皂苷提取技术

Extractionofseparationsaponinstechnology曹纯洁目录•一、皂苷简介•二、皂苷提取技术介绍一、皂苷简介•糖苷（英语：Glycoside，简称苷，曾称为配糖体或甙）是一类化合物，这类分子的其中一部分连着一个糖类部位。分子中非糖部分称作苷元（aglycon）。在生物体内扮演重要角色。•皂苷（Saponin）是苷元为三萜或螺旋甾烷类化合物的一类糖苷，主要分布于陆地维管植物中，也少量存在于海星和海参等海洋生物中。许多中草药如人参、桔梗、甘草和柴胡等的主要有效成分都含有皂苷。•皂苷按皂苷配基的结构分为两类：①甾族皂苷。其皂苷配基是螺甾烷的衍生物，多由27个碳原子所组成（如薯蓣皂苷）。这类皂苷多存在于百合科和薯蓣科植物中。②三萜皂苷。其皂苷配基是三萜（见萜）的衍生物，大多由30个碳原子组成。三萜皂苷分为四环三萜和五环三萜。这类皂苷多存在于五加科和伞形科等植物中。1.概念介绍甾体皂苷元三萜皂苷人参皂苷2.皂苷性质概述•1.物性皂苷多为白色或乳白色无定形粉末，少数为晶体，味苦而辛辣，对黏膜有刺激性。皂苷一般可溶于水、甲醇和稀乙醇，易溶于热水、热甲醇及热乙醇，不溶于乙醚、氯仿及苯。皂苷是很强的表面活性剂，即使高度稀释也能形成皂液。皂苷对心脏有刺激作用；又是很强的溶血剂。•2.化性一类较复杂的苷类化合物，与水混合振摇时可生成持久性的似肥皂泡沫状物。皂苷的化学结构中，由于苷元具有不同程度的亲脂性，糖链具有较强的亲水性，使皂苷成为一种表面活性剂，水溶液振摇后能产生持久性的肥皂样泡沫。一些富含皂苷的植物提取物被用于制造乳化剂、洗洁剂和发泡剂等。二、皂苷的提取•1.常规提取法——溶剂提取•2.超声波辅助提取•3.树脂吸附法•4.膜分离技术•5.色谱法•6.微波辅助提取法•7.超高压辅助提取法•8.超临界CO2萃取法•9.泡沫分离技术1.溶剂提取法•1.1先醇浸提后除杂质先用乙醇或甲醇为溶剂浸提植物，浓缩后将提取物溶于水，滤去不溶物后于水溶液中加石油醚、苯或乙醚等亲脂性强的溶剂进行萃取，亲脂性杂质转溶于这些亲脂性溶剂中，而皂苷类物质因几乎不溶于亲脂性溶剂仍留在水相。萃取除去脂溶性杂质后的水相，再用正丁醇进一步萃取，皂苷类物质转溶于正丁醇中，而亲水性强的杂质仍留在水相。真空浓缩正丁醇溶液，即得总皂苷粗品。•1.2先脱脂后醇浸提先用石油醚、乙醚等亲脂性强的溶剂处理物料，提取除去亲脂性杂质，然后再用乙醇加热提取，冷置提取液，由于大多数的皂苷类物质难溶于冷乙醇而沉淀析出。2.超声波辅助提取法•超声震荡仪产生的超声波能产生强烈震动，高速度，强烈的空化效应，搅拌作用，加速药材中的有效成分溶解，可以提高有效成分的提出率。超声震荡所需设备简单、操作方便、提取时间短、提取效率高、节能、节约药材、无需加热、使药材中的皂苷成分在提取完全的同时保持稳定。•专利：一种三七总皂苷的制备方法,包括超声震荡提取，大孔吸附树脂富集，高效液相色谱纯化。【应用举例】3.树脂吸附法•大孔吸附树脂是一类新型的非离子型高分子化合物，理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶媒中，对有机物选择性好，不受无机盐等离子和低分子化合物的影响。•20世纪70年代末开始用于中草药化学成分的提取分离。南开大学欧来良、史作清等利用ADS-2型强极性大孔吸附树脂对三七皂苷进行了分离纯化研究,得到三七皂苷,产品色泽较好,溶剂对产品环境无污染。树脂预处理过柱解吸树脂的再生在皂苷类成分的分离纯化中，利用弱极性的大孔树脂吸附后，很容易用水将糖等亲水性成分洗脱下来，然后再用不同浓度的乙醇洗下被大孔树脂吸附的皂苷类，达到纯化的目的。4.色谱技术•经典的制备型薄层色谱和常规的柱色谱设备简单，操作方便，但分离时间长，分离效率低，不可逆吸附等缺点，多用于条件有限的实验室中毫克级到克级的样品分离，随着人们对色谱分离技术的深入研究，出现了加压液相色谱、逆流色谱等特殊的色谱，它们被广泛地用于天然药物的分离纯化。4.1高压液相色谱(HPLC)•由于皂苷的结构极其相似且复杂,用其他方法难以分离,因此可以选择高压液相色谱作为最后的分离纯化步骤，高压液相色谱的理论塔板数在200～20000之间，最大优点是分离效率高，上样量大,可以实现批量生产。Decosterd用此技术分Phytolaccadodecandra(商陆科)中的皂苷。4.2高速逆流色谱法•高速逆流色谱法的分离原理是基于样品在两种互不混容的溶剂之间的分配作用，溶质中各组分在通过两溶剂相的过程中因分配系数不同而得以分离。优点是避免了样品的不可逆吸附，样品不易变性,适用于生物活性物质的分离。已有许多成功分离三萜皂苷和甾体皂苷的实例，如：从马拉维的柿树科植物柿的根皮中分离出的两种齐墩果烷苷。原理•高速逆流色谱是建立在单向性流体动力平衡体系之上的一种逆流色谱分离方法，它是在研究旋转管的流体动力平衡时偶然发现的。当螺旋管在慢速转动时，螺旋管中的两相都从一端分布到另一端。用某一相作移动相从一端向另一端洗脱时，另一相在螺旋管里的保留值大约50%，但这一保留量会随着移动相流速的增大而减小，使分离效率降低。但使螺旋管的转速加快时，两相的分布发生变化。当转速达到临界范围时，两相就会沿螺旋管长度完全分开，其中一相全部占据首端的一段，我们称这一相为首端相，另一段全部占据尾端的一段，称为尾端相。高速逆流色谱正是利用了两相的这种单向性分布特征，在高的螺旋管转动速下，如果从尾端送入首端相，它将穿过尾端相而移向首端，同样，如果从首端相送入尾相，它将穿过首端相而移向螺旋管的尾端。分离时，在螺旋管内首先注入其中的一相(固定相)，然后从合适的一端泵入移动相，让它载着样品在螺旋管中无限次的分配。仪器转速越快，固定相保留越多，分离效果越好，且大大地提高了分离速度，故称高速逆流色谱。HSCCC色谱包括储液罐、泵、螺旋管分离柱、检测器、色谱工作站或数据采集软件或记录仪以及馏分收集器等部分。选择溶剂体系平衡选择固定相充满螺旋管柱高速旋转螺旋管泵入流动相流动相流出，注入待分离的样品收集馏分•由于移动相源源不断的压入，阻止了固定相的流出，同时，移动相带着样品在线圈分离柱中进行无限次的分配而使复杂样品得到分离。当移动相经过检测器时，由于不同的样品组分会产生不同大小的信号，用记录仪就能得到逆流色谱图谱，同时用馏分收集器分步收集移动相就会得到复杂样品被分开的组分。5.膜分离技术•膜分离技术在中草药分离提纯中有广泛的应用，特点是分离效率高,能耗低，分离时不受热，处理能力大，操作方便等多种优点。肖文军等利用微滤澄清,超滤除大分子，纳滤分离等膜技术突破常规技术分离七叶参的技术瓶颈，分离得到了七叶参皂苷。•但膜分离技术也存在一些有待于解决的不足之处，如：膜的强度较差，使用寿命不长，易于被玷污而影响分离效率等。6.微波提取法•微波提取机理首先是由于微波产生的电磁场加速了被提取成分向提取溶剂界面扩散的速度。例如以水为提取溶剂时，在微波辐射下水分子处于高能级的发态（即不稳定态），它通过汽化和释放自身能量回到基态的稳定状态，所释放的量传递给其它物质分子（即被提取物质），从而加速了被提取物质的热运动，缩短了提取部分分子由物料内部扩散到提取溶剂界面的时间，使提取速率明显提高。其次是由于吸收了微波能，使得被提取物质的细胞内部温度迅速上升，细胞内形成压力差导致细胞壁破裂，而细胞内成分在较低温度下便可进入介质（即提取溶剂）并溶解。•天然有机化合物的微波提取方法所用的提取剂较容易被微波穿透，因而微波可自由地通过提取剂，并迅速加热提取样品的内腺系和维管系中的残余水，从而在细胞内部产生热应力，使提取物料的细胞结构因为细胞内部产生的热应力而破裂，且细胞内外的温度差加快了目标产物与溶剂接触的速度，因此，料液会快速升温而沸腾，天然成分在短时间内从物料中进入溶剂中，从而缩短了提取时间。•由于微波的以上特性,使得该技术具有选择性高、耗时少、能耗低、排污量少等优点,可克服传统提取方法的缺陷,与其他方法比较适用面更广且设备投资低。•【应用举例】从柴胡中提取柴胡皂苷的新方法:用乙醇溶液浸泡并加入表面活性剂后用微波加热提取柴胡皂苷；李继、祖元光等用微波辅助提取法从文冠果核残渣中提取三萜皂苷，其提取率达11.62±0.37％，远高于传统的提取方法。7.超高压辅助提取法•超高压提取技术，是指将超高压技术运用到天然产物提取中。超高压加工技术是冷加工技术，将其应用到天然产物提取方面不仅有效地保留其有效成分，提高药效，而且能提高得率，减少能耗，降低成本，是一种具有广阔应用前景的新技术。超高压提取一般在常温或低温条件下进行，即将包装好的样品置于提取容器中，迅速施加100～1000MPa的液压，保压一段时间后卸压，取出样品就完成了整个提取过程。提取过程中，超高压条件下溶剂利用细胞的通透性，快速进入细胞内部，和细胞内的有效成分充分结合后，在很短时间内快速地达到溶解平衡；卸压时以同样的压差冲出细胞外，从而达到高效提取的目的。超高压提取技术具有提取时间短、温度要求差、能耗低、安全环保等优点。•王泓使用超高压提取技术提取山茱萸总皂甙，并优化了提取工艺，得到最佳工艺条件：压力400MPa,提取时间8min，95%乙醇15ml;总皂甙的最高提取量可达到17.6mg/g。超高压提取技术目前用在茶叶多酚、刺五加皂甙、除虫菊酯、黄芩甙、甘草酸、人岑皂苷、重楼甾体皂甙等有效成分的提取中。8.超临界CO2萃取法•超临界CO2萃取法具有萃取效率高，时间短，萃取出的产品纯度高、产量大、无化学残留物、附加值高等优点。阎巧娟等用体积分数为95%的乙醇及甲醇、正丁醇和正己烷作为夹带剂提取黄芪皂苷粗品，结果表明，以甲醇和U(乙醇)为95%的乙醇作为夹带剂效果较好，得率和含量都较高：U(乙醇)为95%的乙醇作为夹带剂时，粗品得率为0.96%,皂苷质量分数为96.32%；甲醇作为夹带剂时，得率为1.27%，质量分数为94.15%。9.泡沫分离技术•泡沫分离技术是近十几年发展起来的新型分离技术之一。泡沫分离是根据吸附的原理，向含表面活性物质的液体中鼓泡，使液体内的表面活性物质聚集在气液界面（气泡的表面）上，在液体主体上方形成泡沫层，将泡沫层和液相主体分开，就可以达到浓缩表面活性物质（在泡沫层）和净化液相主体的目的。被浓缩的物质可以是表面活性物质，也可以是能与表面活性物质相络合的物质，但它们必须具备和某一类型的表面活性物质能够络合或鳌合的能力。人们通常把凡是利用气体在溶液中鼓泡，以达到分离或浓缩目的的这类方法总称为泡沫吸附分离技术，简称泡沫分离技术。•皂苷是一类比较复杂的苷类化合物,由皂苷元和糖两部分组成,具有天然的表面活性成分,其水溶液易引起肥皂样泡沫,因此,泡沫分离技术用于皂苷成分的提取分离有很大优势,在中草药分离技术中它是一种新兴的分离技术。所以至今将泡沫分离技术应用于中药有效成分提取分离的报道并不多。•有报道提到关于三七总皂苷和糖的分离,人参皂苷的分离,成都中医药大学药学院的杨明、兰洁等用泡沫分离法分离重楼皂苷。分离效果好,可实现工程放大,应用前景管阔。泡沫的形成：泡沫分离设备