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编号:10231384
青蒿素提取条件研究
http://www.100md.com 《中草药》 2000年第6期
     作者:赵兵 王玉春 吴江 闭静秀 欧阳藩

    单位:中国科学院化工冶金研究所生化工程国家重点实验室 北京 100080

    关键词:青蒿素;青蒿;提取工艺

    中草药000611摘 要 以干青蒿叶末为原料,分别用乙醚、氯仿、正己烷、石油醚(30 ℃~60 ℃)搅拌提取青蒿素,结果表明石油醚是较适宜的提取介质。对石油醚提取青蒿素 的工艺条件,如温度、时间、溶剂量及搅拌速度等进行了较系统研究,确定了较佳的工艺操 作条件。

    Studies on the Extraction Processes of Artemisinin

    Zhao Bing, Wang Yuchun, Wu Jian g, Bi Jingxiu and Ouyang Fan
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    (State Key Laboratory of Biochemical Engineering, Institute of Chemical Metallurg y, Chinese Academy of Sciences Beijing 100080)

    Abstract Powdered dry leaves of Artemisia annua L. were extracted with ether, chloroform, n-hexane and petroleum ether (30 ℃~60 ℃) under stirring. Results showed that petroleum ether was the best sol vent of choice. The major conditions for the extraction, such as temperature, d uration of extraction, amount of solvents used and the rotational velocity of st irring were studied to arrive at an optimal extraction condition.
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    Key words artemisinin Artemisia annua L. e xtraction processes

    青蒿Artemisia annua L.中含有多种药用成分,它们具有 抗菌、抗寄生虫、解热以及促进免疫等作用,且毒性极低,无副作用。青蒿素是含有过氧基 团的倍半萜内酯,对脑型及抗氯喹恶性疟疾有特殊疗效。我国及世界各国科学家在青蒿素化 学结构的基础上开发出一系列衍生物,其药效大大提高[1~3]

    青蒿中药用成分提取方法主要有:水蒸气蒸馏法[4,5],有机溶剂提取法[6 ~8],超临界流体提取[9,10]等。目前青蒿药用成分提取收率低是造成资源浪 费的重要原因。大规模生产中,挥发油主要采用水蒸气蒸馏提取,减压蒸馏分离;非挥发性 成分主要采用有机溶剂提取,柱层析及重结晶分离。尽管进行了一些其它提取分离方法研究 ,如超临界萃取,但由于存在投资大等问题未能用于大规模生产[11]
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    青蒿药用成分多为胞内产物[12],提取时有效成分从胞内释放,扩散进入提取介质 的快慢是影响过程提取率和操作成本的主要因素。如果在提取设备设计中采用生化反应工程 原理提高传质性能,仍有可能在改进现有设备及工艺的基础上大大提高回收率以及经济效益 。

    1 原料、设备及分析方法

    1.1 实验原料:四川酉阳干青蒿叶末,将经过筛选的青蒿叶置于烘箱中40 ℃烘烤3 h后取 出,用瓷乳钵研磨至粉状,过筛,制成青蒿叶粉,储于干燥器中备用。

    1.2 主要试剂:青蒿素标准品为Sigma Chemical Co.,2 ℃储存。试剂均为A R。

    1.3 仪器分析:紫外分光光度法[13],Beckman DU7500紫外-可见光分光光度计 。
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    2 实验及标准曲线测定

    2.1 冷浸提取:准确称取青蒿样品1 g置纸筒中,置于反应器中,加入石油醚浸泡,每24 h更换一次溶剂,提取至溶剂无色。

    2.2 搅拌提取:称取青蒿样品1 g,置于反应器中,加入一定量体积的溶剂,设定并保持 温度恒定,进行搅拌提取。

    2.3 样液处理:提取结束时,将提取液冷却至室温后,抽滤,滤液置于分液漏斗中,加入 2%NaOH溶液洗去碱溶性部分,弃去下层碱液后,以蒸馏水洗涤至中性。经水洗后的提取液置 于圆底烧瓶中55 ℃减压蒸馏,得到含青蒿素的浸膏,再以95%乙醇溶解浸膏,并定容于50 m L容量瓶中备测。

    2.4 标准曲线的制备:精确称取80 ℃干燥至恒重的青蒿素标准品10 mg置100 mL容量瓶中 ,用95%乙醇稀释至刻度。分别吸取0,2,4,6,8,10 mL于50 mL容量瓶中,以95%乙醇补 充 至10 mL,补加0.2%NaOH溶液至刻度,置(50±1) ℃水浴中反应30 min,流水冷却至室温。 在292 nm处测吸光值。标准曲线的线性回归相关系数为0.999。青蒿素浓度C可按下式计算 :
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    C=1.05138×A+0.0105983(mg/50 mL)

    2.5 样品溶液的测定:吸取样液2 mL于20 mL容量瓶中,补充95%乙醇至4 mL后,加入0.2 %NaOH溶液至刻度。50 ℃水浴中反应30 min后取出,流水冷却至室温。292 nm处测吸收峰。 青蒿素提取量M及提取回收率E的计算式如下:

    M=C÷50×Vs×n÷W0 (mg/g)

    E=M÷M0×100%

    其中:Vs=20 mL,被测样品体积;n=25,稀释倍数;W0=1 g,原料用量;A-吸光度 ;M-青蒿素提取量,mg/g;M0-原料青蒿素含量,mg/g。
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    3 实验结果及讨论

    3.1 实验条件的选择:实验分别对提取介质、原料粒度以及原料中青蒿素含量进行了研究 。

    3.1.1 溶剂选择:不同溶液对青蒿中青蒿素以及其它成分的溶解度不同,本组实验分别 以60 mL乙醚、氯仿、正己烷、石油醚(30 ℃~60 ℃)为溶剂,在50 ℃水浴下搅拌提取2 h ,紫外吸收谱图测定结果如表1所示。从表观上看,氯仿和乙醚的吸光度均较高;石油醚、 正己烷的吸光度则较小。从四种溶剂提取产物的紫外吸收图谱可以明显看出乙醚和氯仿在波 长200~240 nm之间有很强的杂质峰。其中氯仿提取产物中杂质峰最强,乙醚次之,此两种 溶剂的杂质峰远远大于石油醚。正己烷虽然杂质峰较弱,但提取率较石油醚低。考虑到乙醚 及氯仿的挥发性、刺激性气味和正己烷回收温度较高,超过了60 ℃,而青蒿素在温度超过6 0 ℃以后则过氧桥结构被很快破坏,完全失去药效,所以4种溶剂中石油醚为较适宜的溶剂 。
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    3.1.2 原料粒度的影响:据研究认为[12]青蒿素主要存在于植物细胞的腺体中 ,属于胞内次级代谢产物。提取介质首先从原料颗粒外部扩散进入颗粒内部和细胞内溶解青 蒿素,由于内外青蒿素浓度差异,青蒿素再扩散进入主体溶液,因而原料颗粒大小对提取效 率存在影响。不同粒度对提取影响结果如表2所示。显然粒度超过60目以后,粒度影响逐渐 不明显。因为过细的原料不仅增加原料预处理成本,而且还会给后续的液-固分离带来 困 难,实验操作过程中选60目为宜。

    表1 不同溶剂提取物紫外扫描结果 溶剂

    波长nm/吸收峰值

    氯仿

    205/1.5878 211/0.8057 217/0.8053 231/0.778 9 292/0.7365

    正己烷
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    202/0.2706 209/0.2354 216/0.2058 235/0.2090 292/0.4240

    石油醚

    211/0.3669 218/0.3520 225/0.3481 292/0.5161

    乙醚

    202/0.7777 208/0.5002 214/0.4754 220/0.4822 292/0 .6570

    3.1.3 原料青蒿素含量测定:采用索氏提取法,对原料进行平行测定,结果如表3所示。

    3.2 搅拌提取的单因素实验:实验中分别对提取时 间、温度、溶剂量及搅拌速度等因素的 影响进行了研究。下述讨论中若无特别说明原料粒度为60 目,提取时间均为2 h,提取温度 均为50 ℃,溶剂量为60 mL,搅拌速度为800 r/min。
, 百拇医药
    表2 原料粒度的影响 粒度(目)

    10

    20

    40

    60

    100

    提取量M(mg/g)

    3.55

    4.36

    5.69

    5.82

    5.97

    提取收率E(%)
, 百拇医药
    48.6

    59.6

    77.8

    79.6

    81.7

    表3 原料青蒿素含量测定 提取时间(h)

    12

    24

    48

    平均

    M0(mg/g)

    7.23

, 百拇医药     7.32

    7.38

    7.31

    3.2.1 提取时间对提取率的影响:不同提取时间结果如表4所示。提取开始随时间的延长 ,提取率显著上升,提取时间在2 h达到最高。此后,时间增加,提取率无显著增加。这可 能是由于青蒿素中具有对热不稳定的过氧基团,而长时间的加温搅拌可能会导致青蒿素的缓 慢分解。

    3.2.2 温度对提取率的影响:分别以不同温度提取2 h,提取结果如表5。可见温度上升 到一定高度时,提取率开始下降,原因是由于高温导致青蒿素的分解,提取温度控制在50 ℃比较适宜。表4 提取时间的影响 提取时间(min)

    15

    30

, http://www.100md.com     60

    120

    180

    240

    提取量M(mg/g)

    2.28

    3.51

    5.24

    5.99

    5.84

    5.70

    提取收率E(%)

    31.2
, 百拇医药
    48.0

    71.7

    81.9

    79.9

    78.0

    表5 温度的影响 温度(℃)

    30

    35

    40

    45

    50

    55

    60
, 百拇医药
    提取量M(mg/g)

    1.91

    2.65

    3.56

    5.06

    5.87

    4.85

    3.57

    提取收率E(%)

    26.1

    36.3

    48.7

    69.2
, 百拇医药
    80.3

    66.4

    48.8

    3.2.3 溶剂量对提取率的影响:分别加入不同体积石油醚50 ℃提取2 h,结果如表6所示 。经过 预实验证明,每1 g青蒿粉样提取过程中可吸收12 mL溶剂左右。在实际分离提取过程中, 提取残渣中的溶剂需采用压滤等方法进一步回收。显然,在溶剂量从20 mL增加到60 mL时, 提取回收率增加很快,超过60 mL以后则变化很慢。表6 溶剂量的影响 溶剂量(min)

    20

    40

    60

    80

    120
, 百拇医药
    160

    提取量M(mg/g)

    3.27

    4.28

    5.87

    5.89

    5.90

    5.91

    提取收率E(%)

    44.7

    58.6

    80.3

    80.6
, 百拇医药
    80.7

    80.9

    3.2.4 搅拌速度对提取率的影响:以不同搅拌速度提取2 h,得到结果如表7所示。表7 搅拌速度的影响 提取时间(min)

    0

    200

    400

    600

    800

    1000

    提取量M(mg/g)

    0.91

    2.76
, 百拇医药
    4.28

    5.07

    5.92

    6.03

    提取收率E(%)

    12.5

    37.8

    58.6

    69.4

    81.0

    82.5

    显然,搅拌速度对提取率有显著影响,实验条件下搅拌速度以800 r/min为宜。在实验操作 中应从经济性综合考虑选择合适的搅拌速度。
, 百拇医药
    3.3 不同方法提取产物比较:表8对不同提取方法得到提取产物紫外扫描结果进行了比较 。同标准样品比较,搅拌提取较索氏提取、室温冷浸提取产品含杂质量少。这主要是由于强 烈的搅拌有效地增加了 青蒿素在提取溶剂中的传质速率,大大缩短了提取时间,减少其他成 分溶出的机会。不同方法得到的提取产物紫外吸收光谱中杂质峰的数量及强弱可以作为判别 提取方法的标准之一。表8 不同溶剂提取物紫外扫描结果 提取方法

    波长nm/吸收峰值

    对照品

    204/0.039 217/0.0399 292/0.2805

    搅拌提取

    202/0.3183 208/0.3088 220/0.3211 292/0.500

, 百拇医药     搅拌提取

    202/0.3183 208/0.3088 220/0.3211 292/0.500

    索氏提取

    204/0.7358 210/0.7154 216/0.6483 220/0.6166 22 6/0.6147 292/0.6462

    渗 滤

    211/1.1364 215/1.1550 224/1.1352 226/1.1085 286/ 0.6340 292/0.6115

    4 结语

    对乙醚、氯仿、正己烷、石油醚(30 ℃~60 ℃)为溶剂搅拌提取青蒿素研究表明,石油醚是 青蒿素提取较适宜的溶剂。对石油醚提取青蒿素的工艺条 件进行了较系统研究,较适宜的提取条件为原料粒度60 目,提取时间2 h,提取温度50 ℃,溶剂量60 mL(1 g原料),搅拌 速度800 r/min。本实验结果可为改进现有青蒿素石油醚提取工艺提供一些依据。
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    国家“九.五”科技攻关项目(96-C02-03-02)

    赵兵 男,博士,生化工程专业,副研究员,主要从事植物天然产物、海藻多糖等提取新 技术及工艺设备研究;

    吴江 北京轻工业学院九八届毕业生。

    参 考 文 献

    1,赵 兵,等.中药材,1998,21(12):639

    2,王存志,等.中草药,1996,27(4):253

    3,刘鸿鸣,等.药学学报,1981,16(1):65

    4,屠呦呦,等.药学学报,1981,16(5):366
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    5,彭 洪,等.中药材,1996,19(9):458

    6,Vonwiller S C,et al. Planta Med,1993,59:562

    7,Klayman D L, et al. J of Nat Prod,1984,47(4):715

    8,Singh A, et al. Planta Med,1988,54:474

    9,葛发欢,等.中药材,1994,17(8):31

    10,葛发欢,等.中药材,1995,18(6):316

    11,赵 兵,等.中草药,1998,29(11):784

    12,赵 兵,等.广西植物,1999,19(2):154

    13,沈旋坤,等.药物分析杂志,1983,3(1):24

    (1999-09-12收稿), http://www.100md.com