大孔徑吸附樹脂分離純化中藥中黃酮及皂苷類化合物的應(yīng)用進(jìn)展?

鄒 榕 顏雪明

(南華大學(xué)化工學(xué)院制藥工程系，湖南 衡陽 421001)

0 引 言

大孔徑吸附樹脂是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型有機(jī)高聚物吸附劑，早期被用于處理水體問題等，如含酚廢水[1]和城市污水[2]等；1980年起被廣泛應(yīng)用于中藥的分離和純化[3].大孔徑吸附樹脂是具有大孔結(jié)構(gòu)的吸附樹脂(圖1)[4]，具有比表面積大、吸附力強(qiáng)、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、吸附速率快、選擇性好、使用重復(fù)性高和成本低等特點(diǎn)[5-6]，通過比表面的范德華力進(jìn)行物理吸附有機(jī)化合物，再利用溶劑進(jìn)行分離，以實(shí)現(xiàn)吸附、分離、純化、除雜和濃縮等目的.大孔徑吸附樹脂按照極性可分為非極性、中極性和極性.大孔徑吸附樹脂的詳細(xì)分類與在中藥有效成分的提取應(yīng)用列于表 1[7-14].大孔徑吸附樹脂分離純化中藥有效成分的類型分為:成分為川烏、草烏生物堿和黃柏總生物堿等的生物堿類；成分為紅花黃色素、黃芩總黃酮和葛根總黃酮等的黃酮類；成分為京尼平苷、京尼平苷酸等的萜類；以及皂苷類、內(nèi)酯或蒽醌類和有機(jī)酸類.

1 分離方法及特點(diǎn)

中藥已成為科研工作的熱點(diǎn)內(nèi)容，而中藥有效成分的提純分離則是首要問題[15].當(dāng)前對于中藥有效成分的提純分離方法主要有以下幾種.

1.1 大孔徑吸附樹脂法

圖1 大孔徑吸附樹脂結(jié)構(gòu)

大孔徑吸附樹脂具有良好的選擇性、吸附速度快和易于解吸附等優(yōu)點(diǎn)，該方法適用于黃酮類、生物堿類和皂苷類等化合物的分離與純化.與其他傳統(tǒng)分離和純化工藝比較，具有工藝操作簡單、選擇性好和易再生等優(yōu)勢.

表1 大孔徑吸附樹脂的分類與應(yīng)用[7-14]

1.2 酶法

酶法是通過適當(dāng)?shù)拿冈谝欢l件下較溫和地分解樣品，以加速有效成分釋放.酶解預(yù)處理不僅可提高有效成分的提取率，還可改善有效組分的分布，提高產(chǎn)品的藥用價(jià)值.該方法提取時(shí)間短、條件溫和與操作簡單等[16].目前酶法技術(shù)尚不完善，如何有效保持酶活性，防止酶與樣品中其他成分反應(yīng)等問題都尚未解決[17].與傳統(tǒng)提取方法相比(如煎煮和有機(jī)溶劑浸出醇處理方法等)，可更有效和快速分離植物有效成分.

1.3 溶劑提取法

溶劑提取法是利用“相似相溶”原理，選用適當(dāng)?shù)娜軇⒂行С煞謴乃幉闹刑崛?，不同溶劑的溶解度不同，常用溶劑為水和乙醇等[18].常用方法有浸漬法、滲漉法和回流提取法等.傳統(tǒng)的溶劑提取法存在生產(chǎn)周期長、提取率低及溶劑殘留嚴(yán)重等缺點(diǎn)，但現(xiàn)代高效溶劑提取技術(shù)(如亞臨界水萃取和微乳相提取等)具有縮短生產(chǎn)周期和提高提取率等優(yōu)點(diǎn)[19]，該方法很好地促進(jìn)了中藥的現(xiàn)代化發(fā)展.

1.4 沉淀法

沉淀法是通過改變成分的溶解度和成分的存在狀態(tài)或加入某種試劑使與欲分離成分生成難溶性的復(fù)合物或化合物，以達(dá)到分離的目的.如改變?nèi)軇O性或強(qiáng)度[20]，如水提醇沉法[21]和醇提水沉法等；改變?nèi)軇﹑H，如酸提堿沉法和堿提酸沉法等；加入試劑，如鉛鹽沉淀法等.沉淀法雖然能純化提取液，但也存在中藥有效成分流失，過程時(shí)間長和能源費(fèi)用大等不足之處.

2 黃酮化合物

2.1 分離純化

黃酮類化合物是以黃酮(2-苯基色原酮)為母核，母核上連接有羥基、甲氧基等取代基，包括黃酮、黃烷醇、異黃酮、黃烷酮、花色素、查耳酮和色原酮等[22].

近年來，大孔徑吸附樹脂分離純化中藥中以總黃酮的研究相對較多，且發(fā)展迅速.李志輝等[23]使用AB-8大孔徑吸附樹脂富集新疆黨參中的總黃酮，富集后總黃酮濃度為純化前總黃酮濃度的12.0倍，總黃酮含量達(dá)到65.32%，轉(zhuǎn)移率達(dá)到 85.00%以上.劉雪輝等[24]采用靜態(tài)和動態(tài)吸附法比較6種不同類型的大孔徑吸附樹脂對薄荷總黃酮的純化能力，結(jié)果表明AB-8大孔徑吸附樹脂對薄荷總黃酮吸附和分離效果最好，得到含量90.35%的薄荷總黃酮.鄭小衛(wèi)等[25]以D-101大孔徑吸附樹脂為吸附劑，純化小春花總黃酮，并串聯(lián)聚酰胺樹脂純化，含量達(dá)53.62%，產(chǎn)率均在70.00%以上.Jia等[26]采用超聲輔助提取法制得桑葉中粗黃酮，比較8種不同大孔徑吸附樹脂性能，選擇非極性樹脂H103純化黃酮，得到黃酮含量為36.30%，最佳條件下回收率為83.40%.Qu等[27]通過大孔徑吸附樹脂柱色譜法和高速逆流色譜法相結(jié)合的技術(shù)，制備獼猴桃葉中的黃酮類三糖苷，用過篩選12種大孔徑吸附樹脂，以HPD-300大孔徑吸附樹脂分離化合物的純度較高，均超過95.00%.

通過大孔徑吸附樹脂技術(shù)來富集、分離和純化中藥中的總黃酮，所得產(chǎn)物的總黃酮含量大致為70.00%～90.00%，產(chǎn)率和總黃酮的純度都有顯著的提升.不同的大孔徑吸附樹脂類型純化結(jié)果不同，AB-8和D-101大孔徑吸附樹脂具有較好的分離純化效果.其中，AB-8大孔徑吸附樹脂的比表面積高于DM-301，因此常用于提取、分離和純化弱極性物質(zhì)，如生物堿等.

2.2 工藝優(yōu)化

該工藝優(yōu)化主要包括總黃酮濃度、上樣速度、pH、洗脫溶劑與體積流量等因素.通常工藝優(yōu)化采用的方法為單因素分析法和正交實(shí)驗(yàn)法等[28].

2.2.1 單因素分析法

單因素分析法是在固定其他因素不變的前提下，逐步改變其中一個(gè)因素，通過改變該因素水平來觀察目標(biāo)因變量的變化，進(jìn)而找到工藝的優(yōu)化條件.

羅強(qiáng)等[29]選用D-101大孔徑吸附樹脂富集和純化留蘭香總黃酮，其吸附率可達(dá)74.10%，解吸附率為86.80%.任麗平等[30]比較6種類型大孔徑吸附樹脂對迷迭香葉總黃酮的純化能力，結(jié)果表明AB-8大孔徑吸附樹脂為最佳樹脂，并采用單因素分析最佳純化工藝條件，所得黃酮的純度為68.39%，精制倍數(shù)為3.4倍.單因素分析法比較容易分析和確定較優(yōu)條件，但是無法知曉各條件之間的相互影響，工作量也比較大.所以，該方法只能算是較為初步的優(yōu)化方法.

2.2.2 正交實(shí)驗(yàn)法

正交實(shí)驗(yàn)法是挑選代表實(shí)驗(yàn)，考察各因素的效應(yīng)和交互效應(yīng)的大小和規(guī)律來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)優(yōu)化.

聶佳等[31]通過比較9種大孔徑吸附樹脂對赤雹根總皂苷(TSTR)的純化，篩選得HPD-100，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝條件并進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證工藝中TSTR的平均解吸附率為77.96%[相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)=0.46%，n=3]，最終所制備的干膏中TSTR的純度為52.47%(RSD=1.53%，n=3).李微等[32]比較不同條件下6種大孔徑吸附樹脂的吸附率和解吸附率，得出AB-8大孔徑吸附樹脂為優(yōu)，并利用正交試驗(yàn)優(yōu)化純化工藝，結(jié)果表明總黃酮含量從7.07%提高至52.00%.李俊等[33]篩選9種大孔徑吸附樹脂，結(jié)果表明HPD-300大孔徑吸附樹脂吸附-解吸附效果最優(yōu)，并通過正交試驗(yàn)優(yōu)化吸附條件，得出總黃酮吸附率83.50%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.38%，回收率為80.74%.

正交實(shí)驗(yàn)法具有單因素分析法的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)考慮了因素間的交互效應(yīng)，對于其他影響因素須通過優(yōu)化方法進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)來加以確定.但是，該方法得到的優(yōu)化條件局限于正交實(shí)驗(yàn)的因素水平數(shù)值上.

3 皂苷類化合物

3.1 分離純化

皂苷是一類糖苷，其苷元為三萜或螺旋甾烷類化合物[34-35]，其結(jié)構(gòu)如圖2和3所示.根據(jù)皂苷配基的不同結(jié)構(gòu)，皂苷分為2類:一類是三萜皂苷，皂苷配基是三萜衍生物，多存在于五加科和傘形科等植物中；另一類是甾族皂苷，皂苷配基是螺甾烷的衍生物，主要存在于百合科和薯蕷科植物中.皂苷類成分多具有疏水性功能基團(tuán)，可被大孔徑吸附樹脂吸附，且易被有機(jī)溶劑洗脫.

阮偉達(dá)等[36]比較3種大孔徑吸附樹脂對海地瓜皂苷的吸附作用，選用D-101大孔徑吸附樹脂，純化獲得皂苷純度為51.40%；對海地瓜粗提取液進(jìn)行吸附研究，獲得皂苷純度達(dá)71.30%.通過大孔徑吸附樹脂法純化海地瓜總皂苷的優(yōu)點(diǎn)是:有機(jī)溶劑消耗量低，實(shí)驗(yàn)成本低，可以通過梯度洗脫除去雜質(zhì)，所得產(chǎn)品純度高，并且純化效果比有機(jī)溶劑萃取好.周祥敏等[37]采用D-101大孔徑吸附樹脂富集和純化菝葜皂苷，精制度可達(dá)266.60%，且洗脫率為77.00%.Li等[38]采用AB-8大孔徑吸附樹脂分離和純化黃芪總皂苷，總皂苷的產(chǎn)量達(dá)到52.10%.可見此方法可行，能滿足工業(yè)需求.成樂琴等[39]研究了人參莖葉總皂苷濃度、吸附溫度和吸附時(shí)間對D-101C大孔徑吸附樹脂吸附原人參三醇組(PPT)型皂苷和原人參二醇組(PPD)型皂苷的影響，PPT型皂苷的含量由原來的27.20%提高到86.80%，PPT型皂苷∶PPD型皂苷的質(zhì)量比由1.1∶1.0提高到185.0∶1.0.Liu等[40]通過分析10種大孔徑吸附樹脂純化黃耆提取液中黃耆苷和黃芪苷，得出非極性樹脂HPD-100最佳，并且結(jié)果表明黃花苷和黃花苷的含量分別增加了3.6和12.0倍，回收率分別為85.70%和65.60%.

圖2 三萜皂苷苷元結(jié)構(gòu)骨架[34]

圖3 甾體皂苷苷元結(jié)構(gòu)[35]

大孔徑吸附樹脂法分離純化所得產(chǎn)物中皂苷的含量有大幅度提升，且純化效果較好，產(chǎn)率可觀.大孔徑吸附樹脂分離純化皂苷類效果較好的分別是D-101、AB-8和DM-130.D-101大孔徑吸附樹脂的解析率和抗機(jī)械強(qiáng)度高，但吸附雜質(zhì)較弱.

3.2 工藝優(yōu)化

大孔徑吸附樹脂法分離純化皂苷類化合物的優(yōu)化工藝包括:正交設(shè)計(jì)法、單因素實(shí)驗(yàn)法和Box-Behnken設(shè)計(jì)-響應(yīng)面法等[41].

吳倫等[42]采用正交設(shè)計(jì)法篩選出五味子的最佳提取工藝，并采用了大孔徑吸附樹脂富集純化北五味子中的總皂苷.最終選用D-101大孔徑吸附樹脂，結(jié)果表明總皂苷的平均含量為2.03%.智秀娟等[43]篩選出適合分離和純化苦蕎總皂苷的大孔徑吸附樹脂 SP-700，純化苦蕎總皂苷，結(jié)果顯示洗脫液蒸干后所得固形物中皂苷含量較提取液固形物中皂苷含量提高了約2.0倍.趙惠茹等[44]比較不同大孔徑吸附樹脂型號純化酸棗仁皂苷，結(jié)果選用AB-8型，并采用單因素試驗(yàn)和Box-Behnken設(shè)計(jì)-效應(yīng)面法來優(yōu)化工藝條件.結(jié)果表明純化工藝穩(wěn)定可行.古麗斯坦·阿不來提等[45]通過Box-Behnken法設(shè)計(jì)優(yōu)化金雀花中總黃酮純化工藝，AB-8大孔徑吸附樹脂為最適吸附樹脂，并獲得最佳吸附條件和解吸附條件，結(jié)果表明總黃酮百分含量從1.72%提高到了22.95%，純度升高13.3倍.

分離純化皂苷類化合物的優(yōu)化工藝可以從多個(gè)影響因素來考慮，如萃取次數(shù)、萃取時(shí)間、洗脫速度、洗脫溶劑用量及溶液pH等，綜合考查優(yōu)化條件，從而得到含量較高的皂苷類化合物.

4 結(jié)束語

大孔徑吸附樹脂法分離純化黃酮及皂苷類化合物可得到回收率和純度可觀的產(chǎn)物，經(jīng)大孔徑吸附樹脂處理后，中藥不僅可去除大部分糖類和水溶性雜質(zhì)，還可提高中藥成分的含量.但大孔徑吸附樹脂也存在一些缺點(diǎn)，如國產(chǎn)大孔徑吸附樹脂的性能很差(剛性不強(qiáng)和易破碎)，無相應(yīng)嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[46]；缺乏用于檢測樹脂殘留物和裂解產(chǎn)物的方法等.現(xiàn)階段，運(yùn)用大孔徑吸附樹脂分離純化黃酮及皂苷類化合物的研究并不是很成熟，仍有待進(jìn)一步探究以對中藥的制劑工藝改革和現(xiàn)代化發(fā)展產(chǎn)生積極的推動作用.