全 文 :中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 45 卷 第 19 期 2014 年 10 月
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高速离心分配色谱法去除夏天无总生物碱中荷包牡丹碱的工艺研究
谢欣辛,孙百玲,杨义芳*
中国医药工业研究总院上海医药工业研究院,创新药物与制药工艺国家重点实验室,上海 200040
摘 要:目的 采用高速离心分配色谱(FCPC)方法去除夏天无总生物碱中的毒性成分荷包牡丹碱(BI)。方法 以体积流
量、转速、样品浓度为考察因素,通过正交试验优化各工艺参数,同时对优化后的工艺结果与溶剂萃取法比较,并对最优工
艺进行线性放大实验。结果 最佳工艺为样品质量浓度 80 mg/mL,转速 1 200 r/min,体积流量 4 mL/min。通过放大实验制
得相应去除 BI 的夏天无总生物碱部位,BI 去除率>94.0%,其余生物碱回收率>85.0%,优于传统溶剂萃取法。该工艺分离
时间短,重现性好,操作简便。结论 该工艺操作简单、快速、环保,不仅为提高夏天无总生物碱的安全性提供思路,而且
为去除毒性成分的夏天无总生物碱产业化道路提供了方法。
关键词:高速离心分配色谱;夏天无;总生物碱;去除率;荷包牡丹碱;正交试验
中图分类号:R284.2 文献标志码:A 文章编号:0253 - 2670(2014)19 - 2787 - 06
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2014.19.011
Study on removing (−)-bicuculline from Corydalis Decumbentis Rhizoma total
alkaloids by fast centrifugal partition chromatography
XIE Xin-xin, SUN Bai-lin, YANG Yi-fang
State Key Laboratory of New Drug and Pharmaceutical Process, Shanghai Institute of Pharmaceutical Industry, China State Institute
of Pharmaceutical Industry, Shanghai 200040, China
Abstract: Objective Using fast centrifugal partition chromatography (FCPC) to remove (−)-bicuculline from Corydalis
Decumbentis Rhizoma total alkaloids. Methods The technological parameters of orthogonal experiment of FCPC was optimized by
flow rate, rotation speed, and loading sample size. The optimized process was compared with the solvent extraction method, and the
linear amplification experiments were carried out using the optimal process. Results The optimized parameters were as follows:
rotation speed was 1 200 r/min, flow rate was 4 mL/min, and loading sample size was 80 mg/mL. The new prepared alkaloids fraction
of Corydalis Decumbentis Rhizoma using amplification experiments has > 94.0% removed rate of BI and >85.0% recovery of the
other alkaloids, which were higher than those of the solvent extraction method. This simple method with good repeatability could be
completed in a short time. Conclusion The simple and fast method could improve the safety of Corydalis Decumbens Rhizoma total
alkaloids, and provide the industrialization of non-toxic total alkaloids.
Key words: fast centrifugal partition chromatography; Corydalis Decumbentis Rhizoma; total alkaloids; removing rate;
(−)-bicuculline; orthogonal test
夏天无系罂粟科植物伏生紫堇 Corydalis
decumbens (Thunb.) Pers. 的干燥块茎,主产于江西,
广泛分布于江苏、安徽、浙江、福建、台湾、湖南
等省,是我国常用中药[1-2]。夏天无具活血、通络、
行气、止痛等功效。主治高血压、脑血栓引起的中
风偏瘫,并对风湿性关节炎、坐骨神经痛、小儿麻
痹后遗症等有较好的作用,其主要活性成分为生物
碱类[3]。但总生物碱在临床使用中有潜在毒性隐患,
致惊厥毒性不利于临床使用时剂量的增大。总生物
碱中的荷包牡丹碱(BI)成分是已经得到确认的致
惊厥剂[4-5],与经典惊厥剂相比,具有作用快、持续
时间短的特点。且目前研究证实 BI 在致惊厥过程中
收稿日期:2014-04-30
基金项目:国家“重大新药创制”科技重大专项(2009ZX09301-007);2012 年上海市国际合作项目(12120701400);上海市自然科学基金资
助项目(09ZR1431100);2010 年上海市中药现代化专项资助项目(10DZ1971300);2010 年上海市科委西部开发科技合作项目
(10495801000)
作者简介:谢欣辛(1987—),硕士,研究方向为中药药效物质基础及质量标准研究。E-mail: yuanshukuang@163.com
*通信作者 杨义芳 Tel/Fax: (021)62473018 E-mail: yangyf4912@163.com
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通过多种途径损伤神经元细胞[6],而脑卒中治疗中
提高神经元对于缺血缺氧的耐受、抵抗作用是治疗
手段之一[7]。降低夏天无总生物碱中 BI 的量将是提
高夏天无总生物碱安全性、提高其神经保护作用的
一个有效途径[8]。
高速离心分配色谱(FCPC)利用待分离物质在
互不相溶的两相溶液中的分配系数不同,经过类似
于连续萃取的过程,对物质进行分离。它与高速逆
流色谱(HSCCC)稍有不同,HSCCC 属于流体动
力平衡系统,由聚四氟乙烯软管绕制成的色谱柱除
绕离心轴旋转外,还围绕自轴旋转产生变化的重力
场;FCPC 属于流体静力平衡系统,色谱柱由一系
列刻在圆盘上的腔室组成,通过单轴旋转产生恒定
的离心力场从而实现对固定相的保留。与 HSCCC
相比具有分离时间短、耐高压、高转速、具有较高
的固定相保留率等优点;新设计的 2 个连接的腔室
增加了固定相与流动相传质的面积,使得分辨率与
效率都得到提高。同时 FCPC 配有 4 种容量的转子,
可以根据需要进行更换,实现从分析、半制备到制
备的要求,制备量从克级到千克级。FCPC 已广泛
应用于化学、医药、农业、石油、生物工程、食品
工程等领域。在天然活性产物分离纯化方面,FCPC
成功地分离了生物碱[8],氨基酸、多肽、蛋白质[9],
黄酮[10],有机酸[11],氧杂蒽酮[12]等成分。
本课题组已经建立夏天无总生物碱的超临界提
取工艺,可快速、高效地得到高质量分数的夏天无
总生物碱提取物。在此工作基础上,建立方便易行
的工艺方法,得到去除 BI 的夏天无总生物碱部位。
预期新的总生物碱部位与夏天无超临界总生物碱部
位相比,毒性降低同时保持了对神经细胞氧化损伤
的保护作用[13]。
1 仪器和材料
Agilent HP1260 型高效液相色谱仪、四元梯度
泵、HP cheme 色谱工作站,美国 Agilent 公司;
MSU224S—100—Duz 天平,德国 Sartorius 公司;
FCPC 具有 25 mL 和 200 mL 可替换转鼓,分别用于
分析、条件优化及放大制备,其中 FCPC A—25 mL
转速 600~3 000 r/min,体积流量 1~10 mL/min;
FCPC A—200 mL 转速 600~2 000 r/min,体积流量
2~15 mL/min,配有 Kromaton 四元泵,法国
Rousselet Robatel 公司;N2000 工作站,浙江大学智
达信息工程有限公司;Shimdzu LC—10AD 泵、
Shimdzu—7725i 进样器,日本 Shimdzu 公司;超临
界萃取仪 HA121—50—01—C,江苏南通华安超临
界有限公司;HD—21—2 紫外检测器,上海嘉鹏科
技有限公司。
无水乙醇、醋酸乙酯、氢氧化钠均为分析纯,
国药集团化学试剂有限公司;甲醇、乙腈为色谱纯,
中国百灵威科技有限公司;水为自制双蒸水,4.5 μm
微孔滤膜滤过。
各生物碱单体对照品为本课题组自制[14],经
HPLC 检测各碱质量分数均大于 98%。夏天无总生
物碱,实验室自制,批号 XTW-SFE20130107,经
测定含 BI 9.26%、夏无宁碱(EGE)14.70%、原阿
片碱(PRO)21.49%、延胡索乙素(THP)23.18%、
盐酸巴马汀(PAL)0.09%。
2 方法与结果
2.1 检测方法
2.1.1 对照品溶液的配制 定量称取各生物碱对照
品,用流动相溶解,配制含 BI 53.2 μg/mL、EGE
120.2 μg/mL、PRO 76.4 μg/mL、THP 125.4 μg/mL、
PAL 44.6 μg/mL 混合对照品溶液。
2.1.2 样品的配制 定量称取各检测样品约 50.0
mg,用流动相定容于 25 mL 量瓶中,即得。
2.1.3 色谱条件 [15] 色谱柱为 Discovery C18 柱
(250 mm×4.6 mm,5 μm);检测条件为 A 相:8 mL
三乙胺,30 mL 冰醋酸加至水中定容到 1 L;B 相:
甲醇-乙腈(1∶4);洗脱比例:0~50 min,88% A;
50~75 min,88%~75% A;体积流量 1 mL/min;
进样体积 10 μL;检测波长 282 nm。
2.2 样品前处理方法
配制 0.02 g/mL 的夏天无总生物碱超临界提取
物无水乙醇溶液,加入 0.5 mol/L 的氢氧化钠水溶液
(体积比为 4∶1),然后在加热搅拌的条件下反应 2
h,反应完成后,将反应液减压蒸干。取蒸干后的样
品 0.8 g,溶于 10 mL(6 mL 上相,4 mL 下相)溶
液中,配制成质量浓度为 80 mg/mL 的样品溶液。
2.3 FCPC 操作方法
以醋酸乙酯-水(1∶1)系统为分离系统,分别
将各种溶剂按其比例加入分液漏斗中,剧烈震荡使
各溶剂充分混合,平衡后,分别取为上相和下相,
使用前用超声脱气 30 min。在 ascending 模式下,
用低转速(600 r/min)、高体积流量(体积流量 8
mL/min)将 FCPC 柱内充满固定相(下相)。待充
满固定相后,在各以descending和ascending模式下,
体积流量 8 mL/min,转速 600 r/min 泵入 2 min 以排
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除气泡,再将仪器调回 ascending 模式,调节参数至
需要的体积流量(4 mL/min)和转速(1 200 r/min),
开始泵入流动相,直至两相平衡,即可进样,进样
质量浓度 80 mg/mL,进样量 1 mL。
选择 282 nm 为检测波长,收集制备好的样品。
将收集好的样品蒸干,称定质量,后转移至 50 mL
量瓶中定容,送入 HPLC 检测。
2.4 FCPC 工艺条件优化
BI 的去除率主要受到样品质量浓度(A)、转速
(B)以及体积流量(C)3 个因素的影响。样品质
量浓度、转速、体积流量通过影响固定相保留率和
出峰时间,从而影响分离效率。结合仪器参数以及
前期预试验结果,样品质量浓度在 20~80 mg/mL,
转速在 1 200~2 000 r/min,体积流量在 2~4
mL/min 时 BI 的去除率较高。选取这 3 个因素,每
个因素各 3 个水平,用 L9(34) 安排实验并进行正交
分析。
FCPC 法在去除夏天无总生物碱毒性成分 BI 的
同时又要兼顾其余各生物碱要有较高的回收率,以
BI 去除率和其余生物碱回收率为指标,用综合加权
评分法确定最佳工艺。评分时以各指标的最大值为
参照将数据进行归一化,再给出不同的权重。为去
除 BI 降低毒性,保证夏天无总生物碱的安全性,
BI 去除率的权重系数设为 0.40;其余 4 个生物碱的
回收率保证夏天无总生物碱的有效性,其回收率的
权重系数均设为 0.15。用综合评分计算 K 值和 R 值
并进行方差分析,综合评价各因素各水平的影响大
小以及最优组合。各实验项按下式评分:综合评
分=(YBI/94.87)×100×0.40+[(YEGE/88.31)+(YPRO/
90.50)+(YTHP/90.79)+(YPAL/237.45)]×100×0.15。
正交试验设计和结果见表 1,方差分析见表 2,
各碱定量测定结果以及仪器压力、固定相保留率
(Sf)等参考数据见表 3。BI 去除率、生物碱回收率
和固定相保留率按公式计算。
BI 去除率=(BI 在去除前样品中的质量-BI 在除去后
产品中的质量) / BI 在去除前样品中的质量
生物碱回收率=生物碱在除去后产品中的质量 / 生物
碱在去除前样品中的质量
Sf=固定相在 FCPC 柱内的体积 / FCPC 的柱体积
由表 1 的直观分析结果可知,在所选的因素水
平范围内,各因素对综合评分的影响程度从大到小
为 A>C>B,即样品质量浓度>体积流量>转速。
最优的工艺为 A3B1C3。从方差分析结果可以看进样
质量浓度、转速、体积流量对综合评分均无显著性
影响。因此根据实验结果得到最优化的 FCPC 工艺
条件为样品浓度 80 mg/mL,转速 1 200 r/min,体积
流量 4 mL/min。
2.5 验证实验
为进一步考察该工艺的稳定性和可靠性,按上
述正交试验确定的最佳工艺,平行操作 3 份,验证
实验结果,测定数据见表 4。FCPC 色谱图见图 1,
各生物碱对照品 HPLC 色谱图见图 2-A,夏天无总
表 1 L9(34) 正交试验设计表与结果
Table 1 L9(34) orthogonal tests and results
回收率 / % 试验号 A / (mg·mL−1) B / (r·min−1) C / (mL·min−1) D (误差) BI 去除率 / %
EGE PRO THP PAL
综合评分
1 20 (1) 1 200 (1) 2 (1) (1) 92.36 75.31 75.28 78.66 146.99 86.49
2 20 (1) 1 600 (2) 3 (2) (2) 92.55 80.14 88.96 86.86 113.07 88.87
3 20 (1) 2 000 (3) 4 (3) (3) 92.16 74.70 90.31 83.75 169.61 91.07
4 50 (2) 1 200 (1) 3 (2) (3) 94.69 71.71 87.15 84.78 237.45 97.42
5 50 (2) 1 600 (2) 4 (3) (1) 92.34 70.96 90.50 90.13 217.35 94.61
6 50 (2) 2 000 (3) 2 (1) (2) 85.25 68.92 88.91 87.62 192.22 89.01
7 80 (3) 1 200 (1) 4 (3) (2) 94.87 88.31 82.87 90.79 230.25 98.28
8 80 (3) 1 600 (2) 2 (1) (3) 93.47 81.71 88.26 83.29 216.83 95.38
9 80 (3) 2 000 (3) 3 (2) (1) 93.16 62.66 82.21 77.81 205.52 89.39
K1 266.43 282.19 270.88 270.49
K2 281.04 278.86 275.68 276.16
K3 283.05 269.47 283.96 283.87
R 16.62 12.72 13.08 13.38
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表 2 方差分析
Table 2 Analysis of variance
误差来源 偏差平方和 自由度 F 值 显著性
进样质量浓度 54.857 2 1.824 无
转速 29.007 2 0.965 无
体积流量 29.187 2 0.971 无
误差 30.069 2
F0.05(2, 2) = 19.00
生物碱去除 BI 前后的 HPLC 色谱图见图 2-B、C。
实验结果表明,该工艺稳定、可行,BI 去除率达
94.0%以上,其余各生物碱的回收率达 85.0%以上,
达到预期的目标。
2.6 不同工艺的比较
溶剂萃取法是经典的成熟的样品前处理技术之
一,广泛用于中药有效成分的分离纯化。因此,本
实验比较了醋酸乙酯-水溶剂萃取法与 FCPC 法对
表 3 各生物碱定量测定和 FCPC 仪器参数
Table 3 Determination of alkaloids and instrument parameters of FCPC
试验号 BI / % EGE / % PRO / % THP / % PAL / % Sf / % 压力 / MPa
原样品 9.26 14.70 21.49 23.18 0.09 − −
1 0.81 11.07 16.18 18.23 0.13 55 1.7
2 0.82 11.78 19.12 20.13 0.10 61 2.7
3 0.84 10.98 19.41 19.41 0.15 57 3.7
4 0.54 10.54 18.73 19.65 0.21 58 1.8
5 0.81 10.43 19.45 20.89 0.19 53 2.9
6 1.54 10.13 19.11 20.31 0.17 58 3.8
7 0.59 12.98 17.81 21.05 0.20 47 1.9
8 0.78 12.01 18.97 19.31 0.19 61 2.8
9 0.77 9.21 17.67 18.04 0.18 55 3.5
表 4 验证实验测定结果
Table 4 Determination of verified experiment
BI / % EGE / % PRO / % THP / % PAL / %
实验号
质量分数 去除率 质量分数 回收率 质量分数 回收率 质量分数 回收率 质量分数 回收率
Sf / %
原样品 9.26 − 14.70 − 21.49 − 23.18 − 0.09 − −
1 0.63 94.63 17.31 88.32 23.46 81.87 27.71 89.64 0.26 220.65 58
2 0.60 94.88 16.79 92.81 22.91 86.61 27.31 95.70 0.25 229.84 57
3 0.48 95.92 17.13 91.77 24.59 90.10 26.74 90.82 0.26 231.68 58
平均值 0.57±
0.08
95.14±
0.68
17.08±
0.26
90.97±
2.35
23.65±
0.86
86.19±
4.13
27.25±
0.49
92.05±
3.22
0.26±
0.01
227.39±
5.91
−
图 1 夏天无总生物碱去除 BI 的 FCPC 色谱图
Fig. 1 FCPC of (−)-bicuculline removed
from total alkaloids
夏天无总生物碱的纯化效果,结果见表 5。溶剂萃
取法在对 BI 的去除率以及其他各生物碱的回收率
方面均低于 FCPC 法,且溶剂萃取法操作时间长,
容易产生乳化现象。因此,相对于经典的溶剂萃取
法,FCPC 法在去除夏天无总生物碱的毒性成分 BI
具有明显的优势,值得推广。
2.7 工艺放大实验
由正交工艺得出的最佳工艺,根据 FCPC 转鼓
体积 200 mL,进行线性放大。以体积流量 4 mL/min,
转速 1 200 mL/min,进样质量浓度 80 mg/mL,进样
0 5 10
t / min
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1-BI 2-EGE 3-PRO 4-THP 5-PAL
图 2 生物碱混合对照品 (A)、夏天无总生物碱提取物 (B) 和夏天无总生物碱去除 BI 样品 (C) 的 HPLC 图
Fig. 2 HPLC of alkaloid mixed standard substance (A), total alkaloids extracted from Corydalis
Decumbentis Rhizoma (B), and total alkaloids without (−)-bicuculline (C)
表 5 FCPC 法与溶剂萃取法比较 ( x s± ,n = 3)
Table 5 Comparison on FCPC and solvent extraction ( x s± , n = 3)
回收率 / % 分离方法 操作时间 BI 去除率 / %
EGE PRO THP PAL
乳化现象
FCPC 法 0.5 h 94.61±2.32 97.34±2.14 92.28±3.23 92.93±2.71 208.45±1.52 无
溶剂萃取法 1 h×3 69.77±3.13 45.56±1.92 39.98±2.94 48.67±2.12 46.67±2.38 有
体积 8 mL 进行实验。3 批样品经 FCPC 分离后,
BI 的去除率分别为 97.26%、96.75%、96.69%,各
生物碱的回收率可达 90%以上,结果见表 6。
结果表明,该工艺稳定可靠、操作简便,为去
除毒性成分 BI 的夏天无总生物碱工业化生产提供
了理论依据。
表 6 工艺放大实验各生物碱的测定
Table 6 Determination of alkaloids from magnified experiment
BI / % EGE / % PRO / % THP / % PAL / %
试验号
质量分数 去除率 质量分数 回收率 质量分数 回收率 质量分数 回收率 质量分数 回收率
Sf / %
原样品 9.26 − 14.70 − 21.49 − 23.18 − 0.09 − −
1 0.33 97.26 17.99 94.09 24.89 89.03 27.77 92.10 0.24 208.62 60
2 0.36 96.75 17.25 98.29 24.31 94.73 26.89 97.16 0.23 217.81 58
3 0.38 96.69 17.67 96.92 24.89 93.37 27.12 94.34 0.24 218.80 59
平均值
0.36
±0.03
96.90
±0.31
17.64
±0.37
96.43
±2.14
24.70
±0.33
92.37
±2.98
27.26
±0.46
94.53
±2.53
0.24
±0.01
215.08
±5.61
2.8 BI 的鉴定
将 FCPC 转鼓内的固定相以及流动相回收,减
压蒸干,用水复溶,加 1 mol/L 盐酸与其反应(样
品溶液体积-盐酸溶液体积 5∶1),反应完成后,用
氨水调节 pH 值至中性,减压回收溶剂,残留物经
反复硅胶(200~300 目)柱色谱分离(正己烷-氯
仿-甲醇-二乙胺 15∶1∶1∶1),收集流分,相同部
位合并,浓缩放置,经重结晶得到化合物(10.0 mg),
ESI-MS 谱给出 m/z 368 [M+H]+,相对分子质量为
367,分子式为 C20H17NO6。1H-NMR (500 MHz,
CDCl3) δH: 2.56 (3H, s, N-CH3), 4.05 (1H, d, J = 4
Hz, H-1), 2.22 (2H, m, H-3), 2.87 (2H, m, H-4), 6.46
(1H, s, H-5), 5.93 (2H, s, C6,7-O-CH2-O-), 6.58 (1H, s,
H-8), 5.58 (1H, d, J = 4.0 Hz, H-9), 6.21 (1H, d, J =
7.5 Hz, H-2), 6.92 (1H, d, J = 7.5 Hz, H-3′), 6.16 (2H,
s, C4′,5′-O-CH2-O-)。该化合物的 1H-NMR 数据与文
献对照基本一致[16],因此鉴定为 BI。
3 讨论
夏天无总生物碱中的毒性成分 BI 的结构中含
有内酯环官能团,在碱性条件下,内酯环开环,变
为水溶性的羧酸盐,而其余各生物碱因结构中不含
内酯环,在碱性溶剂体系中较稳定,仍为脂溶性,
导致在溶剂系统中分布差异大,即 K 远大于 10。在
ascending 模式下,经过 FCPC 的分离,待去除的
BI 羧酸盐即会保存在固定相中,新制得的总生物碱
部位即随流动相流出,收集此部分流动相蒸干便得
目标产物。再通过优化 FCPC 工艺条件,提高 BI
去除率和其他生物碱回收率,最终制得 BI 高去除
1 2 3 4
5
0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80
t / min
1
2 3 4
5
A B C
2 3
4
5
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率的夏天无总生物碱部位。
实验中发现 PAL 的回收率远大于 100%,这是
由于上样前对样品进行了碱化处理,THP 在碱性条
件下易氧化为巴马汀季铵碱,巴马汀季铵碱和 PAL
在本实验 HPLC 缓冲溶液流动相条件下出峰时间相
同,由于 PAL 的量非常低,从而使计算所得回收率
大幅度提高。THP 会转化为 PAL 的现象也有文献报
道[17]。
FCPC 分离方法当中,溶剂系统的选择颇为关
键,即要保证溶剂系统对所分离的成分有明显的选
择性,又要考虑溶剂本身的性质,对样品有一定的
溶解性,易去除,无毒害等。生物碱极性中等,BI
水解后产物为水溶性,选用中等极性系统即可。选
用二氯甲烷、三氯甲烷、醋酸乙酯 3 种试剂作为备
选溶剂,由于三氯甲烷、二氯甲烷毒性大,且其余
各碱回收率比醋酸乙酯低,综合考虑选用醋酸乙酯-
水体系。醋酸乙酯-水(1∶1)体系对样品有足够的
溶解性,KBI 羧酸盐远大于 10。K=AU/AL,AU 为上相
中化合物的峰面积,AL为下相中化合物的峰面积。
此次研究的思路为首先由正交试验得出最优工艺
参数,再进行验证,并将该参数运用到放大的 BI
去除实验中去。从实验所得到的一系列结果可以看
出无论是验证还是放大实验均有较高的 BI 去除率
以及其余生物碱较高的回收率,且放大实验的结果
优于小试,一方面这可能于 FCPC 本身的性能有关,
柱体积越大,理论塔板数越高,分离效果越好,另
一方面可能是由于样本取样量越大,实际操作引入
误差影响越小。
BI 是夏天无总生物碱当中确认的毒性成分,由
于它的强致惊厥作用导致夏天无总生物碱在临床
方面的应用受到限制。FCPC 应用到夏天无总生物
碱中 BI 的敲除,该方法具有创新性,扩大了 FCPC
技术的应用领域,为开辟更多新应用提供了思路。
该实验方法 BI 去除率高达 94.0%以上,其余各生物
碱回收率高达 85.0%以上,也去除了大量杂质,分
离时间短至 0.5 h,重现性好,操作简便,绿色环保,
为夏天无总生物碱创新中药开发提供可行性支撑[13],
同时为夏天无的进一步研究提供原料药,易于夏天
无总生物碱中去除 BI 产业化的推广。
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