浅谈中草药有效成份分离法
[摘要] 分离科学是一门跨学科的新兴边缘科学,分离技术作为生物工程技术中的下游关键技术,由于其丰富多样且高效先进,在当今国际生物与化学类科研生产中已有较广泛的应用,并因此成为现代中医药研发领域的共性关键技术。本文从中药分离工艺设计原理等方面,较系统地讨论了中药分离技术的方法。
[关键词] 中草药 有效成分 分离法
一、结晶法
需要掌握结晶溶剂选择的一般原则及判定结晶纯度的方法。
结晶溶剂选择的一般原则:对欲分离的成分热时溶解度大,冷时溶解度小;对杂质冷热都不溶或冷热都易溶。沸点要适当,不宜过高或过低,如乙醚就不宜用。判定结晶纯度的方法:理化性质均一;固体化合物熔距≤2℃;TLC或PC展开呈单一斑点;HPLC或GC分析呈单峰。
二、沉淀法
, 百拇医药
可通过4条途径实现:
(一)通过改变溶剂极性改变成分的溶解度。
常见的有水提醇沉法(沉淀多糖、蛋白质)、醇提水沉法(沉淀树脂、叶绿素)、醇提乙醚或丙酮沉淀法(沉淀皂苷)等。
(二)通过改变溶剂强度改变成分的溶解度。
使用较多的是盐析法,即在中药水提液中加入一定量的无机盐,使某些水溶性成分溶解度降低而沉淀出来。
(三)通过改变溶剂pH值改变成分的存在状态。
适用于酸性、碱性或两性亲脂性成分的分离。如分离碱性成分的酸提碱沉法和分离酸性成分的碱提酸沉法。
(四) 通过加入某种试剂与欲分离成分生成难溶性的复合物或化合物。
, 百拇医药
如铅盐沉淀法(包括中性醋酸铅或碱式醋酸铅)、雷氏盐沉淀法(分离水溶性生物碱)、胆甾醇沉淀法(分离甾体皂苷)等。
三、萃取法
萃取法包括以下几种:
(一)液-液萃取
选择两种相互不能任意混溶的溶剂,通常一种为水,另一种为石油醚、乙醚、氯仿、乙酸乙酯或正丁醇等。将待分离混合物混悬于水中,置分液漏斗中,加适当极性的有机溶剂,振摇后放置,分取有机相或水相,即可将极性不同的成分分离。分离的难易取决于两种物质在同一溶剂系统中分配系数的比值,即分离因子。分离因子愈大,愈好分离。
(二)纸色谱(PC),属于分配色谱
可用于糖的检识、鉴定,亦可用于生物碱的色谱鉴别等。
, 百拇医药
(三)分配柱色谱
可分为正相色谱与反相色谱。正相色谱固定相极性大,流动相极性小,可用于分离水溶性或极性较大的成分。反相色谱与此相反,适宜分离脂溶性化合物。
另外,根据分子量大小,还可以利用以下方法:
1.透析法
此方法适用于水溶性的大分子成分(如蛋白质、多肽、多糖)与小分子成分(如氨基酸、单糖、无机盐)的分离。
2.凝胶过滤法
又称凝胶渗透色谱、分子筛过滤、排阻色谱。分离混合物时,各组分按分子由大到小的顺序先后流出并得到分离。常用凝胶有葡聚糖凝胶(Sephadex G)和羟丙基葡聚糖凝胶(Sephadex LH-20)。前者只适于在水中应用。后者既可在水中应用,又可在有机溶剂中应用,分离混合物时,既有分子筛作用,又有吸附作用。如分离游离黄酮时,主要靠吸附作用;分离黄酮苷时,则分子筛的性质起主导作用。
, 百拇医药
三、吸附法
(一)硅胶吸附色谱
硅胶为极性吸附剂,吸附力的大小取决于被分离物质的极性(极性越大,吸附力越强)和洗脱溶剂的极性(溶剂极性越弱,硅胶对被分离物质的吸附能力越强)。因此,用硅胶吸附色谱分离一组极性不同的混合物时,极性大的物质因吸附力大而洗脱慢;洗脱溶剂的极性增大,洗脱能力增强,洗脱速度加快。另外硅胶有一定的酸性,在用其分离碱性成分时,需注意。
(二)氧化铝吸附色谱
氧化铝亦为极性吸附剂,其吸附规律与硅胶相似。不同的是,氧化铝有一定的碱性,且具有铝离子,在用其分离一些酸性或酚性成分时,易产生不可逆吸附而不能被溶剂洗脱。如蒽醌类、黄酮类(葛根异黄酮除外)成分分离时一般不选择氧化铝。
(三)活性炭吸附色谱
, 百拇医药
活性炭为非极性吸附剂,其吸附规律与硅胶、氧化铝恰好相反。对非极性物质具有较强的亲和力,在水中对物质表现出强的吸附能力。常用于水溶液的脱色素,也可用于糖、环烯醚萜苷的分离纯化等。
(四)聚酰胺吸附色谱
聚酰胺吸附属于氢键吸附,系通过其分子中众多的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基,或酰胺键上的游离胺基与醌类、脂肪羧酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附。因此,聚酰胺吸附色谱特别适合分离酚类、醌类和黄酮类化合物。聚酰胺对被分离物质吸附力的大小取决于被分离物质分子结构中可与聚酰胺形成氢键缔合的基团数目及氢键作用强度。同时,溶剂也会影响聚酰胺对被分离物质的吸附,表现出各种溶剂在聚酰胺吸附色谱中洗脱能力有大有小,其由弱到强的大致顺序为水、甲醇、丙酮、氢氧化钠水溶液等。
(五)大孔吸附树脂吸附色谱
大孔吸附树脂同时具有吸附性和分子筛性。一般非极性化合物在水中易被非极性树脂吸附,极性物质在水中易被极性树脂吸附。物质在溶剂中的溶解度大,树脂对此物质的吸附力就小,反之就大。对非极性大孔吸附树脂来说,洗脱溶剂极性越小,洗脱能力越强。该法可用于皂苷类成分的纯化分离。
, 百拇医药
(六)还有离子交换法
适用于酸性、碱性或两性成分的分离,即要求被分离物质在水(或酸水,或碱水)溶液中呈解离状态。根据被分离物质呈解离状态时所带电荷的性质,可选择阴离子交换树脂或阳离子交换树脂。鉴于中药所含大多数酸性、碱性或两性成分的酸碱性均较弱,一般在分离碱性成分时选择强酸性的阳离子交换树脂,在分离酸性成分时选择强碱性的阴离子交换树脂。通过选择阴离子交换树脂和阳离子交换树脂,可将中药水提物中酸性、碱性、两性和中性成分进行分离。离子交换法亦可用于相同电荷离子的分离,其分离的依据是解离程度的不同(酸性或碱性不同的化合物,在相同条件下,其解离程度会有差异)。解离程度越大,被洗脱下来的速度越慢。
四、结论
随着现代社会文明的发展和科技的进步,我国传统的中药产业在“回归自然”的世界潮流中将再次焕发出强大的生命力。中药制药分离工程作为一门新型学科,在中药现代化的进程中发挥的重要作用已备受关注。在此形势下,如何振兴发展中医药事业,让传统的中药适应世界医药生产的发展趋势,把中药引向未来,面向世界,造福人类,是中药制药工程发展的重要课题,亦是历史赋予的使命。, 百拇医药(凌正龙)
[关键词] 中草药 有效成分 分离法
一、结晶法
需要掌握结晶溶剂选择的一般原则及判定结晶纯度的方法。
结晶溶剂选择的一般原则:对欲分离的成分热时溶解度大,冷时溶解度小;对杂质冷热都不溶或冷热都易溶。沸点要适当,不宜过高或过低,如乙醚就不宜用。判定结晶纯度的方法:理化性质均一;固体化合物熔距≤2℃;TLC或PC展开呈单一斑点;HPLC或GC分析呈单峰。
二、沉淀法
, 百拇医药
可通过4条途径实现:
(一)通过改变溶剂极性改变成分的溶解度。
常见的有水提醇沉法(沉淀多糖、蛋白质)、醇提水沉法(沉淀树脂、叶绿素)、醇提乙醚或丙酮沉淀法(沉淀皂苷)等。
(二)通过改变溶剂强度改变成分的溶解度。
使用较多的是盐析法,即在中药水提液中加入一定量的无机盐,使某些水溶性成分溶解度降低而沉淀出来。
(三)通过改变溶剂pH值改变成分的存在状态。
适用于酸性、碱性或两性亲脂性成分的分离。如分离碱性成分的酸提碱沉法和分离酸性成分的碱提酸沉法。
(四) 通过加入某种试剂与欲分离成分生成难溶性的复合物或化合物。
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如铅盐沉淀法(包括中性醋酸铅或碱式醋酸铅)、雷氏盐沉淀法(分离水溶性生物碱)、胆甾醇沉淀法(分离甾体皂苷)等。
三、萃取法
萃取法包括以下几种:
(一)液-液萃取
选择两种相互不能任意混溶的溶剂,通常一种为水,另一种为石油醚、乙醚、氯仿、乙酸乙酯或正丁醇等。将待分离混合物混悬于水中,置分液漏斗中,加适当极性的有机溶剂,振摇后放置,分取有机相或水相,即可将极性不同的成分分离。分离的难易取决于两种物质在同一溶剂系统中分配系数的比值,即分离因子。分离因子愈大,愈好分离。
(二)纸色谱(PC),属于分配色谱
可用于糖的检识、鉴定,亦可用于生物碱的色谱鉴别等。
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(三)分配柱色谱
可分为正相色谱与反相色谱。正相色谱固定相极性大,流动相极性小,可用于分离水溶性或极性较大的成分。反相色谱与此相反,适宜分离脂溶性化合物。
另外,根据分子量大小,还可以利用以下方法:
1.透析法
此方法适用于水溶性的大分子成分(如蛋白质、多肽、多糖)与小分子成分(如氨基酸、单糖、无机盐)的分离。
2.凝胶过滤法
又称凝胶渗透色谱、分子筛过滤、排阻色谱。分离混合物时,各组分按分子由大到小的顺序先后流出并得到分离。常用凝胶有葡聚糖凝胶(Sephadex G)和羟丙基葡聚糖凝胶(Sephadex LH-20)。前者只适于在水中应用。后者既可在水中应用,又可在有机溶剂中应用,分离混合物时,既有分子筛作用,又有吸附作用。如分离游离黄酮时,主要靠吸附作用;分离黄酮苷时,则分子筛的性质起主导作用。
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三、吸附法
(一)硅胶吸附色谱
硅胶为极性吸附剂,吸附力的大小取决于被分离物质的极性(极性越大,吸附力越强)和洗脱溶剂的极性(溶剂极性越弱,硅胶对被分离物质的吸附能力越强)。因此,用硅胶吸附色谱分离一组极性不同的混合物时,极性大的物质因吸附力大而洗脱慢;洗脱溶剂的极性增大,洗脱能力增强,洗脱速度加快。另外硅胶有一定的酸性,在用其分离碱性成分时,需注意。
(二)氧化铝吸附色谱
氧化铝亦为极性吸附剂,其吸附规律与硅胶相似。不同的是,氧化铝有一定的碱性,且具有铝离子,在用其分离一些酸性或酚性成分时,易产生不可逆吸附而不能被溶剂洗脱。如蒽醌类、黄酮类(葛根异黄酮除外)成分分离时一般不选择氧化铝。
(三)活性炭吸附色谱
, 百拇医药
活性炭为非极性吸附剂,其吸附规律与硅胶、氧化铝恰好相反。对非极性物质具有较强的亲和力,在水中对物质表现出强的吸附能力。常用于水溶液的脱色素,也可用于糖、环烯醚萜苷的分离纯化等。
(四)聚酰胺吸附色谱
聚酰胺吸附属于氢键吸附,系通过其分子中众多的酰胺羰基与酚类、黄酮类化合物的酚羟基,或酰胺键上的游离胺基与醌类、脂肪羧酸上的羰基形成氢键缔合而产生吸附。因此,聚酰胺吸附色谱特别适合分离酚类、醌类和黄酮类化合物。聚酰胺对被分离物质吸附力的大小取决于被分离物质分子结构中可与聚酰胺形成氢键缔合的基团数目及氢键作用强度。同时,溶剂也会影响聚酰胺对被分离物质的吸附,表现出各种溶剂在聚酰胺吸附色谱中洗脱能力有大有小,其由弱到强的大致顺序为水、甲醇、丙酮、氢氧化钠水溶液等。
(五)大孔吸附树脂吸附色谱
大孔吸附树脂同时具有吸附性和分子筛性。一般非极性化合物在水中易被非极性树脂吸附,极性物质在水中易被极性树脂吸附。物质在溶剂中的溶解度大,树脂对此物质的吸附力就小,反之就大。对非极性大孔吸附树脂来说,洗脱溶剂极性越小,洗脱能力越强。该法可用于皂苷类成分的纯化分离。
, 百拇医药
(六)还有离子交换法
适用于酸性、碱性或两性成分的分离,即要求被分离物质在水(或酸水,或碱水)溶液中呈解离状态。根据被分离物质呈解离状态时所带电荷的性质,可选择阴离子交换树脂或阳离子交换树脂。鉴于中药所含大多数酸性、碱性或两性成分的酸碱性均较弱,一般在分离碱性成分时选择强酸性的阳离子交换树脂,在分离酸性成分时选择强碱性的阴离子交换树脂。通过选择阴离子交换树脂和阳离子交换树脂,可将中药水提物中酸性、碱性、两性和中性成分进行分离。离子交换法亦可用于相同电荷离子的分离,其分离的依据是解离程度的不同(酸性或碱性不同的化合物,在相同条件下,其解离程度会有差异)。解离程度越大,被洗脱下来的速度越慢。
四、结论
随着现代社会文明的发展和科技的进步,我国传统的中药产业在“回归自然”的世界潮流中将再次焕发出强大的生命力。中药制药分离工程作为一门新型学科,在中药现代化的进程中发挥的重要作用已备受关注。在此形势下,如何振兴发展中医药事业,让传统的中药适应世界医药生产的发展趋势,把中药引向未来,面向世界,造福人类,是中药制药工程发展的重要课题,亦是历史赋予的使命。, 百拇医药(凌正龙)