草乌中酯型生物碱的提取动力学

赵平鸽，宋俊英，余陈欢，戴晓燕，严云良

(1.浙江义乌市中心医院，浙江 义乌 322000;2.浙江中医药大学，浙江 杭州 310053)

草乌为毛茛科植物北乌头(Aconitum kusnezoffii Reichb)的干燥块根，具有祛风除湿、温经止痛的功能，用于风寒湿痹、心腹冷痛、麻醉止痛等［1］。主要含有乌头碱、中乌头碱、次乌头碱等二萜类生物碱。此类生物碱属于双酯型生物碱，毒性极大，它们既是草乌的有效成分，也是其毒性成分［2-3］。酯类生物碱分子中的酯键是产生毒性的关键部位，在水中加热易水解，首先生成苯甲酰乌头原碱，进一步反应产生乌头原碱，两类水解产物毒性极小，但仍有药理活性［4］。因此，提取过程对草乌的临床疗效具有重要的影响。

近年来，对草乌化学成分的分析及乌头碱类成分的提取分离已有研究［5-7］，但有关草乌中酯型生物碱提取的动力学研究未见报道。本研究通过测定不同时间和不同温度条件下，草乌中酯型生物碱提取过程的动力学参数，建立了草乌中酯型生物碱提取的动力学模型，以期为草乌的临床应用以及活性成分的提取提供理论依据。

1 材料

乌头碱对照品(批号:110720-200410)，购于中国药品生物制品检定所产品;生草乌(产地为四川，批号090319)，购于浙江中医药大学中药饮片厂，经本校资源鉴定教研室俞冰副教授鉴定为北乌头Aconitum kusnezoffii Reichb的干燥块根;其他试剂均为分析纯。

TU-1900双光束紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司;KQ-5200型超声波清洗器(40 kHz，200 W)，昆山市超声仪器有限公司。

2 方法与结果

2.1 酯型生物碱含量测定方法的建立

精密称取乌头碱对照品22.4mg，置20mL量瓶中，滴入微量甲醇并超声使其溶解，加水稀释至刻度，摇匀，得浓度为1.12mg/mL的乌头碱对照品储备液。精密吸取对照品储备液0.1，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，5.0mL，分别置于25mL 量瓶中，加无水乙醇2.5mL，加碱性盐酸羟胺试液1.5mL，摇匀，于60～65℃水浴中保温10 min，放冷，加高氯酸铁试液稀释至刻度，摇匀，放置15 min，于520 nm波长处测定吸光度(A)值，对浓度(C，μg/mL)进行线性回归［8-10］，得回归方程:C=668.51 A － 20.02，r=0.999 8。结果表明，乌头碱在4.48～224 μg/mL 范围内与A呈良好的线性关系。

2.2 加样回收率试验

取已知酯型生物碱含量的草乌5份，每份分别加入乌头碱对照品溶液适量，按2.3项下方法回流提取，提取液按2.1项下方法测定含量，结果乌头碱的平均回收率为98.86%，RSD(n=5)为2.21%。

2.3 草乌提取液中酯型生物碱的提取及含量测定

将草乌置于圆底烧瓶中，在常压下回流提取。条件为:以水为提取溶剂，液料比20∶1，草乌颗粒粒度约为0.10 cm，提取温度分别为60，80和100℃，提取时间为120 min，每间隔10 min取提取液1mL，按2.1项下方法测定提取液中酯型生物碱的含量，并作酯型生物碱的含量与提取时间图。

2.4 提取温度与时间对草乌中酯型生物碱提取率的影响

结果见图1。提取时间相同时，提取温度越高，草乌酯型生物碱提取得率越高，说明提取液中温度对草乌酯型生物碱的提取效果有较大影响。温度的升高，加快了分子运动速度，有利于扩散传质。在提取前60 min，草乌酯型生物碱的提取率随温度的升高和提取时间的延长而迅速提高。在60 min后，80和100℃下，提取液中草乌酯型生物碱的提取率随提取时间延长变化缓慢，且乌头碱受热易发生水解，生成焦乌头碱或苯甲酰乌头碱，致使以乌头碱为对照品的酯型生物碱含量测定结果略有变化，100℃时草乌酯型生物碱的提取率略小于60℃时的提取率。

图1 不同温度下草乌中酯型生物碱的提取率与时间的关系Fig.1 The relation between the yield of ester-series alkaloids from Radix Aconiti Kusnezoffii and extraction time at different temperatures

2.5 速率常数的求解

由图2可见，不同温度下的酯型生物碱浓度与提取时间均具有较好的线性关系(均R2＞0.95)，即符合一级动力学模型(C为提取平衡时固相外溶质质量浓度)。在同一个反应温下，酯型生物碱提取的速率是一个常数K;随着提取温度升高，直线斜率相应增大，提取的速率常数也变大，表明提取温度越高，溶剂渗透能力越强，溶剂化酯型生物碱的扩散能力也越强。

图2 不同温度条件下动力学方程的拟合曲线Fig.2 The fitted curve of kinetic equation at different temperatures

2.6 表观活化能Ea的求解

在一般情况下，速率常数与温度的关系服从Arrhenius公式。

用不同温度条件下提取速率常数K作Arrhenius图(见图3)，计算得草乌酯型生物碱提取过程中的活化能为22.33 kJ/mol，证实为内扩散控制动力学模型。活化能反应了速率系数对温度的敏感程度，活化能较大时，速率系数随温度的变化剧烈，因此可以作为提取工艺比较的辅助手段。

图3 Arrhenius图Fig.3 The Arrhenius drawing

2.7 半衰期(t1/2)的求解

对图1的线性模型分别求出60，80和100℃下的t1/2分别为27.84，19.98，32.09 min。t1/2反映了提取效率，且与之成反比例变化，故t1/2越小则对提取越有利。鉴于乌头碱受热易发生水解的特点，因此在本实验条件下以80℃提取为佳。

3 讨论

草乌中酯型生物碱的提取过程是酯型生物碱(溶质)从草乌药材粉末内部(固相)向溶液(液相)进行扩散的两相间传质过程［11］，由溶剂向药材粉末内部渗透和扩散、酯型生物碱在渗入药材粉末内部的溶剂中溶解、溶解的酯型生物碱向药材粉末表面及主体溶液扩散等4个同时发生的过程组成。溶剂渗透及酯型生物碱的扩散为扩散过程，酯型生物碱的溶解是溶质的溶剂化过程。根据质量守恒原理，从药材粉末中溶出的酯型生物碱等于主体溶液中增加的部分，溶液中酯型生物碱浓度的变化可看作是各微观变化的综合反映。故可通过溶液中酯型生物碱浓度的变化来描述复杂的提取过程。

本实验以Fick定律为基础，通过假定和简化，考察了草乌中酯型生物碱提取的动力学，并依此推算出K、Ea、t1/2等动力学参数。动力学方程表明，提取时间越长，提取率越高，但增高的幅度在下降，因此实际提取过程中并非时间越长越好;提取温度以80℃为佳;提取溶剂与提取产物通过草乌粉末颗粒多孔介质是动力学控制步骤，其提取过程符合一级动力学模型，为内扩散控制动力学。本研究结果可为草乌中酯型生物碱的提取工艺设计与优化，以及草乌临床用药的疗效及毒理研究等提供相应的理论依据。

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