燈盞花乙素制備工藝的實驗教學設計

太志剛 戴偉鋒 林連兵

[摘要]《制藥工藝學》是制藥工程專業(yè)的重要課程，開展課程實驗設計對于提升《制藥工藝學》教學效果較為重要?；谠颇县S富的燈盞花資源，昆明理工大學生命科學與技術學院開展了《制藥工藝學》教學實驗-燈盞花乙素的制備工藝。本實驗教學通過熱回流提取、萃取、聚酰胺酚柱層析和結晶幾個步驟，即可從云南特色植物-燈盞花中獲得純度較高的燈盞花乙素。實驗易于操作，實驗內(nèi)容涵蓋了原材料預處理、提取、分離純化及干燥等課程內(nèi)容。通過以上實驗教學，有效地提高《制藥工藝學》的教學質量。

[關鍵詞]制藥工藝學；燈盞花乙素；制備工藝；教學設計

[中圖分類號] R544.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721（2018）8（c）-0169-04

[Abstract] Pharmaceutical technology is the important specialized curriculum of the pharmaceutics engineering. It is more important to carry out experimental design of the course to improve the teaching efficiency of pharmaceutical technology. The resources of Erigeron breviscapus is abundant in Yunnan， Kunming University of Science and Technology， School of Life Science and Technology conducted the teaching experiments of the preparation method of scutellarin from Erigeron breviscapus. Highly purified scutellarin can be obtained from the characteristic plant-Erigeron breviscapus by reflux extraction， extraction， polyacrylamide column chromatography and crystallization. The experiment is easy to operate. The experimental content covers the course content of raw material pretreatment， extraction， separation and purification， and drying. Through the above experimental teaching， the teaching quality of pharmaceutical technology can be effectively improved.

[Key words] Pharmaceutical technology； Scutellarin； Preparation process； Experimental teaching design

《制藥工藝學》是制藥工程、藥物制劑專業(yè)的專業(yè)核心課程，課程內(nèi)容主要以闡述原料藥及其制劑研發(fā)與生產(chǎn)中的制藥工藝學問題為主線，分別介紹了化學藥物、生物制品、中藥和天然藥物等原料藥制藥工藝學的研究內(nèi)容和方法，以“安全、有效、經(jīng)濟和環(huán)?！睘橹扑幑に嚴砟睿囵B(yǎng)學生解決復雜實際生產(chǎn)問題的能力[1-2]。在傳統(tǒng)的《制藥工藝學》教學中存在著以下問題：①《制藥工藝學》開課前學生接觸工程實際問題的機會較少，實踐基礎薄弱，學生沒看見實際制藥工藝路線，所以不能深刻理解制藥工藝學。②教學主要以課堂講授為主，學生興趣不高，教學效果不好。③教材中的實際列子很少，顯得陳舊，學生不能及時了解目前最新制藥工藝技術。④《制藥工藝學》是一門實踐性很強的課程，傳統(tǒng)的考試模式是以閉卷筆試為主，不能提高學生運用基本原理和技術解決實際問題的能力[3-4]。在當前著力培養(yǎng)解決實際問題、有創(chuàng)新能力的高素質人才的背景下[5]，為了能使學生運用課程中的基本原理和技術解決實際問題的能力，筆者在教學安排上增加《制藥工藝學》教學實踐環(huán)節(jié)。

1實驗教學的方法

1.1目的

通過《制藥工藝學》教學實驗設計，調(diào)動學生學習積極性，引導學生應用制藥工藝知識解決藥物制備的實際問題。培養(yǎng)學生運用知識的能力、綜合思考的能力及團隊合作能力，為后續(xù)的科研和實際工作打下基礎。

1.2實驗教學的實施方法

總課時數(shù)18個學時，每組6人，實驗前請安全老師現(xiàn)場進行實驗室安全培訓并考核安全操作知識（此部分成績占30%），之后指導老師現(xiàn)場詳細講解“燈盞花乙素制備工藝”的制備原理及實驗過程，并指導實驗記錄和數(shù)據(jù)的收集處理的方法及規(guī)范書寫實驗報告的技巧。

實驗中期，每個小組推薦一名同學以PPT的形式匯報自己的工作進展，研究并解決實驗中出現(xiàn)的問題，補充實驗方案并請老師進行審閱，指導老師從“安全”、“環(huán)?！焙汀敖?jīng)濟有效”方面考慮，形成具有的實驗方案，完成相關記錄。

實驗結束后，每個小組推薦一名同學做結題報告，報告內(nèi)容包括“燈盞花乙素制備工藝”的背景、方案、步驟、結果和結論，重點突出本組制備工藝的創(chuàng)新點。指導老師和其他同學提出問題學生答辯，最終指導老師從PPT匯報質量、工藝路線經(jīng)濟有效、工藝路線科學和創(chuàng)新性給出成績（此部分成績占50%）。最后按照《昆明理工大學學報.自然科學版》格式讓學生書寫“燈盞花乙素制備工藝”研究論文，指導老師根據(jù)論文的邏輯性、科學性和可讀性給出成績（此部分成績占20%）。綜合以上教學環(huán)節(jié)給出學生成績。通過以上實驗教學，對比幾組學生做出的結果，本研究提出較為安全、經(jīng)濟、有效和環(huán)保的“燈盞花乙素制備工藝”路線。

2實驗的具體過程

2.1實驗設計對象的選擇

昆明理工大學生命科學與技術學院制藥工程中心在《制藥工藝學》教學實驗設計時，以云南特色藥用植物資源為出發(fā)點，選擇原料易得到和有藥效的植物開展《制藥工藝學》教學實驗。

燈盞花為菊科飛蓬屬植物短葶飛蓬，燈盞花主要分布在云南，約占全國資源量的 98%[6]，資源極易得到，具有良好的療效，民間用于頭痛、風濕痛、腦血管意外引起的癱瘓等[7]。燈盞花乙素是燈盞花中的主要有效成分，具有抗凋亡[8]、抗纖維化用[9]、神經(jīng)保護，減輕神經(jīng)細胞損傷[10]和抗凝及改善循環(huán)的藥理作用[11-12]。目前，臨床應用燈盞花乙素有較多劑型，包括片劑、顆粒劑、注射劑、注射粉針劑等[13-15]。綜合以上，燈盞花原材料在云南資源豐富、易得、具有良好藥效，可以作為《制藥工藝學》實驗教學實踐的良好素材。

2.2實驗儀器和試劑

2.2.1儀器 回流提取罐（20 L小型多功能提取罐，上海雅程儀器設備有限公司），旋轉蒸發(fā)器（R-1050Ex防爆旋轉蒸發(fā)儀，鄭州長城科工貿(mào)有限公司），硅藻土過濾機（WK220，廣東恒東科技有限公司），真空干燥箱（YZF-6020T臺式真空干燥箱，上海姚氏儀器設備廠），核磁共振儀（Bruker AV-600，布魯克（北京）科技有限公司）。

2.2.2試劑 乙醇、氯仿、正丁醇、甲醇和丙酮均為工業(yè)級，購自于昆明有機化工原料有限公司；聚酰胺酚樹脂購自于無錫市阿爾茲化工有限公司；NaOH和鹽酸為分析純，購自于國藥集團化學試劑有限公司；薄層層析板購自于青島海洋有限公司。

2.3實驗設計的方案

通過文獻調(diào)研和實驗條件的摸索，對比了幾條實驗路線，結合制藥工藝學教材內(nèi)容和云南紅河燈盞花生物技術有限公司的實際生產(chǎn)工藝，最終確定以下實驗方案。

2.3.1燈盞花乙素的提取 取2.0 kg陰干的燈盞花，粉碎至4～5 mm，回流提取罐中提取，加入10 kg乙醇溶液（75%，V/V），60℃下回流提取3次，濃縮得粗提物（195.5 g），于1.0 kg的熱水中（50 ℃）攪拌超聲輔助分散均勻，冷卻，先后用等體積的氯仿和正丁醇萃取3次，氯仿萃取部分備用，將正丁醇萃取部分濃縮至固液比為1：2，冷卻，硅藻土過濾后得到A液。

2.3.2燈盞花乙素的分離 將聚酰胺酚材料與A液按1 L︰120 g比例混合，混合物置于旋轉蒸發(fā)器中減壓回收正丁醇后置于玻璃柱中，分別用體積比為7：1、5：1、3：1、2：1、1：1和0：1的氯仿甲醇二元溶劑梯度洗脫，合并2：1和3：1洗脫部分，加適量水，將氯仿從中萃取并回收，剩余物置于旋轉蒸發(fā)儀中濃縮至無醇味，升溫至60℃，攪拌逐滴加入NaOH（2 mol/L）溶液，調(diào)pH7.0，熱過濾，將濾液濃縮至固液比為1：5，在30 r/min的攪拌速率下，降溫至15℃（速率為10℃/h）靜置24 h，過濾，水洗至無色，可得燈盞花乙素鈉鹽。以上操作所得物均與燈盞花乙素對照品進行薄層分析，粗判燈盞花乙素的存在和含量，證實工藝操作有效性。

2.3.3燈盞花乙素鈉鹽的還原 將燈盞花乙素鈉鹽置于65%的丙酮水溶液中，加熱至60℃，30 r/min攪拌使之完全溶解，逐滴加入鹽酸（6 mol/L）溶液，調(diào)pH為 5.0，將燈盞花乙素鈉鹽還原為燈盞花乙素，降溫至15℃（速率為10℃/h）靜置12 h，過濾，少量水洗滌，將產(chǎn)物于40℃真空干燥8 h，可得含量大于90%的燈盞花乙素。

2.3.4燈盞花乙素的結構鑒定 所得化合物與燈盞花乙素對照品進行薄層分析，初步鑒定為燈盞花乙素，通過核磁共振測定，所得數(shù)據(jù)如下。ESI-MS（m/z）：463[M+H]+，1H NMR（500MHz，DMSO-d6）δ： 7.94（2H，d，J=8.5 Hz，H-2，6）， 6.98（1H，s，H-8），6.93（2H，d，J=8.5Hz，H-3，5），6.81（1H，s，H-3），5.20（1H，d，J=7.5 Hz，H-1）；13CNMR（125 MHz， DMSO-d6）δ：163.5（C-2），102.4（C-3），182.1（C-4），149.8（C-5），147.1（C-6），161.4（C-7），94.1（C-8），153.2（C-9），104.6（C-10），121.8（C-1，），128.5（C-2），116.6（C-3，），129.9（C-4，），116.0（C-5，），129.6（C-6），100.1（C-1），71.2（C-2），75.3（C-3），74.8（C-4），72.2（C-5），207.1（C-6）。與文獻[16]進行數(shù)據(jù)對比，鑒定該化合物為燈盞花乙素。

3實驗教學中的注意事項

3.1燈盞花采收和燈盞花乙素成分的預判

采收燈盞花全草后，取10 g樣品粗提后進行預實驗，通過與燈盞花乙素對照品進行定量薄層分析，預判燈盞花全草中是否含有燈盞花乙素，根據(jù)展開斑點的大小初步判定燈盞花乙素的含量。

3.2燈盞花乙素制備工藝

在燈盞花乙素制備工藝制備過程中，從安全、經(jīng)濟、有效和環(huán)保的角度出發(fā)設計燈盞花乙素制備工藝路線的可行性和合理性，具體分析如下。

3.2.1安全環(huán)保 在實驗之前請安全老師現(xiàn)場進行實驗室安全培訓并考核安全操作知識，重點圍繞實驗所用到的危險化學物質的安全措施、規(guī)范化操作（包括加壓、減壓、加料、加熱、冷卻、過濾、旋蒸和干燥），操作中使用可回收的有機溶劑包括乙醇、乙酸乙酯和氯仿等，做到零排放。

3.2.2經(jīng)濟有效 ①本實驗采用熱提取罐，將60℃的乙醇溶液連續(xù)加到燈盞花全草上部，由上至下通過燈盞花堆積層，進而溶解和提取燈盞花全草中的有效成分，在這一自上而下的過程中，燈盞花中的有效成分含量與提取溶劑中有效成分含量保持高梯度，燈盞花全草中的有效成分快速溶出，提取效率增加。②提取后采用50 ℃熱水分散粗提物，采用氯仿和正丁醇萃取，氯仿和水可去除小分子、葉綠素、糖、大分子蛋白質等雜質，之后的硅藻土過濾操作可除去正丁醇萃取部分的大顆粒膠質和懸浮物等雜質，以上操作可顯著減少雜質，便于后續(xù)操作，提高燈盞花乙素的產(chǎn)率。③因硅膠吸附量較大，導致燈盞花乙素產(chǎn)率降低，本實驗不采用硅膠柱層析法純化。聚酰胺酚選擇性吸附黃酮類物質[17]，易于購買，死吸附少，可重復利用。本實驗采用干法裝填聚酰胺酚柱，將燈盞花提取物中的黃酮類物質（包括燈盞花乙素）充分吸附在聚酰胺酚上，燈盞花乙素大多易被氯仿-甲醇（2：1）洗脫，少量被氯仿-甲醇3：1洗脫，將2：1和3：1洗脫部分合并，燈盞花乙素成分得以富集，同時也減少了損失率。④經(jīng)聚酰胺酚柱分離操作后，燈盞花乙素得以富集，加適量水，燈盞花乙素轉溶到乙醇水液中，同時萃取回收氯仿。⑤燈盞花乙素結構中糖單元6位是羧基，與堿成鹽后水溶性增強，用酸還原可得燈盞花乙素，溶解性改變[18-19]。根據(jù)這一特性，反復調(diào)節(jié)pH，不斷改變?nèi)芙舛炔⒔Y晶，通過以上操作就能得到純度大于90%的燈盞花乙素。

4實驗教學心得

本實驗涵蓋了《制藥工藝學》教學內(nèi)容的中藥制藥工藝和藥物純化工藝，通過以上實驗，使學生加深了以上教學內(nèi)容的思考和理解，掌握了中藥制藥的基本工藝流程和藥物后處理工藝流程，引導學生學會從安全、有效、經(jīng)濟和環(huán)保的角度出發(fā)思考制藥工藝路線的合理性和可行性，培養(yǎng)學生解決復雜實際生產(chǎn)問題的能力。同時，在實驗過程中還碰到了一些具體問題，如提取率降低、雜質多等，通過對以上問題的分析和解決，加深了對制藥工藝的認識和理解。

綜上所述，通過燈盞花乙素的制備工藝實驗教學，有效提高了學生《制藥工藝學》的積極性，加深了學生對本課程的思考和認識，提高了教學質量。

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