硫磺熏蒸中药材化学成分转化研究

张丽，沈红，董河，段素敏，李松林，刘丽芳

(1.中国药科大学 天然药物活性组分与药效国家重点实验室，江苏 南京 210009；2.江苏省中医药研究院和中国中医科学院江苏分院 中药代谢组研究室，江苏 南京 210028;3.南京中医药大学附属中西医结合医院 中药质量研究室，江苏 南京 210028)

硫磺熏蒸中药材化学成分转化研究

张丽1,2，沈红2,3，董河1,2，段素敏1,2，李松林2,3，刘丽芳1*

(1.中国药科大学 天然药物活性组分与药效国家重点实验室，江苏 南京 210009；2.江苏省中医药研究院和中国中医科学院江苏分院 中药代谢组研究室，江苏 南京 210028;3.南京中医药大学附属中西医结合医院 中药质量研究室，江苏 南京 210028)

硫磺熏蒸是一种传统的中药材产地加工养护方法，具有杀虫、防霉和增白等功效。然而硫磺熏蒸也会导致中药材活性成分转化，生成新的化合物，存在药效和毒性改变的隐患。本文在现有文献的基础上归纳总结硫熏熏蒸中药材化学成分的转化规律，为进一步评价硫熏工艺的合理性研究提供参考。

硫磺熏蒸；化学成分；转化机制；特征硫熏标志物

硫磺熏蒸是一种传统中药材加工养护方法，至今已有上百年的历史，具有杀虫、防霉和增白等作用。由于硫熏工艺简便和低廉，近年使用硫熏的中药材品种逐渐增多。然而研究发现硫熏会导致中药材化学成分转化、药理活性发生改变，存在安全隐患。目前，硫熏药材的检测方法仍存在不足，SO2作为硫熏的检测指标需进一步商榷[1]，通过寻找硫熏标志物检测硫熏药材表现出高灵敏度、高选择性[2-3]。因此，本文主要综述硫磺熏蒸对化学成分转化规律，为探索硫熏对中药品质的影响及建立专属性的硫熏筛查方法提供参考。

1 硫熏中药材化学成分转化

硫熏过程中常伴随着化学转化反应。由于中药中化学成分的多样性，全面了解硫熏过程中，化学转化的机制十分困难，有关硫熏的化学转变机制研究十分的局限。硫磺在燃烧过程中会与氧结合，产生二氧化硫或三氧化硫，一方面与水结合生成亚硫酸或硫酸，可与苷类成分上的醇羟基发生酯化反应；另一方面，直接作用于含双键的不饱和基团生成硫酸酯，从而使含量降低。同时，由于二氧化硫具有氧化还原性，可导致药材中不稳定成分如挥发油类等发生氧化还原反应。另外，药材经硫熏后，pH下降，酸性增强，也可与苷类和含有内酯结构成分(包括香豆素类、环烯醚萜类等各种萜内酯成分等)发生水解反应。下面对具有实验依据的化学转化反应进行归纳总结。

1.1 酯化反应

采用HPLC-ELSD定量分析比较白参硫熏前后19种原人参皂苷成分的含量变化[4]，其中醇提液中Re、Rg1分别降低85.65%、69.05%；水煎液中Re、Rg1分别降低69.28%、74.56%。进一步，研究应用UPLC-QTOF-MS/MS技术鉴定了硫熏人参药材提取液中35种人参皂苷含硫衍生物[5]，这些含硫衍生物推测为人参皂苷母核的3位或12位羟基发生的硫酸或亚硫酸酯化反应，其中Re、Rg1硫酸酯化物含量较高，其可能转化机制见图1。同样，硫熏党参中党参炔苷含量明显下降[6]，且在硫熏党参中发现了15种含硫衍生物，其中包括党参炔苷lobetyolinin, lobetyolin, lobetyol的硫酸酯化物[7]。推测硫熏化学转化机制如图2。

图1 人参皂苷类成分硫熏过程可能发生的化学转化机制

图2 党参炔苷硫熏过程可能发生的化学转化机制

在硫熏白芍中发现芍药苷亚硫酸酯[8]，进一步研究发现硫熏芍药中至少有6种硫酸酯化物[9]，且通过定量分析比较芍药苷与新生成分变化关系[10]，表明硫熏白芍中芍药苷与芍药苷亚硫酸酯变化趋势呈现负相关性，随硫熏时间的延长，芍药苷含量从35.79 mg/g 降至5.20 mg/g，芍药苷亚硫酸含量从0升高至47.70 mg/g。

推测化学转化为原有结构中的羟基发生的酯化反应，如图3。同样，在硫熏牡丹皮中也检测了10种包括芍药苷亚硫酸酯在内的亚硫酸酯衍生物[11]。可见，同科属植物，由于化学成分相似，在硫熏过程中可能存在类似的化学转化反应，产生类似的新的含硫衍生物。

图3 芍药苷及苯甲酰芍药苷硫熏过程可能发生的化学转化机制

1.2 加成反应

在硫熏当归中检测到多种含硫衍生物[12]，初步鉴定为藁本内酯的多种亚硫酸酯化物，包括亚硫酸耦合(Z) /(E) 藁本内酯之间C6-C7双键，亚硫酸耦合(Z) /(E) 藁本内酯之间C3-C8双键，二个亚硫酸共同耦合(Z) /(E) 藁本内酯之间C6-C7，C3-C8双键。推测其可能的化学转化机制涉及双键加成反应，反应机制如图4。另有研究发现[13]，当归随着硫熏时间的延长，7种主要活性成分不断降低，至72h后，(E)-藁本内酯降低50.30%，与上述可能涉及到的化学转化反应具有一致性。

图4 当归中藁本内酯硫熏过程可能发生的化学转化机制

硫熏金银花中断马钱子酸含量显著下降[14-15]，且在硫熏金银花中鉴定了4种马钱子酸的硫酸酯化物[16]。通过对柱分离制备的断马钱子酸进行硫熏模拟反应，验证其化学转化可能涉及断马钱子酸的酯化反应或酸化开环后亚硫酸根对羰基的加成反应[17]，如图5所示。

图5 金银花中马钱子酸硫熏过程可能发生的化学转化机制

硫熏食品中普遍存在SO2与糖类物质的反应[18-19]。对于开链醛糖，反应涉及亚硫酸根对羰基的加成反应，而与环状半缩醛糖类的反应涉及酸脱羟基、醇脱氢的酯化反应，从而导致糖类成分降低，转化机制如图6所示。同理，许多经过硫熏的中药材中多糖可能发生上述反应导致含量降低。例如：过量的硫熏可使山药中多糖含量下降，且熏制时间越长多糖含量越低[20]。硫熏百合中总多糖含量也明显下降[21]。

图6 糖类硫熏过程可能发生的化学转化机制

1.3 水解反应

白芷中主要有效成分为香豆素类化合物，其中最主要的欧前胡素、异欧前胡素和氧化前胡素。对29批新鲜白芷进行非硫熏与硫熏加工处理，分析测得硫熏白芷中欧前胡素的含量下降6.77% ～77.56%，平均下降39.86%[22]。将白芷样品与SO2进行硫熏机制的模拟研究[23]，发现氧化前胡素含量急剧下降，水合氧化前胡素含量和某一未知成分急剧增加。随着体系中SO2增加，欧前胡素、异欧前胡素含量持续降低，花椒毒醇和佛手酚(初步鉴定)成倍增加。同时平行的标准品模拟反应中，花椒毒醇、花椒毒素、佛手柑内酯不与SO2产生反应，欧前胡素可能转化为花椒毒醇，异欧前胡素可能转化为水合氧化前胡素，氧化前胡素可能转化为佛手酚，转化过程如图7。

图7 白芷中欧前胡素异、欧前胡素和氧化前胡素硫熏过程可能发生的化学转化机制

硫熏前后，菊花中变化较大的三个成分分别是芹菜素、木犀草素和异绿原酸[24]，硫熏后菊花中黄酮苷类成分含量降低，而黄酮苷元含量升高[25]。推断芹菜素和木犀草素是木犀草苷等的转化产物，转化过程如图8。

图8 菊花中木犀草苷硫熏过程可能发生的化学转化机制

硫熏天麻中天麻素的量明显降低，而对羟基苯甲醇，巴利森苷C及巴利森苷E的含量有所增加，推测原因可能是硫熏天麻导致天麻素和巴利森苷发生水解作用，生成天麻苷元、巴利森苷C和巴利森苷E[26]。化学转化过程如图9。除此之外，硫熏黄芪中毛蕊异黄酮苷和芒柄花苷含量有所降低[27]，与上述苷类变化相同。

图9 天麻中天麻素，天麻巴利森苷硫熏过程可能发生的化学转化机制

1.4 氧化还原反应

菊花中含挥发油类成分较高，主要为单萜和倍半萜类。采用GC-MS分析，归一化法测定了硫熏与未硫熏菊花中挥发油的相对含量，结果表明[28]，硫熏后亳菊挥发油组成差异明显。其中单萜类成分2,4(10)-侧柏二烯、异麝香草酚、伞形花酮、桉叶素、左旋-萜品烯醇和(E)-蒈烯-4醇分别降低了7.5,6.5,3.4,2.0,1.6,1.2倍；而(1R)-樟脑为樟脑、龙脑、乙酸龙脑酯、对位伞花烯、α-蒎烯、乙酸马鞭草烯酯、α-松油醇和麝香草酚分别增加了18.1,5.3,4.3,4.2,3.7,3.5,1.5,1.3倍，根据化合物结构特征及含量变化趋势规律，推测可能发生的转化反应如图10所示。另外，硫熏样品中倍半萜类化合物的降解产物明显增多，发生质的改变。同理，推测可能的转化过程如图11。

图10 菊花中挥发油单萜类成分在硫熏过程可能发生的化学转化机制

图11 菊花中挥发油倍半萜类成分在硫熏过程可能发生的化学转化机制

2 展望

硫熏会导致中药材化学成分改变，产生新物质，从而进一步影响药物代谢动力学行为[29-31]，改变药效[32-34]，存在安全隐患。然而，近年来随着硫熏药材品种和范围的扩展，熏蒸环节有所提前，药材通常经过反复熏蒸，经过一定时间的药材流通，SO2的残留量有所降低，但其中化学成分却改变及新生产物的蓄积却相对稳定，因此，仅以SO2残留量难以真实反映药材的硫熏程度，需从化学成分转化角度出发，寻找硫熏特征标志物，严格控制硫熏中药材，建立更加科学的硫熏评价手段是亟需解决的科学问题。

探索硫熏中药中化学成分转化规律对于快速寻找硫熏标志物具有重要意义。目前，建立硫熏特征标志物筛查策略有：(1)绘制硫熏前后化学指纹图谱[25,35-36]，比较差异性成分，用于硫熏前后含量变化明显，但无新生硫化物生成的中药材；(2)应用代谢组学的方法[12,37]，快速提取特征标志物的分子离子色谱峰；(3)中药中多含相同母核的一类化合物，硫熏过程中，发生相同的化学转化反应。基于策略2的基础上，通过进一步提取含硫衍生物特征碎片离子峰，可完善含硫衍生物的全面筛选，如芍药，牡丹皮等；后两种方案用于硫熏后生成新生硫化物的中药材。

最后，硫磺熏蒸面临诸多挑战，需从药学各领域进行深入探讨，不断加强硫熏程度与中药材化学转化、药效和毒性的量变关联性研究。只有充分考虑到硫熏程度与药材质/效/毒的关联性，才能客观评价硫熏作为药材加工养护方法的合理性，从而为药材硫熏工艺的传承和创新研究提供科学依据。

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Review on Chemical Conversion of Traditional Chinese Medicine during Sulfur-fumigation

ZHANG Li1,2, SHEN Hong2,3, DONG He1,2, DUAN Su-min1,2, LI Song-lin2,3，LIU Li-fang1

(1.ChinaPharmaceuticalUniversity,Nanjing210009,China; 2.JiangsuAcademyofTraditionalChineseMedicineandJiangsuBranchofChinaAcademyofChineseMedicalSciences,Nanjing210028,China;3.HospitalofIntegratedTraditionalChineseandWesternMedicineAffiliatedtoNanjingUniversityofChineseMedicine,Nanjing210028,China)

Sulfur-fumigation is a traditional post-harvest handling process for traditional Chinese medicinals, with the effects of insect prevention and anti-moth, as well as whitening. However, sulfur-fumigation can cause chemical composition changes, which would result in potential activity alterations and safety hazards. This research summarizes the alteration mechanism of chemical compositions in sulfur fumigated herbs through reviewing currently available information, so as to provide scientific bases for further research on evaluation of sulfur-fumigation in post-harvest handling of traditional Chinese medicinals.

Sulfur-fumigation; Chemical composition; Alteration mechanism, Characteristic chemical markers of sulfur-fumigation

2016-06-17

2017-01-10

国家高技术研究发展计划(863计划)(2014AA022204)；国家自然科学基金(81202920,81573596)

张丽(1992-)，女，硕士研究生，从事现代中药分析研究。

*通讯作者：刘丽芳(1969-)，女，博士，教授,从事现代中药分析研究。

R283

A

1002-2392(2017)03-0103-05