大孔吸附树脂在分离酚酸和生物碱中的应用*

高　岩，陈亚军，杨春娟，苏晓琳，王知斌

（黑龙江中医药大学教育部北药基础与应用研究重点实验室黑龙江省中药及天然药物药效物质基础研究重点实验室，黑龙江哈尔滨150040）



大孔吸附树脂在分离酚酸和生物碱中的应用*

高岩，陈亚军，杨春娟，苏晓琳，王知斌*

（黑龙江中医药大学教育部北药基础与应用研究重点实验室黑龙江省中药及天然药物药效物质基础研究重点实验室，黑龙江哈尔滨150040）

摘要：大孔吸附树脂广泛用于天然药物有效成分的分离纯化，尤其对具有酸碱性的化学成分具有很好的效果，即对生物活性显著的碱性成分生物碱和酸性成分酚酸等均具有较好吸附分离能力。酚酸和生物碱均是天然药物中重要的有效成分，故本文对大孔吸附树脂在纯化酚酸和生物碱方面的研究进行了系统综述，并总结归纳大孔吸附树脂在分离酸性和碱性化合物时的纯化方法和工艺，为相关的分离纯化研究和实际生产提供了重要的参考。

关键词：大孔吸附树脂；酚酸；生物碱；分离纯化；进展

酚酸（Phenolic acids）是一类含有酚环的有机酸。天然酚酸类化合物分布于许多植物中，但一般成分复杂、含量较低、分离较困难。生物碱（Alkaloids）一般指存在于生物体内的碱性含氮化合物，多数具复杂的含氮杂环。有光学活性和显著生理效应，是许多药用植物的有效成分。提取与纯化是酚酸和生物碱制备的关键环节。大孔吸附树脂（macroporous absorption resin）是一类不含交换基团、具有大孔结构且不溶于酸、碱及各种有机溶剂的有机高聚物吸附剂，具有物理化学稳定性高、比表面积大、吸附容量大、选择性好、吸附速度快、解吸条件温和、再生处理方便、使用周期长、宜于构成闭路循环、成本低、洗脱容易等优点，被广泛用于中药产业[1-3]。

1　大孔吸附树脂的吸附原理及分类

1.1吸附原理

大孔吸附树脂系具立体结构的多孔性海绵状聚合物，多为白色或微黄色球形颗粒，直径0.3～1.25mm，粒度多为20～60目，是以苯乙烯和丙烯酸酯为单体，加入二乙烯苯为交联剂，甲苯、二甲苯为致孔剂，相互交联聚合形成多孔骨架结构。聚合物形成后，除去致孔剂，在树脂中留下大大小小、形状各异、互相贯通的孔穴[2,3]。大孔吸附树脂为吸附性和筛分性相结合的分离材料，多孔性使其具有巨大的比表面积，它和被吸附分子间的范德华引力和氢键作用产生物理吸附，根据其吸附力不同及其分子量大小，可经一定溶剂将化合物洗脱分离；大孔吸附树脂还具有筛选性，这是由于多孔性结构使其对分子大小不同的物质具有选择性的吸附作用[ 1 ]。

1.2大孔吸附树脂的分类

根据其化学结构中是否含离子基团和配位原子分为3类。（1）非离子型大孔吸附树脂，结构中不含离子性基团，主要作为单体和固定相；（2）离子型大孔吸附树脂，即大孔型离子交换树脂，离子交换树脂分为凝胶型离子交换树脂和大孔型离子交换树脂。第1类和第2类均可用于制药时有效成分的分离富集。（3）含配位原子型大孔吸附树脂，即螯合树脂[4]。

按其极性大小可分为：非极性树脂（D3520、D4006、D4020、H103、H107、X- 5等）；弱极性树脂（AB- 8等）；极性树脂（NKA- II、NKA- 9、S- 8等）[5 ]。非极性吸附树脂适于从极性溶剂中吸附非极性物质。中极性吸附树脂含酯基，表面兼有疏水和亲水两部分，既可从极性溶剂中吸附非极性物质，又可从非极性溶液中吸附极性物质。极性吸附树脂是含酰胺基，氰基，酚羟基等含N、O、S极性官能团的吸附树脂，通过静电相互作用吸附极性物质[6]。

2　大孔吸附树脂在分离纯化酚酸类化合物中的应用

2.1大孔吸附树脂对丹参的酚酸类化合物的分离纯化

丹酚酸类化合物结构均具有桂皮酰的共轭体系，其结构骨架可视为由咖啡酸通过氧化偶合形成的。其中丹酚酸A、B为主要活性成分。丹酚酸A对心肌缺血再灌注损伤有保护作用、对氧自由基抑制心肌细胞膜钾通道开放有逆转作用、对心脏线粒体损伤有保护作用等；丹酚酸B对心脏微血管内皮细胞有延迟保护作用、对动脉粥样硬化有预防作用等；总丹酚酸对脑缺血有保护作用等。刘成红等[7]用动态吸附-解吸的方法，以HPLC测定丹酚酸B含量，ZTC- 1型大孔吸附树脂的上柱量按每毫升树脂吸附7.95mg丹酚酸B计算，用4倍柱体积水洗脱后收集30%乙醇洗脱液，约为6倍柱体积，总丹酚酸得率为7.9%，含丹酚酸B77.8%。采用D101大孔吸附树脂分离纯化丹参粗提物中总酚酸，结果显示树脂柱上总酚酸的保留率可达87.52%，纯化后样品中总酚酸含量达到77.74%，比粗提物中总酚酸含量提高了3.6倍[8]。

2.2大孔吸附树脂对苯丙酸类化合物的分离纯化

植物中存在的苯丙酸类成分主要是桂皮酸的衍生物。其中，阿魏酸（阿魏酸钠）具有抗血小板聚集，抑制血小板5-羟色胺释放，抑制血小板血栓素a2（txa2）的生成，增强前列腺素活性，镇痛，缓解血管痉挛等作用，用于生产治疗心脑血管疾病及白细胞减少等症药物。采用D- 101大孔吸附树脂分离纯化川芎中阿魏酸及总酚酸，可使阿魏酸洗脱率达96.3%，总酚酸为96.7%，终产品总酚酸含量达51.7%[9]。采用DA201大孔吸附树脂对当归中的阿魏酸进行纯化效果较好，可使阿魏酸的质量分数提高至25.1%[10]。

2.3大孔吸附树脂对茶多酚类化合物的分离纯化

茶多酚又名茶单宁、茶鞣质，指在茶叶水浸物中与亚铁离子发生络合反应的化合物总称，基本结构为2-连（或邻）苯酚基苯并吡喃的衍生物。茶多酚具良好的抗氧化性，还具有抗癌，防衰老、抗辐射、消除人体自由基、降血糖、防治心血管疾病、抑菌抑霉、沉淀重金属等一系列特殊药理活性功能。竹尾忠一[11 ]等用HP- 2MG吸附柱对茶叶沸水浸提液进行吸附，以70%的乙醇解吸后直接真空浓缩干燥得纯度为68%的儿茶素。通过对4种离子交换树脂和16种吸附树脂的比较根据膜分离-吸附树脂法制取茶多酚，结果显示国产92- 2与92- 3树脂对茶多酚具较强吸附能力和良好解吸性能[12]。

以上这些实验研究表明，用大孔吸附树脂分离纯化酚酸化合物工艺简单，具广阔应用前景。

3　大孔吸附树脂在分离纯化生物碱中的应用

3.1大孔吸附树脂对托品烷类生物碱的分离纯化

托品烷类生物碱是具有8氮杂双环3，2，1辛烷分子骨架的一类化合物。目前，在临床占有重要地位。其中东莨菪碱、山莨菪碱等具有抗胆碱能活性，可治疗中毒性痢疾等；包公藤甲素具有拟胆碱能活性，临床上治疗青光眼等。比较五种类型大孔吸附树脂分离天仙子总生物碱的最佳工艺结果显示LSA5B型大孔吸附树脂对天仙子总生物碱分离纯化效果最好，最佳工艺条件为：1.5BV·h-1体积流量上样，4BV蒸馏水洗去水溶性杂质，50%乙醇作洗脱溶剂，最佳洗脱体积流量为1.5BV·h-1，洗脱用量为10BV，东莨菪碱和莨菪碱的洗脱率分别为74% 和86%[13]。

3.2大孔吸附树脂对二萜生物碱类的分离纯化

二萜类生物碱是四环二萜（反考烷）或五环二萜（乌头烷）分子中具有-β-氨基乙醇、甲胺或乙胺的杂环化合物。这类化合物生物活性广泛，在镇痛、抗炎及抗心律失常等方面有显著功效。通过正交试验研究大孔吸附树脂对草乌生物碱的吸附性能及提纯工艺发现最优条件为：SIP1300大孔吸附树脂，原液浓度0.2g生药/mL，pH值为5，流速4BV（柱床体积）/小时，洗脱液位80%乙醇[ 14 ]。王小芳等[15]等采用响应面分析法，以松潘乌头总生物碱的量为考察指标优选大孔吸附树脂分离纯化松潘乌头总生物碱的工艺。结果最佳条件为上样液pH值5.0、上样液质量浓度0.2g·mL-1、洗脱液乙醇体积分数75%，RSD为1.78%，得松潘乌头总生物碱含量22%。

3.3大孔吸附树脂对吲哚生物碱类的分离纯化

吲哚类生物碱根据生源，初步分成4大类：简单吲哚类、β-卡波林碱类、半萜吲哚碱类和单萜吲哚碱类。其药理作用广泛且显著，对心血管系统、中枢神经系统均有药理作用，尚有抗炎、抗遗忘、抗病毒活性、细胞毒性等作用。以钩藤总生物碱含量为指标筛选大孔吸附树脂上样条件和洗脱条件，发现以AB- 8大孔吸附树脂对钩藤中总生物碱的吸附分离性能最好，最佳工艺为：钩藤提取物上样药液浓度0.2g·mL-1（生药量，以湿树脂计），上样药液pH值为5.0～6.0，上样流速1mL·min-1，上样后先用8BV（倍柱体积）水洗脱除杂，再用10BV的40%乙醇除杂，最后用8BV的75%乙醇洗脱，得总生物碱纯度超过24%[16]。管庆霞等[17]通过比较4种大孔吸附树脂对马钱子总生物碱的分离纯化性能优选出以AB- 8树脂吸附，70%乙醇洗脱，可使总生物碱洗脱率达90.89%。AB- 8对长春碱和长春新碱进行分离纯化的效果也最佳，90%乙醇水溶液以1.5BV·h-1的速度洗脱，总比吸附量达到74.5mg·g-1，经硅胶柱层析后长春新碱纯度达97.26%，长春碱纯度达94.1%[18]。

3.4大孔吸附树脂对异喹啉类生物碱的分离纯化

异喹啉类生物碱结构多样，可分为简单异喹啉类、苄基异喹啉类、苯并菲啶类、萘基异喹啉类、阿朴菲类、原小檗碱类、普托品类、吗啡类等20余种，总数千余种，由于其结构多样性，具有较广泛的生理活性，包括抗菌、抗肿瘤、镇痛、抗心律失常、抗血小板聚集、降压、调节免疫等功能[19]。大孔吸附树脂分离纯化延胡索总生物碱分离纯化的最佳工艺为D- 101大孔吸附树脂，延胡索药材与树脂体积比为1∶1（g·mL-1）为最佳上样量；洗脱速度0.5BV·h-1；以去离子水洗脱杂质，洗脱体积为6BV，80%乙醇洗脱总生物碱，洗脱体积为6BV[20]。况晓等[21]以静态吸附分离法比较7种类型大孔吸附树脂类型，以动态吸附分离法考察最优分离工艺，研究显示HPD100树脂对黄连及黄柏的总生物碱均有较好吸附分离能力，最佳工艺条件为：原生药0.1g·mL为上样液浓度，4mL·min-1的吸附速度，30%乙醇洗脱，5倍柱体积，处理后可使黄连和黄柏干浸膏中总生物碱含量达60%以上。

大孔吸附树脂分离生物碱相比传统的生物碱分离技术有其独特优势，如：所需溶剂少、稳定性及产品质量高、设备简单、工艺简便，成本低，分离样品纯度较高。

4　讨论

大孔吸附树脂对于酸性和碱性化合物均可进行分离纯化，生物碱和酚酸的纯化一般都选用非极性和弱极性的大孔吸附树脂，具体应根据化合物的极性和分子量大小等进行筛选。在分离酚酸类化合物的研究中，采用D101大孔吸附树脂分离纯化丹参总酚酸的工艺条件及参数进行研究时，发现水洗液体积及上样液中总酚酸质量对树脂柱上总酚酸的保留率具有显著影响；并提出总酚酸稳定性差，易被氧化，选用高浓度乙醇可缩短浓缩时间，减少总酚酸的氧化降解，利于总酚酸的稳定[8]。对于用于分离生物碱的大孔吸附树脂的预处理，张慧芳等[22]在总结大孔吸附树脂在生物碱纯化中的应用时提出仅用95%乙醇洗脱至洗脱液加水（1∶5）不浑浊的方法不能完全除去酸碱性的杂质而影响后续生物碱的纯化；另外，上样液和解吸液的pH值会通过改变化合物的极性从而影响树脂对它的吸附力。王晓梅等[23 ]在研究大孔吸附树脂纯化新疆鼠尾草总酚酸工艺时也提出，新疆鼠尾草中的总酚酸被树脂吸附后，只用乙醇洗脱的结果不理想，在乙醇溶液中加适量的酸可增加酚酸解吸附率，从而提高其纯化效果。对D- 301型大孔吸附树脂富集刺山柑总酚酸的工艺条件及参数进行研究时发现上样液浓度及pH对总酚酸吸附率有显著影响，而洗脱液的pH值则显著影响洗脱率[24]。可见，在使用大孔吸附树脂分离酚酸和生物碱类化合物时均应该重点考虑溶液pH值对大孔吸附树脂吸附力的影响和洗脱液的浓度对样品除杂和解析率的影响。

自然界植物体中酚酸和生物碱类化合物的种类多种多样，大孔树脂已广泛应用于生物碱、黄酮、酚酸化合物的分离纯化。在未来的分离科学研究中，可从有机化合物不同类型和溶剂不同的pH值出发，探索用大孔吸附树脂对酚酸和生物碱类化合物进行分离纯化的条件及工艺，以更好地让大孔吸附树脂在中药产业发挥其作用。

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Application of macroporous adsorption resin in separation of phenolic acids and alkaloids*

GAO Yan, CHENG Ya-jun, YANG Chun-juan, SU Xiao-lin, WANG Zhi-bin
（Key Laboratory of Basic and Applied Research in North Medicine, Ministry of Education, Heilongjiang Key Laboratory of Drug Efficacy Study Material of Traditional Chinese Medicine and Natural Product, Heilongjiang University of Chinese Medicine, Harbin 150040，China）

Abstract:Macroporous resin, which does well in adsorbing and separating the biological active alkaline alkaloidsce and acidic phenolic acids components, especially for the chemical compositions of acid and alkaliois, is widely used in the separation and purification of active ingredients.Because both phenolic acids and alkaloidsc are important components of natural medicine,a systematic review of the research on macroporous adsorption resin in the purification of phenolic acids and alkaloids was carried out and the purification methods and processes of macroporous resin in the separation of acidic and alkaline compounds are summarized in this paper. It would provide an important reference for the research and the practical production of the relevant separation and purification.

Key words:macroporous resin；phenolic acids；alkaloids；purification；progress

通讯作者：王知斌（1976-），男，副教授，主要从事中药药效物质基础和新药临床前药学研究。

作者简介：高岩（1993-），女，在读硕士研究生，研究方向：中药药效物质基础。

基金项目：黑龙江省留学归国人员科学基金（No.LC2012C15；LC2015 031）；国家自然科学基金面上项目（No.81573551）

收稿日期：2015- 10- 20

中图分类号：R284.2

文献标识码：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160146