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8743%,回收率8957%,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] 20080807
[基金项目] 中南大学研究生教育创新工程项目(134377330)
[通信作者] 满瑞林,Tel:(0731)8836237,Email: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[34]。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[67]。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
HA1215001型超临界流体萃取仪(江苏南通
华安超临界萃取有限公司);ZF6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(SPDM10AVP)。
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(46mm×250
mm,5μm);流动相乙腈水(53∶47);流速08mL
·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50mg,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05,10,20,40,60,100mL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=2582816256X+6863323,
r=09999。
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 1000g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1000g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1000g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 188719011895 1894
超声提取 25 1400 198619931974 1984
超临界CO2萃取 4 900 194319371951 1944
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143%)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 1428 1359 1393 9724 9586 9647
2次柱色谱 1975 1915 1938 9649 9704 9553
3次柱色谱 2042 1978 1983 9687 9628 9614
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
1769%,但回收率偏低(8952%)。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1393%,平均回收率9652%,
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4673%,回
收率9875%。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
8743%,过程回收率9748%。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 57622 9775
20 67159 9656
40 86151 9576 9804 20
60 106971 9854
100 149437 10159
注:样品中量为1943μg。
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试验所得的平均加样回收率为 9804%,RSD
20%,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8743%的紫
杉醇产品,过程回收率8957%。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。
[参考文献]
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ResearchofextractingandpurifyingtaxolfromthebranchesofTaxusmedia
QIAOLiangjie,MANRuilin,NIWangdong,LIANGYonghuang
(SchoolofChemistryandChemicalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)
[Abstract] Objective:ThestudywastoexploreextractingandpurifyingtechnologyoftaxolfromthebranchesofTaxusmedia.
Method:Inextractingphase,thesolventextraction,ultrasonicextractionandthesupercriticalCO2fluidextractionwerestudiedrespectively;
Inpurifyingphase,theextractsweredisposedbysilicagelcolumnchromatographyandpreparationlamelachromatography,thencrystaledby
NHexane.ThecontentoftaxolwasdetectedbyHPLC.Result:Theresultsshowedthattherecoveryofextractingtoxalwiththemethodof
ultrasonicwasthehighestandtheselectivityofsupercriticalCO2fluidextractionwasthebest;Thesampleafterbeingextractedshouldbepu
rifiedtwostagesbysilicagelcolumnchromatographywithdichloromethanechloroformmethane(53∶44∶3)aselutionandthelamelachroma
tographywaschloroformethylacetatemethane(88∶7∶5)aselution,finalywereachedthefawncrystal.Conclusion:Inthatproduction,the
contentoftaxolreached8743% andtherecovery8957%,whichindicatthatthetaxoliswelenrichment.
[Keywords] Taxusmedia;taxol;ultrasonicextraction;supercriticalCO2fluidextraction(SFE);columnchromatography;la
melachromatography
[责任编辑 周 驰]
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