碩士論文酶促烏頭生物堿提取工藝的影響研究

1、北京化工大學碩士學位論文酶促烏頭生物堿提取工藝的影響研究姓名：李永生申請學位級別：碩士專業(yè)：制藥工程指導教師：田平芳20090605宜作用條件為溫度：。，值：，酶用量：（藥材中加入纖維素酶），作用時間：，烏頭堿和烏頭總堿的提取率分別為和。與酸水提取法比較，酶法提取的烏頭堿、烏頭總堿的提取率分別提高和；與大孔吸附樹脂提取比較，酶法提取的烏頭堿、烏頭總堿分別提高和；與半仿生提取比較，酶法提取的烏頭堿、烏頭總堿提取率分別提高和；與乙醇提取比較，酶法提取分別提高了和與酸水提取法、大孔吸附樹脂提取法、半仿生提取法、乙醇提取法相比，纖維素酶催化轉(zhuǎn)化得到的烏頭堿和烏頭總堿提取率顯著增加，說明采用纖維素酶對川

2、烏藥材進行預處理，酶催化破壞了植物細胞壁上的葡萄糖苷鍵，使包裹生物堿的纖維素大量分解，進而破壞細胞壁，增加細胞壁的通透性，減小傳質(zhì)阻力，從而有效提高了生物堿成分的溶出。纖維素酶催化轉(zhuǎn)化法對烏頭生物堿的提取率的提高有明顯的促進作用，且纖維素酶催化具有條件溫和、作用時間短等優(yōu)點，可在實際生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞：生物催化，纖維素酶，烏頭堿，烏頭總堿，提取率摘要，北京化工大學碩十學位論文，。，（），摘要，：，北京化工大學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。

3、對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。作者簽名：叢墊生期：作者簽名：叢竺至期：關(guān)于論文使用授權(quán)的說明學位論文作者完全了解北京化工大學有關(guān)保留和使用學位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬北京化工大學。學校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和磁盤，允許學位論文被查閱和借閱；學?？梢怨紝W位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復制手段保存、匯編學位論文。保密論文注釋：本學位論文屬于保密范圍，在上年解密后適用本授權(quán)書。非保密論文注釋：本學位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。作者簽名

4、：彥一生導師簽名：日期：呈箜出絲日期：蘭塑里笙第一章緒論第一章緒論烏頭生物堿及其化學結(jié)構(gòu)烏頭類藥物，包括草烏、川烏、炮制品制草烏、制川烏、附子以及含有這些藥材的中成藥制劑等。藥材川烏、草烏分別是毛莨科烏頭屬烏頭和北烏頭。的干燥塊根，而附子則是烏頭的子根加工品。烏頭生物堿的藥理作用毛茛科植物烏頭味辛，性苦、熱，有大毒。歸心、肝、。腎、脾經(jīng)。烏頭類藥物能祛風除濕，溫經(jīng)止痛，用于風濕麻痹，關(guān)節(jié)疼痛，心腹冷痛，寒疝作痛，麻醉止痛等，廣泛應(yīng)用于臨床治療中。例如傷寒論載方個，有附子者個，占總載方量的：中國藥典，年版及衛(wèi)生部標準第冊中含有烏頭類的中成藥制劑共計種（己扣重復品種），所占比重很大。從化學成分上看

5、，生物堿為烏頭、附子的生理活性物質(zhì)，同時也是毒性物質(zhì)，尤其是二萜雙酯型生物堿毒性最強，如烏頭堿、中烏頭堿、下烏頭堿。其中烏頭堿口服即可中毒，可引起死亡，肌注可致死【。由于草烏、的治療量與中毒量很接近，用藥不當或不慎，易產(chǎn)生毒副作用，導致嚴重心律失常或休克，甚至中毒致死【卅。所以提取烏頭生物堿、控制其質(zhì)量并規(guī)范其用法與用量具有重要意義。烏頭生物堿的化學結(jié)構(gòu)烏頭生物堿屬于四環(huán)或五環(huán)二萜類生物堿，據(jù)報道，從各種烏頭中分離的生物堿已達多種。烏頭生物堿的結(jié)構(gòu)復雜、結(jié)構(gòu)類型多。其結(jié)構(gòu)類型根據(jù)骨架碳數(shù)可分為：（）二萜類為烏頭生物堿的主要類型。其中主要為牛扁堿型。在牛扁堿型中，又根據(jù)是否含有含氧基團分為牛扁堿

6、型和鳥頭堿型兩種。（）可二萜類主要類型有阿替生型和維替堿型。（）一二萜類為二萜類失去位甲基形成的，類型有阿克諾辛堿型。據(jù)對多種烏頭屬植物分得的種生物堿分析，其中二萜類個，二萜類個，二萜類個。據(jù)此可知，二萜類是烏頭生物堿化合物最多的類型。另外，近年來陸續(xù)從毛莨科烏頭屬（）、翠雀屬（）、飛燕草屬（）分離出些結(jié)構(gòu)新穎的去甲二萜生物堿類，既有新骨架（如一斷鍵，并形成雙鍵），又有新穎取代基（酰胺、內(nèi)酰胺、亞胺等）和新型化合物，充北京化大學碩學位論文分說明烏頭生物堿結(jié)構(gòu)的復雜性和多樣性。烏頭生物堿主要分為骨架與骨架兩類。骨架生物堿類含有相對簡單和毒性較小的胺醇，骨架的生物堿類大多為劇毒的酯，又分為烏頭堿型

7、和牛扁堿型。其結(jié)構(gòu)特點是取代基較多，、常含有取代基，以羥基、甲氧基為多，也有羰基、亞甲二氧基、環(huán)氧醚基等。在較重要的烏頭堿型生物堿中，和的羥基常和乙酸、苯甲酸結(jié)合成酯，故稱它們?yōu)槎齐p酯型生物堿。在烏頭中較重要和含量較高的生物堿有烏頭堿（）、次烏頭堿（海帕烏頭堿，）和美沙烏頭堿（）。烏頭生物堿均具有良好的結(jié)晶形態(tài)。其中烏頭堿為六方片狀結(jié)晶，；次烏頭堿白色柱狀結(jié)晶，；美沙烏頭堿為白色結(jié)晶，。烏頭堿、美沙烏頭堿、烏頭次堿等分子中含有一個叔胺氮。因此，它們具有一般叔胺堿的堿性，能與酸反應(yīng)成鹽。烏頭堿、美沙烏頭堿、烏頭次堿等雙酯型生物堿親脂性較強：具有一般生物堿的溶解性能，易溶于無水乙醇、氯仿、乙醚、

8、苯等有機溶劑，難溶于水，微溶于石油醚。這三種生物堿的鹽酸鹽均可溶于氯仿。烏頭次堿和烏頭原堿由于酯鍵被水解，親脂性較原生物堿弱。烏頭堿、美沙烏頭堿、烏頭次堿等為雙酯型生物堿，具有麻辣味，毒性極強，是烏頭的主要毒性部分。若將雙酯型生物堿在堿水中加熱，或?qū)躅^直接浸泡于水中加熱，或不加熱在水中長時間浸泡，都可水解酯基，生成單酯型生物堿或無酯鍵的醇胺型生物堿，則無毒性。如烏頭堿水解后生成的單酯型生物堿為烏頭次堿，）、無酯鍵的醇胺型生物堿為烏頭原堿（）。單酯型生物堿的毒性小于雙酯型生物堿，而醇胺型生物堿幾乎無毒性，但它們的鎮(zhèn)痛、消炎療效不減，這就是中醫(yī)用烏頭、附子必經(jīng)炮制的緣由。烏頭堿次烏頭堿美沙烏頭堿

9、圖烏頭生物堿的化學結(jié)構(gòu)第一章緒論烏頭生物堿含量的測定近年來國內(nèi)有關(guān)烏頭堿的研究文獻，主要集中于烏頭堿化學成分的分離和提取，烏頭堿的檢測以及藥理學等方面。烏頭堿類藥物的檢測發(fā)展很快，根據(jù)所測定對象，有以下分析方法。（）酸堿中和法利用生物堿的堿性，用酸直接滴定或加入定量酸液及指示劑，用氫氧化鈉溶液回滴定。有學者采用此方法測定了川烏、附子及炮制品中生物堿的含量，還測定了制劑三七傷藥片、小活絡(luò)丸等總生物堿的含量【培】。此方法簡單易行，不需要很昂貴的儀器設(shè)備，容易普及，但所測定的是藥材或制劑中總堿的含量，選擇性較差。（）分光光度法（）分光光度法作為一種常規(guī)的檢測方法，其特點是取樣量小、準確、重現(xiàn)性好、易

10、普及推廣。根據(jù)測定方法不同，又可分為酸性染料比色法和一階導數(shù)法。李云霞等【】于年利用酸性染料比色法測定制川烏、草烏中的總烏頭生物堿含量。其結(jié)果為：在濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，加樣回收率為，為。并得出結(jié)論：所建立的方法可用于川烏、草烏的定量測定。龍沛霞等【】用一階導數(shù)光譜法測定）烏、制草烏、附子中生物堿含量測定結(jié)果與藥典法比較，無顯著差異，本法更簡易、靈敏。運用上述兩種方法所測定的是總生物堿的含量，選擇性差，達不到對雙酯型烏頭堿限量控制的要求。（）薄層掃描法（）薄層掃描法具有設(shè)備簡單、操作方便、靈敏度高、分辨率強的特點，其基本取代了紙色譜法和經(jīng)典柱色譜法，廣泛用于大分子化合物的分析鑒定。趙冬霞【&

11、#168;于年利用薄層掃描法測定通痹止痛膠囊中烏頭堿的含量。結(jié)果顯示，測定方法的平均加樣回收率為，精密度為。表明本法簡便、可行、重現(xiàn)性較好，可用于本制劑的質(zhì)量控制。瞿發(fā)林等【】于年建立痛得安膠囊中新烏頭堿的含量測定方法。該法采用雙波長薄層掃描法，以正己烷一乙酸乙酯一無水乙醇一氮水（：）為展開劑、碘化鉍鉀試液為顯色劑，測定該制劑中新烏頭堿的含量。結(jié)果顯示，線性范圍為，平均回收率為，為。表明本法操作簡便、結(jié)果可靠，實用，適合該制劑中新烏頭堿的含量測定。（）高效液相色譜法（，）高效液相色譜法吸收了普通液相層析和氣相色譜的特點，經(jīng)適當改進而發(fā)展起來的，既具有普通液相層析功能又具有氣相色譜的特點，并具有

12、高溫、高速、高靈敏度、高分辨度等優(yōu)點，因其測定成分多，結(jié)果準確而極受歡迎】。烏頭堿分子極性較強，比較適合用高效液相色譜分析【】，根據(jù)干擾組分的干擾情況，可分別采用普通法、反相離子對法法，對雙酯型生物堿進行分離測定。可通過控制流動相的組成和配比，使各類雙酯型生物堿達到基線分離，其方法簡便，分離效果好，重現(xiàn)性高。常用的流動相有甲醇水氯仿三乙胺系統(tǒng)、北京化工大學碩十學位論文甲醇水氯仿二乙胺系統(tǒng)和甲醇水乙睛系統(tǒng)，實際中，可根據(jù)不同情況，靈活選擇流動相。烏頭堿在二氯甲烷中比較穩(wěn)定，而在甲醇中則不穩(wěn)定，一個星期就會發(fā)生分解。因此，在用高效液相法測定雙酯型生物堿含量時，用二氯甲烷做定容溶劑較好。另外，在樣品

13、提取過程中，應(yīng)注意操作要迅速，如提取時間過長，則烏頭堿水解，將影響測定結(jié)果】。國內(nèi)最早運用法測定烏頭生物堿的是王慕鄒等，他們在柱上，以甲醇水氯仿三胺（：）為流動相，以甲基萘為內(nèi)標物，測定了多種烏頭、草烏及其炮制品中雙酯生物堿含量【】。朱下義等【】采用法測定小活絡(luò)丸內(nèi)的中烏頭堿、次烏頭堿和烏頭堿含量，在硅膠薄層板上以石油醚（。）一正己烷一醋酸乙酯一無水乙醇一濃氨水（：）為展丌劑，分離提取酯型生物堿，用柱（，×），以無水乙醇醋酸胺水溶液（：）為流動相進行測定，檢測波長，平均回收率為（中烏頭堿）、（次烏頭堿）、（烏頭堿）。翁小剛等【】于年建立“半蔞貝蘞芨攻烏”中烏頭堿毒成分（次烏頭堿）的定

14、量測定方法。對其中的烏頭與其他諸藥配伍前后水煎劑中次烏頭堿含量進行測定，探討了“半蔞貝蘞芨攻烏”的科學性。其具體方法為：條件：流動相：甲醇水氯仿三乙胺（：）；流速，檢測波長，柱溫；選取生附片（屬烏頭類）單煎及分別與半夏、全瓜蔞、浙貝母、白蘞、白芨：配伍合煎，水浴加熱南備水煎劑，乙醚萃取煎液中的待測成分，氮氣流吹干萃取劑，殘渣用甲醇溶解后對次烏頭堿含量進行測定。結(jié)果除半夏外，其他諸藥與烏頭配伍均能使水煎劑中次烏頭堿的含量增高，且與藥材的酸性成分（溶液值下降）有關(guān)。說明從諸藥與生附片合煎液中有毒化學成分含量升高角度分析，肯定了“半蔞貝蘞芨攻烏”的科學性。（）電噴霧串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)法電噴霧串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)可

15、以直接分析烏頭屬植物中的混合生物堿，不僅可以確認已知的生物堿，還可以發(fā)現(xiàn)痕量的脂類生物堿。王勇等【】于年利用電噴霧串聯(lián)質(zhì)譜對吉林省白山市地產(chǎn)草烏的乙醇提取液進行了直接分析，在該植物中發(fā)現(xiàn)中烏頭堿、次烏頭堿及中烏頭堿的水解產(chǎn)物和脂類生物堿等種二萜生物堿。實驗表明，該方法簡便，直觀，用樣量少，而且該方法可以給出分子量信息，并可以從復雜體系中獲得結(jié)構(gòu)信息。（）質(zhì)譜和色譜聯(lián)用法質(zhì)譜和色譜聯(lián)用法是目前檢測生物堿最靈敏的方法，被廣泛用于生物樣品中烏頭堿的分析【】。王兆基等【】于年采用液相色譜質(zhì)譜質(zhì)譜聯(lián)用法測定烏頭屬藥材及中成藥中烏頭類生物堿含量。探討了用聯(lián)用法測定烏頭屬藥材及有關(guān)中成藥中烏頭堿、次烏頭堿和

16、中烏頭堿含量的方法。應(yīng)用優(yōu)化后的技術(shù)實驗條件及采用多反應(yīng)監(jiān)測掃描方式。結(jié)果表明，被分析樣品中各烏頭堿濃度在第一章緒論范圍內(nèi)，色譜峰面積與濃度有良好的線性關(guān)系。此法力應(yīng)用于個不同的烏頭屬藥材及個不同的中成藥樣品中的烏頭堿含量的檢測?！坑谀瓴捎酶咝б合嗌V一大氣壓化學電離一質(zhì)譜（）方法對，二萜類生物堿和，去甲二萜類生物堿進行定量分析。通過質(zhì)子化分子泵（】）的選擇性離子監(jiān)測（）對考布素等進行定量分析，證實了無性繁殖烏頭中生物堿含量的等同性。綜上，烏頭生物堿的檢測方法較多，每種方法對烏頭生物堿堿檢測的側(cè)重點各異，各有其優(yōu)缺點，對烏頭生物堿的含量檢測都具有重要的意義。因此，在實際的檢測中應(yīng)根據(jù)實際情況來

17、選擇測定方法?，F(xiàn)有烏頭生物堿提取技術(shù)中藥化學成分的提取常選擇適當?shù)娜軇┗蚍椒?，將所要的成分盡可能完全提取出來。通常用石油醚、乙醇或酸水可以把中藥材中絕大部分中藥成分提取出來。生物堿的提取與分離的方法有多種，選用何種方法要根據(jù)植物中生物堿的性質(zhì)和存在的狀態(tài)，以及目的而定。目前生產(chǎn)生物堿的工藝仍采用煎煮、回流和滲漉提取工藝，藥效成分損失嚴重，生產(chǎn)周期長，溶劑藥品等耗用量大。針對中藥提取工藝中耗能大、雜質(zhì)多、效率低的狀況，近年來一些新技術(shù)已經(jīng)開始引入中藥提取的研究與開發(fā)，許多學者從不同的角度對中藥提取工藝進行摸索與優(yōu)化。如采用超臨界流體萃取法、超聲法、微波輔助提取法等。目前烏頭生物堿的提取技術(shù)主要有

18、以下幾種：酸水提取法、醇提法、半仿生提取法（）、超臨界萃取法、大孔吸附樹脂法。酸水提取法酸水提取法是比較原始的生物堿提取方法，因為藥材中的水溶性生物堿和親脂性生物堿鹽可以水為溶劑進行提取，而有些弱堿性的親脂性生物堿不能被水提出，所以用，的酸水（鹽酸、硫酸、醋酸、酒石酸等）為作為提取溶劑，采用浸漬法或滲漉法進行提取。個別含淀粉少者可用煎煮法。酸水提取的優(yōu)點是使生物堿的大分子有機酸鹽變?yōu)樾》肿訜o機酸鹽，增大生物堿在水中的溶解度，且提取方法比較簡便。但此法的主要缺點是提取液體積較大，濃縮困難，而且水溶性雜質(zhì)比較多。故用酸水提取后，一般采用下列方法進行純化和富集：陽離子交換樹脂法生物堿鹽在水中可北京化

19、大學碩十學位論文以解離出生物堿陽離子，能和陽離子交換樹脂發(fā)生離子交換反應(yīng)，被交換到樹脂上。操作時將總堿的酸水液通過強酸型陽離子交換樹脂柱，使酸水中生物堿陽離子與樹脂上的陽離子進行交換，用生物堿沉淀反應(yīng)檢查交換是否完全。交換完之后，用中性水或乙醇洗出柱中的雜質(zhì)。然后用堿性乙醇或酸性乙醇洗脫，可得到比較純的生物堿。在實際操作中，由于藥材中纖維素、淀粉等雜質(zhì)的阻礙，生物堿提取率并不高。而且酸水提取液中含有較多的水溶性雜質(zhì)，如蛋白質(zhì)、糖類、鞣質(zhì)、水溶性色素等需要進一步清除，還需要經(jīng)過其他方法進行純化，致使生物堿流失嚴重，提取率降低。醇提法基于游離生物堿及其鹽類易溶于甲醇或乙醇，故用醇代替水或酸水對藥材

20、進行醇回流或滲漉、浸漬提取生物堿，醇提取的優(yōu)點是對不同堿性生物堿或其鹽均可選用，另外水溶性雜質(zhì)如多糖、蛋白質(zhì)較少提出。但其缺點是脂溶性雜質(zhì)多，需進一步純化，常用適量酸水使生物堿成鹽溶出，過濾，酸濾液用堿液堿化（如氨水、石灰乳或碳酸鈉）至為，生物堿鹽轉(zhuǎn)變成游離生物堿，再用親脂性有機溶劑（如氯仿、乙醚）萃取，萃取液回收溶劑即得總生物堿。此種萃取法也可反復進行多次，即酸水一堿化一溶劑萃取一萃取液酸水萃取一酸水液再堿化一再溶劑萃取。所用的萃取溶劑可相同亦可不同，最終目的是將雜質(zhì)除盡。但此法所用有機試劑眾多環(huán)境污染嚴重，且提取率不高，造成產(chǎn)品成本高。半仿生提取法（）半仿生提取法，是從生物藥劑學的角度，將

21、整體藥物研究法與分子藥物研究法相結(jié)合，模擬口服藥物經(jīng)胃腸道轉(zhuǎn)運吸收的環(huán)境，采用活性指導下的導向分離方法，是為經(jīng)消化道口服給藥的制劑設(shè)計的一種新的提取工藝。該法模仿口服藥物在胃腸道的轉(zhuǎn)運過程，采用選定的酸性水和堿性水依次連續(xù)提取，其目的是提取含量指標成分高的“活性混合物”。它將分析思維與系統(tǒng)思維統(tǒng)一起來，形成觀察問題的新思路，即在中藥提取中堅持了“有成分論，不唯成分論，重在機體的藥效學反應(yīng)【。由于此法的工藝條件要適合工業(yè)化生產(chǎn)，而不可能與人體條件完全相同，僅“半仿生而已，故稱“半仿生提取法。這種提取法的特點是可以提取和保留更多的有效成分，能縮短生產(chǎn)周期，降低成本。此法與純化學觀點的酸堿法不能等同

22、。酸堿法是針對單體成分的溶解度與酸堿度有關(guān)的性質(zhì)，將溶液調(diào)至一定值范圍，使單體成分溶解第一章緒論或析出。孫秀梅等【】以烏頭總生物堿、酯型生物堿和干浸膏為指標，采用均勻設(shè)計法優(yōu)選川烏的半仿生提取法的條件。張兆旺等【】以烏頭總生物堿、酯型烏頭生物堿、浸膏得率為指標，對川烏用半仿生法進行提取，結(jié)果半仿生提取法所得總生物堿收率均高于水提取法。該提取法能體現(xiàn)中醫(yī)臨床用藥的綜合作用特點，符合口服給藥經(jīng)胃腸道運轉(zhuǎn)吸收的原理。但目前此法仍沿襲高溫煎煮法，長時間高溫煎煮會影響許多有效活性成分，降低藥效。為此有人建議將提取溫度改為接近人體的溫度，且引進酶催化，使藥物轉(zhuǎn)化成人體易吸收的綜合活性混合物，這樣更符合辯證

23、旋治的中醫(yī)藥理論【。超臨界萃取法超臨界萃取法是一種集提取和分離于一體，又基本上不用有機溶劑的新技術(shù)。超臨界流體是處于臨界溫度（）和臨界壓力（）以上，介于氣體和液體之間的流體。這種流體同時具有液體和氣體的雙重特性，它的密度與液體相似、粘度與氣體相近，擴散系數(shù)雖不及氣體大，但比液體大倍。物質(zhì)的溶解過程包括分子間的相互作用和擴散作用，物質(zhì)的溶解與溶劑的密度、擴散系數(shù)成正比，與粘度成反比，因此超臨界流體對許多物質(zhì)有很強的溶解能力?？梢宰鳛槌R界流體的物質(zhì)很多，如、等，實際應(yīng)用較多。的臨界溫度（）接近室溫，臨界壓力（）也不太高，易操作，且本身成惰性，價格便宜，是中藥超臨界流體萃取中最常用的有機溶劑。超臨

24、界流體對物質(zhì)溶解作用有一定的選擇性，主要與物質(zhì)的極性、沸點、分子量相關(guān)密切。極性較低的化合物，如酯、醚、內(nèi)酯和含氧化合物易萃取，化合物極性基團多，如羥基、羧基增加，萃取較難。對此，近年來采用在超臨界流體萃取中加入央帶劑的方法予以解決。夾帶劑是在被萃取溶質(zhì)和超臨界流體組成的二元系統(tǒng)中加入的第三組分，它可以改善原來溶質(zhì)的溶解度。夾帶劑的研究與應(yīng)用，很大程度上擴大了超臨界流體萃取法對中藥化學成分的萃取分離。一般情況下，對溶質(zhì)具有較好溶解性的溶劑也往往是很好的夾帶劑，常用甲醇、乙醇、丙酮等。夾帶劑的用量一般不超過。近年來，用超臨界流體萃取烏頭生物堿工藝研究也有報道【丌。超臨界流體萃取可以在室溫下進行工

25、作，防止某些對熱不穩(wěn)定的成分被破壞或逸散，具有較快的傳質(zhì)和萃取速率，具有無污染、效率高、節(jié)約能耗、對環(huán)境無污染等特點。與傳統(tǒng)的提取方法相比，超臨界流體萃取的優(yōu)越性表現(xiàn)在烏頭生物堿的收率高，提取時間短，避免使用污染性的溶劑等方面，但該法對于設(shè)備的要求高，投資費用大，操作技術(shù)難度大，烏頭生物堿的收率提高的并不是很顯著。因此，該法并沒有普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。北京化大學顧：學位論文，大孑吸附樹脂法中藥現(xiàn)代化的關(guān)鍵是有效成分或有效部位的提取分離與精制，但中藥尤其復方制劑所含化學成分極其復雜，因此如何將中藥中所需要的成分盡可能地提取出，分離出無效地成分，達到取其精華、去其糟粕的目的，是一世界性難題。隨著大孔

26、吸附樹脂吸附技術(shù)的應(yīng)用，為中藥及其復方制劑的研制提供了更廣闊的途徑，中藥及其復方制劑在通過大孔吸附樹脂分離精制后，既克服了傳統(tǒng)“粗、大、黑的外觀和服用量過大等缺點，又推動了中藥現(xiàn)代化。生物堿廣泛分布于中草藥中，以含氮的有機化合物形式存在，絕大多數(shù)具有顯著的生理活性。生物堿結(jié)構(gòu)復雜，種類眾多：親酯性生物堿、親水性生物堿。但具有共性：一為其氨基具一定的堿性，可與酸成鹽，同時氮原子上又有未成對電子，能與羥基上的氫形成氫鍵，也能與某些金屬離子絡(luò)和；二為其分子特點一般具有較大的疏水部分，能以疏水機理被吸附。由此可知生物堿可具有多種分離方法：萃取法、離子交換法或大孔吸附樹脂吸附法等。從原則上講萃取法工藝較

27、復雜，且常因生物堿含量較低，又有一定水溶性，加上界面時有乳化等因素導致萃取效率低；離子交換樹脂雖可解決萃取這些問題，但離子交換法不能用單純的有機溶劑洗脫，而大孔吸附樹脂吸附法則是較好的一種。因中藥中堿類成分多具有不同程度的疏水性功能基團，而大孔吸附樹脂則能吸附中藥中堿類成分，吸附作用隨吸附對象的結(jié)構(gòu)不同而有所差異，且易被有機溶劑洗脫。朱浩等用大孔吸附樹脂吸附純化含生物堿、黃酮、水溶性酚性化合物和無機礦物質(zhì)四種中藥有效部位的單昧藥材（黃連、葛根、丹參、石膏）。此項基礎(chǔ)性研究不僅充分證明了大孔吸附樹脂技術(shù)用于中藥中堿類成分的分離精制是有效可行的方法；同時也為其提供了一定的理論和實驗依據(jù)。近年來的研

28、究表明，大孔吸附樹脂類型多，對多種中藥成分有很好的選擇性；工藝簡單。由于大孔樹脂的應(yīng)用，使得許多中藥有效成分的純度有了明顯提高，因而近年來發(fā)展較快。楊樺等【】采用大孔樹脂對川草烏中總生物堿的分離提取作了一些研究，認為弱極性或非極性樹脂的效果較好。黃建明【】對草烏中生物堿的吸附性能和提純應(yīng)用進行了較系統(tǒng)的研究，并比較了單用大孔樹脂提純和殼聚糖澄清一大孔樹脂聯(lián)用提純的效果。盡管大孔吸附樹脂在中藥堿類成分的分離精制方面已日益顯示出其獨特的效果，有著廣闊的應(yīng)用前景，但由于目前對它的研究還不夠深入，其應(yīng)用尚存在一些問題：生產(chǎn)和型號的規(guī)范、質(zhì)量評價指標與方法的規(guī)范、樹脂再生合格的規(guī)范及純化效果的規(guī)范等。因

29、此應(yīng)進一步加強相關(guān)基礎(chǔ)性工作的研究，進一步完善有關(guān)標準及法規(guī)，使大孔吸附樹脂技術(shù)成為中藥及其復方制劑產(chǎn)業(yè)化、現(xiàn)代化的重要有效手段。目前大孔吸附樹脂的型號眾多：國外有系列及系列；國內(nèi)有型、第一章緒論型、型、型、系列、型等等。廠家辦顯得混亂，就目前最常用的型樹脂而言，生產(chǎn)商有南開大學、上海試劑廠、天津樹脂廠、天津試劑廠等。這就造成了樹脂性能參差不齊，質(zhì)量難以得到保證，因此需規(guī)范大孔吸附樹脂的生產(chǎn)供應(yīng)，以統(tǒng)其質(zhì)量。另外，樹脂自身的質(zhì)量要求對中藥提取液的安全性起著決定性作用。因樹脂內(nèi)一般含有殘留物：交聯(lián)劑、致孔劑、分散劑、防腐劑、添加劑、苯乙烯或非苯乙烯等【，對入體有一定的危害，然目前對樹脂的預處理尚

30、缺乏可信的安全性評價指標與方法。因此需對樹脂安全性考察、殘留物限量檢查等方面人手，確保藥用樹脂的安全、可靠、有效。樹脂在使用過程中吸附量會下降，即吸附能力降低。這樣就會影響其對有效成分的分離吸附，因此需建立樹脂再生合格的評價指標。對于不合格的樹脂如何處理或再利用，以節(jié)約資源，保護環(huán)境，仍是目前的一大難題。生物催化眾所周知，自然界天然產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)與功能的多樣性源自酶催化及多酶合成途徑的強大威力。人類雖然只學會了大自然生物催化技能的很小一部分，就已經(jīng)合成出大量豐富的天然化合物并用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、化工中間體和生物材料。由于生物催化過程具有高效、高選擇性、條件溫和、環(huán)境友好等優(yōu)點，因此成為可持續(xù)發(fā)展過程

31、中替代和拓展傳統(tǒng)有機化學合成的重要方法。在重要化工中間體的制備中，生物轉(zhuǎn)化具有重要應(yīng)用價值：已經(jīng)應(yīng)用于常規(guī)工業(yè)化過程的反應(yīng)包括酯酶脂肪酶和蛋白酶對底物的手性拆分和水解，酮的不對稱還原等；正在擴大應(yīng)用的反應(yīng)有腈水解酶催化的腈水解反應(yīng)和醇腈酶催化的氰醇合成反應(yīng)；已取得較大進展而且有較高工業(yè)化應(yīng)用價值的反應(yīng)有轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)、烯酸還原反應(yīng)、羥基化、單加氧酶催化的反應(yīng)、環(huán)氧化物水解、環(huán)氧化、鹵代反應(yīng)等。除此以外，生物催化在新藥發(fā)現(xiàn)過程中也開始顯示出巨大潛力。高通量合成先導化合物的衍生分子庫是新藥發(fā)現(xiàn)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，而生物催化正在攻克其中大量的合成難題。比如選擇性加氧反應(yīng)，難以用傳統(tǒng)化學合成方法完成，可以通

32、過加氧酶實現(xiàn)。生物催化所勝任的過程，從小分子化合物的手性拆分到復雜結(jié)構(gòu)如大環(huán)內(nèi)酯和可生物降解多聚體的合成，有了很大擴展，因此在組合合成化學中占有越來越重要的地位。然而，酶的篩選過程、穩(wěn)定性、表達和分泌水平、在非水相反應(yīng)體系中的性能、對底物的專一性和兼容性等問題限制著它的大規(guī)模應(yīng)用。近年來，隨著對生物代謝途徑和多樣性、結(jié)構(gòu)生物學認識的深入以及多學科前沿的交叉滲透，酶的發(fā)現(xiàn)、改造、固定化和反應(yīng)體系優(yōu)化、組合生物催化等研究過程大大加速，研究成果日新月異。實際上，生物催化和生物轉(zhuǎn)化由于其巨大的應(yīng)用價值，激發(fā)了化學、生物學和工程學多北京化工人學碩十學位論文種學科背景科學家的極大熱情；而這一領(lǐng)域內(nèi)迅速積累

33、的研究成果也即將使其成為新一代工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主力板塊和新藥發(fā)現(xiàn)的平臺技術(shù)。生物催化生物催化（）是利用生物催化劑（主要是酶或者微生物）來改變（通常是加快）化學反應(yīng)速度的作用，這種反應(yīng)過程又稱為生物轉(zhuǎn)化（）。生物催化與生物轉(zhuǎn)化（）是酶工程、有機化學、生物化學、微生物學的基本原理與化學工程的有機結(jié)合和相互滲透。生物催化工藝學是從應(yīng)用的目的出發(fā)，研究生物催化劑、應(yīng)用生物催化劑，并在一定的生物反應(yīng)裝置中進行生物催化反應(yīng)，將相應(yīng)原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)的技術(shù)。生物催化與生物轉(zhuǎn)化是與生命和人類活動關(guān)系最為密切的自然規(guī)律之一【卜強】。生物催化轉(zhuǎn)化包含一系列范圍很廣的過程，根據(jù)生化反應(yīng)步驟數(shù)和底物的復雜程度，可對

34、生物催化進行以下分類：發(fā)酵、前體發(fā)酵、生物轉(zhuǎn)化和酶催化【。生物催化過程是指用一個或幾個酶催化步驟將天然或非天然的有機化合物（底物）轉(zhuǎn)化成所需產(chǎn)物的過程，反應(yīng)物為相對復雜的有機分子，反應(yīng)中僅涉及單一酶或少數(shù)幾種酶。近年來，基因組學、蛋白質(zhì)組學等生物技術(shù)的飛速發(fā)展，極大推動了生物催化與生物轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。生物催化與生物轉(zhuǎn)化被普遍認為將是生物技術(shù)革命的第三次浪潮。世界經(jīng)合組織（）指出：“生物催化技術(shù)是工業(yè)可持續(xù)發(fā)展最有希望的技術(shù)?！鄙锎呋磻?yīng)的特點生物催化的特點是對底物有高度的立體選擇性，不僅有化學選擇性（）和非對映異構(gòu)體選擇性（），并且有嚴格的區(qū)域選擇性（）、面選擇性（）和對映異構(gòu)體選

35、擇性（）】。它能催化合成各種立體異構(gòu)體，也適用于許多不穩(wěn)定化合物的制備。生物催化的優(yōu)點還有反應(yīng)條件溫和（常溫、常壓）、設(shè)備簡單、生產(chǎn)安全、反應(yīng)速率快、反應(yīng)步驟少、副反應(yīng)少、收率高、產(chǎn)品光學純度高和環(huán)境友好等。生物催化的選擇性是其最大的優(yōu)點。選擇性生物催化特別適用于手性合成與手性拆分，它不需要手性分離介質(zhì)、手性試劑、手性溶劑、手性配基、手性催化劑等，可以直接將化學合成的外消旋衍產(chǎn)物、前體或潛手性化合物轉(zhuǎn)化成單一對映異構(gòu)體的光學活性產(chǎn)物。它能催化合成各種立體異構(gòu)體，生物催化被認為是手性化合物生產(chǎn)取得突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。第章緒論生物催化反應(yīng)在溫和的條件下進行可以減少不必要的副反應(yīng)，如分解反應(yīng)、異構(gòu)反

36、應(yīng)、消旋反應(yīng)和重排反應(yīng)，而這些反應(yīng)正是傳統(tǒng)化學催化反應(yīng)常會發(fā)生的副反應(yīng)。不同生物催化劑所催化的反應(yīng)，條件往往是相同或相似的。因此，一些串聯(lián)反應(yīng)可采用多酶復合體系，使這些生物催化反應(yīng)能在同一反應(yīng)器中進行，以簡化反應(yīng)操作步驟，尤其是可以省去一些不穩(wěn)定中自體的分離純化過程。同時應(yīng)用生物催化反應(yīng)體系，可以使反應(yīng)過程中某些化學平衡上不利的反應(yīng)朝向所需要產(chǎn)物生成的方向進行。生物催化劑幾乎可以催化有機化學中的所有反應(yīng)，且其催化機理本質(zhì)與化學催化劑的作用機理并沒有區(qū)別，只是它的性能更好，許多生物催化模型都證明了生物催化行為可以用合理的化學和物理原理進行解釋【。生物催化劑也有其不可回避的缺點。雖然生物催化反應(yīng)的

37、條件溫和，但是生物催化反應(yīng)參數(shù)必須精確控制。一般生物催化反應(yīng)都有其最適條件，如溫度、值、離子強度等。這些參數(shù)的變化范圍較小，一旦變化幅度超過它們的允許值，將會引起生物催化劑活性的喪失。生物催化劑一般在水溶液中表現(xiàn)出最高催化活性，而人工合成的有機化合物往往在水溶液中溶解度較差，必須將酶催化反應(yīng)從水溶液體系轉(zhuǎn)移到非水有機溶劑體系內(nèi)進行。在非水介質(zhì)中生物催化劑的活力比在水溶液中一般會降低幾個數(shù)量級。許多生物催化反應(yīng)容易被底物或產(chǎn)物所抑制，但這種抑制作用可以通過連續(xù)滴加法控制低水平的底物濃度來解決，而產(chǎn)物抑制比較難解決，需要采用反應(yīng)與分離耦合的原位分離方法以解除產(chǎn)物的抑制作用。另外，生物催化劑的底物專

38、一性太強也局限了其催化作用的底物。生物催化研究的重要意義生物催化是生物技術(shù)的一個重要組成部分，不僅已在工業(yè)方面，還在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、食品等方面得到了廣泛應(yīng)用，在解決當代資源、能源、環(huán)保等多種問題方面起著舉足輕重的作用【】。新興的生物催化產(chǎn)業(yè)已成為當前優(yōu)先發(fā)展的高科技產(chǎn)業(yè)之一，對國民經(jīng)濟起著重要作用。生物催化研究的重要意義主要有以下幾點卜。（）生物催化與生物轉(zhuǎn)化是與生命活動及人類發(fā)展關(guān)系最為密切的自然規(guī)律之一自然生物催化與生物轉(zhuǎn)化的能力具有重要性與和諧性，它把一個充滿無機氣體和荒漠的地球，改造為一個復雜、溫和的有機生態(tài)系統(tǒng)，它維系著今天地球上所發(fā)生的最大的物質(zhì)與能量循環(huán)（如循環(huán)、循環(huán)、循環(huán)和太陽能循

39、環(huán)）。生物催化與生物轉(zhuǎn)化一直是人類文明與社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。無論是原始社會和農(nóng)業(yè)社會的衣食住行，還是近代工業(yè)文明所依賴的化石資源與能源，都來自于太陽能推動下的生物轉(zhuǎn)化。（）基于生物催化與生物轉(zhuǎn)化的物質(zhì)加工新模式是人類發(fā)展的必然趨勢北京化大學碩學位論文生物催化與生物轉(zhuǎn)化的核心目標是大規(guī)模采用微生物或酶作為催化劑生產(chǎn)化學品、醫(yī)藥產(chǎn)品、能源物質(zhì)、材料等，最終建立以生物催化為基礎(chǔ)的新物質(zhì)加工體系。生物催化技術(shù)是我國實現(xiàn)化學加工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)方式變更、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整與建立清潔高效生物加工業(yè)的有力手段。由傳統(tǒng)的化學加工轉(zhuǎn)向基于生物催化和轉(zhuǎn)化的生物制造是進行可持續(xù)發(fā)展的一個重要趨勢，是人類社會的一次重大技術(shù)

40、革命，其深度的、廣度的和長遠的影響可以與工業(yè)革命相匹敵【。（）生物催化的獨特優(yōu)勢可以促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級改造與化學催化相比，生物催化具有常溫下的高反應(yīng)速率，轉(zhuǎn)化條件溫和，具有優(yōu)異的化學選擇性、區(qū)域選擇性和立體選擇性，無需進行功能基團保護與去保護，具有能耗低、物耗少、對環(huán)境友好等優(yōu)點【川】?；谏锎呋瘎┑奶攸c，生物催化和轉(zhuǎn)化可大大降低化學加工業(yè)的原材料消耗、水資源消耗以及能量消耗，減少污染物排放，可建立起高效、清潔的新型制造工業(yè)。生物催化與生物轉(zhuǎn)化正在促進化工、能源、材料等制造業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個重要步驟。生物催化劑一酶酶的概念酶（）由生物體內(nèi)活細胞產(chǎn)生的一種生物催化劑。大多

41、數(shù)由蛋白質(zhì)組成（少數(shù)為）。能在機體中十分溫和的條件下，高效率地催化各種生物化學反應(yīng)，促進生物體的新陳代謝。生命活動中的消化、吸收、呼吸、運動和生殖都是酶促反應(yīng)過程。酶是細胞賴以生存的基礎(chǔ)。細胞新陳代謝包括的所有化學反應(yīng)幾乎都是在酶的催化下進行的。如哺乳動物的細胞就含有幾千種酶。它們或是溶解于細胞液中，或是與各種膜結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，或是位于細胞內(nèi)其他結(jié)構(gòu)的特定位置上。這些酶統(tǒng)稱胞內(nèi)酶；另外，還有一些在細胞內(nèi)合成后再分泌至細胞外的酶一胞外酶。酶催化化學反應(yīng)的能力叫酶活力（或稱酶活性）。酶活力可受多種因素的調(diào)節(jié)控制，從而使生物體能適應(yīng)外界條件的變化，維持生命活動。沒有酶的參與，新陳代謝只能以極其緩慢的

42、速度進行，生命活動就根本無法維持。例如食物必須在酶的作用下降解成小分子，才能透過腸壁，被組織吸收和利用。在胃里有胃蛋白酶，在腸里有胰臟分泌的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等。又如食物的氧化是動物能量的來源，其氧化過程也是在一系列酶的催化下完成的。酶反應(yīng)的特點第一章緒論（）極高的活性酶反應(yīng)所需活化能極低，與化學催化劑相比，其催化效率通常高出倍。例如日一淀粉酶結(jié)晶，在時內(nèi)即可使淀粉轉(zhuǎn)化為糊精，而若采用酸水解，必須在、高壓條件下，于耐酸的設(shè)備中進行。（）高度專一性在酶蛋白質(zhì)分子的一定區(qū)域內(nèi)，存在特定的空間位置，以便與底物的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。因此，酶對與其作用的底物有嚴格的選擇性和高度專一性。此外，酶的立體結(jié)構(gòu)也決定