一种高纯度黄连碱提取方法及应用
技术领域
本发明属于生物提取技术,具体涉及一种高纯度黄连碱提取工艺技术。
背景技术
黄连始载于《神农本草经》,列为上品。黄连味苦,性寒,有泻火、解毒、清热、燥湿的功能。用于烦热神昏、心烦失眠、湿热痞满、呕吐、腹痛泻痢、目赤肿毒、口舌生疮、湿疹、烫伤、吐血、衄血等。现代药学研究结果表明,黄连主要活性成分为黄连生物碱,主要包括小檗碱(黄连素)、巴马汀、黄连碱和表小檗碱等(《中国药典》2010版);黄连(素)具有降血脂和降血糖等广泛的药理活性;最近的研究发现,除黄连素外,黄连其他生物碱活性成分(黄连碱、巴马汀等)也具有降血脂和降血糖等作用(侯宏等。黄连生物碱抗高脂血症及动脉粥样硬化实验研究。时珍国医国药,2011,22(10):2462.);同时还发现,高纯度的黄连生物碱安全性很高,而黄连生物碱粗品将引起肝功升高等安全性问题(Jun Yi etc.Safety evaluation of main alkaloids from Rhizoma Coptidis.Journal of Ethnopharmacology,2013.145:303-310)。提取高纯度的黄连生物碱具有更好的开发价值。
目前,黄连素的提取工艺技术很多,且已经实现了工业化生产;关于黄连碱的提取工艺技术已有一些专利技术和文献报道。
专利文献(20091019620.7)报道了一种黄连碱提取方法,主要包括:原料酸提—酸提液中和以及沉淀除杂—沉淀除小檗碱—溶液调碱性—层析柱分离—沉淀结晶—晶体产物烘干—产品,制得的产品中黄连碱纯度可达90%以上。该技术需要将中和除杂后的料液调酸,再上层析柱分离,然后再上大孔树脂纯化,最后用乙醇洗脱;两次上柱进行层析操作工艺繁琐,大孔树脂吸附后利用乙醇洗脱成本很高。
专利文献(200910311352.8)报道了一种黄连碱单体的分离纯化方法,主要包括:提取、浓缩、萃取、溶解过滤、高效制备液相色谱分离、产品回收等步骤。本技术利用高效液相色谱,难以在工业上应用。
专利文献(200810233362.X)报道了一种以黄连须根为原料联产黄连生物碱提取方法,主要包括:黄连须根——加入适量0.05~1%的硫酸浸泡——中和沉淀除杂——上阳离子分离柱——分步洗脱——分组分脱色——回收溶剂——分步沉淀结晶——烘干——药根碱单体、小檗碱单体、黄连复合生物碱。该专利提出了小檗碱和药根碱两个单体同时提取的工艺技术,但是没有提到黄连碱的提取分离。
专利文献(201010519053.6)报道了一种基于共同结构特征的黄连混合生物碱制备黄连碱的方法,主要包括:利用化学反映将黄连总生物碱转化为黄连碱。本技术不涉及提取黄连碱。
专利文献(200510044345.8)报道了一种黄连总生物碱提取技术,但不涉及黄连碱单体是的提取技术。
专利文献(200810069671.8)报道了一种黄连总生物碱提取工艺技术,但不涉及黄连碱单体的提取。
专利文献(201110053453.7)报道了一种利用聚酰胺树脂分离纯化黄连生物碱的方法,主要包括:黄连粗浸膏用聚酰胺拌样后上聚酰胺柱,用二氯甲烷洗脱或用二氯甲烷和甲醇的混合溶剂梯度洗脱,用薄层层析检验流份,合并相同流份,干燥,即可分离得到小檗碱、巴马汀、黄连碱、非洲防己碱、药根碱、木兰花碱、Groenlandcine等七个生物碱。该工艺技术分离的是黄连生物碱单体,由于分离纯化过程中涉及毒性很大的二氯甲烷等溶剂,安全性难以保障。
李峰等提供了一种从黄连中提取黄连碱的方法:黄连用1%的盐酸提取,酸提液减压浓缩后调酸度沉淀除杂;上清液加5%的碘化钾沉淀黄连碱粗品,黄连碱粗品用氯仿和甲醇(1:1)加热溶解,冷却结晶,得到黄连碱二次粗品;二次粗品上氧化铝柱层析,最后得到黄连碱纯品(李峰,黄连的化学成分及质量标准研究。四川大学硕士学位论文,2007);该工艺技术需要使用贵重试剂碘化钾,同时需要进行上柱分离,工艺繁琐;而且氯仿重结晶安全性也不好,难以满足大规模制备的需要。
蒋伟哲报道的“制备色谱系统从岩黄连中分离岩黄连碱”的方法报道了利用制备型液相色谱分离纯化黄连碱方法(蒋伟哲等,制备色谱系统从岩黄连中分离岩黄连碱。中草药,2006,37(7):1017);由于采用的是制备型液相色谱,设备昂贵,投资大,同样不利于实现工业化生产。
综上所述,尽管提取黄连碱的工艺技术有一些报道,但是,或者工艺技术复杂,或者需要昂贵的试剂,或者涉及有毒的原料等不足。
发明内容
本发明针对这些不足,目的在于提供一种高纯度黄连碱提取工艺,它以黄连及其副产物(包括含黄连碱的其他原料)为原料,提取黄连及黄连须根和黄连灰渣中的黄连碱,工艺技术简单,不需要昂贵试剂和有毒原料,也不需要进行色谱分离,产品纯度高,本发明的工艺技术尚未见报道。
本发明以黄连及黄连副产物为原料,采用硫酸溶液浸泡提取生产黄连碱,所述方法包括:
1)、原料准备
将黄连或黄连须根或黄连灰渣去除泥沙,粉碎或者切丝(如为黄连须根或黄连灰渣不需粉碎或切丝),作为加工的原料。
2)、浸泡
将原料加入到浸泡池或者提取釜中,加入适量(3~15倍体积)、浓度为0.1~5%的硫酸水溶液(W/V)浸泡1~48小时。
3)、提取
浸泡后,升温到20~100℃,保温提取0.1~5小时,提取四次;第一次和第二次提取液用于生产产品;第三次提取液用于下一批原料的浸泡液,浸泡液直接作为第一次的提取液;第四次提取液用于下一批原料的第二次提取液。
4)、料液中和
将第一次和第二次提取液合并,过滤;滤液用石灰(或氢氧化钙)中和到溶液的pH=2~12,过滤;残渣再用适量(0.1~3倍残渣量)水洗涤1~3次,回收残渣带走的生物碱;。
5)、预浓缩
中和后合并的滤液和洗液,减压浓缩0~20倍(0倍为不浓缩直接用于后续处理)。
6)、除杂
将浓缩液添加0.1~10%的浓盐酸(V/V)以及溶液体积0~10%的氯化钠(W/V),低温(0~30℃)放置1~100小时;过滤,少量水(沉淀量0.1~1倍体积)洗涤沉淀。
7)、黄连粗品生产
除杂后的滤液和洗液合并,添加0.1~10%的浓硫酸(V/V)和1~20%的硫酸盐(W/V),充分搅拌后,低温(0~30℃)放置1~100小时;过滤,0.1~1倍沉淀量水洗涤沉淀(黄连碱),得到黄连碱粗品。此步为本发明的关键,只有采用这种混合沉淀剂体系,才能选择性提取黄连碱。
8)、黄连碱重结晶
黄连碱粗品溶于1~10倍体积溶剂(水或甲醇或乙醇)中,升温溶解,低温(0~30℃)放置结晶1~100小时;过滤,0.1~1倍沉淀量溶剂洗涤沉淀(黄连碱),得到黄连碱成品。
9)、烘干
黄连碱于60℃下烘干,即为高纯度黄连碱产品。
以上方法获得的黄连碱的含量50%以上,最好可达90%以上,可以用在降血脂或治疗肥胖的药物中。
以下是有关黄连碱在安全性和治疗相关疾病方面的对比实验:
①、亚慢性毒性实验
试验材料为按照本发明方法制得的黄连碱1(含量90%)、黄连碱2(含量50%)、黄连碱粗品(含量40%)。
亚慢性毒性实验方法参照“天然药物(中药)新药研究指导原则”进行:将SD大鼠分为四组,分别为正常对照组、黄连碱1(含量90%)、黄连碱2(含量50%)、黄连碱粗品(含量40%),每组10只,给药剂量为1g/Kg;连续灌喂3个月,然后采空腹血监测肝功等生化指标。
表1、黄连碱纯度对大鼠肝功的影响
从表中可以看到,与正常对照组相比,黄连碱1和黄连碱2对肝功没有任何影响;黄连碱粗品组老鼠的肝功明显升高,表明低纯度的黄连碱对动物的肝脏有不利影响。这个结果与文献报道的结果类似(Jun Yi etc.Safety evaluationof main alkaloids from Rhizoma Coptidis.Journal of Ethnopharmacology,2013.145:303-310)。
②、降血脂活性实验
试验材料为本发明方法制得的黄连碱1(含量90%)、黄连碱2(含量50%)、黄连碱粗品(含量40%)。
降血脂实验方法参照“天然药物(中药)新药研究指导原则”进行:将金黄地鼠分为5组,一组(10只)给予正常饲料,一组(40只)给予高脂饲料;4周后,检测血脂指标,再将造模成功的金黄地鼠分为3组(每组8~10只):高脂对照组、黄连碱1(含量90%)、黄连碱2(含量50%)、黄连碱粗品(含量40%)。药物组给予500mg/Kg药物;连续灌喂4周,然后采空腹血检测血脂指标。
表2、黄连总生物碱降血脂效果比较
从表中可以看到,与正常对照组相比,各试验组血脂均有升高,表明造模成功;与高脂组相比,各药物组胆固醇(TC)均有所下降,表明均有降血脂活性;其中黄连碱1的降血脂活性最好,优于黄连碱2和黄连碱粗品;黄连碱2的降血脂活性优于黄连碱粗品。
③、减肥实验
试验材料为本发明方法制得的黄连碱1(含量90%)、黄连碱2(含量50%)、黄连碱粗品(含量40%)。
减肥实验方法参照“天然药物(中药)新药研究指导原则”进行:将金黄地鼠分为5组,一组(10只)给予正常饲料,一组给予高脂饲料(阳性对照),另外三组分别给以高脂饲料并同时给以黄连碱1(含量90%)、黄连碱2(含量50%)、黄连碱粗品(含量40%);1个月后,监测四组老鼠的体重,2个月后再监测一次老鼠的体重。
表3、黄连总生物碱队金黄地鼠体重的影响
从表中可以看到,与正常对照组相比,高脂饲料组体重明显增加;与正常对照组相比,给予黄连药物组的老鼠体重略微增加;与高脂饲料对照组相比,黄连碱1药物组老鼠体重下降十分明显(与正常组接近),黄连碱2的体重下降也很明显,而黄连碱粗品药物组老鼠体重也有所下降但不明显。有关结果表明,黄连碱具有明显的控制高脂饲料对老鼠体重增加的不利影响,具有较好的减肥作用。
上述研究结果表明,无论从安全性还是从药效(降血脂和减肥)方面看,高纯度的黄连碱开发利用价值明显优于低纯度的黄连碱。
本发明具有以下优点:
①、本发明的工艺技术以黄连及其副产物为原料,尤其是以黄连须根和黄连灰渣等副产物为原料,属于资源综合利用范围,产品成本低廉。
②、提取液通过石灰(或氢氧化钙)中和硫酸,利用硫酸钙吸附除去提取液中的杂质,与其他除杂净化工艺相比,本工艺操作简单,成本低廉。
③、利用混合沉淀剂(硫酸和硫酸盐)选择性沉淀黄连碱,然后进行重结晶得到黄连碱纯品,工艺技术简单,成本低,黄连碱收率高,纯度可以达到90%以上,安全性极好。
④、整个工艺操作简单,实用,工业生产的成本大大降低,生产效益显著提高。
⑤、本发明得到的黄连碱有理想的降血脂、减肥和降糖等效果,本发明的产品黄连碱可以用于治疗高血脂、肥胖和心血管类疾病、糖尿病等。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行具体的描述,有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1:
1公斤黄连粉碎或者切片,加入3升5%的硫酸溶液,浸泡1小时后,升温到100℃回流提取0.1小时,过滤;残渣再用3升5%的硫酸溶液升温到100℃提取四次;合并第一次和第二提取液(三次提取和四次提取用于下一批原料的处理),冷却后将上清液分出(或者过滤得到上清液);上清液利用石灰(氧化钙)中和到pH=2,过滤,沉淀利用0.1倍沉淀量的水洗涤沉淀3次;合并滤液和洗液,添加10%浓盐酸,低温(0℃)放置100小时,过滤除杂,沉淀用沉淀0.1倍体积的水洗涤;合并滤液和洗液,添加0.1%的浓硫酸(V/V)和20%的硫酸铵(W/V),充分搅拌后,0℃下放置1小时,过滤,沉淀用1倍体积的水洗涤;沉淀溶于10倍体积的水中,升温溶解,30℃下放置100小时,过滤,沉淀用0.1倍水洗涤;沉淀于50~70℃下烘干,即得产品。高效液相色谱(HPLC)分析监测产品中黄连碱含量90%,黄连碱收率91%。
实施例2
1公斤黄连粉碎或者切片,加入15升0.1%的硫酸溶液,浸泡48小时后,升温到20℃保温提取5小时,过滤;残渣再用15升0.1%的硫酸溶液保温提取四次;合并第一次和第二提取液(三次提取和四次提取用于下一批原料的处理),冷却后将上清液分出(或者过滤得到上清液);上清液利用石灰(氧化钙)中和到pH=12,过滤,沉淀利用3倍沉淀量的水洗涤沉淀1次;合并滤液和洗液,减压浓缩20倍;添加0.1%浓盐酸和10%的氯化钠,低温(30℃)放置1小时,过滤除杂,沉淀用沉淀1倍体积的水洗涤;合并滤液和洗液,添加10%的浓硫酸(V/V)和1%的硫酸钠(W/V),充分搅拌后,30℃下放置100小时,过滤,沉淀用0.1倍体积的水洗涤;沉淀溶于1倍体积的甲醇中,升温溶解,0℃下放置1小时,过滤,沉淀用1倍甲醇洗涤;沉淀于50~70℃下烘干,即得产品。高效液相色谱(HPLC)分析监测产品中黄连碱含量91%,黄连碱收率90%。
实施例3
1公斤黄连粉碎或者切片,加入8升3%的硫酸溶液,浸泡12小时后,升温到70℃保温提取2小时,过滤;残渣再用8升3%的硫酸溶液保温提取四次;合并第一次和第二提取液(三次提取和四次提取用于下一批原料的处理),冷却后将上清液分出(或者过滤得到上清液);上清液利用石灰(氧化钙)中和到pH=6,过滤,沉淀利用1倍沉淀量的水洗涤沉淀2次;合并滤液和洗液,减压浓缩6倍;添加5%浓盐酸和5%的氯化钠,低温(10℃)放置24小时,过滤除杂,沉淀用沉淀0.5倍体积的水洗涤;合并滤液和洗液,添加2%的浓硫酸(V/V)和16%的硫酸钾(W/V),充分搅拌后,10℃下放置24小时,过滤,沉淀用0.5倍体积的水洗涤;沉淀溶于4倍体积的乙醇中,升温溶解,10℃下放置24小时,过滤,沉淀用0.5倍乙醇洗涤;沉淀于50~70℃下烘干,即得产品。高效液相色谱(HPLC)分析监测产品中黄连碱含量96%,黄连碱收率95%。
实施例4
1公斤黄连粉碎或者切片,加入8升3%的硫酸溶液,浸泡12小时后,升温到70℃保温提取2小时,过滤;残渣再用8升3%的硫酸溶液保温提取四次;合并第一次和第二提取液(三次提取和四次提取用于下一批原料的处理),冷却后将上清液分出(或者过滤得到上清液);上清液利用石灰(氧化钙)中和到pH=6,过滤,沉淀利用1倍沉淀量的水洗涤沉淀2次;合并滤液和洗液,减压浓缩6倍;添加5%浓盐酸和5%的氯化钠,低温(10℃)放置24小时,过滤除杂,沉淀用沉淀0.5倍体积的水洗涤;合并滤液和洗液,添加5%的浓硫酸(V/V)和4%的硫酸锌(W/V),充分搅拌后,10℃下放置24小时,过滤,沉淀用0.5倍体积的水洗涤;沉淀溶于4倍体积的乙醇中,升温溶解,10℃下放置24小时,过滤,沉淀用0.5倍乙醇洗涤;沉淀于50~70℃下烘干,即得产品。高效液相色谱(HPLC)分析监测产品中黄连碱含量96%,黄连碱收率96%。
实施例5
1公斤黄连粉碎或者切片,加入8升3%的硫酸溶液,浸泡12小时后,升温到70℃保温提取2小时,过滤;残渣再用8升3%的硫酸溶液保温提取四次;合并第一次和第二提取液(三次提取和四次提取用于下一批原料的处理),冷却后将上清液分出(或者过滤得到上清液);上清液利用石灰(氧化钙)中和到pH=6,过滤,沉淀利用1倍沉淀量的水洗涤沉淀2次;合并滤液和洗液,减压浓缩6倍;添加5%浓盐酸和5%的氯化钠,低温(10℃)放置24小时,过滤除杂,沉淀用沉淀0.5倍体积的水洗涤;合并滤液和洗液,添加3%的浓硫酸(V/V)和12%的硫酸铵(W/V),充分搅拌后,10℃下放置24小时,过滤,沉淀用0.5倍体积的水洗涤;沉淀溶于4倍体积的乙醇中,升温溶解,10℃下放置24小时,过滤,沉淀用0.5倍乙醇洗涤;沉淀于50~70℃下烘干,即得产品。高效液相色谱(HPLC)分析监测产品中黄连碱含量98%,黄连碱收率96%。
对比实施例6
1公斤黄连粉碎或者切片,加入8升3%的硫酸溶液,浸泡12小时后,升温到70℃保温提取2小时,过滤;残渣再用8升3%的硫酸溶液保温提取四次;合并第一次和第二提取液(三次提取和四次提取用于下一批原料的处理),冷却后将上清液分出(或者过滤得到上清液);上清液利用石灰(氧化钙)中和到pH=6,过滤,沉淀利用1倍沉淀量的水洗涤沉淀2次;合并滤液和洗液,减压浓缩6倍;添加5%浓盐酸和5%的氯化钠,低温(10℃)放置24小时,过滤除杂,沉淀用沉淀0.5倍体积的水洗涤;合并滤液和洗液,添加3%的浓盐酸(V/V)和12%的硫酸铵(W/V),充分搅拌后,10℃下放置24小时,过滤,沉淀用0.5倍体积的水洗涤;沉淀溶于4倍体积的乙醇中,升温溶解,10℃下放置24小时,过滤,沉淀用0.5倍乙醇洗涤;沉淀于50~70℃下烘干,即得产品。高效液相色谱(HPLC)分析监测产品中黄连碱含量45%,黄连碱收率91%。
对比实施例7
1公斤黄连粉碎或者切片,加入8升3%的硫酸溶液,浸泡12小时后,升温到70℃保温提取2小时,过滤;残渣再用8升3%的硫酸溶液保温提取四次;合并第一次和第二提取液(三次提取和四次提取用于下一批原料的处理),冷却后将上清液分出(或者过滤得到上清液);上清液利用石灰(氧化钙)中和到pH=6,过滤,沉淀利用1倍沉淀量的水洗涤沉淀2次;合并滤液和洗液,减压浓缩6倍;添加5%浓盐酸和5%的氯化钠,低温(10℃)放置24小时,过滤除杂,沉淀用沉淀0.5倍体积的水洗涤;合并滤液和洗液,添加3%的浓磷酸(V/V)和12%的硫酸铵(W/V),充分搅拌后,10℃下放置24小时,过滤,沉淀用0.5倍体积的水洗涤;沉淀溶于4倍体积的乙醇中,升温溶解,10℃下放置24小时,过滤,沉淀用0.5倍乙醇洗涤;沉淀于50~70℃下烘干,即得产品。高效液相色谱(HPLC)分析监测产品中黄连碱含量43%,黄连碱收率85%。
对比实施例8
1公斤黄连粉碎或者切片,加入8升3%的硫酸溶液,浸泡12小时后,升温到70℃保温提取2小时,过滤;残渣再用8升3%的硫酸溶液保温提取四次;合并第一次和第二提取液(三次提取和四次提取用于下一批原料的处理),冷却后将上清液分出(或者过滤得到上清液);上清液利用石灰(氧化钙)中和到pH=6,过滤,沉淀利用1倍沉淀量的水洗涤沉淀2次;合并滤液和洗液,减压浓缩6倍;添加5%浓盐酸和5%的氯化钠,低温(10℃)放置24小时,过滤除杂,沉淀用沉淀0.5倍体积的水洗涤;合并滤液和洗液,添加3%的浓硝酸(V/V)和12%的硫酸铵(W/V),充分搅拌后,10℃下放置24小时,过滤,沉淀用0.5倍体积的水洗涤;沉淀溶于4倍体积的乙醇中,升温溶解,10℃下放置24小时,过滤,沉淀用0.5倍乙醇洗涤;沉淀于50~70℃下烘干,即得产品。高效液相色谱(HPLC)分析监测产品中黄连碱含量32%,黄连碱收率68%。
从以上的对比实施例可以看出,在其它工艺条件都不变的前提下,只有浓盐酸和硫酸盐的混合溶液能对除杂后的滤液和洗液进行选择性沉淀,使最终获得的产品的黄连碱含量和黄连碱收率大大高于用其它混合溶液进行处理的产品。