莽草酸的生物活性及提取工艺研究进展

陈豆弟，张露

（陕西理工学院化工学院，陕西汉中723001）

莽草酸的生物活性及提取工艺研究进展

陈豆弟，张露

（陕西理工学院化工学院，陕西汉中723001）

简要介绍了莽草酸的生物活性，综述了莽草酸的提取工艺，分析了其目前的研究热点及存在的问题，最后展望了发展前景。

莽草酸；生物活性；提取工艺

莽草酸（shikimic acid）又名毒八角酸，主要分布在八角茴香、马尾松、侧柏及枇杷叶中。我国是八角属植物的主要分布区［1］，占世界总产量的90%［2］，为工业上莽草酸的提取提供了丰富的资源。除了从植物中提取外，微生物发酵也能提取莽草酸，目前罗氏公司三分之一的莽草酸就是大肠杆菌提供的［3］。现代药理学研究证明，莽草酸及其衍生物具有抗炎镇痛、抗肿瘤抗血栓、抗HIV等多种生物活性。目前我国在临床上将该化合物鉴定为合成治疗H5N1亚型高致病性禽流感唯一有效药物“达菲”的关键中间体，这使得莽草酸的开发价值大大提高［4］。虽然我国莽草酸资源丰富，但莽草酸的提取条件要求十分苛刻，且近几年来随着人们疾病预防意识的增强，莽草酸的市场需求量大幅度提高，因此有必要寻求合理且经济高效的提取及纯化方法来提高莽草酸的产量，以拓宽其应用范围。本文简要介绍了莽草酸的生物活性，重点综述了现阶段莽草酸的提取工艺，探讨了各提取工艺的研究热点及发展方向，以期为我国莽草酸资源的开发利用提供参考。

1 莽草酸的生物活性

1.1 抗炎镇痛作用

大量的研究表明，莽草酸可直接抑制病毒颗粒从细胞释放，阻止其进一步感染正常细胞，起到迅速控制病毒的作用，从而控制微生物的生长，使莽草酸达到消炎镇痛的作用。林洁等［5］采用扭体法和温浴法观察腹腔注射莽草酸溶液后小鼠痛阈潜伏期和扭体反应次数，实验结果显示八角茴香提取物莽草酸具有明显的镇痛抗炎效果。

1.2 抗肿瘤抗血栓作用

北京中医药大学孙建宁等对莽草酸及其衍生物针对心脑血管系统的作用作了进一步的研究，发现莽草酸可直接影响花生四烯酸代谢，抑制血小板聚集和凝血系统，进而发挥抗血栓作用。王宏涛等［6］对从八角茴香中提取的莽草酸进行研究，得出莽草酸可能是通过保护脑组织能量代谢，提高脑组织某些酶的生物活性，减轻脑水肿程度，达到保护缺血性脑组织损伤的结论。

1.3 抗HIV作用

莽草酸是目前世界上被证实对抗禽流感唯一有效的原材料，莽草酸经加工提炼得到对抗禽流感的达菲类药物。KARPFM等［7］的研究结果显示，莽草酸结构中的亲脂性基团与流感病毒的神经氨酸酶的疏水部分结合，使病毒的神经氨酸酶失去分解被污染细胞表面唾液酸的能力，阻断了被复制的病毒颗粒向周围细胞的扩散，从而抑制流感病毒的继续传播。

1.4 其他作用

莽草酸除了具有抗炎镇痛、抗肿瘤抗血栓、抗HIV作用外，也可作为抗癌药物的中间体，还是许多生物酸、碱及其衍生物等药物合成的关键体。此外，莽草酸还可作为保健品和食品的添加剂，调节血管微循环，起到预防及治疗心血管疾病的作用。

2 莽草酸的提取工艺

溶剂浸提法和热回流提取法是传统的莽草酸提取工艺，随着现代科技的快速发展，越来越多的研究者开始采用现代分离技术提取莽草酸，如超声波辅助提取法、微波辅助提取法、离子交换法提取和减压内部沸腾法提取等。

2.1 溶剂浸提法

溶剂浸提法是最传统的提取方法，也是目前工业上一直沿用的提取方法，因其操作简单、实验条件温和等优点受到推崇。溶剂浸提法根据所需溶剂分为水浸提法及有机溶剂浸提法，根据提取条件也可分为冷提法和热提法。

水浸提也就是水蒸气蒸馏法。水蒸气蒸馏法是提取挥发油和挥发成分的常用方法。在蒸馏前，首先加适量水使原料充分浸润，然后将挥发性成分有效地蒸出。有机溶剂浸提法是根据相似相容原理将提取物溶解到提取剂中，然后除去提取剂，获得提取物粗品。

李健等［8］采用水蒸气蒸馏法从八角茴香中提取茴香油和莽草酸，确定了提取的最佳工艺为物料粒径80目、料液比1∶15（g/mL）、提取温度150℃、提取时间4 h，莽草酸的提取率达2.05%。在此实验中，水蒸气蒸馏装置和挥发油测定器同时使用，既节省了时间，又充分利用了原材料。

有机溶剂浸提法原理与水蒸气蒸馏法是一样的，一般用到的有机物主要有乙醇、丙酮、甲醇和丁醇等。谢济运等［9］以乙醇为溶剂，研究了湿地松松针中莽草酸的提取工艺。通过单因素和正交试验，确定了乙醇浸提法的最佳工艺：乙醇浓度65%、提取温度75℃、料液比1∶25（g/mL）、提取时间2.5h，莽草酸的提取率为1.49%。

溶剂浸提法具有设备简单、操作方便的优点，但提取物粘度较大，纯度不高，还存在溶剂用量大等缺点。林於等［10］经预试验，从安全、可持续、低成本与可工业化生产等方面综合考虑，采用离子交换树脂－大孔吸附树脂系统来解决此缺陷。因此，若能对废弃的有机物进行回收或循环使用，在降低生产成本的同时，也可减少环境的污染。

2.2 热回流提取法

热回流提取法是在有机溶剂提取法基础上发展起来的一种方法，其原理是采用回流加热装置使溶剂回流；溶剂蒸馏后又被冷凝，重新回到浸出器中继续参与循环浸提直至有效成分完全提出。提取莽草酸时，一般先将原料烘干后粉碎，过筛后加溶剂，回流加热浸提，过滤得到莽草酸的粗提取液，粗提取液再经沉淀或重结晶得莽草酸。因每次与原料接触的都是新鲜溶剂，大大提高了产品的得率，缩短了提取时间，同时也避免了提取过程中溶剂的挥发损失。

刘永友等［11］研究在回流条件下单因素对莽草酸提取率的影响，并用正交法探讨回流提取八角茴香中莽草酸的最佳工艺条件：以蒸馏水为提取溶剂、原料粒度0.42 mm、提取温度100℃、液固比20∶1、提取时间120 min、提取两次，提取率可达8.117%。

热回流提取法实现了溶剂的循环使用，可有效防止溶剂污染；但提取时需连续加热，浸出液受热时间较长，易使提取物有效成分失活，故此法不适于热敏性有效成分的提取。目前回流提取法还有很大的研究空间，对工艺条件及工艺过程的优化将是今后学者们的主要研究方向。

2.3 超声波辅助提取法

超声波辅助提取法是利用超声波的机械效应、空化效应及热效应，通过增大介质分子运动速度、增大介质穿透力，以提取有效成分。超声波作用产生的能量能有效打破细胞边界层，增大扩散速度，同时提高破碎速度，缩短破碎时间，显著提高提取效率。超声波提取通常是将原料粉碎，与一定的溶剂混合，经过超声作用使提取物与溶剂充分接触达到提取的目的。

超声波提取时，不但其功率和提取时间对产率有影响，而且工艺中的料液比对产率也有一定的影响。料液比过大时，会增加超声波破碎细胞的阻力，使细胞破碎程度下降，有效成分难以溶出；料液比过小时，没有足够的溶剂带出原料中的有效成分，提取率降低。谢济运等［12］对超声波提取湿地松松针中的莽草酸工艺条件进行了研究：当料液比为1∶20（g/mL）时，松针中莽草酸的提取率最高，随着料液比的不断增加，产率却逐渐下降，因此，选择适宜的料液比是提高莽草酸提取率的关键。与传统方法相比，超声波提取能加快有效物质的溶出，大大缩短提取时间，由传统的2～3 h缩短到几十分钟，有时甚至还可缩短到几分钟。刘洁等［13］以八角茴香为原料，在用超声波提取莽草酸工艺研究中，提取46 min，提取两次，总提取率可达6.8%。

目前，超声波提取法是一种相当成熟且有广泛应用的提取技术，提取的时间短、条件温和、提取物品质优，具有很好的发展前景。但超声波提取工业化扩大生产还存在瓶颈问题，难以跨越提取中的不确定因素，同时大功率的发声器对环境也有一定的污染，此类问题亟须研究者解决。

2.4 微波辅助提取法

微波辅助提取法是一种新兴的天然产物提取技术。微波萃取是利用高频电磁波直接与分离物质作用，导致原料体内不同成分反应差异使有效成分与基体快速分离，微波作用过程中，由于物质分子与微波震动具有相似频率，在快速微波振动磁场中，被辐射物质吸收微波能，体系温度迅速升高，分子内部热运动加强，摩擦使细胞膜破裂，有效成分溢出溶于提取剂中，再进行精制纯化得到纯度较高的目标产物。

与溶剂浸提法、热回流提取法、超声波提取法等相比，微波辅助提取法提取莽草酸所用的时间最短。丁雷涛等［14］研究采用微波辅助提取法提取松针中莽草酸，通过正交实验对工艺条件进行优化，筛选出最佳的工艺条件：微波温度35℃，料液比1∶20（g/mL），微波功率550 W，乙醇浓度35%，微波时间90 s，莽草酸提取率达11.312 mg/g。微波还可辅助其他方法来提取莽草酸。张迎等［15］利用超声波微波协同萃取法从八角茴香中提取莽草酸，超声微波协同提取莽草酸不但缩短了提取时间，而且提取率也大大提高，提取三次，提取率最高可达7.823%。

微波辅助提取法是一种清洁高效的现代化提取方法，具有溶剂用量少、生产周期短、全封闭式操作等优点。近年来，微波辅助提取法的研究只局限于工艺条件的优化，而微波提取还存在升温迅速、受热不均匀等缺点，提取热敏性物质时可能会使有效成分失活，因此这些问题还有待科研人员进一步研究解决。

3 展望

近年来，环境恶化及病毒变异引起的禽流感备受国内外研究者关注，莽草酸作为抗禽流感药物“达菲”的重要原料，其提取及衍生物的制备成为国内外的研究热点。目前莽草酸的合成技术尚未成熟，其合成产物的安全性屡遭质疑，从八角茴香及其他植物中提取莽草酸仍是生产达菲的关键步骤。浸提法和热回流法是提取莽草酸最传统的方法，虽然在提取方法领域中已相当成熟，但其提取时间长，能耗大，提取率不高，还存在溶剂污染等问题，在经济高效、节能环保理念要求下有逐渐被淘汰的趋势。超声波辅助提取法不但要注重工艺条件的优化，还要控制好工艺参数。相比于微波辅助提取法，超声波辅助提取法在萃取时声震强度较大，但微波辅助提取法升温迅速，受热不均匀可能破坏有效成分的结构，因此多种方法联用将是今后莽草酸提取方面的主要发展方向。相信经过研究者对提取工艺的不断改进及优化，莽草酸的产量将会越来越高，禽流感给人们带来的恐惧将不复存在，同时借助于莽草酸的多种生物活性，其应用范围将会得到更大的拓展。

［1］李利军，陈甜，朱晓勇，等.离子交换树脂对莽草酸粗提夜的脱色研究［J］.广西工学院学报，2006，12，17（4）：1－4.

［2］张志信，张仕秀，李洪潮，等.从八角茴香中提取莽草酸工艺研究［J］.安徽农业科学，2010，38（16）：8406－8409.

［3］养殖与饲料编辑部.美国发现预防禽流感药物的新原料［J］.养殖与饲料，2006（5）：52.

［4］张迎，刘军海，刘燕飞，等.八角莽草酸提取、分离、纯化及其功能性研究进展［J］.粮食与油脂，2012，（2）：45－49.

［5］林洁，兰琪欣，韦应芳，等.八角茴香药用成分的提取及其镇痛作用的实验研究［J］.右江医学院学报，2008，（2）：195－196.

［6］王宏涛，孙建宁，徐秋萍，等.异亚丙基莽草酸对大脑中动脉栓塞大鼠脑含水量和能量代谢的影响［J］.中国药理学与毒理学杂志，2002，16（4）：270－272.

［7］KARPFM，TRUSSARDIR.New，azide－free transform ation of epoxides into 1，2－diamio compounds：synthesis of the anti－influenza neuramini－dase inhibitoroseltamivir phosphate（Tamifu）［J］.J.Org.Chem，2001，66（6）：2044－2051.

［8］李健，杨慧，黎晨晨，等.八角茴香中精油和莽草酸提取工艺优化［J］.食品科学，2011，32（20）：30－33.

［9］谢济运，陈小鹏，李志远，等.湿地松松针中莽草酸的提取及含量测定［J］.安徽农业科学，2010，38（9）：4571－4574.

［10］林於，马廉举，刘新，等.马尾松中莽草酸提取工艺研究［J］.中国医药工业杂志，2009，40（8）：581－584.

［11］刘永友，廖晓峰.八角茴香中莽草酸的提取工艺研究［J］.食品研究与开发，2008，29（5）：88－93.

［12］谢济运，陈小鹏，陈芳.超声波法提取湿地松松针中莽草酸的研究［J］.食品科技，2010，35（8）：258－262.

［13］刘洁，李秋庭，陆顺忠，等.超声波提取八角莽草酸工艺研究［J］.粮油食品科技，2009，17（5）：47－50.

［14］丁雷涛，林华卫，马雄，等.微波辅助提取松针中莽草酸的工艺研究［J］.化学工业与工程技术，2011，32（4）：5－8.

［15］张迎，刘军海，刘燕飞，等.超声微波协同提取八角茴香中莽草酸的工艺研究［J］.食品工业，2011，（8）：21－25.

10.3969/j.issn.1007-2217.2012.03.003

2012－05-28