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独活总香豆素类成分的纯化工艺研究

2014-12-02王晓林徐茂林钟方丽薛健飞李晶

湖北农业科学 2014年19期
关键词:纯化独活

王晓林+徐茂林+钟方丽+薛健飞+李晶

摘要:利用大孔吸附树脂对独活(Heracleum hemsleyanum Diels)中的总香豆素类成分进行纯化。采用静态与动态吸附-解吸相结合的方法,以解吸量及解吸率为主要指标对工艺条件进行优化,确定了最佳纯化工艺条件。结果表明,采用LX-36型大孔吸附树脂纯化效果较好,其最佳工艺条件为上柱药液浓度相当于原药0.1 g/mL,上柱药液pH为2.5~5.5,吸附速率为5 BV/h,上样量相当于树脂量的50%,解吸液乙醇体积分数为95%,解吸速率为1 BV/h,解吸液用量为5 BV,经LX-36型大孔吸附树脂分离纯化后的独活干浸膏中总香豆素的含量由原来的8.42%升高到27.09%。表明LX-36型大孔吸附树脂适于独活总香豆素的初步纯化。

关键词: 独活(Heracleum hemsleyanum Diels);总香豆素;纯化;大孔吸附树脂

中图分类号:R284.2 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2014)19-4679-05

DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.19.045

Technology of Purifying Total Coumarins in Heracleum hemsleyanum Diels

WANG Xiao-lin,XU Mao-lin,ZHONG Fang-li,XUE Jian-fei,LI Jing

(School of Chemistry and Pharmaceutical Engineering, Jilin Institute of Chemical Technology, Jilin 132022,Jilin,China)

Abstract: The technology of purifying total coumarins(TC) in Heracleum hemsleyanum Diels with macroporous adsorption resin was optimized. Using static and dynamic state combined with desorption amount and desorption ratio method, the optimum purification conditions with macroporous adsorption resin were determined using adsorption and desorption rate of TC as evaluating indicators. The results showed that LX-36 macroporous adsorption resin had better purification effect than others. The TC content of the sample(equal to raw material), pH value of sample, adsorption rate, amount of sample, ethanol content, desorption rate, the volume of eluant were 0.1 g/mL, 2.5 to 5.5, 5 BV/h, 50%(equal to the resin),95%, 1 BV/h, and 5 BV, respectively. Under these conditions, the purity of TC varied from 8.42% to 27.09%. It is indicated that LX-36 macroporous adsorption resin was suitable for initial purification of TC in Heracleum hemsleyanum Diels.

Key words: Heracleum hemsleyanum Diels;total coumarins; purification; macroporous adsorption resin

独活(Heracleum hemsleyanum Diels)是伞形科植物重齿毛当归的干燥根,多生于阴湿山坡、林下草丛中或稀疏灌丛间,为常用中药材[1]。现代药理学研究表明,独活具有镇静、催眠、镇痛、抗炎、抗氧化、延缓脑老化、抗血小板凝集、抗肿瘤等多种活性[2-4],独活主要含有香豆素、挥发油、皂苷和黄酮等化学成分[5,6],其中香豆素类化合物是其主要化学成分之一。香豆素类化合物是植物次生代谢产物,该类化合物在医药、农业等领域有广泛应用,如可以作为植物保护素,调节植物生长;抑制病原微生物、杀虫、抑菌等[7]。香豆素类化合物还具有抗艾滋病、抗肿瘤、抗菌、降压、抗辐射等多方面的生物活性[8]。大孔吸附树脂是近年来发展起来的一类具有强吸附能力的高分子聚合物,具有吸附容量大、吸附迅速、解吸容易、再生效果好、使用周期长等优点,因而被广泛地应用于天然产物有效成分的提取、分离与纯化[9,10]。

本试验对独活总香豆素的吸附和解吸性能、大孔吸附树脂柱纯化独活总香豆素工艺条件进行研究,以期为开发、利用独活资源提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

独活购自安徽省亳州市华申药业有限公司。

1.2 试剂和仪器

蛇床子素,中国药品生物制品检定所;大孔吸附树脂(LSA-21型、LSA-10型、AB-8型、LX-36型、D-101型、LSA-33型),西安蓝晓科技有限公司;硝酸铝、氢氧化钠、亚硝酸钠、无水乙醇均为分析纯,天津市大茂化学试剂厂。

旋转蒸发仪(RE-52AA型),上海亚荣生化仪器厂;紫外可见分光光度计(752N型)、电子天平(JY2002型),上海精密科学仪器有限公司;电热鼓风干燥箱(CS101-AB型),中国重庆实验设备厂;循环水真空泵(SHZ-D型),河南省巩义市英峪仪器一厂。

1.3 方法

1.3.1 标准曲线的绘制 精确称取干燥至恒重的蛇床子素对照品10.0 mg,置于50 mL容量瓶中,加入无水甲醇适量,超声处理使其溶解,无水甲醇定容至刻度,制成浓度为0.2 mg/mL的蛇床子素对照品溶液。精确吸取上述蛇床子素对照品溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL分别置于10 mL容量瓶中,加无水甲醇至刻度,以无水甲醇为空白,采用紫外分光光度法于波长322 nm处测定其吸光度[11]。以浓度为横坐标,吸光度值为纵坐标,绘制标准曲线。得到的线性方程为A=0.078 73C+0.090 4,R=0.999 4,表明蛇床子素浓度在2.0~12.0 μg/mL范围内呈良好的线性关系。

1.3.2 大孔吸附树脂的预处理 称取大孔吸附树脂LX-36、LSA-33、LSA-10、D-101、AB-8和LSA-21各50 g,加入玻璃树脂柱内,先以95%乙醇连续洗涤数次约2 h,直至流出液加去离子水(1∶5,V∶V)不混浊为止,然后采用去离子水洗涤至无醇味,再用5%HCl溶液浸泡4 h后以4~6 BV/h的流速洗涤2 h,再用去离子水洗至中性,最后用2%NaOH溶液浸泡6 h后以4~6 BV/h洗涤2 h,再用去离子水洗至中性,抽滤至干,置于密闭容器中备用[12]。

1.3.3 独活总香豆素上柱液的制备 取独活粗粉25 g,加15倍量80%乙醇加热回流提取3次,每次1.5 h,过滤,合并滤液,减压浓缩至无醇味,蒸馏水定容至250 mL,摇匀,备用。

1.3.4 树脂类型的选择

1)静态吸附及解吸。称取处理后的湿树脂LX-36、LSA-33、LSA-10、D-101、AB-8、LSA-21各2 g,加入到100 mL具塞三角瓶中,加入40 mL总香豆素浓度为2.142 mg/mL的独活提取液,每10 min振摇1次约30 s,共2 h,静止48 h过滤,吸取各树脂吸附后的溶液0.5 mL用于测定。将静态吸附的树脂抽滤至干,加入100 mL 95%乙醇解吸,每10 min振摇1次约30 s,持续2 h,静置48 h过滤[13],吸取各解吸液0.5 mL用于测定。按照“1.3.1”的方法于波长322 nm处测定吸光度A,计算各树脂对独活总香豆素的吸附率和解吸率。各指标的计算公式如下[14]:

吸附率=[(C0×V0-C1×V1)/C0×V0]×100%

吸附量=C0×V0-C1×V1

解吸率={(V2× C2)/[C0×V0-C1×V1]}×100%

解吸量=V2 × C2

纯度=(m2/m1)×100%

式中,C0为起始提取液中总香豆素浓度(mg/mL);C1为吸附48 h后溶液中总香豆素浓度(mg/mL);C2为解吸液中总香豆素浓度(mg/mL);V1为提取液体积(mL);V2为解吸液体积(mL);m1为解吸液干燥后固体的称样量(mg);m2为解吸液中总香豆素的测定量(mg)。

2)动态吸附及解吸。称取处理后树脂LX-36、AB-8、LSA-21各4 g,湿法上柱,分别加入40 mL总香豆素浓度为2.138 mg/mL的独活提取液,以2 BV/h的流速进行动态吸附,收集吸附后的溶液,吸取各吸附后的溶液适量,按照“1.3.1”的方法于波长322 nm处测定吸光度,再用50 mL 95%乙醇以2 BV/h的流速进行动态解吸,分别收集各解吸液,吸取各解吸液适量,按照“1.3.1”的方法于波长322 nm处测定吸光度,分别计算独活总香豆素的动态吸附率和解吸率。

1.3.5 吸附树脂工艺的优化

1)上样量。取已处理的LX-36型大孔吸附树脂6 g,湿法上柱,加入独活提取液(总香豆素浓度为2.186 mg/mL),以2 BV/h的流速进行吸附,每10 mL收集一份吸附后溶液,共5份,然后每5 mL收集一份吸附后溶液,共7份,按照“1.3.1”的方法于322 nm处测定每份吸附后溶液的吸光度,计算浓度,以吸附后溶液浓度为纵坐标,吸附后溶液体积为横坐标绘制泄漏曲线[15]。

2)提取液上样浓度。取已处理的LX-36型大孔吸附树脂5份,每份各6 g,湿法上柱,分别加入独活提取液(总香豆素浓度为4.301 mg/mL)以及稀释了1~4倍的独活提取液各15、30、45、60、75 mL,以2 BV/h的流速进行吸附后,分别收集吸附后溶液并记录体积用于测定。

3)上柱吸附速率。取已处理的LX-36型大孔吸附树脂5份,每份各6 g,湿法上柱,分别加入独活提取液各30 mL(总香豆素浓度为2.151 mg/mL),分别以1、2、3、4、5 BV/h的流速进行吸附,收集吸附后溶液并记录体积用于测定。

4)提取液pH。取已处理的LX-36型大孔吸附树脂8份,每份各6 g,湿法上柱,准备独活提取液8份,每份30 mL(总香豆素浓度为2.179 mg/mL),分别调pH为1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5,加入柱内,以5 BV/h的流速进行吸附,收集吸附后溶液并记录体积用于测定。

吸取2)、3)、4)中吸附后的溶液适量,按照“1.3.1”的方法于波长322 nm处测定吸光度,然后用50 mL 95%乙醇以2 BV/h的流速进行解吸,收集解吸液并记录体积,吸取各解吸液适量,按照“1.3.1”的方法测定吸光度,计算吸附率、解吸率。

5) 解吸液乙醇体积分数。取已处理的LX-36型大孔吸附树脂5份,每份各6 g,湿法上柱,分别加独活提取液各30 mL(总香豆素浓度为2.165 mg/mL),以5 BV/h的流速进行吸附,收集吸附后溶液并记录体积,吸取各吸附后的溶液适量,按照“1.3.1”的方法测定吸光度,然后分别加10%、30%、50%、75%、95%乙醇各50 mL以2 BV/h的流速进行解吸,分别收集解吸液并记录体积,测定吸光度,计算吸附率、解吸率。

6)解吸速率。取已处理的LX-36型大孔吸附树脂5份,每份各6 g,湿法上柱,分别加入独活提取液各30 mL(总香豆素浓度为2.168 mg/mL),以5 BV/h的流速进行吸附,收集吸附后溶液并记录体积,然后加95%乙醇50 mL,分别以1、2、3、4、5 BV/h的流速进行解吸,收集解吸液并记录体积,测定吸光度,计算吸附率、解吸率。

7)解吸液用量。取已处理的LX-36型大孔吸附树脂6 g,湿法上柱,加入独活提取液30 mL(总香豆素浓度为2.180 mg/mL),以5 BV/h的流速进行吸附,收集吸附后溶液并记录体积,经计算其吸附量为61.53 mg,吸附率为94.08%,然后采用95%乙醇以1 BV/h的流速进行解吸,第1~5个流份为10 mL,第6~14个流份为5 mL收集解吸液,测定其吸光度,计算解吸液中总香豆素的浓度和解吸量。

1.3.6 工艺稳定性验证 为了考察上述工艺条件的稳定性,进行3次验证试验,取已处理的LX-36型大孔吸附树脂3份,各12 g,湿法上柱,分别加入独活提取液各60 mL(总香豆素浓度为2.182 mg/mL),以5 BV/h的流速进行吸附,收集吸附后溶液并记录体积,然后加95%乙醇90 mL,以1 BV/h的流速进行解吸,分别收集解吸液并记录体积,测定其吸光度,计算吸附率、解吸率。再各取80 mL解吸液、40 mL独活提取液原液倒入称重后的蒸发皿中水浴蒸干,然后放入80 ℃的电热鼓风干燥箱中干燥至恒重,计算浸膏中总香豆素的含量。

2 结果与分析

2.1 树脂类型的选择

2.1.1 静态吸附及解吸 从表1可以看出,综合6 种大孔树脂对独活总香豆素的吸附量、吸附率、解吸量和解吸率可知,LX-36、AB-8、LSA-21 3种树脂对独活总香豆素的纯化效果相对较好,所以选择LX-36、AB-8、LSA-21树脂进行动态研究,以便选择适合纯化独活总香豆素的最佳树脂。

2.1.2 动态吸附及解吸 由表2可知,上述3种树脂对独活总香豆素的解吸率均高于90%,但LX-36型树脂的吸附量和解吸量均高于另外2种树脂,故选择LX-36型树脂进行工艺优化的研究。

2.2 LX-36型大孔吸附树脂工艺优化结果

2.2.1 上样量 从图1中可以看出,当吸附后溶液体积为30 mL时,吸附后溶液浓度明显升高,有大量泄漏。此时,上样量折合原药材3 g,因此药材∶树脂以1∶2(m∶m,g∶g)较为合适,即上样量(原药材)相当于树脂量的50%。

2.2.2 提取液上样浓度 由表3可知,除提取液上样浓度为4.301 0 mg/mL时对独活总香豆素的吸附率较低外,其他4种上样浓度的吸附率均高于90.00%,解吸量除上样浓度为4.301 0 mg/mL时较低外,其他4种上样浓度的解吸量均高于53.00 mg,综合吸附量、吸附率、解吸量和解吸率可知,选择提取液上样浓度为2.150 5 mg/mL(相当于原生药浓度0.1 g/mL)为上柱药液浓度。

2.2.3 上柱吸附速率 由表4可知,上柱吸附速率对独活总香豆素的吸附率和解吸率影响均较小,不同吸附速率下对独活总香豆素的吸附率和解吸率差异不大。从节约时间的角度出发,吸附速率选择以5 BV/h为宜。

2.2.4 提取液pH 由表5可知,提取液pH不同,对树脂的纯化效果有较大的影响,pH为2.5~5.5时对独活总香豆素的吸附率和解吸率均比较理想。所以选择提取液pH为4.5左右进行上样。

2.2.5 解吸液乙醇体积分数 解吸液乙醇的体积分数不同,其极性也不同,对独活总香豆素的解吸能力也就不同。由表6可知,在其他纯化工艺条件固定时,随着乙醇体积分数的增大,对独活总香豆素的解吸率逐渐增大,当乙醇浓度为95%时,其解吸率高达90.98%,所以将解吸液乙醇体积分数固定为95%。

2.2.6 解吸速率 由表7可知,解吸速率对独活总香豆素的解吸率有一定的影响,解吸速率越慢,对独活总香豆素的解吸效果越好。当解吸速率为1 BV/h时,解吸率达到93.47%,所以确定最佳解吸速率为1 BV/h。

2.2.7 解吸液用量 由图2可知,当解吸液用量为95 mL时,解吸液中总香豆素的解吸量为58.25 mg,其解吸率为94.67%,当解吸液用量为40 mL时,总香豆素的解吸量为55.45 mg,占总解吸量的95.19%,当解吸液用量为50 mL时,总香豆素的解吸量为57.14 mg,占总解吸量的98.09%,从节约乙醇用量的角度出发,解吸液用量选择45 mL左右时即可将独活总香豆素解吸完全。

2.3 LX-36型大孔吸附树脂纯化独活总香豆素工艺稳定性验证

由以上结果可知,采用LX-36型大孔吸附树脂纯化独活总香豆素的较佳工艺为:提取液上样量为药材∶树脂1∶2,提取液上样浓度相当于原药液浓度0.1 g/mL,提取液pH为4.5,上样吸附速率为5 BV/h,解吸液乙醇体积分数95%,解吸速率为1 BV/h,解吸液用量为45 mL左右。通过3次工艺稳定性验证试验,得到干浸膏中总香豆素含量分别为27.07%、26.97%、27.23%,平均为27.09%。可以看出,经LX-36型大孔吸附树脂处理独活提取液后,干膏中总香豆素含量可由8.42%提高到27.09%(表8)。

3 结论

采用6种不同型号的大孔吸附树脂对独活总香豆素的纯化工艺进行了试验,通过对影响大孔吸附树脂吸附及解吸的各种因素的研究,确定了LX-36型大孔吸附树脂分离纯化独活总香豆素的效果相对比较理想,其纯化工艺条件为独活提取液上样量为药材∶树脂1∶2,提取液上柱浓度相当于原药浓度0.1 g/mL,提取液pH为4.5,上样吸附速率为5 BV/h,再用5倍柱体积的95%乙醇以1 BV/h的流速进行解吸,解吸率可以高达92.73%,纯化后的干浸膏中总香豆素的含量由原来的8.42%升高到27.09%,表明LX-36型大孔树脂对独活总香豆素具有一定的纯化性能,为独活的进一步开发利用提供了基本依据。

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3 结论

采用6种不同型号的大孔吸附树脂对独活总香豆素的纯化工艺进行了试验,通过对影响大孔吸附树脂吸附及解吸的各种因素的研究,确定了LX-36型大孔吸附树脂分离纯化独活总香豆素的效果相对比较理想,其纯化工艺条件为独活提取液上样量为药材∶树脂1∶2,提取液上柱浓度相当于原药浓度0.1 g/mL,提取液pH为4.5,上样吸附速率为5 BV/h,再用5倍柱体积的95%乙醇以1 BV/h的流速进行解吸,解吸率可以高达92.73%,纯化后的干浸膏中总香豆素的含量由原来的8.42%升高到27.09%,表明LX-36型大孔树脂对独活总香豆素具有一定的纯化性能,为独活的进一步开发利用提供了基本依据。

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3 结论

采用6种不同型号的大孔吸附树脂对独活总香豆素的纯化工艺进行了试验,通过对影响大孔吸附树脂吸附及解吸的各种因素的研究,确定了LX-36型大孔吸附树脂分离纯化独活总香豆素的效果相对比较理想,其纯化工艺条件为独活提取液上样量为药材∶树脂1∶2,提取液上柱浓度相当于原药浓度0.1 g/mL,提取液pH为4.5,上样吸附速率为5 BV/h,再用5倍柱体积的95%乙醇以1 BV/h的流速进行解吸,解吸率可以高达92.73%,纯化后的干浸膏中总香豆素的含量由原来的8.42%升高到27.09%,表明LX-36型大孔树脂对独活总香豆素具有一定的纯化性能,为独活的进一步开发利用提供了基本依据。

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