类黄酮研究的现状与发展

　　摘 要： 类黄酮在医药、化工、食品等领域具有广泛的应用前景，近年来对其作用机理的研究不断深入，提取工艺不断更新，工厂化生产技术不断改进。本文从类黄酮的结构特征、生理功能、作用机理、发挥功能制约因素、提取工艺、应用范围和工业化生产中存在的问题诸多方面对于类黄酮的研究现状进行了综述，以为进一步研究类黄酮提供帮助。
　　关键词： 类黄酮 化学结构 功能 提取原理 提取技术
　　
　　类黄酮是一组在结构和性质上不同的多酚化合物，在水果、蔬菜、坚果、种子、花和树中都有合成。曾有报道类黄酮具有广泛的生物学功能，包括抗细菌、抗病毒、消炎、抗过敏、对紫外线B伤害的保护和抑制血管舒张的作用。此外，类黄酮具有多种多样的生物活性和药理作用，对一些常见病和多发病有重要的治疗或预防作用，如通过抗氧化和清除氧自由基而起抗癌、防癌功效，并能通过降血脂、低血糖、尿糖而治疗高血脂、糖尿病及其并发症，还可增强机体的免疫系统功能而起到护肝效果，也可通过其抗炎、抗过敏、抗病毒作用而治疗脓肿溃疡，并有止咳化痰、镇痛泻下之功效。而且，类黄酮还有抑制脂类过氧化、血小板凝聚、毛细血管透性增加和变脆的作用，并有抑制一些酶系统包括环加氧酶和脂氧化酶活性的作用。类黄酮是通过抗氧化、自由基清除和对二价阴离子的螯合作用实现这些功能的。由于类黄酮具有多种生理和药理功能，在保健品、医药、食品等领域具有广阔的应用前景，已掀起了人们对类黄酮的研究、开发利用热潮。除在医药工业上已广泛应用其生理活性外，也把它作为功能食品的添加剂、天然抗氧化剂、天然色素和天然甜味剂等。
　　1.类黄酮的化学结构
　　类黄酮是低分子量的多酚物质，黄烷是其核心骨架。类黄酮的基本结构具有3个酚环，分别用A，B，C环表示［１］。根据它们的化学结构对其进行分类。类黄酮主要种类有黄酮醇、黄酮、黄烷酮、儿茶酸、花色素、异黄酮、二氢黄酮醇、查儿酮。
　　2.类黄酮的功能
　　2.1类黄酮的抗氧化和螯合性质
　　在离体条件下，类黄酮通过清除超氧阴离子和羟自由基抑制起始阶段的脂类过氧化作用。类黄酮通过提供给过氧化基团氢原子产生类黄酮自由基终止自由基链式反应。类黄酮自由基反过来又和自由基团发生反应终止传递链。除了具有抗过氧化的性质，一些类黄酮作为金属离子螯合剂，抑制过氧化驱动的产生活性自由基主要源的Fenton系统。
　　2.2类黄酮脂类抗氧化活性与其结构的关系
　　类黄酮脂类抗氧化活性受类黄酮一些结构特性的影响。
　　2.2.1C环上碳3羟基（3—OH）基团。具有3—OH的类黄酮糖苷，如3，7，3′，4′—四羟基黄酮、儿茶酸、槲皮素、杨梅黄酮、桑色素是脂类过氧化的潜在抑制物，而缺乏3—OH取代基团的黄酮、黄烷酮等与其相比则抗氧化能力较差。
　　2.2.2C环上（C2—C3）间的双键。此双键上的加氢反应可降低类黄酮抗过氧化作用。在一些研究中C环上的碳4（C—4）羰基是类黄酮抗氧化活性的必须基团，而不是其它基团。没有C—4羰基的儿茶酸比具有C—4羰基槲皮素具有很低的氢自由基清除潜力。羟基的数量也影响自由基清除能力。A、B环上的多聚羟基取代的重要性已经通过对比槲皮素、杨梅黄酮、根皮素、（+）—儿茶酸、桑色素和3，7，3′，4′—四羟基黄酮和5，7，4′三羟基黄酮、橘皮苷、柚皮素、柚皮苷、白杨素和3—羟基黄酮得到了证明。前者都有4—6个羟基取代，而后者只有1—3个羟基。类黄酮的羟自由基清除活性随着B环上的羟基数量增加而增强。尤其是在C—3′羟基取代。并且随着羟基数量的减少而迅速下降。杨梅黄酮（羟基化方式:3，5，7，3′，4′，5′）比4′，5，7—三羟基黄酮醇（羟基化方式:3，5，7，4）具有更强的羟自由基清除作用。
　　2.2.3羟基化方式。A环上的C—5和C—7上的羟基基团，B环上的C—3′和C—4′羟基基团与C环上fa48dd4bf180417ec29b299ea5be23a37de7c84b73f4183b8851d044432f6e10C—3位置羟基基团都有利于抑制脂类过氧化作用。黄烷酮的抗过氧化活性需要C—2′羟基基团和焦性没食子酸基团（C—3′，C—4′，C—5′）羟基。
　　2.2.4糖苷配基的存在。类黄酮的糖基配体如5，7，4′—三羟基黄酮糖基配体、柚皮素糖基配体、橘皮素糖基配体、香叶木素糖基配体、槲皮素糖基配体、根皮素糖基配体和杨梅黄酮糖基配体在抑制MDA的生成上比它们相应的糖苷更有效。
　　2.2.5由于甲基基团的空间位阻效应降低了在离体培养中类黄酮的抗氧化的效率。
　　2.2.6同时具有C—4羰基和C—3或C—5羟基的基团，如芸香苷和槲皮素可与铁离子形成螯合物。类黄酮螯合金属铁离子的能力可阻止Fenton系统中自由基的形成，从而可能利于抗氧化的性质。而且类黄酮在与铁离子形成螯合物后仍然具有清除自由基的活性。因此，金属离子螯合物的形成是类黄酮抗过氧化的机制之一。
　　3.提取原理
　　类黄酮的提取是根据相似相溶原理进行的，过程实质是类黄酮从植物内部向溶剂中转移的传质过程:溶剂从溶剂主体传递到固体颗粒的表面；溶剂扩散渗入固体内部和内部微孔隙内；类黄酮溶解进入溶剂；通过固体微孔隙通道中的溶液扩散至表面；类黄酮从固体表面传递到溶剂主体。在这一系列步骤中，影响类黄酮提取的控制因素是类黄酮在所选用溶剂中的溶解度大小，以及向溶剂扩散的难易程度。由于类黄酮结构和来源的不同，溶解特性差异也很大，因此应根据其极性和水溶性的大小来选择合适的溶剂进行提取。目前，对苷类和极性较大的苷元，常用某些极性较大的混合溶剂如甲醇—水（1∶1）、水、甲醇、乙醇、丙酮等进行提取，而对大多数苷元如异黄酮、黄烷酮、双氢黄酮醇等则采用苯、乙醚、氯仿或乙酸乙酯等极性较小的溶剂进提取。
　　4.提取技术
　　在类黄酮的提取中，由于传统提取方法能量消耗过大，类黄酮得率和含量低，杂质多并存在溶剂残留等问题，因此一些新兴提取技术受到愈来愈多的关注。
　　4.1超临界CO提取技术
　　超临界CO提取类黄酮和传统的溶剂提取相比具有一系列优点:从提取到分离可一步完成，类黄酮得率和含量高，且提取条件温和（Tc=31.06℃）、周期短，保护了类黄酮的活性成分不发生次生化，并无有机溶剂残留，具有环境友好的特点。超临界CO提取类黄酮时，由于CO的非极性和类黄酮的强极性，必须采用夹带剂或在较高的压力下提取，而高压设备的一次性投资比较大，这就给其工业化带来一定难度。尤其是超临界流体的相平衡和传递过程基础数据的缺乏，不能建立满意的关联和预测模型，另外间歇生产的能量损失大、萃取率低和成本高，都要今后进一步研究解决。
　　4.2酶工程技术
　　酶工程技术是指在类黄酮提取过程中，通过加入恰当的酶发生转糖反应和酶解反应而使产品类黄酮得率和含量大大提高的新兴技术。在传统的水（或醇水）提取中，只能提取以糖苷为中心的水溶性类黄酮，很多油溶性的类黄酮就很难提取出，致使类黄酮得率和含量过低。此时如选用恰当的酶加入，不仅可以将油溶性的类黄酮转化为易溶于水的糖苷类而有利于提取，而且可以通过酶反应将植物组织分解，使提取传质阻力减小，利于提取；另外也可使提取液中的杂质如淀粉、蛋白质、果胶等分解去除，从而简化后续分离纯化工序，因此，在传统类黄酮提取工艺占主导的工业化生产中具有良好的工业可行性，并具有提取条件温和、有利于类黄酮活性保护、成本低、安全等优点。此外，该技术对干燥或浸湿的原料皆适用。酶工程技术提取类黄酮在国外已有厂家用于工业化生产，但酶的选择还存在一定的局限性，尤其是在进行深入药理研究基础上，寻找最佳工艺条件和可能的作用机理，需要下一步深入的研究。
　　
　　4.3超滤技术
　　超滤技术是指常温下以一定压力和流量，利用不对称微孔结构和半透膜分离介质，以错流方式进行过滤，使溶剂及小分子物质通过，高分子物质和微粒子如蛋白质、水溶性聚合物、细菌等被滤膜阻留，从而达到分离、纯化、浓缩的发展最快的新型膜分离技术。该技术用于类黄酮的分离纯化时，与传统的分离方法相比，具有分离效率高、分离速度快、分离过程无相变、不易形成表面极化现象、无需添加化学试剂、成本低、无污染、无须加热、低温操作有利于热敏物质的提取等特点，并且超滤膜不易堵塞，可反复使用。超滤技术在国内外已有不少成功的应用报道，但用于类黄酮提取的工业化生产时，须解决好以下几个关键问题:膜的污染和劣化；膜分离工艺及其产品的规范化和标准化；超滤技术在整个生产流程中的最佳切入点。
　　4.4物理场辅助提取技术
　　物理场（超声场和微波场）辅助提取类黄酮目前所进行的一些研究［2］，都仅停留在实验室规模对某些具体提取对象进行简单的工艺条件实验。因此今后的研究中须对它们的作用机理和动力学模型进行深入探讨，以便建立一套各自较为通用的模式，为不同提取对象的操作条件提供依据；同时还应注意工程放大问题的研究以及特殊辅助提取设备的研发。
　　4.5高速逆流色谱技术
　　高速逆流色谱技术提取类黄酮［3］，目前仅用于分析或少量分离制备标准品，国内外对其相关研究开展得较少，尤其是HSCCC提取类黄酮中怎样正确选择溶剂系统、转向与转速、流速、操作温度等参数，以及如何提高类黄酮标准品的制备量都是将来研究的重点。高速离心技术用于分离纯化类黄酮的相关研究不是很多，其中离心条件的选择应是日后研究的主要部分，同时还应加强现有离心设备的改造及新设备的研发。
　　总之，这些技术作为新兴事物的出现，对它们的研究还不是很深入，也存在一些不可忽视的问题。但随着人们对其作用机理和应用的研究逐步深入，所存在的问题得到了不断的解决。它们必将推动类黄酮工业化生产的进一步发展，并将有广阔的前景。
　　
　　参考文献：
　　［1］王龙，孙建设.类黄酮的化学结构及其生物学功能.河北农业大学学报，2003.5，（26）：144-147.
　　［2］赵旭博，董文宾，于琴，王顺民.超声波技术在食品行业应用新进展.食品研究与开发，2005.2，（26）：3-7.
　　［3］欧阳平，张高勇，康保安.类黄酮的新兴提取技术原理、应用及前景.天然产物研究与开发，2003.6，（15）：563-566.
　　 注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”