“苦参碱分离纯化”的实验教学设计

太志刚 蔡乐 余富朝 李亚民 杨波 林连兵

【摘 要】 《制药分离工程》是制药工程专业的主要专业课程，开展课程实验设计对于开展《制药分离工程》教学较为重要。《制药分离工程》教学实验开展了苦参碱的分离纯化，实验教学通过丙酮室温浸提、萃取、调pH值、硅胶柱层析和结晶几个步骤，即可从云南特色花卉-白刺花中获得纯度较高的苦参碱。实验简便、易于操作，实验内容涵盖了固液分离、液液萃取、色谱分离和结晶等课程内容，通过以上实验教学，有效的提高《制药分离工程》的教学质量。

【关键词】 制药分离工程；苦参碱；分离纯化；教学设计

【中图分类号】R914.1 【文献标志码】 A【文章编号】1007-8517（2018）11-0121-02

Abstract：Pharmaceutical separation engineering is the important specialized curriculum of the pharmaceutics engineering major. It is more important to design for experiments of pharmaceutical separation engineering. The Faculty carried out the teaching experiment which named separation and purification of matrine. In this experiment teaching， the higher purity matrine can be obtained from the flower of Sophora vicifolia usingthe following steps， such as extraction， pH adjustment， chromatography and crystallization. The experiment is simple and easy to operate. The experimental content covers the course content of solid-liquid separation， liquid-liquid extraction， chromatographic separation and crystallization. Through the experimental teaching mentioned above， the teaching quality of the pharmaceutical separation engineer can be effectively improved.

Keywords：Pharmaceutical Separation Engineering； Matrine； Separation and Purification； Teaching Design

1 引言

《制药分离工程》是制药工程专业一门重要的专业基础课，在制药工程专业课程体系中占有非常重要的地位。主要介绍药物的提取、分离与纯化理论与技术。该课程着重培养学生的工程意识，通过学习，逐渐具备解决工程实际问题的能力[1]。在传统的教学中存在着以下问题：①《制药分离工程》开课前学生很少接触工程实际问题，工程意识不强，实践基础薄弱，学生听不懂。②《制药分离工程》涉及一些分离操作原理，多采用模型和挂图等辅助教具进行讲解，教学手段单一，效果不好。③《制药分离工程》是一门实践性很强的课程，传统的考试模式是以闭卷笔试为主，主要考查的是学生记忆基本原理和技术的能力，不能提高学生运用基本原理和技术解决实际问题的能力。在当前高等教育着力于培养有创新能力的高素质人才的大背景下，教学时间的有限性与知识增长的无限性之间的矛盾日益突出，为了能使学生掌握本课程的基本内容，运用课程中的基本原理和技术解决实际问题的能力，在教学安排上增加《制药分离工程》教学实践环节。从云南制药工程专业的本科教学来看，从云南丰富的药用植物资源中分离天然药效成分，并为之设计有效的分离路线，进而付诸实践教学，不仅可以调动学生学习积极性，让学生从理论到实践得以跨越，真正做到“知行合一”，同时也为后续的制药工程生产实习和毕业实习奠定实践基础。

2 实验设计对象的选择

在《制药分离工程》教学实验设计时，以云南特色药用植物资源为出发点，选择有特色、有药效、有资源和有开发价值的药用植物开展《制药分离工程》教学实践。白刺花为豆科槐属植物白刺花（Sophora viciifolia）的花蕾，别名苦刺花，广泛分布于云南海拔2000～3500米的山坡上，白刺花在云南民间可食用[2]，具有抗炎、抗过敏、抗肿瘤等药理作用[3]，其中含有生物碱类化学物质，苦参碱是其中的药效成分[4]，苦参碱具有治疗抑制大肠癌细胞增殖、促大肠癌细胞凋亡、抗肝炎等功效[5]，目前已有苦参碱注射液上市销售[6]。云南具有广泛的白刺花植物资源，其中的苦参碱具有显著药效，选择白刺花，并设计其中苦参碱的分离纯化实验教学，对于《制药分离工程》教学具有较强的教学实践意义。

3 实验方案的设计

通过文献调研和实验条件的摸索，比对了几条实验路线，结合《制药分离工程》教材内容和云南植物药业有限公司的实际生产工艺，最终确定以下实验方案。

3.1 白刺花中总生物碱的提取 白刺花花蕾2.0 kg，陰干粉碎后用5 L 的丙酮室温提取3次，每次48 h，提取液合并，减压过滤，用旋转蒸发仪浓缩，最后得到197.2 g浸膏，用水将所得浸膏分散，正丁醇萃取后得到，正丁醇部分提取物160.0 g和水部分37.2 g。水部分用氨水调pH为10，氯仿萃取3次，得萃取物4.2 g。

3.2 白刺花中苦参碱的分离 将氯仿萃取物进行硅胶柱层析，流动相条件为：石油醚/丙酮/二乙胺（体积比为30∶1∶0.2），梯度洗脱，逐渐增加丙酮的体积，直到流动相的体积比为10∶10∶0.2，同时采用薄层层析法将相同洗脱成分合并，最终得到了4个部分（Fr.W1-Fr.W4）。对Fr.W3进行硅胶柱层析，流动相为氯仿/甲醇（98∶2），得到化合物1（836 mg）和化合物2（50 mg）。以苦参碱为标准品，采用薄层层析法将化合物1、2与苦参碱标准品在薄层板上展开，展开剂为氯仿/甲醇/氨水（比例为90∶7∶3），显色剂为用碘化铋钾试剂喷雾，最终苦参碱样点显橙红色，经过比移值Rf比对，确定化合物1为苦参碱。

3.3 白刺花中苦参碱的纯化 将分离得到的苦参碱置于5～8 mL的热水（70～80 ℃）中溶解，加入15%的NaOH，边滴加边搅拌，直至苦参碱溶解完全，冷却，静置24 h，过滤，所得结晶体用8～10 mL石油醚于40～50 ℃下回流溶解，热滤，母液冷却后静置24 h，过滤后用石油醚清洗晶体，40～50 ℃真空干燥，得到柱状苦参碱晶体。

3.4 结构表征所得化合物 通过与对照品进行薄层层析的比对分析初步确定苦参碱，再通过核磁共振进行测定，测定所得数据如下：1H NMR （CDCl3， 500 MHZ） δppm：4.35 （1H， m， He-17）， 3.74（1H， m， H-11）， 3.00 （1H， m， Ha-17）， 2.78 （1H， d， J=11.5 Hz， He-10）， 2.70（1H， d， J =11.5 Hz， He-2）， 2.31（1H， m， He-14）， 2.14（1H， m， Ha-14）， 1.96（2H， m， Ha-10，）； 13C NMR （CDCl3， 125 MHz） δppm： 57.5（C-2）， 21.0（C-3）， 27.6（C-4）， 35.3（C-5）， 64.0（C-6）， 41.9（C-7）， 26.8（C-8）， 21.9（C-9）， 58.0（C-10）， 53.5（C-11）， 27.5（C-12）， 19.1（C-13）， 33.0（C-14）， 170.1（C-15）， 43.1（C-17）。

4 实验教学中的注意事项

4.1 白刺花采收和苦参碱成分的预判 采收白刺花后，引导学生用少量样品进行预实验，通过与苦参碱对照品进行薄层层析比对分析，预先判断是否含有苦参碱，并学习从薄层斑点的大小初步判断苦参碱的含量。

4.2 提取工艺 得到苦参碱结晶体后，让学生计算得率，从提高得率和环保角度出发，引导学生在提取溶剂种类、溶剂料液比、时间、温度、原料预处理等方面进行思考，深入设计实验，并反复比对实验结果，总结得到最佳提取方法。结晶时以结晶量的多少和结晶含量高低为主要考虑因素，引导学生从结晶溶液浓度、NaOH用量、结晶温度和加入晶种方法考虑结晶工艺的优化，深入开展后续实验，优选最佳工艺。

5 小结

本实验教学内容涵盖了《制药分离工程》中固液提取、液液萃取、色谱分离和结晶等课程内容，通过以上实验，使学生加深了以上教学内容的思考和理解，学生掌握了固液萃取、液液萃取、色谱分离和结晶的基本操作方法，深入掌握了以上分离技术的原理。同时，在实验过程中还碰到了一些具体问题，如：提取率低、苦参碱纯度不高、杂质多等，通过对以上问题的分析和解决，使学生真正学会了从经济、有效和环保的角度出发，深入思考和解决药物分离问题。综上所述，苦参碱的分离纯化实验教学，能有效提高学生学习《制药分离工程》的积极性，加深学生对本课程的思考和认识，有效提高教学质量。

参考文献

[1]李洁琼， 齐滨， 于波，等. 制药分离工程教学改革探索与实践[J]. 教育教学论坛， 2017（11）：83-84.

[2]吴荣书， 袁唯， 赵燕. 野生白刺花的加工技术研究[J]. 食品科学， 2000， 21（8）：67-68.

[3]毛晓健， 溫敏， 蒋孝悝. 白刺花水煎剂的部分药效学研究[J]. 云南中医中药杂志， 2009， 30（2）：44-46.

[4]董刘宏， 太志刚， 杨亚滨，等. 白刺花花的化学成分研究[J]. 华西药学杂志， 2010， 25（6）：636-640.

[5]王菁雯， 沈克平. 中医药对大肠癌信号通路的调控作用[J]. 中国实验方剂学杂志， 2018（1）：227-234.

[6]白建刚， 朱伟平， 罗金武，等. 苦参碱注射液治疗乙型肝炎疗效观察[J].中国医药导报， 2007， 4（17）：19-20.