高齊，段歡，趙盼登，楊憶群，周紅淵

（陜西理工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723001）

生物堿是存在于自然界（主要為植物，但有的也存在于動(dòng)物）中的一類含氮的堿性有機(jī)化合物，有似堿的性質(zhì)，所以過(guò)去又稱它為贗堿。大多數(shù)有復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，氮素多包含在環(huán)內(nèi)，生物堿類化合物大多具有生理活性，往往是許多中草藥及藥用植物的有效成分。生物堿具有消炎鎮(zhèn)痛、清除自由基、抗氧化、抗菌、抗腫瘤、抗炎癥、免疫等多種生物活性及藥理作用［1］，在醫(yī)藥、食品、保健等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用［2］。目前生物堿的提取方法有微波輔助法、超聲波輔助法、有機(jī)溶劑提取法、回流提取法、超臨界流體萃取法［3］、離子交換樹(shù)脂法等。本文重點(diǎn)討論了生物堿各種提取工藝的研究熱點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)，分析了國(guó)內(nèi)外生物堿提取方法的優(yōu)點(diǎn)，旨在為開(kāi)發(fā)和利用生物堿資源提供參考。

1 生物堿的提取方法

1.1 微波輔助法

微波輔助法提取是一種新型天然產(chǎn)物提取技術(shù)。其原理是利用高溫高壓加劇熱運(yùn)動(dòng)，促使高分子分解，加快細(xì)胞破裂，使細(xì)胞外部溶劑易于進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，溶解并吸收細(xì)胞內(nèi)部物質(zhì)。它具有瞬時(shí)高效的特點(diǎn)。一般工藝流程是將乙醇加入原料中，再置于微波反應(yīng)裝置中處理，最后過(guò)濾蒸發(fā)得到產(chǎn)品。

微波輔助法與乙醇回流法、超聲提取法、水提法等方法相比，具有產(chǎn)率高、提取時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。但此法被單純使用的例子并不多見(jiàn)，一般作為生物堿的輔助提取方法。 1986 年，Ganzler等［4］首先將微波輔助法應(yīng)用于天然產(chǎn)物成分的提取上。二十多年來(lái)，此項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，尤其在中草藥的生物堿提取方面具有很大的發(fā)展?jié)摿?。Ganzler等［5］利用微波輔助法從羽扇豆中提取金雀花堿，與傳統(tǒng)工藝比較，提取堿量提高了2.0%，而且速度快，節(jié)約溶劑。Barchet等［6］從可可葉中提取可卡因和苯甲酞芽堿，考察了其提取的各個(gè)條件，發(fā)現(xiàn)使用微波輔助技術(shù)提取時(shí)僅用了30 S，不僅縮短了操作時(shí)間，還提高了經(jīng)濟(jì)效益。

王瑞瑞等［7］使用微波法從黃連中提取生物堿，在最佳條件為料液比1∶15、乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、微波功率400 W、微波時(shí)間4 min、微波溫度60℃下，提取率為7.635%。李進(jìn)等［8］使用微波法提取板藍(lán)根生物堿，最佳提取條件為料液比1∶30，浸泡時(shí)間25 min，輻射功率600 W，提取時(shí)間8 min，在此條件下提取率高達(dá)10.68%。微波輔助法加熱快、升溫高、消解能力強(qiáng)，大大縮短了溶樣時(shí)間。

在現(xiàn)在的提取工藝中，微波輔助提取生物堿雖然易操作，效率高，但特別要注意對(duì)溫度的控制，因?yàn)樯飰A結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，高溫會(huì)破壞生物堿的結(jié)構(gòu)，影響產(chǎn)率，這樣也就突顯不出其優(yōu)點(diǎn)。所以在這方面應(yīng)謹(jǐn)慎操作，以達(dá)到最佳效果。

1.2 超聲波輔助法

超聲波輔助提取是利用其空化作用實(shí)現(xiàn)提取液局部高溫、高壓，加之超聲波的機(jī)械擾動(dòng)作用，加快了固液兩相之間的傳質(zhì)過(guò)程，從而可提高提取率，縮短提取時(shí)間。其提取的過(guò)程與微波輔助法一樣，可作為一種輔助的提取方法被使用。

近兩年關(guān)于使用超聲輔助提取工藝的報(bào)道比較多，許多人采用此法對(duì)不同的原料，如蒲公英、薺菜、苦豆子中生物堿提取的工藝進(jìn)行了研究，這些研究極大地推動(dòng)了生物堿提取工藝的發(fā)展。李霞等［9］使用超聲波輔助法提取蒲公英中的生物堿，結(jié)果表明，最佳提取條件為：乙醇的體積分?jǐn)?shù)80%，料液比1∶12，提取時(shí)間5 min，物料粒度0.150 mm；在此條件下蒲公英的生物堿提取率達(dá)0.234% 。 付君葉等［10］使用超聲波輔助提取益母草中總生物堿，與傳統(tǒng)方法相比，其操作簡(jiǎn)單，節(jié)約時(shí)間，化學(xué)成分基本不變。徐鶴等［11］使用超聲波輔助法提取馬齒莧總生物堿，結(jié)果表明，最佳提取工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)95%，物料比1∶10，提取時(shí)間1 h，在此條件下其生物堿的提取率有很大提高。

超聲波提取具有被提取活性物質(zhì)不被破壞的優(yōu)點(diǎn)。其生物堿的提取率較高，而且時(shí)間短，條件溫和，是一種較好的方法。超聲波提取作為一種新型的提取技術(shù)，在天然產(chǎn)物提取方面得到廣泛的應(yīng)用，特別適合于生物堿的提取。因此，超聲輔助提取法將是今后生物堿提取很有潛力的一種方法。

1.3 有機(jī)溶劑提取法

生物堿易溶于水、乙醇、苯、氯仿、二氯乙烷等。因生物堿在植物體內(nèi)常與酸結(jié)合成鹽，所以提取時(shí)應(yīng)先將材料研成粉末，與少量堿水（如10%氨水、碳酸鈉或石灰水溶液）拌勻或磨勻至濕潤(rùn)為止，使生物堿轉(zhuǎn)化成游離狀態(tài)，然后用相當(dāng)于粉末量10倍的有機(jī)溶劑浸泡或滲濾，浸出液中生物堿用稀酸水（如1%～2%鹽酸）提取3～5次至提取液中不含生物堿為止。每次酸水用量為溶劑用量的1/10～2/5，這時(shí)生物堿與酸形成鹽而溶于酸水，酸水濾清后.用乙醚或氯仿洗滌幾次，除去一些脂溶性雜質(zhì).然后加堿水堿化，堿水液用氯仿等溶劑提取3～5次，提取液用水洗1～2次，再用無(wú)水碳酸鈉或無(wú)水硫酸鈉干燥，蒸干，得到總生物堿。

一般采用水、乙醇和氯仿作為提取劑。但用氯仿提取時(shí)往往出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，如酸水提取液用苛性堿堿化，當(dāng)加入氯仿提取時(shí)乳化現(xiàn)象更嚴(yán)重，因此提取時(shí)應(yīng)盡量避免劇烈振搖。特別是在第一次提取時(shí)，濃度較高更易產(chǎn)生乳化層，所以提取時(shí)只需輕輕旋轉(zhuǎn)搖動(dòng)分液漏斗就會(huì)產(chǎn)生分層，如此提取2～3次后再適當(dāng)振蕩搖動(dòng)分液漏斗，使其提取完全。如出現(xiàn)乳化，則先單獨(dú)分出，然后繼續(xù)加氯仿提取。分離的乳化層可通過(guò)靜止、離心或抽濾以破壞乳化。采用此溶劑提取生物堿時(shí)，操作應(yīng)小心謹(jǐn)慎，以防止出現(xiàn)乳化現(xiàn)象影響結(jié)果。

采用水和乙醇提取時(shí)，提取步驟是把提取劑加入到粉碎的原料中，浸提后過(guò)濾得濾液，最后將濾液烘干，得到生物堿。按提取和沉淀先后順序的不同，可分為水提醇沉法和醇提水沉法。水提醇沉法工藝簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，得率高，但是所含雜質(zhì)較多；醇提水沉法生物堿得率較低，提取物中雜質(zhì)含量少，但需耗用大量乙醇，因此需回收乙醇以降低生產(chǎn)成本。

醇提水沉法多應(yīng)用于生物堿的提取，如陸強(qiáng)等［12］采用醇提水沉回流法對(duì)益母草中總生物堿的提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明，在此條件下益母草總生物堿的提取率很可觀。目前它應(yīng)用于生物堿提取的還不多，所以將此法擴(kuò)大應(yīng)用，有助于生物堿提取技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

1.4 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法（supercritical fluid extraction，SFE）技術(shù)就是利用超臨界流體為溶劑，從固體或液體中萃取出某些有效組分，并進(jìn)行分離的一種技術(shù)。以CO2超臨界流體作溶劑，具有臨界溫度與臨界壓力低、化學(xué)惰性等特點(diǎn)，適合于提取分離揮發(fā)性物質(zhì)及含熱敏性組分的物質(zhì)。Camila等［13］采用超臨界流體萃取法從不同產(chǎn)地的Tabernaemontana catharinensis中提取了吲哚類生物堿，他們以CO2作為提取劑，結(jié)果表明，在250 bar、45℃下可獲得最大提取率。張龍等［14］使用超臨界CO2萃取生物堿，結(jié)果表明，此法應(yīng)用于生物堿提取，過(guò)程易于控制，能與多種分析儀器聯(lián)用實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

超臨界流體萃取法具有萃取和分離的雙重作用，物料無(wú)相變過(guò)程，因而節(jié)能明顯，工藝流程簡(jiǎn)單，萃取效率高，無(wú)有機(jī)溶劑殘留，產(chǎn)品質(zhì)量好，無(wú)環(huán)境污染。超臨界流體萃取法雖然比傳統(tǒng)萃取更具有優(yōu)越性，但其生產(chǎn)成本大，設(shè)備投資高。如果將其工藝進(jìn)一步研究改進(jìn)并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，不僅能促進(jìn)企業(yè)發(fā)展，也能帶來(lái)一定效益。

Schaeffer等［15］從美國(guó)豬屎豆種子中用超臨界流體萃取法提取具有抗腫瘤活性的單豬屎豆種子生物堿，純度為50%，但要是結(jié)合應(yīng)用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，純度可以達(dá)到95%以上。此結(jié)果表明：要是把超臨界流體萃取法和離子交換樹(shù)脂法結(jié)合起來(lái)用于生物堿的提取中，生產(chǎn)效果非常好。其產(chǎn)生的效益，比單純的使用其中任何一個(gè)方法都好。

1.5 回流提取法

回流提取法是在有機(jī)溶劑提取法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種方法，其原理是采用回流加熱裝置使溶劑回流，因此每次與原料接觸的都是新鮮溶劑，大大提高了產(chǎn)品收率，同時(shí)避免了提取過(guò)程中溶劑的揮發(fā)損失。

回流提取法常用水、乙醇作為提取劑，浸出液加熱蒸餾，提取劑餾出后再次冷凝，重新回到浸出器中繼續(xù)進(jìn)行浸提，直至有效成分回流提取完全。陸娟等［16］利用乙醇回流提取法提取山豆根總生物堿，在最佳條件下，乙醇體積分?jǐn)?shù)為40%，料液比為1：40，提取時(shí)間為2 h，提取2次，山豆根生物堿提取量達(dá)16.8537 mg/g，為以后山豆根總生物堿的進(jìn)一步研究提供了依據(jù)。

回流提取法需消耗大量的溶劑，且提取所需時(shí)間較長(zhǎng)，藥液受熱時(shí)間長(zhǎng)，易使其中有效成分失活，同時(shí)溶劑還對(duì)環(huán)境有一定的污染，因此目前該法還需要作很大的改進(jìn)。

1.6 離子交換樹(shù)脂法

離子交換樹(shù)脂是一類帶有功能基的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物。離子交換樹(shù)脂法是利用離子交換劑和溶液中的離子發(fā)生交換反應(yīng)進(jìn)行分離的方法，主要以離子交換樹(shù)脂為載體。其過(guò)程可以看作是固體的離子交換樹(shù)脂與液相電解質(zhì)之間的置換反應(yīng)。

一些生物堿不能被有機(jī)溶劑從水溶液中提取，可采用離子交換樹(shù)脂法提取。比如水溶性生物堿和季餃堿等，可先加酸使其生成鹽，然后通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或加雷氏鹽、碑鎢酸、硅鎢酸等，使生成不溶于水的復(fù)鹽析出，再通過(guò)樹(shù)脂或化學(xué)方法提取游離堿。離子交換樹(shù)脂法具有交換、選擇、吸附和催化等功能，目前使用離子交換樹(shù)脂法在生物堿的提取領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)多，這也越來(lái)越突顯出它的優(yōu)越性。采用這種方法提取生物堿的研究很多，比如竇月等［17］采用此法對(duì)鉤藤總生物堿進(jìn)行純化，結(jié)果表明，鉤藤所含生物堿為吲哚類生物堿，在酸性條件下鉤藤生物堿成鹽，電離出生物堿陽(yáng)離子，能夠和陽(yáng)離子交換樹(shù)脂發(fā)生離子交換，吸附到樹(shù)脂上，沒(méi)被吸附的用水沖洗，再用80%乙醇除雜，從而達(dá)到純化目的。Sandoval M［18］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在S14和S32這兩種鉤藤植物中的生物堿具有抗炎活性。高鵬［19］采用離子交換樹(shù)脂法對(duì)苦參總生物堿進(jìn)行純化，得到的工藝純化苦參總生物堿效率高，成本低，可操作性強(qiáng)，工藝簡(jiǎn)單，可用于提取純化。

離子交換樹(shù)脂法具有表面積大、吸附容量大、速度快、抗有機(jī)污染、使用周期長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。不同型號(hào)的大孔吸附樹(shù)脂對(duì)生物堿提取純化有不同的效果，所以如何研制出不同的生物堿應(yīng)用適合其型號(hào)的大孔吸附樹(shù)脂將成為以后的研究熱點(diǎn)。在此，我們也可以考慮將此法和超臨界流體萃取法配合使用，或許會(huì)有意想不到的效果。

2 展望

微波輔助法和超聲波輔助法操作簡(jiǎn)單，節(jié)約時(shí)間，而且可以保持生物堿化學(xué)成分不變，在最近幾年應(yīng)用比較廣泛。離子交換樹(shù)脂法工藝簡(jiǎn)單，總生物堿提取率高，大多被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。有機(jī)溶劑提取法被單獨(dú)應(yīng)用的例子在近幾年的提取實(shí)驗(yàn)中幾乎沒(méi)有，大多數(shù)例子是采用微波輔助法或超聲波輔助法與有機(jī)溶劑提取法的配合使用，其效果非常明顯。因此，在以后的提取工藝研究中，可以考慮將各種工藝配合使用，以取得更好的效果。這幾類生物堿的提取方法都比較實(shí)用，且提取效果較好，也是近年來(lái)在提取實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常使用的。

現(xiàn)今，生物堿被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、保健和食品中，這說(shuō)明生物堿有很高的應(yīng)用價(jià)值，所以如何提高生物堿的提取效率，提高純度，成為被關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。國(guó)際上提取生物堿的方法大相徑庭，大多都是以上介紹的幾種提取方法，但外國(guó)研究者注重方法之間的結(jié)合，而本國(guó)研究者都是通過(guò)不斷完善工藝細(xì)節(jié)來(lái)提高提取率。改善工藝畢竟提升提取率的空間很小，沒(méi)有明顯的效果。要是在提取生物堿過(guò)程中，博采眾長(zhǎng)，根據(jù)生物堿的不同特性，采用適合其特性的方法，甚至可以將兩種或幾種方法有效地結(jié)合起來(lái)，同時(shí)在一些工藝細(xì)節(jié)中注入新的技術(shù)，可使整個(gè)工藝不斷完善。相信隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展和研究人員堅(jiān)持不懈的努力，有關(guān)生物堿高效快捷的提取和純化技術(shù)必將取得更加令人驚喜的成果。

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