黄芩苷转化黄芩素制备工艺研究毕业论文_化学工程与工艺毕业论文

黄芩苷转化黄芩素制备工艺研究毕业论文

2021-04-28更新

摘 要

黄芩是一种具有重要药理作用的天然药用植物,黄芩中所含的黄酮类物质,尤其是主要活性成分黄芩苷和黄芩素都具有广泛的生理活性,在中医药及临床医学领域中具有越来越重要的作用,如何提高其得率和含量一直是实际生产中存在的重要问题。

本文以黄芩苷为原料,首先对黄芩苷的提取、除杂、分离和精制及黄芩素制备等国内外研究进展进行总结概述。其次,通过对黄芩苷的絮凝纯化工艺的最优工艺条件进行探索,采用不同种类絮凝剂进行实验,对黄芩提取液进行絮凝纯化,确定最佳工艺条件;其次使用一种无需采用树脂吸附的、操作条件温和的纯化方法,即采用低碳醇与二甲基亚砜的混合溶剂对黄芩苷进行纯化制备,探索高纯度黄芩苷制备的最适工艺条件。最后以HPLC为检测手段,以酶解率为主要检测指标,利用 β-葡萄糖苷酶和 β-葡萄糖醛酸酶,探索两种酶的最适宜反应温度、反应pH、反应时间及生物酶最适用量,研究了采用高纯度黄芩苷制备黄芩素的最佳工艺条件。

关键词:黄芩苷,絮凝工艺,纯化工艺,生物降解工艺,工艺条件。

Study on the Preparation Technology of Baicalein from Baicalin

Abstract

Scutellaria baicalensis Georgi is a natural medicinal plant with important pharmacological effects, and it plays an increasing important role in the fields of traditional Chinese medicine and clinical medicine. The flavonoids contained in Scutellaria baicalensis Georgi, especially the main active ingredients baicalin and baicalin, have a wide range of biological activities. How to increase their yield and content has always been an important problem in actual production.

This article uses baicalin as a raw material. Firstly, the research progress of extraction, impurity removal, separation and purification of baicalin and preparation of baicalein is summarized. Secondly, by exploring the optimal process conditions of flocculating and purifying process of baicalin, different experiments were carried out with different kinds of flocculants to flocculate and purify the extract of Scutellaria baicalensis Georgi, and the optimal process conditions were determined. Thirdly, one kind of resin adsorption was used. The purification method with mild operating conditions is to purify the baicalin by using a mixed solvent of low carbon alcohol and DMSO to explore the optimum process conditions for the preparation of high-purity baicalin. Finally, HPLC was used as the detection method, and the enzymatic hydrolysis rate was the main detection index. Using β-Glucosidase and β-Glucuronidase, the optimum reaction temperature, reaction pH, reaction time and biological enzyme of the two enzymes were explored. The optimum conditions for the preparation of baicalein by high-purity baicalin were studied.

Key words: Baicalin, flocculation process, purification process, biodegradation process, process conditions.

目录

摘 要 1

Abstract 2

目录 3

第一章 绪论 6

1.1黄芩概述 6

1.2黄芩的化学成分研究进展 6

1.2.1黄酮及黄酮苷类 6

1.2.2多糖成分 7

1.2.3挥发油及其他成分 7

1.3黄芩的药理作用 7

1.3.1抗菌抗病毒药理作用 7

1.3.2 抗炎药理作用 8

1.3.3抗肿瘤药理作用 8

1.3.4对肝脏的保护作用 8

1.4黄芩苷的提取方法研究进展 8

1.4.1煎煮法 9

1.4.2回流提取法 9

1.4.3超声提取法 9

1.4.4超临界提取法 9

1.4.5酶提取法 10

1.5黄芩苷的分离纯化方法研究进展 10

1.5.1碱溶醇沉法 10

1.5.2大孔树脂吸附法 11

1.5.3超滤法 11

1.5.4高速逆流色谱 11

1.6本论文的研究内容 12

1.6.1本论文研究主要内容 12

1.6.2本论文研究创新点 12

第二章 黄芩苷絮凝纯化工艺研究 13

2.1黄芩苷水提取液的制备 13

2.1.1提取原理 13

2.1.2仪器与试剂 13

2.1.3实验方法 13

2.2黄芩絮凝工艺研究 14

2.2.1絮凝纯化原理 14

2.2.2仪器与试剂 14

2.2.3壳聚糖絮凝剂的配置 14

2.2.4实验方法 15

2.2.5结果与讨论 16

2.3黄芩纯化工艺研究 18

2.3.1黄芩苷纯化背景技术 18

2.3.2仪器与试剂 19

2.3.3实验方法 19

2.3.4结果与讨论 19

第三章 黄芩苷酶生物降解工艺研究 21

3.1黄芩苷生物降解背景研究 21

3.2黄芩苷生物降解工艺研究 22

3.2.1仪器与试剂 22

3.2.2实验方法 22

3.3.3结果与讨论 23

结论 29

致谢 30

参考文献 31

第一章 绪论

1.1黄芩概述

黄芩(图1),又可被称为山茶根或土金茶根,它的根可以入药(图2),味苦,性寒。其主要有效成分为黄酮类化合物,以黄芩苷、黄芩素以及少量的汉黄芩苷为主,具有利尿、抗炎、抗菌、抗病毒、保护神经、止血安胎等药理活性。《中药部颁标准》中指出,我国目前常用的药物中含有黄芩成分的就有482种,可用于治疗157余种疾病。目前学术界及医学界围绕黄芩的化学成分及药理作用展开大量的理论及实践研究,并取得丰富的研究成果[1]

图1 黄芩 图2 黄芩的根

1.2黄芩的化学成分研究进展

黄芩苷是从双子叶唇形科植物黄芩的干燥根中提取出来的一类含有葡萄糖醛酸结构的黄酮类化合物,分子式为C21H18O11,常温状态下为黄色粉末,无臭,味苦,具有显著的生物活性。

药物的化学成分在一定程度上决定了其功效,全面分析黄芩的化学成分是了解其药理作用的基础。

1.2.1黄酮类成分 

在对黄芩中各种成分的研究中,黄酮类化合物被确认为是主要的药用有效成分。分离鉴别黄芩后发现,黄芩中包含黄芩素、黄芩苷、汉黄芩苷、白杨素等共 130余种黄酮苷及其化合物。黄芩化合物中的黄芩苷、黄芩素等成分的含量在较大程度上决定黄芩的止血、清热、泻火、解毒等功效。李俊杰等[2]总结大量实验结果后提出,黄芩化学成分中较为常见的有黄酮类及黄酮苷类化合物,主要包括黄芩苷、黄芩素、汉黄芩苷、汉黄芩素、二氢黄酮、二氢黄酮醇、黄烷酮、查尔酮等。

1.2.2多糖成分

从化学角度来看,多糖属于一种多聚糖,由大量的单糖链接构成。采用硫酸苯酚等化学材料通过分光光度法检测分析黄芩炮制品,结果表明不同黄芩炮制品中多糖含量不同,且变化趋势也具有差异。黄芩的多种成分中多糖含量最少的是炭黄芩,仅有5%左右,最多的是炒黄芩,可达12% 以上。利用分光光度法检测不同地区的黄芩含量后发现,同品种不同地区或同地区不同品种黄芩的多糖含量存在较大差异,但整体而言黄芩中的多糖含量基本保持在5.26% ~13.21% 。此外,生产、种植方式等因素也会影响黄芩中多糖含量。

1.2.3挥发油及其他元素 

检测黄芩根部后发现其包含多种挥发油成分,且相对含量达到 1% 以上,部分化合物如苯二酸的相对含量达到 25% 以上,是黄芩中挥发油的主要组成成分。此外,还有 20% 广藿香烯、30% 异戊二烯等成分。随后继续研究,从黄芩挥发油中提取出石竹烯、苯乙酮等成分。此外,黄芩中除黄酮及黄酮苷类化合物、多糖成分、挥发油外,还有含有铁、铜、锌等微量元素及氨基酸、蛋白质、鞣质等10 余种成分[3]

1.3黄芩的药理作用

1.3.1抗菌抗病毒药理作用

现代药理学研究显示,黄芩是一种广泛普遍的抗菌药物,其有效成分均具有不同程度的抗菌和抗病毒作用,对于各种敏感菌和常见病毒也都有一定的抑制作用。其主要抗菌成分包括苄基青霉素、汉黄芩苷元和黄芩素等,主要可抑制大肠埃希菌、绿脓杆菌、堇色毛癣菌、金黄色葡萄球菌、同心性毛癣菌等共计17种细菌。

1.3.2 抗炎药理作用

研究表明,黄芩及其有效成分对多种动物急性炎症模型具有较好的抗炎作用,可增加毛细血管通透性,并可对炎性介质的产生及释放起到抑制的作用。陈敬国及方慧云等[4]学者的研究表明,对全身炎症反应综合征患儿给予黄芩苷联合常规治疗后,通过检查发现患儿的白细胞介索的合成明显增加,由此可见黄芩对全身炎症反应综合征可起到较好的治疗作用。吉晓丽[5]研究认为,黄芩提取物具有抗炎药理作用的主要原理是其有效成分可通过抑制脂质过氧化物的形成进而影响炎症介质的释放。

1.3.3抗肿瘤药理作用

随着人们对黄芩药理作用的不断研究,发现采用黄芩苷和黄芩素的联合应用可起到抗肿瘤功效,黄芩苷中的野黄芩苷和黄酮类成分可有效抑制肿瘤细胞的活性,能够对宫颈癌、肺癌、肝癌等肿瘤细胞的生长进行抑制[6]。张转建、李玉根等[7]学者对胃癌患者采用不同浓度的黄芩苷,发现其可有效诱导胃癌细胞的凋亡,同时对癌细胞增殖也有一定程度的抑制作用。

1.3.4对肝脏的保护作用

早在70年代初中药黄芩就在临床上被用于治疗肝炎。据相关学者[8]研究表明,黄芩苷可有效降低急性肝损伤程度,对肝脏起到良好的保护作用。其次黄芩对人体内肝癌细胞具有抑制作用,黄芩苷在内质网应激时也可以通过激活 ATF6 信号通路从而诱导细胞凋亡[9]。黄芩中的黄芩苷和黄芩素可以降低ALT及AST的升高,减轻肝细胞受到的损伤,从而达到保肝降酶的作用[10]

1.4黄芩苷的提取方法研究进展

黄芩苷在中医药行业和其他领域有着越来越广泛的应用,因此对其提取方法的研究也越来越深入。黄芩苷常见的提取方法有煎煮法、回流提取法、超声提取法、超临界提取法、酶解法。下面对黄芩苷的几种主要方法进行简要介绍。

1.4.1煎煮法

煎煮法是将药材加水煎煮取汁的方法,是最早使用的一种简易浸出方法,由于浸出媒介通常为水,因此也称“水提法”或“水煮法”。水是一种强的极性溶剂,能煎煮出大部分有效成分,因此药用植物中的亲水成分,如无机盐、糖类、鞣质、蛋白质、生物碱盐、有机酸盐及苷类等成分都可被水溶出。此法操作简单,但用水煎煮时,浸出的成分比较复杂,除了有效成分之外,部分脂溶性物质及其他杂质也有较多浸出,不利于精制;此外含糖分较多的药材加水煎煮后浸出也比较粘稠,过程较困难[11]

1.4.2回流提取法

回流提取法是以易挥发的有机溶剂对原料进行提取。提取液被加热,挥发性溶剂溜出后又被冷凝,重复流回浸出器中浸提药材。此方法一次加入较少的溶剂便可将有效成分提取完全,效率较高。潘燕等[12]利用正交设计实验对黄芩中黄芩苷醇提方法优化,研究黄芩苷乙醇回流提取工艺的最佳工艺条件。

1.4.3超声提取法

超声提取法是指利用超声波强化提取植物有效成分,这是一种物理破碎过程,对待提取物主要产生独特的机械效应、空化效应及热效应,通过增大介质分子的运动速度,从而增大介质的穿透力来提取中药有效成分的方法。具有无需高温、常压萃取、安全性好、操作简单,提取率高等优点。李守君等[13]采用电化学方法获取黄芩不同提取条件下电化学指纹图谱,根据指纹图谱特征参数诱导时间考察黄芩提取液总成分含量,优化黄芩提取的最佳工艺。结果表明,黄芩提取液浓度和诱导时间呈良好的线性关系。

1.4.4超临界提取法

是近年来一种新式的提取方法。此法是指利用超临界状态下的流体作为萃取剂,从固体或液体中萃取中药中某些有效成分,并对其进行分离的方法。通常使用CO2作为萃取剂,通过改变改变其稳定和压力进而改变CO2的密度,以此达到对药物有效成分的分离萃取。超临界流体萃取法具有多种优点,可同时实现萃取与分离,萃取过程中物料不发生相变,节能环保,工艺流程简单,萃取率高,产品质量好,无有机溶剂残留。徐志宏等[14]用亚临界水提法,以黄芩苷为标志性化合物对黄芩进行提取,并与有机溶剂回流提取法比较,结果表明:当两者具有同等提取效果时,亚临界水提取法的提取时间及提取溶剂的消耗量大大减少,为黄芩苷的提取提供了一种有效的方法。

1.4.5酶提取法

酶提取是指使用不同种类的酶对原料进行酶解处理。药材中许多有效成分存在于药材植物细胞的细胞质中,要得到其有效成分,必须破坏其细胞壁与细胞质间的传质阻力。植物细胞壁由纤维素,半纤维素,果胶等物质构成,使用相应酶可对其进行溶解以得到有效成分。王宏志[15]将果胶酶与纤维素酶用于黄芩有效成分的提取,通过单因素试验和正交试验得出纤维素酶和果胶酶法提取的最佳工艺条件。徐晓英等[16]以生黄芩为原料,利用黄芩药材中共存酶的特征,通过控制性酶解提取,得到含黄芩苷与黄芩素的黄芩提取物,为灵活提取黄芩提供了有效参考。

1.5黄芩苷的分离纯化方法研究进展

使用上述几种方法提取后得到的中草药提取物仍是混合物,需要进一步进行分离、纯化、精致等步骤除去杂质。许多学者就如何纯化精致黄芩苷进行了研究。下面对几种常用分离纯化方法进行介绍。

1.5.1碱溶醇沉法

黄芩苷粗品中,包括黄芩苷在内的一些物质可以溶于碱性溶液中,而另一些沉淀却不溶于碱性溶液。用碱液溶解并过滤,可使黄芩苷和一些溶于碱液的沉淀分离出来,不溶碱液的沉淀则被过滤掉,达到一个初步纯化的目的;再在碱液中加入乙醇,由于黄芩苷和同时溶解于其中的蛋白质、多糖等大分子物质在乙醇中的溶解度不同,加入乙醇后,蛋白质、多糖等大分子物质会析出,从而达到除杂的目的。在用酸碱进行提取纯化黄酮类化合物时,应当注意温度和碱度都不宜过高,以免破坏黄酮类化合物的母核。酸化时,酸度也不宜过高,否则酸会与黄酮类化合物生成盐而溶解。

1.5.2大孔树脂吸附法

大孔树脂吸附作用是依靠它和被吸附的吸附质之间的范德华力。通过它巨大的比表面进行物理吸附而工作,使有机化合物根据经过一定溶剂洗脱分开而达到分离、纯化、除杂、浓缩等不同目的。有学者以黄芩苷吸附量为指标,通过正交试验考察,确定大孔树脂对黄芩苷具有良好的纯化作用。宣寒等[17]发现 AB-8 型树脂对黄芩苷有良好的吸附分离性能,且其纯化后黄芩苷的纯度可达90%左右。黎晓敏等[18]采用静态吸附-解吸、动态吸附-解吸条件筛选,发现 HPD-100 型号大孔树脂为最适树脂型号,可用于黄芩苷的精制纯化,并可提高黄芩苷的提取率。

1.5.3超滤法

超滤法可以起到分离、纯化、浓缩或脱盐的作用,是一种新型的分离精致方法。其基本原理是根据体系中分子的性状和大小,通过半透膜的微孔结构,以一定的外界压力为推动力,实现对中药材有效成分的筛选分离。在中药制剂中,可对细菌、微粒、大分子杂质胶质、鞣质、蛋白质、多糖等微粒起到滤除作用。赵世初[19]等学者发现超滤技术分离过程具有无相变化、耗能低、分离率高的特点,可使大分子物质被截留,黄芩分子顺利通过,从而达到分离的目的。

1.5.4高速逆流色谱

高速逆流色谱法是一种液-液色谱分离技术,它的固定相和流动相都是液体。由于不需要固体支撑体,物质的分离依据其在两相中分配系数的不同而实现,因而避免了因不可逆吸附而引起的样品损失、失活、变性等,不仅使样品能够全部回收,回收的样品更能反映其本来的特性,特别适合于天然生物活性成分的分离。而且由于被分离物质与液态固定相之间能够充分接触,使得样品的制备量大大提高。使用甲醇作为溶剂对黄芩苷进行纯化,可得到95%以上高纯度黄芩苷。

1.6本论文的研究内容

1.6.1本论文研究主要内容

1.查阅相关资料,了解黄芩苷的提取、除杂、分离和精制及黄芩素制备等国内外研究进展并撰写综述报告。

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