大孔吸附樹脂在生物堿純化方面的應用

張慧芳，李 嬛

(1.金華職業技術學院醫學院，浙江 金華 321013；

2.南京中醫藥大學·江蘇省中藥炮制重點實驗室·國家中醫藥管理局中藥炮制標準重點實驗室，江蘇 南京 210029)

生物堿是一類含有氮雜環的天然有機化合物，大多呈堿性，是許多中草藥及藥用植物的有效成分，具有顯著而特殊的生物活性[1－2]。經溶劑提取后的生物堿溶液除含有生物堿及其鹽類之外，還含有大量其他脂溶性成分或水溶性雜質，需要進一步純化處理。目前使用的純化方法中，有機溶劑萃取法操作復雜，對設備和操作人員的要求較高，且效率低，容易乳化，同時使用了大量毒性的有機溶劑，環境污染嚴重，操作安全性差；離子交換樹脂法使用的溶劑基本無毒，但其樹脂的前處理工作煩瑣，需要經過至少2～3次酸堿交換洗脫。而大孔樹脂的前處理較簡便，使用的洗脫溶劑多為不同濃度的乙醇，非常適用于大生產，其實驗研究最終可轉化為工業化生產，具有重大意義。筆者對近10年來大孔樹脂在生物堿純化方面的應用進行總結，以更好地為工業化生產服務。

1 大孔樹脂的吸附原理及預處理

大孔樹脂(macroporous resin)是由聚合單體和交聯劑、致孔劑、分散劑等添加劑經聚合反應制備而成。聚合物形成后，致孔劑被除去，在樹脂中留下了大小、形狀各異、互相貫通的孔穴。一般為白色的球狀顆粒，也有棕色，粒度為20～60目，是一類含離子交換集團的交聯聚合物。其理化性質穩定，不溶于酸、堿和有機溶劑，不受無機鹽類及強離子低分子化合物的影響。樹脂的吸附作用是依靠它與被吸附分子之間的范德華力，通過巨大的比表面進行物理吸附，同時又有半化學吸附(氫鍵吸附)，兼具分子篩的作用。

大孔樹脂可分為3類：非極性大孔樹脂，如HPD－100，HPD－300，D－101，X－5，DF01，HZ816，HZ803，HZ802等；弱極性大孔樹脂，如AB－8，HPD－400，SP825，HP－20等；極性大孔樹脂，如 NKA－9，12NKA－12，S－8，HPD－500等。

預處理樹脂時，首先用95%乙醇浸泡，充分溶脹24 h后裝入玻璃柱后，每1 h 4～6倍藥材體積的(4～6 BV/h)95%乙醇淋洗，洗至流出液與水(1∶5)無渾濁停止；然后用水以同樣流速洗凈乙醇；再用約2倍體積的4%～5%鹽酸溶液，以相同流速通過樹脂層，全部通入后，浸泡2～4 h，排去酸液，用潔凈水沖洗至出水呈中性；用2%～5%NaOH同流速通過樹脂層，浸泡2～4 h后，水洗至中性，速度同上。

2 大孔樹脂的選擇

2.1 樹脂的篩選

根據相似相溶原理，非極性大孔吸附樹脂易吸附非極性物質，極性大孔吸附樹脂易吸附極性物質。用于生物堿純化的樹脂目前主要有：南開大學的D101(非極性)、AB－8(弱極性)最常用，X－5 (非極性)、D151、DA201、DF01(非極性)也較常用；滄州寶恩吸附材料科技有限公司(滄州寶恩化工有限公司)的HPD系列，其中HPD－722(弱極性)、HPD－100(弱極性)、HPD－750(中極性)、HPD－800(中極性)主要用于生物堿的純化分離，其中HPD－100較常用，HPD－800主要用于吲哚類生物堿的純化分離；西安藍曉科技有限公司的LSA系列，其中LSA－30(非極性)、LSA－21(中極性)適用于生物堿的純化分離；日本三菱公司的SP825，華東理工大學華震聚合物有限公司的HZ系列，以及在樹脂篩選中都會選用的南開大學NKA－9(極性)、NKA－12(極性)、s－8(極性)。

2.2 吸附、解吸條件的選擇

吸附條件和解吸附條件的選擇直接影響著大孔吸附樹脂吸附工藝的好壞，因而在整個工藝過程中應綜合考慮各種因素，確定最佳吸附、解吸條件。影響樹脂吸附的因素很多，對于生物堿的分離純化，主要要考察上樣溶液的飽和吸附量(進行動態吸附試驗)、pH(一般選取pH為2，4，6，8，12的上樣液進行考察)、吸附流速，并繪制相應圖表。影響解吸條件的因素有洗脫劑的種類、濃度、體積、pH(pH為2，4，6，8，10，12的洗脫液進行考察)、解吸流速，應繪制相應圖標。洗脫劑可用甲醇、乙醇、丙酮，但工業化生產時提倡使用乙醇。

3 大孔樹脂富集純化的生物堿種類

3.1 烏頭類生物堿

李文蘭等[3]考察了X－5大孔樹脂純化烏頭總生物堿和新烏頭堿的最佳工藝，得出上樣液質量濃度為含生藥1g/mL，藥液pH=12，吸附時間6 h，7～8BV/h的95%乙醇洗脫效果好；X－5樹脂可重復使用5次，經X－5樹脂處理的烏頭總堿提取率可達80%以上，終產品總生物堿純度可達30%以上。萬里翔等[4]選用D－101，X－5，AB－8大孔樹脂純化附子總烏頭生物堿，上樣藥液等濃度 6g/mL，pH=4.5，以蒸餾水除雜，10%和95%乙醇溶液，洗脫均可。趙鐳等[5]用D101樹脂對炮制后的附子進行純化，正交試驗篩選出最佳上樣條件為6g/mL，pH=5，溫度為15℃，洗脫時先用5BV水洗，除去炮制過程中引入的氯化鎂和色素等雜質，再用5 BV 10%乙醇溶液洗脫，洗脫液為淡黃(雖然80%乙醇洗脫生物堿含量也很高，洗脫液為棕紅色，但因80%乙醇洗脫液還需進行樹脂脫色，含量沒有10%乙醇高)。楊潔紅等[6]以生物堿得率、烏頭堿含量為指標，通過正交試驗篩選出DA201大孔樹脂純化附子總生物堿的最佳工藝，上樣液pH=10，質量濃度為0.057 8g/L(烏頭堿)，洗脫液乙醇濃度為90%。

3.2 苦參堿類

秦學功等[7]篩選了12種樹脂，發現DF01樹脂的吸附量明顯高于其他樹脂，室溫下吸附液pH為10，吸附流速5 BV/h，對苦參生物堿的吸附量可達17g/L；以2.5 BV/h的解吸流速，pH=3的80%乙醇解吸，可使解析率達96%以上。田成旺等[8]又對DF01吸附苦參堿的行為做了研究，發現較高的流出液流速、較小的樹脂粒徑和較低的樹脂高度有利于增大吸附速度，但同時也使單柱的吸附量有所降低。高紅寧等[9]用陶瓷膜微濾機對大孔樹脂上樣前的苦參水提液進行預處理，再通過AB－8大孔樹脂，用50%乙醇洗脫，與醇沉法比較，發現該方法較醇沉法可更有效地保留有效成分、去除雜質。林強等[10]研究了7種大孔吸附樹脂對苦參堿的吸附能力，其中SP825吸附量最大，靜態吸附容量706.19mg/g，較高的溶液濃度、較低的樹脂層高度有利于增大樹脂的吸附速度，洗脫劑為無水乙醇。楊明利等[11]對5種大孔樹脂進行篩選，發現 LSA－21，LSA－30在pH=10和0℃時吸附效果最好，洗脫劑為30%乙醇，由此得到的氧化苦參堿含量約為37%。

3.3 黃連總生物堿類

羅集鵬等[12]采用大孔樹脂對黃連及其制劑中小檗堿進行了富集，堿水上樣，酸水洗脫。徐曉宏等[13]篩選了5種大孔樹脂，發現AB－8具有最佳的吸附洗脫參數，2 BV蒸餾水，2 BV 40%乙醇依次洗脫，黃連總生物堿收率為85%，質量分數為80%。段芳等[14]從6種樹脂中篩選出HPD－722型大孔樹脂，對黃連總生物堿有良好吸附、分離作用，上樣質量濃度100g/L，50%乙醇洗脫。任曉鋒等[15]運用AB－8大孔樹脂純化黃連、關黃柏中季銨總堿，上樣液pH=8，50%乙醇洗脫。

3.4 長春堿類

張琳等[16]對11種大孔樹脂進行篩選，得出AB－8為分離長春花生物堿的最佳載體，長春花原料用稀硫酸溶液提取后用氨水調pH至8，上樣，用20%乙醇洗滌去強極性成分，在30℃下用pH=4的50%乙醇解吸，得單吲哚生物堿文多靈和長春質堿；再用90%乙醇解析，得雙吲哚生物堿長春堿，單吲哚生物堿純度可達50%以上，長春堿純度達60%以上。潘岳峰等[17]對5種不同型號的大孔樹脂進行篩選，得出AB－8對長春堿和長春新堿進行分離純化的效果佳，90%乙醇水溶液以1.5BV/h的速度洗脫，總比吸附量達到74.5mg/g，經硅膠柱層析后長春新堿純度達97.26%，長春堿純度達94.1%。

3.5 其他類生物堿

劉俊紅等[18]將3種大孔樹脂用于純化延胡索生物堿。王普等[19]研究并優化HPD－100大孔吸附樹脂分離純化荷葉中阿樸啡類生物堿的洗脫條件，以不同體積分數的甲醇水溶液進行洗脫，分離富集阿樸啡類生物堿。趙大洲等[20]通過比較5種大孔樹脂對夏天無提取液的靜態吸附率及洗脫率，優選出X－5大孔樹脂，上樣液pH=5，95%乙醇洗脫。蔡應繁等[21]從5種樹脂中篩選出的LSA30對唐松草總生物堿的吸附效果最好，上樣液0.5g/mL，pH=6.0，2 BV/h上樣，50%乙醇解吸。張鵬等[22]通過正交試驗，以總生物堿保留率和純度為主要參數，篩選了D101純化湖北貝母生物堿的最佳工藝。陳昌國[23]對7種大孔樹脂進行篩選，得出DA201樹脂對蓮心總堿的靜態吸附性能最佳，上樣質量濃度1.87mg/L，pH=10，洗脫劑為pH=3的70%乙醇。

4 幾點建議

對于大孔樹脂的預處理，筆者認為用于分離生物堿的大孔樹脂不應該僅用95%乙醇洗脫至洗脫液加水(1∶5)不渾濁的方法，因為該方法不能完全除去酸堿性的雜質而影響后續生物堿的純化。

靜態吸附與洗脫時需要計算吸附容量，其中代入計算的應當是干樹脂的質量，但有些文獻將樹脂體積或濕樹脂的質量代入計算，這是不嚴謹的。

應根據所要富集純化的生物堿性質(極性、分子量大小等)進行大孔樹脂的篩選，目前用于大孔樹脂純化的生物堿，水溶性與脂溶性皆有。所選大孔樹脂與生物堿的極性過于相似，會造成吸附力過強，致使被吸附物不能被洗脫下來；極性相差過大，又無法吸附。實際上極性大小是一個相對概念，要根據分子中極性基團(如羥基、羧基等)與非極性基團的數目和大小來綜合判斷。對于未知化合物，可通過一定的預試驗和薄層色譜行為來判斷。在樹脂的選用上，也要根據被分離化合物分子的整體情況具體分析。對于同類型化合物，通常分子量越大，樹脂對其的吸附力就越強。對于生物堿的純化，一般選用非極性和弱極性的大孔樹脂，同時在選擇樹脂時不要拘泥于同一廠家、型號的樹脂，應當廣泛地進行篩選，找出最適合的大孔樹脂。樹脂的比表面積對吸附也有影響，通常比表面積越大，吸附力就越大。孔徑越大，越有利于分子向孔內擴散，越有利于吸附。但孔徑越大，樹脂的機械強度就越差。因此，并不是樹脂的孔徑越大越好，要根據具體情況綜合考慮。

對于同一類型的生物堿純化，不同的實驗者做出的結果并不一致，同時考察的因素也各有不同，筆者認為考察因素應當結合實際生產的需要。例如一些文獻中會考察溫度對吸附的影響，但工業化生產中上樣控溫不現實也不經濟，建議不需要進行溫度考察；同時也會考察吸附濃度，但對于實際生產過程，吸附液濃度受上道工序(浸取及浸取液凈化處理)控制，為了適應吸附過程而專門稀釋或濃縮吸附液同樣也不經濟，建議也不需要進行吸附濃度的考察。

上樣液和解吸液的pH是大孔樹脂分離純化生物堿的一個重要且必須考察的因素。生物堿是具有堿性的一類物質，改變溶液的酸堿性，就會改變其離解度。離解度不同，化合物的極性就不同，樹脂對其吸附力也就不同。因此，溶液的酸堿性對于吸附和解吸效果具有很大的影響。通常，堿性化合物在堿性溶液中易被樹脂吸附(有利于降低化合物的極性)，而在酸性溶液中解吸。

上樣與洗脫溶劑對生物堿純化也有重要影響，主要來自兩個方面：一是對生物堿離解度的影響，二是對生物堿溶解度的影響。可以使生物堿離解度增加的溶劑或通過誘導可以使生物堿極性增大的溶劑均可降低樹脂對生物堿的吸附力。生物堿在溶劑中的溶解度越大，則樹脂對其吸附力就越弱。生物堿鹽在水中的溶解度都較大，大孔吸附樹脂對其吸附力較弱。對于非極性樹脂，洗脫劑的極性越小，其洗脫力就越大。對于中等極性的樹脂和極性較大的化合物，常用極性較大的溶劑如水、含水醇、甲醇、乙醇、丙酮等進行洗脫。對于生物堿的解吸，乙醇濃度從10%～90%不等，具體需要通過實驗確認最佳乙醇洗脫濃度。

大孔樹脂的諸多優點使其在生物堿純化方面發揮的作用越來越大，目前用于純化生物堿的大孔樹脂種類繁多。筆者認為應當為純化生物堿研究提供高效、高選擇性專用的吸附樹脂，以更好地為工業化生產和中藥現代化服務。

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