[Bmim]BF4/EA-(NH4)2SO4-H2O雙水相體系萃取黃連中鹽酸小檗堿

趙曉軍，田 剛， 李鑫垚， 婁文濤， 郭鵬鵬， 侯延民

(平頂山學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，河南 平頂山 467000)

[Bmim]BF4/EA-(NH4)2SO4-H2O雙水相體系萃取黃連中鹽酸小檗堿

趙曉軍，田 剛， 李鑫垚， 婁文濤， 郭鵬鵬， 侯延民*

(平頂山學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，河南 平頂山 467000)

研究了親水性離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽/乙酸乙酯 ([Bmim]BF4/EA)-硫酸銨-水雙水相體系萃取(ATPS)黃連中鹽酸小檗堿，考察了雙水相體系中有機(jī)溶劑種類、分相鹽種類及質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體系溫度及pH值對(duì)鹽酸小檗堿萃取率的影響，得到最佳條件為：[Bmim]BF4:EA(2.5 mL:2.5 mL)5 mL，硫酸銨溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)36.7%，溫度60 ℃，pH值5.5，在此條件下萃取率可達(dá)78.89 %。此工藝對(duì)黃連中有效成分的提取、分離、純化具有一定的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)對(duì)建立離子液體雙水相溶劑浮選體系提取天然產(chǎn)物中活性成分具有一定的指導(dǎo)意義。

離子液體；乙酸乙酯；雙水相萃??；黃連；鹽酸小檗堿

黃連，多年生草本植物，是我國傳統(tǒng)名貴藥材之一，與蒲公英、大蒜、博落回是優(yōu)良的天然植物源性抗炎藥物[1]。黃連中主要成分為小檗堿，結(jié)構(gòu)式如圖1，為季銨型生物堿，強(qiáng)堿性生物堿[2]，醫(yī)學(xué)上常用鹽酸鹽，溶于熱水和熱乙醇，而難溶于氯仿、乙醚等溶劑。黃連作為傳統(tǒng)中藥材，具有瀉火解毒，清熱燥濕等功效，具有良好的抗菌[3]、抗病毒[4]，降血糖[5]，治療心血管疾病[6]等醫(yī)用價(jià)值。隨著研究的深入，臨床應(yīng)用越來越多，高效的提取方法就顯的更加重要，傳統(tǒng)工藝有酸式提取法[7]，石灰乳法提取[8]，乙醇回流提取法[9]等傳統(tǒng)方法，新的提取技術(shù)有二氧化碳超臨界流體萃取法[10]，微波-索氏聯(lián)合提取工藝[11]，超聲波提取[12]，酶浸提法[13]，液膜法等[14-16]。這些提取工藝有一定的局限性，如耗電量大、消耗溶劑量大、耗時(shí)長、操作煩瑣、提取率低等。而離子液體雙水相體系作為一種新型的、綠色的、溫和的、高效的體系，具有雙水相體系和離子液體二者的優(yōu)點(diǎn)，具有體系易于放大、分相時(shí)間短、無毒、熔點(diǎn)低、蒸氣壓小、電化學(xué)窗口大、不揮發(fā)、液程寬、溶解性強(qiáng)和可設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)、萃取過程中不易乳化和易回收等優(yōu)點(diǎn)[16]。Gutowski等[18]于2003年首次提出了離子液體雙水相的概念，多年的研究發(fā)現(xiàn)，這一體系在很多領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景[19-32]，作者在本文中利用 [Bmim]BF4/EA- (NH4)2SO4-H2O雙水相體系萃取黃連中鹽酸小檗堿，探討了形成這一體系的條件，并進(jìn)行了萃取的單因素探索，得出了最佳萃取條件，優(yōu)化了提取工藝, 擬為其工業(yè)化應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

圖1 小檗堿結(jié)構(gòu)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

TU-1901雙光束紫外可見分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限公司)，KQ3200E超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，HH-S型智能恒溫水浴鍋(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，ZN-04AL小型粉碎機(jī)(北京興時(shí)利和科技發(fā)展有限公司)，SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水真空泵(鄭州市國瑞儀器有限公司)，DZR-6020真空干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)，CP224C電子天平(奧豪斯儀器(上海)有限公司)，SHZ-A水浴恒溫振蕩搖床(上海龍躍儀器設(shè)備有限公司)。

1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(>99%，中科院蘭州化學(xué)物理研究所)，黃連(益眾醫(yī)藥有限公司)，鹽酸小檗堿標(biāo)準(zhǔn)品(HPLC≥98%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，乙酸乙酯(天津市凱通化學(xué)試劑有限公司)，硫酸銨(天津市北精細(xì)化工有限公司)，無水乙醇(天津市大茂化學(xué)試劑廠)，丙酮(鄭州派尼化學(xué)試劑廠)，正丙醇(鄭州派尼化學(xué)試劑廠)，異丙醇(津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司)，磷酸二氫鈉(天津市福晨化工試劑廠)，氯化鈉(鄭州派尼化學(xué)試劑廠)，濃鹽酸(上海建信化工有限公司)，氫氧化鈉(鄭州派尼化學(xué)試劑廠)，以上試劑未注明均為分析純，蒸餾水為二次蒸餾水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確稱取11.0000 mg鹽酸小檗堿標(biāo)準(zhǔn)品于100 mL容量瓶中，用[Bmim]BF4定容，配制濃度為110 μg/mL的儲(chǔ)備液，再用移液管吸取25 mL配置好的儲(chǔ)備液于250 mL容量瓶中，[Bmim]BF4定容，再分別吸取2 ，4 ，6 ，8 ，11 ，13 ，15 ，17 ，19 ，22 ，25 mL于25 mL容量瓶，[Bmim]BF4定容，得濃度為0.88 ，1.76 ，2.64，3.52，4.84 ，5.72，6.60 ，7.48 ，8.36 ，9.68 ，11 μg/mL的一系列標(biāo)準(zhǔn)品溶液，在最大吸收波長下測(cè)定吸光度，以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖。

1.2.2 黃連粗提液的制備和含量的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取1.0000 g的黃連粗品(先經(jīng)60 ℃真空干燥8 h，粉碎后過60目篩)于250 mL燒杯中，加入50 mL無水乙醇，保鮮膜覆蓋，60 ℃水浴溫浸15 min后超聲處理30 min，冷卻至室溫，抽濾，濾液用鹽酸調(diào)節(jié)pH值2，濾液轉(zhuǎn)移到1000 mL容量瓶中，蒸餾水定容，得黃連粗提液，4 ℃冷藏備用。準(zhǔn)確移取0.5 mL粗提液到25 mL容量瓶中，[Bmim]BF4定容并測(cè)定其吸光度，由標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)得粗提液中鹽酸小檗堿的含量。

1.2.3 雙水相體系中有機(jī)相、分相鹽的選擇

在室溫條件下，分別考察無水乙醇、丙酮、異丙醇、正丙醇、無水乙醇與正丙醇的混合物(1:1)、[Bmim]BF4與EA的混合物(1:1)六種有機(jī)溶劑與三種分相鹽(NH4)2SO4、NaCL、NaH2PO4的分相能力，濁點(diǎn)滴定法[33]繪制雙水相體系相圖。

1.2.4 無機(jī)鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的選擇

固定水相及有機(jī)相的體積不變，只改變水相中無機(jī)鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，確定分相時(shí)分相鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2.5 雙水相萃取

準(zhǔn)確移取2.50 mL黃連粗提液，于100 mL比色管中，加入50 mL一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的無機(jī)鹽溶液，再加入5 mL有機(jī)溶劑，滴加鹽酸或氫氧化鈉來調(diào)節(jié)溶液的pH值，搖床上控制某一溫度萃取30 min，萃取后靜置，待相界面清晰后測(cè)量上下相體積，取上相1 mL于25 mL容量瓶中，[Bmim]BF4定容，在最大吸收波長處處測(cè)定其吸光度。

根據(jù)回歸直線方程計(jì)算出對(duì)應(yīng)的濃度，計(jì)算鹽酸小檗堿萃取率，計(jì)算公式如下：

相比R=V上：V下

萃取率Y =[M1/M2]× 100 %

V上——表示上相體積；

V下——表示下相體積

M1——表示上相所含鹽酸小檗堿的質(zhì)量。

M2——表示黃連粗提液中鹽酸小檗堿的含量。

1.2.6 溫度的影響

改變雙水相萃取時(shí)的溫度，按照1.2.5的雙水相萃取過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其它條件不變。

1.2.7 pH值的影響

改變雙水相萃取時(shí)的pH值，按照1.2.5的雙水相萃取過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其它條件不變。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

鹽酸小檗堿在238 nm,261 nm,350.5 nm處有三個(gè)吸收峰，[Bmim]BF4與EA的混合液體在350.5nm的吸光度相對(duì)較小，因此該實(shí)驗(yàn)將檢測(cè)波長定為350.5 nm，以[Bmim]BF4:EA(1:1)的混合物為參比，在350.5 nm處測(cè)定吸光度值，以鹽酸小檗堿質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，如圖3所示，得線性回歸方程y = 0.0446x + 0.0047，R2=0.9948，即鹽酸小檗堿的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，結(jié)果顯示鹽酸小檗堿質(zhì)量濃度在0.88 μg/mL～11 μg/mL內(nèi)線性關(guān)系良好。

2.2 雙水相體系的確定

表1 不同體系的分相能力(50 mL飽和鹽水溶液)

圖2 不同的有機(jī)溶劑與硫酸銨的相圖

Fig.2 the Phase diagram of different organic solvents and (NH4)2SO4

圖3 離子液體/乙酸乙酯-硫酸銨-水的相圖

在分相鹽的選擇中，考察了(NH4)2SO4、NaCl、NaH2PO4三種較常用的無機(jī)鹽，如表1所示，分相最好的是[Bmim]BF4：EA(1:1)與(NH4)2SO4形成的體系，在使用較少的的有機(jī)相時(shí)，就能形成穩(wěn)定的雙水相體系，而且相界面清晰。因此我們選擇[Bmim]BF4：EA(1:1)- (NH4)2SO4-水雙水相體系。

圖2、3是室溫下由濁點(diǎn)法繪制的不同有機(jī)溶劑與(NH4)2SO4水溶液的相圖，由圖2、3可知，有機(jī)溶劑分相能力為：[Bmim]BF4：EA(1:1)>正丙醇>乙醇：正丙醇(1:1)>異丙醇>丙酮>乙醇，[Bmim]BF4/EA-(NH4)2SO4-H2O體系表現(xiàn)出比較寬的分相范圍，且分相效果最好，且該有機(jī)相密度比水小，這一特性可以用于雙水相溶劑浮選體系，因此選用[Bmim]BF4：EA(1:1)作為有機(jī)相。

2.3 分相鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定

50 mL水中加入一定質(zhì)量的(NH4)2SO4，溶解后加入5 mL[Bmim]BF4：EA(1:1)，觀察分相情況，如表2所示。

表2 同硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的分相情況

由表2可知，硫酸銨濃度過低時(shí)，體系不分相，過高時(shí)分相明顯但是下相會(huì)析出鹽，不適合鹽酸小檗堿的萃取。當(dāng)硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)36.7 %時(shí)，體系最穩(wěn)定，因此，確定最佳硫酸銨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.7 %。

2.4 萃取體系溫度的確定

圖4 溫度對(duì)萃取鹽酸小檗堿的影響

圖4是溫度對(duì)鹽酸小檗堿萃取率的影響，由圖4可知，在溫度小于60 ℃時(shí)，鹽酸小檗堿的萃取率隨著溫度的增加逐漸增加，在溫度大于60 ℃時(shí)，鹽酸小檗堿的萃取率呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)榱蛩徜@的溶解度隨溫度的變化所致，體系中鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降致使鹽酸小檗堿隨著有機(jī)相進(jìn)入水相造成的，另外溫度過高鹽酸小檗堿的結(jié)構(gòu)也變得不穩(wěn)定，確定最佳萃取溫度為60 ℃。

2.5 萃取體系pH值的確定

圖5 pH值對(duì)萃取鹽酸小檗堿的影響

圖5是pH值對(duì)鹽酸小檗堿萃取率的影響關(guān)系圖，由圖5可知，隨著雙水相體系pH值的變大，鹽酸小檗堿的萃取率先變大后變小，在pH值約為5.5時(shí)，萃取率達(dá)到最大，pH值大于5.5時(shí)，萃取率迅速下降；這可能是因?yàn)樾￠迚A的鹽酸鹽在強(qiáng)酸性條件下能夠穩(wěn)定存在，隨著pH值的增大，鹽酸鹽生成易溶于水的游離小檗堿，重新回到水相中，使有機(jī)相中鹽酸小檗堿的含量下降造成的，因此確定體系最佳pH值為5.5。

3 結(jié)論

采用離子液體雙水相體系萃取鹽酸小檗堿，通過試驗(yàn)及分析對(duì)此工藝進(jìn)行優(yōu)化，得出最優(yōu)提取條件為鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.7 %，pH值5.5，溫度60 ℃，在此條件下萃取率可達(dá)78.89 %。離子液體雙水相體系萃取鹽酸小檗堿比傳統(tǒng)的提取方法在操作方面更為方便，時(shí)間更短，提取率更高，因此其具有較好的發(fā)展前景。

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ExtractionBerberineHydrochloridefromCoptisbyBmimBF4/EA-(NH4)2SO4-H2OAqueousTwo-PhaseSystem

ZhaoXiaojun,TianGang,LiXinyao,LouWentao,GuoPengpeng,HouYanmin*

(College of Chemistry and environmental Engineering，Pingdingshan University，Pingdingshan 467000，China)

Berberine hydrochloride was extracted from coptis by [Bmim]BF4/EA- (NH4)2SO4-H2O aqueous two-phase system.It were investigated that the type of the solvent and salt,salt concentration,the ATPS of temperature and pH ,which In order to improve extraction rate, Finally, the optimal conditions were obtained: [Bmim]BF4:EA(2.5 mL:2.5 mL)5 mL ,(NH4)2SO4concentration of 38.27 %, temperature 60 ℃, pH 5.5, in this optimal conditions, the extraction rate was 78.89 %. This technology was certain application value for the extraction, separation and purification effective components of coptis. At the same time, it has certain guiding significance for the establishment of ionic liquid aqueous two-phase solvent flotation system.

ionic liquid; ethylacetate; aqueous two-phase extraction; coptis, berberine hydrochloride

2017-08-30

2014年度河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(14B150050)

趙曉軍(1979—)，學(xué)士，講師，主要研究方向：雙水相溶劑浮選；通訊作者：侯延民(1968—)，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向：雙水相溶劑浮選。

R284.2

A

1008-021X(2017)18-0014-04

(本文文獻(xiàn)格式趙曉軍，田剛，李鑫垚，等.[Bmim]BF4/EA-(NH4)2SO4-H2O雙水相體系萃取黃連中鹽酸小檗堿[J].山東化工，2017，46(18)：14-17.)