生物碱提取方法的研究进展

高齐，段欢，赵盼登，杨忆群，周红渊

（陕西理工学院 化学与环境科学学院，陕西 汉中 723001）

生物碱是存在于自然界（主要为植物，但有的也存在于动物）中的一类含氮的碱性有机化合物，有似碱的性质，所以过去又称它为赝碱。大多数有复杂的环状结构，氮素多包含在环内，生物碱类化合物大多具有生理活性，往往是许多中草药及药用植物的有效成分。生物碱具有消炎镇痛、清除自由基、抗氧化、抗菌、抗肿瘤、抗炎症、免疫等多种生物活性及药理作用［1］，在医药、食品、保健等领域得到广泛的应用［2］。目前生物碱的提取方法有微波辅助法、超声波辅助法、有机溶剂提取法、回流提取法、超临界流体萃取法［3］、离子交换树脂法等。本文重点讨论了生物碱各种提取工艺的研究热点及其发展趋势，分析了国内外生物碱提取方法的优点，旨在为开发和利用生物碱资源提供参考。

1 生物碱的提取方法

1.1 微波辅助法

微波辅助法提取是一种新型天然产物提取技术。其原理是利用高温高压加剧热运动，促使高分子分解，加快细胞破裂，使细胞外部溶剂易于进入细胞内部，溶解并吸收细胞内部物质。它具有瞬时高效的特点。一般工艺流程是将乙醇加入原料中，再置于微波反应装置中处理，最后过滤蒸发得到产品。

微波辅助法与乙醇回流法、超声提取法、水提法等方法相比，具有产率高、提取时间短的优点。但此法被单纯使用的例子并不多见，一般作为生物碱的辅助提取方法。 1986 年，Ganzler等［4］首先将微波辅助法应用于天然产物成分的提取上。二十多年来，此项技术被广泛应用，尤其在中草药的生物碱提取方面具有很大的发展潜力。Ganzler等［5］利用微波辅助法从羽扇豆中提取金雀花碱，与传统工艺比较，提取碱量提高了2.0%，而且速度快，节约溶剂。Barchet等［6］从可可叶中提取可卡因和苯甲酞芽碱，考察了其提取的各个条件，发现使用微波辅助技术提取时仅用了30 S，不仅缩短了操作时间，还提高了经济效益。

王瑞瑞等［7］使用微波法从黄连中提取生物碱，在最佳条件为料液比1∶15、乙醇体积分数60%、微波功率400 W、微波时间4 min、微波温度60℃下，提取率为7.635%。李进等［8］使用微波法提取板蓝根生物碱，最佳提取条件为料液比1∶30，浸泡时间25 min，辐射功率600 W，提取时间8 min，在此条件下提取率高达10.68%。微波辅助法加热快、升温高、消解能力强，大大缩短了溶样时间。

在现在的提取工艺中，微波辅助提取生物碱虽然易操作，效率高，但特别要注意对温度的控制，因为生物碱结构不稳定，高温会破坏生物碱的结构，影响产率，这样也就突显不出其优点。所以在这方面应谨慎操作，以达到最佳效果。

1.2 超声波辅助法

超声波辅助提取是利用其空化作用实现提取液局部高温、高压，加之超声波的机械扰动作用，加快了固液两相之间的传质过程，从而可提高提取率，缩短提取时间。其提取的过程与微波辅助法一样，可作为一种辅助的提取方法被使用。

近两年关于使用超声辅助提取工艺的报道比较多，许多人采用此法对不同的原料，如蒲公英、荠菜、苦豆子中生物碱提取的工艺进行了研究，这些研究极大地推动了生物碱提取工艺的发展。李霞等［9］使用超声波辅助法提取蒲公英中的生物碱，结果表明，最佳提取条件为：乙醇的体积分数80%，料液比1∶12，提取时间5 min，物料粒度0.150 mm；在此条件下蒲公英的生物碱提取率达0.234% 。 付君叶等［10］使用超声波辅助提取益母草中总生物碱，与传统方法相比，其操作简单，节约时间，化学成分基本不变。徐鹤等［11］使用超声波辅助法提取马齿苋总生物碱，结果表明，最佳提取工艺条件为乙醇体积分数95%，物料比1∶10，提取时间1 h，在此条件下其生物碱的提取率有很大提高。

超声波提取具有被提取活性物质不被破坏的优点。其生物碱的提取率较高，而且时间短，条件温和，是一种较好的方法。超声波提取作为一种新型的提取技术，在天然产物提取方面得到广泛的应用，特别适合于生物碱的提取。因此，超声辅助提取法将是今后生物碱提取很有潜力的一种方法。

1.3 有机溶剂提取法

生物碱易溶于水、乙醇、苯、氯仿、二氯乙烷等。因生物碱在植物体内常与酸结合成盐，所以提取时应先将材料研成粉末，与少量碱水（如10%氨水、碳酸钠或石灰水溶液）拌匀或磨匀至湿润为止，使生物碱转化成游离状态，然后用相当于粉末量10倍的有机溶剂浸泡或渗滤，浸出液中生物碱用稀酸水（如1%～2%盐酸）提取3～5次至提取液中不含生物碱为止。每次酸水用量为溶剂用量的1/10～2/5，这时生物碱与酸形成盐而溶于酸水，酸水滤清后.用乙醚或氯仿洗涤几次，除去一些脂溶性杂质.然后加碱水碱化，碱水液用氯仿等溶剂提取3～5次，提取液用水洗1～2次，再用无水碳酸钠或无水硫酸钠干燥，蒸干，得到总生物碱。

一般采用水、乙醇和氯仿作为提取剂。但用氯仿提取时往往出现乳化现象，如酸水提取液用苛性碱碱化，当加入氯仿提取时乳化现象更严重，因此提取时应尽量避免剧烈振摇。特别是在第一次提取时，浓度较高更易产生乳化层，所以提取时只需轻轻旋转摇动分液漏斗就会产生分层，如此提取2～3次后再适当振荡摇动分液漏斗，使其提取完全。如出现乳化，则先单独分出，然后继续加氯仿提取。分离的乳化层可通过静止、离心或抽滤以破坏乳化。采用此溶剂提取生物碱时，操作应小心谨慎，以防止出现乳化现象影响结果。

采用水和乙醇提取时，提取步骤是把提取剂加入到粉碎的原料中，浸提后过滤得滤液，最后将滤液烘干，得到生物碱。按提取和沉淀先后顺序的不同，可分为水提醇沉法和醇提水沉法。水提醇沉法工艺简单经济，得率高，但是所含杂质较多；醇提水沉法生物碱得率较低，提取物中杂质含量少，但需耗用大量乙醇，因此需回收乙醇以降低生产成本。

醇提水沉法多应用于生物碱的提取，如陆强等［12］采用醇提水沉回流法对益母草中总生物碱的提取工艺进行了优化。结果表明，在此条件下益母草总生物碱的提取率很可观。目前它应用于生物碱提取的还不多，所以将此法扩大应用，有助于生物碱提取技术的进一步发展。

1.4 超临界流体萃取法

超临界流体萃取法（supercritical fluid extraction，SFE）技术就是利用超临界流体为溶剂，从固体或液体中萃取出某些有效组分，并进行分离的一种技术。以CO2超临界流体作溶剂，具有临界温度与临界压力低、化学惰性等特点，适合于提取分离挥发性物质及含热敏性组分的物质。Camila等［13］采用超临界流体萃取法从不同产地的Tabernaemontana catharinensis中提取了吲哚类生物碱，他们以CO2作为提取剂，结果表明，在250 bar、45℃下可获得最大提取率。张龙等［14］使用超临界CO2萃取生物碱，结果表明，此法应用于生物碱提取，过程易于控制，能与多种分析仪器联用实现自动化，具有较大的发展潜力。

超临界流体萃取法具有萃取和分离的双重作用，物料无相变过程，因而节能明显，工艺流程简单，萃取效率高，无有机溶剂残留，产品质量好，无环境污染。超临界流体萃取法虽然比传统萃取更具有优越性，但其生产成本大，设备投资高。如果将其工艺进一步研究改进并应用于工业生产中，不仅能促进企业发展，也能带来一定效益。

Schaeffer等［15］从美国猪屎豆种子中用超临界流体萃取法提取具有抗肿瘤活性的单猪屎豆种子生物碱，纯度为50%，但要是结合应用阳离子交换树脂，纯度可以达到95%以上。此结果表明：要是把超临界流体萃取法和离子交换树脂法结合起来用于生物碱的提取中，生产效果非常好。其产生的效益，比单纯的使用其中任何一个方法都好。

1.5 回流提取法

回流提取法是在有机溶剂提取法基础上发展起来的一种方法，其原理是采用回流加热装置使溶剂回流，因此每次与原料接触的都是新鲜溶剂，大大提高了产品收率，同时避免了提取过程中溶剂的挥发损失。

回流提取法常用水、乙醇作为提取剂，浸出液加热蒸馏，提取剂馏出后再次冷凝，重新回到浸出器中继续进行浸提，直至有效成分回流提取完全。陆娟等［16］利用乙醇回流提取法提取山豆根总生物碱，在最佳条件下，乙醇体积分数为40%，料液比为1：40，提取时间为2 h，提取2次，山豆根生物碱提取量达16.8537 mg/g，为以后山豆根总生物碱的进一步研究提供了依据。

回流提取法需消耗大量的溶剂，且提取所需时间较长，药液受热时间长，易使其中有效成分失活，同时溶剂还对环境有一定的污染，因此目前该法还需要作很大的改进。

1.6 离子交换树脂法

离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物。离子交换树脂法是利用离子交换剂和溶液中的离子发生交换反应进行分离的方法，主要以离子交换树脂为载体。其过程可以看作是固体的离子交换树脂与液相电解质之间的置换反应。

一些生物碱不能被有机溶剂从水溶液中提取，可采用离子交换树脂法提取。比如水溶性生物碱和季饺碱等，可先加酸使其生成盐，然后通过阳离子交换树脂或加雷氏盐、碑钨酸、硅钨酸等，使生成不溶于水的复盐析出，再通过树脂或化学方法提取游离碱。离子交换树脂法具有交换、选择、吸附和催化等功能，目前使用离子交换树脂法在生物碱的提取领域应用相当多，这也越来越突显出它的优越性。采用这种方法提取生物碱的研究很多，比如窦月等［17］采用此法对钩藤总生物碱进行纯化，结果表明，钩藤所含生物碱为吲哚类生物碱，在酸性条件下钩藤生物碱成盐，电离出生物碱阳离子，能够和阳离子交换树脂发生离子交换，吸附到树脂上，没被吸附的用水冲洗，再用80%乙醇除杂，从而达到纯化目的。Sandoval M［18］通过实验发现，在S14和S32这两种钩藤植物中的生物碱具有抗炎活性。高鹏［19］采用离子交换树脂法对苦参总生物碱进行纯化，得到的工艺纯化苦参总生物碱效率高，成本低，可操作性强，工艺简单，可用于提取纯化。

离子交换树脂法具有表面积大、吸附容量大、速度快、抗有机污染、使用周期长等诸多优点。不同型号的大孔吸附树脂对生物碱提取纯化有不同的效果，所以如何研制出不同的生物碱应用适合其型号的大孔吸附树脂将成为以后的研究热点。在此，我们也可以考虑将此法和超临界流体萃取法配合使用，或许会有意想不到的效果。

2 展望

微波辅助法和超声波辅助法操作简单，节约时间，而且可以保持生物碱化学成分不变，在最近几年应用比较广泛。离子交换树脂法工艺简单，总生物碱提取率高，大多被应用于工业生产。有机溶剂提取法被单独应用的例子在近几年的提取实验中几乎没有，大多数例子是采用微波辅助法或超声波辅助法与有机溶剂提取法的配合使用，其效果非常明显。因此，在以后的提取工艺研究中，可以考虑将各种工艺配合使用，以取得更好的效果。这几类生物碱的提取方法都比较实用，且提取效果较好，也是近年来在提取实验中经常使用的。

现今，生物碱被广泛应用于医药、保健和食品中，这说明生物碱有很高的应用价值，所以如何提高生物碱的提取效率，提高纯度，成为被关注的热点问题。国际上提取生物碱的方法大相径庭，大多都是以上介绍的几种提取方法，但外国研究者注重方法之间的结合，而本国研究者都是通过不断完善工艺细节来提高提取率。改善工艺毕竟提升提取率的空间很小，没有明显的效果。要是在提取生物碱过程中，博采众长，根据生物碱的不同特性，采用适合其特性的方法，甚至可以将两种或几种方法有效地结合起来，同时在一些工艺细节中注入新的技术，可使整个工艺不断完善。相信随着科技的进一步发展和研究人员坚持不懈的努力，有关生物碱高效快捷的提取和纯化技术必将取得更加令人惊喜的成果。

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