或漏斗状钟形，紫色或暗紫色，内藏或仅檐部露出萼外，花冠筒里面被柔毛，裂片半圆形；雌蕊较雄蕊略长；花盘浅黄色。果实球状或近卵状，肋和网脉明显隆起；挺直。是提取莨菪烷类生物碱的重要资源植物，又是藏族民间习用的镇痛和镇静草药，藏医以根或种子入药。四川的山莨菪根野生资源极为丰富，主要分布在甘孜州和阿坝州，目前除当地藏医作为药材使用外，大量资源没有充分利用。

山莨菪为茄科山莨菪属植物，是提取莨菪烷类生物碱的重要资源植物。藏药山莨菪根中含7个化合物，其中有4个莨菪烷类生物碱(东莨菪碱、樟柳碱、阿托品和山莨菪碱)，1个酰胺类化合物(咖啡酰丁二胺)，2个香豆素苷类化合物(法荜枝苷和东莨菪苷)。自从上世纪50年代从该植物中提取出山莨菪碱，其制品作为阻断M胆碱受体的抗胆碱药，至今在临床上广泛使用。山莨菪又是藏族民间发掘出来的镇痛和镇静草药，始载于《月王药诊》，之后相继收载于《四部医典》、《晶珠本草》和《藏药标准》等，藏医以根和种子入药，其根的藏药名为“唐冲那保”或“唐冲纳波”，《四部医典》中有治脏腑绞痛症的记载，《晶珠本草》记载“唐冲那保”可用于治疗狂躁病，《藏药标准》中记载山莨菪根具有镇痛、镇惊及解痉作用。其中，有医药价值的主要为东莨菪碱、樟柳碱、阿托品和山莨菪碱，图1是这4种化合物的结构式。

民族药具有鲜明的地域性和民族特色，虽然我国在民族药研究上取得了一定的成就，但整体水平仍然偏低，进而严重制约了其产业化发展。工业化提取山莨菪中的生物碱，一方面可以获得重要的天然产物药物，有重要的医学价值；另一方面，可以促进藏地的经济发展，增加藏地人民收入，稳定边疆。

目前提取莨菪烷类生物碱的方式主要是通过醇提，有机溶剂萃取、反萃取，浓缩得到产品。主要有以下缺陷：

(1)、有机溶剂用量大，原材料成本高，且有机溶剂不安全，提取车间所有电气设备必须采用防爆等级，大幅增加成本；

(2)、采用有机溶剂萃取工艺，会引入新的杂质，产品品质不高；

(3)、步骤多，路线长，产品的收率不高；

(4)、污染严重，环保问题严峻。

(5)、不适宜大规模生产，单位产量成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种生产成本低，工艺安全、可靠，投资小，产品品质和收率高的莨菪烷类生物碱的生产新工艺。

为了达到上述的发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种莨菪烷类生物碱的提取工艺，它包括如下步骤：

(1)将山莨菪的根经过破碎、浸提后，得到山莨菪根的粗提取液；

(2)将步骤(1)得到的粗提取液经过预过滤器过滤后，进入微滤膜过滤，得到微滤膜透过液；

(3)将步骤(2)得到的微滤膜透过液经过超滤膜过滤脱色、除杂后，得到超滤膜透过液；

(4)将步骤(3)得到的超滤膜透过液经大孔吸附树脂吸附，再解吸，得到含莨菪烷类生物碱的大孔吸附树脂解吸液；

(5)将步骤(4)得到的解吸液经过纳滤膜浓缩，浓缩液经蒸发、结晶、干燥后即得莨菪烷类生物碱。

具体地，步骤(1)中，采用酸性水溶液浸提，提取时间为1～6h，pH为2～5。通过酸性水溶液浸提，将山莨菪中的莨菪烷类生物碱，充分浸提到酸性水溶液中，方便下一工序段提纯。

步骤(2)中，所述的预过滤器为直接过滤器，过滤精度为1～5mm。通过预过滤器，可以将浸提液中的山莨菪残渣等杂质去除，提高后一工序段陶瓷膜的进料质量和效率。

所述的微滤膜为陶瓷膜，过滤精度为5～500nm，过滤温度为10～90℃，过滤压力为0.1～0.8MPa。在微滤过程中，当微滤膜过滤精度为5nm时，其通量仅为500nm过滤精度微滤膜的40％，且需要0.8MPa压力作为膜设备运行的驱动力；微滤膜过滤精度为500nm时，起始通量比50nm大20％，比200nm过滤精度的微滤膜通量大16％，但是通量衰减比较快，且会有植物蛋白、胶体和色素透过微滤膜，降低滤液质量。过滤温度为10～80℃，温度优选为50～70℃，过滤压力为0.1～0.8MPa，优选为0.25～0.4MPa。进一步的，在温度为60℃，压力为0.35MPa，微滤膜过滤精度为50～200nm时，过滤通量较大，通量下降缓慢，能耗较低，产品回收率高，滤液质量很好。通过微滤膜过滤、澄清，将山莨菪提取液中的悬浮物、大分子蛋白、胶体等杂质去除，提高超滤膜的进料质量。

步骤(3)中，所述的超滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为1000～40000Da，温度为10～60℃，压力为0.5～2.5MPa。在超滤过程中，当超滤截留分子量为1000Da时，其通量仅为20000Da时的56％，且需要1.8MPa压力作为膜设备运行的驱动力，且会截留莨菪烷类生物碱产品22％；当超滤截留分子量为40000Da时，会有3.2％左右的小分子植物蛋白和色素透过微滤膜，降低滤液质量。过滤温度为10～60℃，温度优选为30～50℃，过滤压力为0.5～2.5MPa，优选为0.6～1.0MPa。进一步的，在温度为35℃，压力为0.7MPa，超滤膜截留分子量为8000～10000Da时，过滤通量稳定，小分子植物蛋白和色素去除率99.7％以上，滤液质量很好，产品回收率可达98.7％。通过超滤膜，可以去除提取液中的小分子蛋白和色素，提高产品的纯度，同时也提高树脂进料的质量，减轻树脂的污染，提高树脂寿命。

步骤(4)中，所述的大孔吸附树脂为苯乙烯型大孔吸附树脂，流速为2～6BV，优选流速为3～5BV/h，温度为20-80℃，优选温度为40～50℃。在流速为4BV/h，温度为50℃时，料液的粘度较小，大孔树脂的吸附效果最佳，既能保证吸附效果，又能保证较高的生产效率和回收率，同时能耗相对较低。大孔吸附树脂的可以将莨菪烷类生物碱吸附到树脂上，进一步提高莨菪烷类生物碱的纯度。

所述解吸采用乙醇溶液，浓度为5～50％，解析流速为1～4BV/h，温度为10～50℃，乙醇用量为0.5～3BV。通过乙醇解吸，将莨菪烷类生物碱从大孔吸附树脂解吸下来，可以得到高纯度、高浓度的莨菪烷类生物碱。

步骤(5)中，所述的纳滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为100～800Da，温度为10～60℃，压力为0.5～2.5MPa。在纳滤过程中，当纳滤膜截留分子量为100Da时，其通量仅为800Da分子量纳滤膜的40％，且需要2.5MPa压力作为膜设备运行的驱动力；纳滤膜分子量为800Da时，通量比300Da大25％，比150Da分子量的纳滤膜通量大40％，但是会有5％左右的产品透过纳滤膜，产品收率下降。温度为10～50℃，温度优选为30～50℃，压力为0.5～2.5MPa，优选为1.0～2.0MPa。进一步的，在温度为30℃，压力为1.5MPa，纳滤膜截留分子量为150～300Da时，过滤通量稳定，可浓缩近10倍，产品的截留率99.5％以上。

有益效果：

1、本发明提取工艺采用陶瓷膜过滤，可有效去除悬浮物、胶体、大分子植物蛋白，提高产品质量。陶瓷膜可以耐受高温、高压、化学腐蚀，且使用寿命较长；另一方面也避免了固体废弃物对环境的污染。

2、本发明提取工艺采用超滤膜过滤，可以有效去除小分子植物蛋白和色素，大幅提高产品的纯度，减小后面大孔吸附树脂的进料负荷，同时降低了有机溶剂的用量。采用纳滤膜预浓缩，可减少80％以上的蒸发量，降低了生产能耗，同时也降低了生产成本，纳滤膜精度高，可以提高莨菪烷类生物碱的收率。

3、本发明提取工艺采用膜分离设备和大孔吸附树脂设备，减小了设备的占地面积，降低了基建成本。该工艺对新设备和传统工艺的参数做了大量的优化工作，得到最优的生产工艺参数，保证了生产的高效节能的运行，同时产品的品质较高。该生产工艺比较节能，相比较传统生产工艺，自动化程度高，可节省60％的人工费用，经济效益显著。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为东莨菪碱、樟柳碱、阿托品和山莨菪碱4种化合物的结构式。

图2为本发明莨菪烷类生物碱的提取工艺流程示意图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

实施例1

按照如图1所示的流程图提取莨菪烷类生物碱：

(1)将山莨菪的根经过破碎后，用pH为2酸性水溶液浸提，提取时间为1h。得到山莨菪根的粗提取液；

(2)将步骤(1)得到的粗提取液经过预过滤器(直角过滤器，过滤精度为1mm)过滤后，进入微滤膜(微滤膜为陶瓷膜，过滤精度为5nm，过滤温度为10℃，过滤压力为0.1MPa)过滤，得到微滤膜透过液；

(3)将步骤(2)得到的微滤膜透过液经过超滤膜(超滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为1000Da，过滤温度为10℃，过滤压力为2.5MPa)过滤脱色、除杂后，得到超滤膜透过液；

(4)将步骤(3)得到的超滤膜透过液经苏青DA201-B大孔吸附树脂(流速为2BV/h，温度为20℃)吸附，再用浓度为5％的乙醇解吸，(解析流速为1BV/h，温度为10℃，乙醇用量为0.5BV)。得到含莨菪烷类生物碱的大孔吸附树脂解吸液；

(5)将步骤(4)得到的解吸液经过纳滤膜(纳滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为100Da，温度为10℃，压力为2.5MPa)浓缩，浓缩液经蒸发、结晶、干燥后即得莨菪烷类生物碱。

本实施例陶瓷膜的孔径很小，且温度和压力较低，陶瓷膜通量较低；超滤膜的截留分子量较低，脱色、除蛋白效果较好，但产品有较多截留。最终得到的莨菪烷类生物碱的收率为82.6％，莨菪烷类生物碱的纯度为99.6％，产品中蛋白的含量为0.3％，色素含量为0.1％。

实施例2

按照如图1所示的流程图提取莨菪烷类生物碱：

(1)将山莨菪的根经过破碎后，用pH为5酸性水溶液浸提，提取时间为6h。得到山莨菪根的粗提取液；

(2)将步骤(1)得到的粗提取液经过预过滤器(直角过滤器，过滤精度为3mm)过滤后，进入微滤膜(微滤膜为陶瓷膜，过滤精度为500nm，过滤温度为80℃，过滤压力为0.8MPa)过滤，得到微滤膜透过液；

(3)将步骤(2)得到的微滤膜透过液经过超滤膜(超滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为20000Da，过滤温度为60℃，过滤压力为0.5MPa)过滤脱色、除杂后，得到超滤膜透过液；

(4)将步骤(3)得到的超滤膜透过液经西安蓝晓XDA-8大孔吸附树脂(流速为6BV/h，温度为80℃)吸附，再用浓度为30％的乙醇解吸，(解析流速为1BV/h，温度为50℃，乙醇用量为3BV)，得到含莨菪烷类生物碱的大孔吸附树脂解吸液；

(5)将步骤(4)得到的解吸液经过纳滤膜(纳滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为800Da，温度为60℃，压力为0.5MPa)浓缩，浓缩液经蒸发、结晶、干燥后即得莨菪烷类生物碱。

本实施例陶瓷膜的孔径较大，过滤温度高，压力大，具体实施过程中的膜通量较大，但是能耗较大，且膜污染较快；超滤膜的截留分子量较高，脱色、除蛋白效果较差，会对后端的大孔吸附树脂造成一定程度的污染，纳滤膜的截留分子量较大，会有部分莨菪烷类生物碱透过纳滤膜，造成损失；纳滤膜和超滤膜的温度过高，会对产品的稳定性造成一定影响。最终得到的莨菪烷类生物碱的收率为88.5％，莨菪烷类生物碱的纯度为97.6％，产品中植物蛋白的含量为2.1％，色素含量为0.3％。

实施例3

按照如图1所示的流程图提取莨菪烷类生物碱：

(1)将山莨菪的根经过破碎后，用pH为3酸性水溶液浸提，提取时间为5h。得到山莨菪根的粗提取液；

(2)将步骤(1)得到的粗提取液经过预过滤器(直角过滤器，过滤精度为5mm)过滤后，进入微滤膜(微滤膜为陶瓷膜，过滤精度为50nm，过滤温度为80℃，过滤压力为0.4MPa)过滤，得到微滤膜透过液；

(3)将步骤(2)得到的微滤膜透过液经过超滤膜(超滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为10000Da，过滤温度为30℃，过滤压力为0.5MPa)过滤脱色、除杂后，得到超滤膜透过液；

(4)将步骤(3)得到的超滤膜透过液经AMBERLITE XAD-7大孔吸附树脂(流速为4BV/h，温度为60℃)吸附，再用浓度为50％的乙醇解吸，(解析流速为4BV/h，温度为50℃，乙醇用量为2BV)，得到含莨菪烷类生物碱的大孔吸附树脂解吸液；

(5)将步骤(4)得到的解吸液经过纳滤膜(纳滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为800Da，温度为30℃，压力为1.5MPa)浓缩，浓缩液经蒸发、结晶、干燥后即得莨菪烷类生物碱。

本实施例陶瓷膜的孔径合适，过滤温度适中，压力较低，既能保证有效的过滤澄清，又能使生产过程稳定，能耗低。超滤膜的可以保证在较低的温度和压力下，产品的品质稳定，能耗较低，同时能够有效的去除杂蛋白和色素；但是纳滤膜的截留分子量较大，有部分莨菪烷类生物碱透过纳滤膜，造成产品收率下降。最终得到的莨菪烷类生物碱的收率为93.2％，莨菪烷类生物碱的纯度为99.5％，产品中植物蛋白的含量为0.4％，色素含量为0.1％。

实施例4

按照如图1所示的流程图提取莨菪烷类生物碱：

(1)将山莨菪的根经过破碎后，用pH为3酸性水溶液浸提，提取时间2h。得到山莨菪根的粗提取液；

(4)将步骤(3)得到的超滤膜透过液经西安蓝晓LSD001大孔吸附树脂(流速为4BV/h，温度为60℃)吸附，再用浓度为10％的乙醇解吸，(解析流速为3BV/h，温度为40℃，乙醇用量为1BV)，得到含莨菪烷类生物碱的大孔吸附树脂解吸液；

(5)将步骤(4)得到的解吸液经过纳滤膜(纳滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为300Da，温度为30℃，压力为1.5MPa)浓缩，浓缩液经蒸发、结晶、干燥后即得莨菪烷类生物碱。

本实施例陶瓷膜的孔径合适，过滤温度适中，压力较低，既能保证有效的过滤澄清，又能使生产过程稳定，能耗低。超滤膜的可以保证在较低的温度和压力下，产品的品质稳定，能耗较低，同时能够有效的去除杂蛋白和色素；纳滤膜的精度较高，可以有效的浓缩莨菪烷类生物碱，产品收率较高。最终得到的莨菪烷类生物碱的收率为98.7％，莨菪烷类生物碱的纯度为99.3％，产品中植物蛋白的含量为0.5％，色素含量为0.2％。

本发明提供了一种莨菪烷类生物碱的提取工艺的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种莨菪烷类生物碱的提取工艺，其特征在于，它包括如下步骤：

（1）将山莨菪的根经过破碎、浸提后，得到山莨菪根的粗提取液；

（2）将步骤（1）得到的粗提取液经过预过滤器过滤后，进入微滤膜过滤，得到微滤膜透过液；

（3）将步骤（2）得到的微滤膜透过液经过超滤膜过滤脱色、除杂后，得到超滤膜透过液；

（4）将步骤（3）得到的超滤膜透过液经大孔吸附树脂吸附，再解吸，得到含莨菪烷类生物碱的大孔吸附树脂解吸液；

（5）将步骤（4）得到的解吸液经过纳滤膜浓缩，浓缩液经蒸发、结晶、干燥后即得莨菪烷类生物碱；

步骤（2）中，所述的预过滤器为直接过滤器，过滤精度为1～5mm；

步骤（2）中，所述的微滤膜为陶瓷膜，过滤精度为5～500nm，过滤温度为10～90℃，过滤压力为0.1～0.8MPa；

步骤（3）中，所述的超滤膜为卷式超滤膜，截留分子量为1000～40000Da，温度为10～60℃，压力为0.5～2.5MPa。

2.根据权利要求1所述的莨菪烷类生物碱的提取工艺，其特征在于，步骤（1）中，采用酸性水溶液浸提，提取时间为1～6h，pH为2～5。

3.根据权利要求1所述的莨菪烷类生物碱的提取工艺，其特征在于，步骤（4）中，所述的大孔吸附树脂为苯乙烯型大孔吸附树脂，吸附流速为2～6BV/h，吸附温度为20~80℃。

4.根据权利要求1所述的莨菪烷类生物碱的提取工艺，其特征在于，步骤（4）中，所述解吸采用乙醇溶液，浓度为5～50%，解析流速为1～4BV/h，温度为10～50℃，乙醇用量为0.5～3BV。

5.根据权利要求1所述的莨菪烷类生物碱的提取工艺，其特征在于，步骤（5）中，所述的纳滤膜为卷式纳滤膜，截留分子量为100～800Da，温度为10 ～60℃，压力为0.5～2.5MPa。