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Research of extracting and purifying taxol from the branches of Taxus media

曼地亚红豆杉枝条中紫杉醇的提取纯化研究


目的:探索曼地亚红豆杉枝条中紫杉醇的提取纯化工艺。方法:提取阶段,对紫杉醇的溶剂提取、超声浸提和超临界CO2萃取进行对比试验;纯化阶段,硅胶柱色谱及制备型薄层色谱处理提取物,正己烷沉淀结晶。HPLC检测试样中紫杉醇的含量。结果:超声提取紫杉醇的回收率最高,超临界CO2萃取紫杉醇的提取选择性最好;硅胶柱色谱适宜的过柱次数为2次,流动相二氯甲烷-三氯甲烷-甲醇(53∶44∶3),薄层色谱展开剂为三氯甲烷-醋酸乙酯-甲醇(88∶7∶5),提取所得浸膏经过分离纯化最终得到淡黄色晶体。结论:产物中紫杉醇质量分数为87.43%,回收率89.57%,紫杉醇得到有效富集。

Objective: The study was to explore extracting and purifying technology of taxol from the branches of Taxus media.  Method: In extracting phase, the solvent extraction, ultrasonic extraction and the supercritical CO2 fluid extraction were studied respectively; In purifying phase, the extracts were disposed by silica gel column chromatography and preparation lamella chromatography, then crystaled by N-Hexane. The content of taxol was detected by HPLC.  Result: The results showed that the recovery of extracting toxal with the method of ultrasonic was the highest and the selectivity of supercritical CO2 fluid extraction was the best; The sample after being extracted should be purified two stages by silica gel column chromatography with dichloromethane-chloroform-methane (53∶44∶3) as elution and the lamella chromatography was chloroform-ethyl acetate-methane (88∶7∶5) as elution, finally we reached the fawn crystal.  Conclusion: In that production, the content of taxol reached 87.43% and the recovery 89.57%, which indicat that the taxol is well enrichment.


全 文 :曼地亚红豆杉枝条中紫杉醇的提取纯化研究
乔亮杰,满瑞林,倪网东,梁永煌
(中南大学 化学化工学院,湖南 长沙 410083)
[摘要] 目的:探索曼地亚红豆杉枝条中紫杉醇的提取纯化工艺。方法:提取阶段,对紫杉醇的溶剂提取、超声浸提和超
临界CO2萃取进行对比试验;纯化阶段,硅胶柱色谱及制备型薄层色谱处理提取物,正己烷沉淀结晶。HPLC检测试样中紫杉
醇的含量。结果:超声提取紫杉醇的回收率最高,超临界CO2萃取紫杉醇的提取选择性最好;硅胶柱色谱适宜的过柱次数为2
次,流动相二氯甲烷三氯甲烷甲醇(53∶44∶3),薄层色谱展开剂为三氯甲烷醋酸乙酯甲醇(88∶7∶5),提取所得浸膏经过分离纯
化最终得到淡黄色晶体。结论:产物中紫杉醇质量分数为8743%,回收率8957%,紫杉醇得到有效富集。
[关键词] 曼地亚红豆杉;紫杉醇;超声浸提;超临界CO2萃取(SFE);柱色谱;薄层色谱
[收稿日期] 20080807
[基金项目] 中南大学研究生教育创新工程项目(134377330)
[通信作者] 满瑞林,Tel:(0731)8836237,Email:rlman@mail.
csu.edu.cn
  紫杉醇(taxol)是一种具有抗癌活性的二萜类
化合物,由于其抗癌机制独特而引起了人们的广泛
重视[1]。它的主要来源为红豆杉,在该植物体中含
量极低(3/万左右)[2],其中共存许多分子结构和物
化性质与紫杉醇及其相近的紫杉烷类化合物,使其
提取纯化非常困难[34]。为了寻找紫杉醇其他来源,
贾继明等[5]对榛树枝条进行提取研究,结果表明以
甲醇为溶媒采用超声提取,用氧化铝色谱纯化获得
紫杉醇是可行的,但紫杉醇在榛树枝条中的含量很
低,有关此方面的研究仅停留在实验室阶段。目前,
紫杉醇的生产主要面临两个方面的难题:一是紫杉
醇资源单一且匮乏。另外,传统的红豆杉树种资源
非常有限,且成才周期较长,成为紫杉醇生产的瓶
颈。
曼地亚红豆杉是东北红豆杉 Taxuscuspidata和
欧洲红豆杉 T.baccata的天然杂交种,它生长速度
快,枝叶中的紫杉醇量高,可通过人工培栽规模种
植,是利用红豆杉树皮提取紫杉醇的最佳替代原
料[67]。与传统红豆杉相比,两者的结构和性能有较
大差异。国内在1996年从加拿大引进该品种并进
行人工栽培,有关它的研究报道较为少见。本实验
以曼地亚红豆杉为原料,系统探讨了其中紫杉醇的
提取和纯化工艺,对比研究了溶剂浸提、超声提取和
超临界CO2流体萃取3种提取方法对紫杉醇的提取
效果,通过硅胶柱色谱、正己烷沉淀结晶等纯化手段
处理浸提物,探索以曼地亚红豆杉为原料获得紫杉
醇的分离纯化工艺,以便为其实现工业化生产提供
指导。
1 材料与方法
1.1 材料
HA1215001型超临界流体萃取仪(江苏南通
华安超临界萃取有限公司);ZF6型紫外分析仪(上
海嘉鹏科技有限公司);砂芯旋塞玻璃色谱柱(25
mm×400mm,申海玻璃仪器公司);高效液相色谱
仪(SHIMADZU,2010A),检测器(SPDM10AVP)。
紫杉醇对照品(上海同田生物科技有限公司,
批号 07020124);甲醇、乙醇、醋酸乙酯、丙酮等试剂
均为分析纯;曼地亚红豆杉植株(浙江常山曼地亚
红豆杉培植基地,经中南大学刘佳佳教授鉴定符合
《中国药典》2005年版中有关规定[8])。柱色谱用
硅胶(青岛海洋化工有限公司);GF254薄层色谱硅
胶(青岛海洋化工有限公司)。
1.2 方法
1.2.1 色谱条件 phenomenexC18(46mm×250
mm,5μm);流动相乙腈水(53∶47);流速08mL
·min-1;柱温28℃;进样量10μL;紫外检测波长
228nm。外标法确定试样中紫杉醇(图1)。
1.2.2 对照品溶液的配制 准确称取紫杉醇对照
品50mg,用甲醇定容于50mL量瓶中,制成质量
浓度为100mg·L-1的紫杉醇储备液。分别准确量
取05,10,20,40,60,100mL储备液于10mL
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A.紫杉醇标准品;B.溶剂浸提物;C.SFE产物;D.超声提取物;1紫杉醇。
图1 紫杉醇试样HPLC图
量瓶,用甲醇定容至刻度。得到质量浓度为5,10,
20,40,60,100mg·L-1的系列标准溶液。HPLC检
测得到紫杉醇特征峰峰面积与其浓度的标准曲线,
回归 方 程 Y=2582816256X+6863323,
r=09999。
1.2.3 试验步骤 ①将烘干后的曼地亚红豆杉枝
条用试样粉碎机粉碎,筛分收集一定粒径的粉末样
品。②称取 1000g粉末样品于 45℃条件下用
95%乙醇浸提 3次,间歇搅拌。溶媒用量分别为
800,500,500mL;浸提时间分别为12,6,6h。合并
3次浸提所得提取液,减压旋转蒸干;重复本试验2
次,得3份浸膏。③称取1000g粉末样品在一定
温度下用醋酸乙酯丙酮(1∶1)连续3次超声浸出,
溶媒用量分别为600,400,400mL,超声功率为100
W。合并3次浸提所得提取液,减压旋转蒸干;重复
上述试验2次,得浸膏3份。④称取1000g原料
粉末于1L萃取罐中,设定萃取压力为35MPa,萃取
温度50℃,夹带剂为95%乙醇溶液,CO2流体体积
流量25L·H-1,动态萃取 4h。收集分离釜萃取
液,减压旋转蒸干;重复上述实验2次,得3份浸膏。
⑤浸膏用50mL甲醇溶解,加入等体积石油醚萃取
除去该甲醇溶解液中所含的弱极性杂质(分3次,
每次30min);然后用50mL三氯甲烷与50mL蒸馏
水的混合液分3次萃取萃余液中的紫杉醇。分离下
层三氯甲烷萃取液,旋转蒸干得到膏状物。⑥称取
一定质量的硅胶湿法装柱,湿法上样。二氯甲烷三
氯甲烷甲醇(53∶44∶3)为洗脱剂充分洗脱。薄层色
谱(TLC)跟踪检测,收集含有紫杉醇的部分,减压旋
转蒸干;重复上述试验2次,得3份浸膏。⑦紫杉醇
标准品点状点样,浸膏溶液线状重复点样。三氯甲
烷醋酸乙酯甲醇(88∶7∶5)为展开剂上行展开。紫
外分析仪确定紫杉醇的比移值 Rf。刮下并收集硅
胶板上的紫杉醇带,用甲醇充分洗脱并过滤,收集滤
液。重复以上步骤,合并滤液,旋转蒸干。⑧制备型
TLC所得浸膏用适量醋酸乙酯溶解,加入10倍体积
的正己烷,紫杉醇充分沉淀结晶,离心分离得淡黄色
晶体。
2 结果与讨论
2.1 不同提取方法对紫杉醇提取效果的影响
实验考察了紫杉醇的溶剂浸提、超声提取和超
临界CO2流体萃取,每组试验均进行2次重复试验,
提取结果见表1。
表1 不同提取方法结果对比
提取方法
单次提取
时间/h
单次溶剂
用量/mL
紫杉醇提取量/mg
第1组 第2组 第3组 平均值
溶剂浸提 24 1800 188719011895 1894
超声提取 25 1400 198619931974 1984
超临界CO2萃取 4 900 194319371951 1944
  由表1可知,超声方法用于紫杉醇的提取可明
显强化传质过程,缩短提取时间,且紫杉醇的回收率
高。超临界CO2萃取所需溶剂量最少,提取效率较
高,紫杉醇的回收率也高于常规的溶剂浸提。从成
本及节能方面考虑,溶剂浸提优于其他两法,但其操
作周期长,提取效率低。
图1中B,C,D为3种提取方法获得的浸膏的
HPLC图,超临界萃取过程中,夹带剂乙醇溶液改善
了CO2流体的极性,使其对物料的选择性提高,从而
减少了对低极性杂质的萃取,为提取物后续的纯化
带来方便。
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2.2 紫杉醇浸膏的硅胶柱色谱纯化
经过石油醚及三氯甲烷萃取,所得浸膏(紫杉
醇质量分数143%)用柱色谱纯化。硅胶用量为处
理浸膏质量的70倍。考察硅胶柱色谱纯化紫杉醇
合适的过柱次数。见表2。
表2 硅胶柱色谱数据 %
紫杉醇浸膏
紫杉醇质量分数
第1组 第2组 第3组
回收率
第1组 第2组 第3组
1次柱色谱 1428 1359 1393 9724 9586 9647
2次柱色谱 1975 1915 1938 9649 9704 9553
3次柱色谱 2042 1978 1983 9687 9628 9614
  洗脱剂组成对纯化效果影响很大,笔者曾选用
三氯甲烷乙酸乙酯甲醇(50∶48∶2)为洗脱剂,1次
柱色谱所得洗脱液中紫杉醇的质量分数高达
1769%,但回收率偏低(8952%)。结合薄层色谱
色带分布和多次色谱试验,最终确定二氯甲烷三氯
甲烷甲醇(53∶44∶3)为最佳洗脱剂。由表2,进行
的3组试验中,经过1次硅胶柱色谱,浸膏中紫杉醇
的平均质量分数为1393%,平均回收率9652%,
提纯效果显著。2次柱色谱之后,紫杉醇的纯度进
一步提高。再次过柱,其纯度提高不明显,紫杉醇亦
有损失,综合考虑提纯效果和回收率两方面因素,确
定2次硅胶柱色谱较为合理。图2为经过硅胶柱色
谱的紫杉醇浸膏的色谱图。
2.3 紫杉醇的制备薄层色谱纯化
紫杉醇浸膏经过2次硅胶柱色谱之后,纯度得
到很大提高,但浸膏中低极性杂质的含量仍然比较
高。本实验用制备型TLC的方法处理该浸膏,除去
图中保留时间较短的低极性杂质。制备型薄层色谱
的点样方式为带状点样,以提高试样的处理量。
1紫杉醇(图3,4同)。
图2 柱色谱纯化HPLC图
由图3,经过制备TLC纯化的浸膏试样中,低极
性杂质明显减少,紫杉醇的质量分数为4673%,回
收率9875%。TLC展开剂的选择至关重要,合适
的展开剂组成和比例可使硅胶板上呈现分离度很好
的色带,对试样的纯化也更为有效。
1紫杉醇。
图3 薄层色谱纯化HPLC图
2.4 正己烷重结晶纯化
经过制备型 TLC纯化所得浸膏中紫杉醇的质
量分数接近50%,试验利用紫杉醇在正己烷中可以
沉淀析出这一特性对该浸膏进行正己烷沉淀结晶纯
化[9],离心分离得到淡黄色晶体,见图4。
图4 正己烷沉淀结晶物HPLC图
经分析计算得该结晶产物中紫杉醇质量分数为
8743%,过程回收率9748%。由图4,产物中的杂
质为一小部分低极性物质和一部分与紫杉醇极性相
差不大的物质。正己烷沉淀所得产物再经过半制备
型高效液相色谱即可获得质量分数高于95%的紫
杉醇[10],基于仪器设备所限,笔者未对进一步研究。
2.5 加样回收率试验
为了考察本实验分析方法的可靠性,进行了加
样回收试验。精确量取质量浓度为10,20,40,60,
100mg·L-1的紫杉醇标准溶液各1mL加入到5份
等量的被测试样中。结果见表3。
表3 紫杉醇加样回收率(n=5)
加入量/μg 测得量/μg 回收率/% 平均值/% RSD/%
10 57622 9775
20 67159 9656
40 86151 9576 9804 20
60 106971 9854
100 149437 10159
  注:样品中量为1943μg。
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试验所得的平均加样回收率为 9804%,RSD
20%,由此可知该试验的分析检测方法可靠。
3 结论
本实验系统研究了曼地亚红豆杉枝条中紫杉醇
的提取和纯化,探索了一条有效的紫杉醇提纯路线。
研究表明利用超临界CO2流体萃取技术提取曼地亚
红豆杉枝条粉末中的紫杉醇,提取效率高。提取物
经过液液萃取、硅胶柱色谱、薄层色谱以及正己烷沉
淀结晶等纯化手段,最终可得到纯度8743%的紫
杉醇产品,过程回收率8957%。本实验除了制备
型薄层色谱外,其他提取纯化手段均可通过过程放
大实现工业化,因此可为紫杉醇的工业生产提供参
考。
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ResearchofextractingandpurifyingtaxolfromthebranchesofTaxusmedia
QIAOLiangjie,MANRuilin,NIWangdong,LIANGYonghuang
(SchoolofChemistryandChemicalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)
[Abstract] Objective:ThestudywastoexploreextractingandpurifyingtechnologyoftaxolfromthebranchesofTaxusmedia.
Method:Inextractingphase,thesolventextraction,ultrasonicextractionandthesupercriticalCO2fluidextractionwerestudiedrespectively;
Inpurifyingphase,theextractsweredisposedbysilicagelcolumnchromatographyandpreparationlamelachromatography,thencrystaledby
NHexane.ThecontentoftaxolwasdetectedbyHPLC.Result:Theresultsshowedthattherecoveryofextractingtoxalwiththemethodof
ultrasonicwasthehighestandtheselectivityofsupercriticalCO2fluidextractionwasthebest;Thesampleafterbeingextractedshouldbepu
rifiedtwostagesbysilicagelcolumnchromatographywithdichloromethanechloroformmethane(53∶44∶3)aselutionandthelamelachroma
tographywaschloroformethylacetatemethane(88∶7∶5)aselution,finalywereachedthefawncrystal.Conclusion:Inthatproduction,the
contentoftaxolreached8743% andtherecovery8957%,whichindicatthatthetaxoliswelenrichment.
[Keywords] Taxusmedia;taxol;ultrasonicextraction;supercriticalCO2fluidextraction(SFE);columnchromatography;la
melachromatography
[责任编辑 周 驰]
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