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作者 張東 劉建華 韓林宇 陳晨 王逸君（陜西理工學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院生工091，陜西 漢中 723000）
指導(dǎo)教師：馮自立
【摘 要】 綜述了離子交換樹(shù)脂在核苷酸、核酸、抗生素等天然產(chǎn)物分離純化中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀,展望了離子交換樹(shù)脂在天然產(chǎn)物提取分離中的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】 離子交換樹(shù)脂 天然產(chǎn)物 分離提純
離子交換樹(shù)脂自1933年開(kāi)始合成以來(lái),至今已獲得了長(zhǎng)足發(fā)展。目前交換樹(shù)脂的商品品種已達(dá)2000 余種，廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等許多領(lǐng)域。用離子交換樹(shù)脂進(jìn)行交換、吸附、絡(luò)合，從而達(dá)到分離、提純、富集等效果。而動(dòng)物、植物、微生物及其代謝產(chǎn)物中的某種化學(xué)成分是天然藥物和天然食品添加劑的重要來(lái)源。由于這些有用的成分往往含量較低，并與許多其他化學(xué)成分共存，其提取分離是一項(xiàng)非常煩瑣而艱巨的工作。溶劑提取分離技術(shù)是天然產(chǎn)物提取分離的經(jīng)典技術(shù)，但溶劑耗量大，分離效率低，環(huán)境污染嚴(yán)重，操作安全性差，因此一般僅適用于實(shí)驗(yàn)室小量樣品的制備，而不適用于大批量工業(yè)生產(chǎn)。隨著分離科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)步，樹(shù)脂提取分離技術(shù)在天然產(chǎn)物提取分離中的應(yīng)用日漸增加。
一、離子交換樹(shù)脂法提取分離氨基酸
氨基酸為兩性化合物，含有可形成正離子的氨 基和可形成負(fù)離子的羧基。因此，應(yīng)用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂均可對(duì)其進(jìn)行分離和純化。天然氨基酸主要來(lái)源于蛋白質(zhì)水解液或微生物發(fā)酵液，隨其來(lái)源不同，體系中氨基酸的含量與半生雜質(zhì)的類型也有所區(qū)別，因而提取分離工藝也不盡相同。用于離子交換樹(shù)脂從蛋白質(zhì)水解液中提取分離氨基酸的工藝如下圖：
而自然界中尚存在大量的非蛋白氨酸，具有藥用價(jià)值的就有40余種。如美舌藻中的海人草酸、使君子種子中的使君子氨酸和南瓜子中的南瓜子氨酸，均具有驅(qū)蛔蟲(chóng)作用的中草藥有效成分，均可用溫水、乙醇或乙酸的水溶液提取，再用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行富集和純化而得到高純度的產(chǎn)品。
混合氨基酸一般在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上分離純氨基酸組分，其分離原理是基于樹(shù)脂對(duì)不同氨基酸的選擇性。選擇性大小的順序?yàn)椋簤A性氨基酸＞中性氨基酸＞酸性氨基酸。當(dāng)解吸時(shí)，氨基酸流出順序正好相反，酸性氨基酸先流出樹(shù)脂柱。決定氨基酸流出順序的另外一個(gè)因素是氨基酸側(cè)鏈的疏水性。
疏水性越大其在樹(shù)脂上的保留時(shí)間越長(zhǎng)。例如：中性氨基酸從陽(yáng)離子交換樹(shù)脂流出順序?yàn)榻z氨酸、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸。因?yàn)槠涫杷砸来卧鰪?qiáng)。用離子交換樹(shù)脂分離混合氨基酸的一些實(shí)例如表1。
目前，用發(fā)酵法可生產(chǎn)谷氨酸、纈氨酸、賴氨酸、絲氨酸、異亮氨酸、精氨酸、組氨酸、脯氨酸、鳥(niǎo)氨酸和瓜氨酸等，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂是從發(fā)酵液中提取分離氨基酸的理想分離材料。例如，黃化聚苯乙烯型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分離純化L-纈氨酸，Diaion SK-1B或#732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂分離L-賴氨酸，#001×7陽(yáng)離子交換樹(shù)脂從等電點(diǎn)結(jié)晶母液中回收L-谷氨酸，均取得了比較好的效果。
二、離子交換樹(shù)脂法提取純化抗生素
在發(fā)酵液中，抗生素的濃度很低，提取時(shí)溶劑消耗高，效率低。利用離子交換樹(shù)脂可以選擇性地吸附分離多種離子型抗生素，不僅回收率高，而且產(chǎn)品純度好。抗生素分子中往往含有多種化學(xué)基團(tuán)，在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下容易發(fā)生化學(xué)變化，導(dǎo)致藥理活性喪失。
提取分離的離子交換樹(shù)脂為弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或弱堿性陰離子交換樹(shù)脂。
偶爾用到強(qiáng)酸或強(qiáng)堿樹(shù)脂，通常也先將陽(yáng)離子交換樹(shù)脂轉(zhuǎn)化為Na+或NH4+，將陰離子交換樹(shù)脂轉(zhuǎn)化為Cl-型或SO42-型。
離子交換樹(shù)脂對(duì)抗生素離子有較大的選擇性，選擇系數(shù)比無(wú)機(jī)離子如Na+或Cl-等往往要高出1~3個(gè)數(shù)量級(jí)。
抗生素離子與離子交換樹(shù)脂能以多種鍵型發(fā)生吸附作用。除正常的離子靜電作用外，抗生素與樹(shù)脂骨架間的疏水作用、抗生素分子中極性基團(tuán)與樹(shù)脂上化學(xué)基團(tuán)的氫鍵或偶極鍵作用等對(duì)提高其選擇性起著重要作用。抗生素的分子體積較大，大孔網(wǎng)狀樹(shù)脂有利于大分子的擴(kuò)散與吸附，有較大的吸附量。因此適于提取分離抗生素。
一些抗生素提取純化所用樹(shù)脂的類型可列舉為：弱酸樹(shù)脂分離碳霉素、金霉素、卡那霉素、丁胺卡那霉素、新霉素、粘桿霉素、桿菌肽、萬(wàn)古霉素、巴龍霉素、先鋒霉素、肉桂霉素、慶大霉素；弱堿樹(shù)脂分離先鋒霉素C；強(qiáng)堿樹(shù)脂分離新生霉素、土霉素；強(qiáng)堿樹(shù)脂分離（Cl-）肉瘤霉素；強(qiáng)酸樹(shù)脂分離春雷霉素、結(jié)核霉素、卷曲霉素、抗生素8510；強(qiáng)酸樹(shù)脂分離（Na+）；夾竹桃霉素、紅霉素。
三、離子交換樹(shù)脂法提取分離蛋白質(zhì)、酶和多肽
蛋白質(zhì)、酶和多肽是由α–氨基酸縮合而成的生物高分子。由于某些氨基酸殘基含有羧基或堿基，使這些生物高分子成為兩性物質(zhì)。蛋白質(zhì)和酶在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下不穩(wěn)定，強(qiáng)烈的疏水作用也會(huì)使其變性，因此所用的樹(shù)脂應(yīng)當(dāng)是親水的弱酸樹(shù)脂或弱堿樹(shù)脂。
例如，聚丙烯酸系列的弱酸樹(shù)脂，或者以纖維素、葡聚糖凝膠、瓊脂糖凝膠為載體的弱酸或弱堿樹(shù)脂等均適用于生物高分子的分離與純化。
四、離子交換樹(shù)脂法提取分離生物堿
生物堿是許多中草藥的有效成份。他們?cè)谥行曰蛩嵝詶l件下以陽(yáng)離子形式存在，能用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂從提取液中富集分離出來(lái)。鉤吻類總生物堿具有良好的抗癌作用，其樹(shù)脂法提取分離工藝所得的浸膏總收率為1.07％，純度＞96％ 。
離子交換樹(shù)脂吸附總生物堿之后，可根據(jù)生物堿組分的堿性差異，采用分布洗脫或分布提取的方法，將其中的各種生物堿組份一一分離。其工藝流程圖如1。
按工藝所示方法1可從麻huang草的稀鹽酸浸液中分離麻huang堿和偽麻huang堿，以方法2可從洋金花的0.1％鹽酸浸液中分離莨菪堿和東莨菪堿，以方法3可從護(hù)心膽根的0.5％鹽酸浸液中分離紫堇塊莖堿、畢靈堿和南天竹堿等，均取得良好的分離效果 。
與溶劑法相比，離子交換樹(shù)脂法提取分離生物堿具有許多*之處，不僅操作簡(jiǎn)便、消耗低，而且產(chǎn)品純度好、收率高，更適于工業(yè)化生產(chǎn)。此外，其他天然堿性化合物（如肌苷）及具有季銨鹽結(jié)構(gòu)的天然有機(jī)物（如膽堿磷酸甘酯）也可以用類似工藝提取分離與純化。
五、離子交換樹(shù)脂法分離純化糖類化合物
人們根據(jù)糖中順式鄰二羥基能與硼酸形成復(fù)鹽陰離子的特性,采用硼酸型陰離子交換樹(shù)脂或用硼酸溶液作流動(dòng)相,從而使糖類物質(zhì)能在陰離子交換樹(shù)脂上進(jìn)行分離純化。
用此法還可以成功分離果糖、半乳糖和葡萄糖。黃芪用水提取, Pb (OAC) 沉淀除去蛋白質(zhì),加乙醇使多糖沉淀出來(lái)。粗多糖重溶水 ,通過(guò)硼酸DEAE 纖維素柱,0. 01 M 硼酸溶液洗脫,再用乙酸、丙酮處理,得到黃芪多糖AG21 。其它黃芪多糖成分如AH21和AH22 等也已用同樣工藝進(jìn)行了分離純化。
用于分離純化糖類化合物的另一類離子交換樹(shù)脂法是將磺化聚苯乙烯型陰離子交換樹(shù)脂轉(zhuǎn)化為鈣型,用作層析固定相,離葡萄糖和果糖 、木糖醇和山梨醇等。用類似樹(shù)脂從棉子糖水解液中提取分離D2果糖,取得令人滿意的結(jié)果。
無(wú)論是天然藥用植物或動(dòng)物,這些天然產(chǎn)物在我國(guó)有著種類多,分布廣的優(yōu)勢(shì)。對(duì)它們的分結(jié)構(gòu)與生理活性關(guān)系的研究以及對(duì)天然物的綜合利用是當(dāng)今非常感興趣的課題。由于離子交換樹(shù)脂提取分離技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便,生產(chǎn)連續(xù)化程度高,而且得到的產(chǎn)品往往純度高。成本低,因而離子交換樹(shù)脂在天然產(chǎn)物提取分離研究與生產(chǎn)中的應(yīng)用必將日益廣泛。后值得一提的是極性或弱極性大孔吸附樹(shù)脂，它們對(duì)非離子性有機(jī)化合物的吸附性能比較好適用于非離子性天然產(chǎn)物的分離純化。所以對(duì)于非離子性的有機(jī)化合物的提純分離來(lái)說(shuō)離子交換樹(shù)脂將會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
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