新橙皮苷二氢查耳酮的合成工艺及应用进展

王 刚，蔡 才，王亚珍，王红波，谢新春，万伟雄，黄冬云，胡思前*

（1. 江汉大学 a. 化学与环境工程学院；b. 生命科学学院，湖北 武汉 430056；2. 武汉市华甜生物科技有限公司，湖北 鄂州 436070）

新橙皮苷二氢查耳酮（NHDC）是一种查耳酮的衍生物，合成原料主要是柚皮苷和橙皮苷。柚皮苷和橙皮苷广泛存在于柑橘类果实的皮、肉和种子中，通常果皮中含量较多［1］；其合成工艺也较为简单，分为化学法与生物法，均操作简易，合成周期短。研究发现其甜度是蔗糖的1 500 ～1 800 倍［2］，其性质稳定、无毒无害、高效低热，具有良好的调味功能，是一种新型的甜味剂，能够让食品增香增甜，且能在食品中长期稳定存在，可满足作为食品添加剂的要求，因此在食品工业中具有广阔的应用前景；另外NHDC 还具备良好的生理活性，具备抗氧化性和清除自由基的能力，能够降胆固醇和血糖［3］。

1 NHDC 前驱体的提取及合成

NHDC 是通过橙皮苷的异构体新橙皮苷在碱性条件下开环得到新橙皮苷查耳酮，再催化加氢得到［4］。新橙皮苷在天然植物中含量较低，因此通常将柚皮苷、橙皮苷转化为新橙皮苷再用于NHDC 的制备。NHDC 合成的完整流程是先提取橙皮苷、柚皮苷，再通过各种方式转化为新橙皮苷，最后采用碱液开环、催化加氢得到。

1.1 橙皮苷和柚皮苷的提取

橙皮苷与柚皮苷的提取方法较为成熟，手段多种多样。当前成熟的提取方法有碱提酸沉法、醇溶剂提取法、超声提取法、微波提取法及酶法等。相关原理及参数如表1 所示。

表1 橙皮苷与柚皮苷提取法Tab.1 Extraction of hesperidin and naringin

1.2 新橙皮苷合成及提取

1.2.1 柚皮苷化学法合成新橙皮苷 柚皮苷化学法合成新橙皮苷是通过催化剂催化羟醛缩合反应，用于该反应的催化剂种类有很多，例如碱醇催化剂、四氢吡咯、脯氨酸等，加之我国每年柚子产量巨大，柚皮来源丰富、价格稳定，从柚皮中提取柚皮苷合成新橙皮苷的路线不论从经济上还是资源利用上都是很有利的。柚皮苷化学法合成新橙皮苷反应方程式如图1 所示，催化剂的优缺点如表2 所示。

1.2.2 橙皮苷生物转化法合成新橙皮苷 橙皮苷与新橙皮苷是同分异构体，两者区别在于橙皮苷上橙皮素连的基团是鼠李糖基β- 1，6- 葡萄糖苷，而新橙皮苷上橙皮素所连基团为鼠李糖基β- 1，2- 葡萄糖苷［22］。由于两者是同分异构体，因此如何将橙皮苷高效地转化为新橙皮苷成为研究人员关注的重点。生物转化法是将橙皮苷水解，通过生物酶的作用将其转化为新橙皮苷，或是通过生物酶将橙皮苷的鼠李糖去除，再使用转移酶将橙皮苷转化为新橙皮苷。基于这一思路，国内外研究人员将众多生物酶应用于两者的转化，并取得了良好的效果。1993 年，Castillo 等［23］将橙皮素通过葡萄糖基转移酶与鼠李糖基转移酶分两步合成为新橙皮苷，并表明柑橘的枳壳中含有新橙皮苷的成分，给新橙皮苷的生物合成法提供了新的思路。2005 年以色列Frydman 课题组［24］联合美国佐治亚大学利用7- O- 葡萄糖基转移酶与鼠李糖基转移酶的共同作用，将由橙皮苷通过高温稀酸溶液水解得到的陈皮素转化为新橙皮苷，同时另一水解产物陈皮素- 7- O- 葡萄糖苷在鼠李糖基转移酶的作用下得到新橙皮苷。反应方程如图2 所示。

图1 柚皮苷化学法合成新橙皮苷反应方程Fig. 1 Reaction equation of chemical synthesis of neohesperidin from naringin

表2 3 种柚皮苷化学法合成新橙皮苷的催化剂Tab.2 Three catalysts for synthesis of neohesperidin from naringin with chemical methods

图2 橙皮苷生物转化法合成新橙皮苷Fig.2 Synthesis of neohesperidin from hesperidin with biotransformation method

2009 年朱思明等［25］发现了一种新的生物转化法，将橙皮苷与金属溶液反应得到橙皮苷金属配合物，加入固定化橙皮苷酶得到橙皮苷酶解产物，再加入固定化鼠李糖基转移酶1，2- RhaT得到新橙皮苷盐，最后除去金属离子得到新橙皮苷。反应方程如图3 所示。

图3 新生物转化法合成新橙皮苷Fig.3 Synthesis of neohesperidin with a new biotransformation method

1.2.3 植物萃取法 萃取法是提取天然物质的常用方法，是利用所要提取的天然成分在某些溶剂中分散程度较大的原理，辅以微波、超声、机械、超临界等方法［26］使所要提取的天然成分溶解在萃取剂中，然后在萃取剂中进行分离纯化，最终得到所需成分。植物萃取法的原料是一些新橙皮苷含量较为丰富的芸香科和茜草科等植物的花、果实、果皮和种子，其中枳实与枳壳中新橙皮苷含量较高，因此一般将枳实与枳壳作为主要原料。天然植物中新橙皮苷的产量较低，因此并没有工业价值，仅供理论研究。贾长英等［27］采用索氏提取法，以95% 的乙醇为提取剂，对甜橙皮中新橙皮苷进行提取，确定了适宜工艺条件∶料液比为1∶10（g/mL），提取温度为90 ℃，提取时间为4 h，浓缩液的pH 在4 ～5 之间，收率在0.65% ～0.68% 之间。刘学仁等［28］采用微波法对枳壳中的新橙皮苷进行提取，采用正交试验确定适宜工艺条件为：80% 乙醇、微波功率400 W、温度40 ℃，提取时间10 min。

2 NHDC 的合成

新橙皮苷在碱性条件下开环得到新橙皮苷查耳酮，再加氢即可得到NHDC。当前常规的方法是选用催化剂进行催化加氢，使用较为成熟的催化剂有钯碳、骨架镍、硼氢化钠和硼氢化钾；非常规方法即不采用催化剂对新橙皮苷查耳酮进行加氢，目前有电解加氢法较为理想。

2.1 常规加氢法

常规加氢法要求工艺流程相对简单、环保绿色，否则不利于工业化，易造成污染，并将导致成本过高，产品纯度不够。常规加氢法基本流程如图4 所示。

图4 常规加氢法流程Fig.4 Conventional hydrogenation process

吴厚玖等［29］经研究发现骨架镍与钯碳均适用于新橙皮苷的催化加氢，钯碳催化效果略好于骨架镍，所得的NHDC 的纯度与得率均高于骨架镍催化；但骨架镍价格相比于钯碳低得多，骨架镍的循环使用性能高于钯碳。雷佳等［30］在常温条件下采用钯碳对新橙皮苷进行催化加氢，适宜工艺条件为新橙皮苷与钯碳比例为4∶1（m/m），催化剂在第一次使用时效果最好，最大产率接近99% ，同时发现产率随钯碳使用次数逐减，但在循环1 ～5 次的条件下，产率始终高于80% 。肖乐扩等［31］在常温条件下采用骨架镍对新橙皮苷碱性催化加氢，经对工艺条件的优化得出结论，在25 ℃、新橙皮苷与NaOH 比例为10∶3（m/m）、新橙皮苷与催化剂比例为10∶1（m/m）、压力为0.1 MPa、搅拌速度为150 r/min、反应10 h 的条件下产率可达90% ，纯度高达99% 。值得注意的是此法采用在低压下进行反应，这使得催化效果远好于常压下的效果。在专利［32］中将催化剂改为硼氢化钠或硼氢化钾，采用乙醇溶解，催化剂的用量为新橙皮苷的0.5 ～1 倍摩尔量，反应温度在40 ～60 ℃之间，收率在87% ～90% 之间。此法不需碱液开环，直接一步得到NHDC，工艺较为简单，不需高压，对设备要求更低，同时增加了工业生产过程中的安全性，催化剂价格也较传统贵金属催化剂低廉。在专利［33］中采用柚皮苷一步法制备NHDC，此法将柚皮苷用热的碱液溶解，并在加热条件下与过量异香兰素进行反应得到新橙皮苷查耳酮，再用二氯甲烷除去过量的异香兰素，或是不做处理直接催化加氢后再除去过量异香兰素与催化剂，最后进行冰盐酸浴（浓盐酸），低温静置得到NHDC 粗品，进行纯化后得到精品。此法将工艺进行简化，使得反应时间大大缩短，NHDC 的收率高，纯度高，较为适合工业化。

2.2 非常规加氢法

电解加氢法，此法采用电解水的方法产生氢气，利用产生的氢气的高活性直接进行加氢反应，不需要催化剂，反应条件温和，环保无污染。在专利［34］中以新橙皮苷为原料，用碱液将新橙皮苷开环，将新橙皮苷查耳酮加入到隔离式电解槽的阴极室中进行电解加氢，然后将阴极的溶液浓缩蒸干，将固体用水溶解后调节呈酸性，在低温下静置析出NHDC 粗品，重结晶后得到精品。其流程如图5 所示。

图5 非常规加氢法流程Fig.5 Unconventional hydrogenation process

3 NHDC 的检测

NHDC 的检测方法众多，不同样品中NHDC 的检测方法也存在差异，目前采用相对较多的是高效液相色谱法（HPLC）和高效液相色谱- 串联质谱法（HPLC- MS/MS），除此之外还有毛细管区带电泳法［35］、电化学传感法等［36］。徐国波等［37］用HPLC 法检测NHDC 含量，将传统乙腈流动相改为甲醇，降低了毒性，缩短了NHDC 的保留时间，提高了检测效率。廖政邦等［38］采用HPLC- MS/MS 对大鼠血样中的NHDC 进行检测，此法所需仪器昂贵，但精密度高、准确性好、专属性强、简单快捷，适用于高精度分析。

4 NHDC 的应用

NHDC 与传统的甜味剂相比，其性质更加稳定，因此NHDC 的应用领域更加广泛。低热、无毒、稳定的特性使得NHDC 十分契合当下食品工业的需求，在食品工业领域有很大的潜力。NHDC 具有屏蔽苦涩味道的功能，可作为饲料添加剂，能够加快幼畜的进食，使得其产肉上市时间大大缩短；NHDC 有很高的生理活性，因此具有很高的药用价值，在医药领域有着广泛的应用，能够预防和治疗多种疾病，同时还可以屏蔽部分药物的苦涩味道，改善药物的口感。

4.1 NHDC 在食品工业领域的应用

NHDC 作为一种新型的甜味剂，其最突出的功能就是增甜，有研究表明与传统的甜味剂作用于T1R2 细胞外结构区域不同，NHDC 是通过作用于T1R3 的跨膜区而产生甜味，同时能够诱发T1R2- T1R3 的协同作用，因此NHDC 与传统甜味剂复合使用时具有十分良好的协同效应［39-40］。NHDC 作为一种高甜低热的甜味剂，与传统甜味剂复配使用时既可以起到增甜作用，又可以将食品饮料变得更加健康；NHDC 可以单独使用，对无甜味的食品进行风味修饰，只需少量即可使食品的风味更加绵长纯正；NHDC 可用为香料，与麦芽酚、乙酰麦芽酚等传统香料具有很好的协同效应，因此陆续被世界各国收录于香料名录中。Schrader 等［41］将NHDC 与稳定剂、防腐剂混合制成液体香料用于食品增香。除此之外，由于NHDC 在低于甜味阈值时能够优先与苦味受体结合，因此还可用为矫味剂，用于掩盖食物中的不良味道，改善口感。

4.2 NHDC 在医药领域的应用

NHDC 具有很强的生理活性，是一类很好的抗氧化物质，在医药领域具有广泛的应用。Suhrez 等［42］发现NHDC 能够降低胃酸与胃蛋白酶的分泌，将其与其他抗酸药物配合使用可以大大提高药物抗酸效果，NHDC 有望成为一种新型的胃药。Sandipan 等［43］经研究发现NHDC 能抑制BACE1 和类淀粉复杂蛋白质的聚集，NHDC 与BACE1 的活性位点结合，从而诱导构象转变为一个封闭的复合物，500 nmol/L 的NHDC 能够完全抑制BACE1 的活性，而NHDC 与Aβ25-35共同作用能够几乎完全抑制Aβ25-35纤维的形成，因此NHDC 在阿尔茨海默症（AD）的治疗中具有广阔的应用前景。张硕等［44］经研究发现NHDC 在体外可抑制HSC- T6 细胞胶原的合成，能够有效预防小鼠肝纤维化，NHDC 在未来或可应用于急性重型肝炎的预防或治疗中；黄酮类化合物具有较强的抗氧化性，对自由基的清除效果良好，并能够促进皮肤代谢、抑制褐变作用［45］，被应用于黄褐斑的治疗与护肤品中。除此之外，还有研究人员发现NHDC 具有降低胆固醇、血糖和中性脂质的作用，因此可用于心血管疾病和糖尿病的治疗。

4.3 NHDC 在饲料领域的应用

NHDC 在饲料领域有着广泛的应用，2013 年NHDC 被我国列为饲料中的调味和诱食物质之一。由于NHDC 具有特有的甜味，并有修饰风味的效果，在与其他饲料添加剂复配使用时，能够屏蔽其他饲料添加剂中不好的味道，使得饲料的口感纯正，缩短猪仔断奶日龄，促进猪仔食欲，增加进食。在仔猪饲料中添加NHDC 能够显著增加乳酸菌的盲肠菌群丰度，同时也增加了肠腔内乳酸菌浓度，影响肠道的共生微生物群［46］。宗敏玲等［47］发现NHDC 与黄芪多糖、刺五加多糖、甘草多糖、苜蓿多糖、维生素等复配使用时，可以减少抗生素与促生长激素的使用，缩短母猪产程，加快母猪产后恢复，同时也可以应用于家禽饲料中，降低鸡新城疫的发病率，提高家禽抵抗力。

5 结语

通过对NHDC 特性、合成和应用的介绍，可以看出NHDC 前驱体的原料来源十分广泛、绿色环保，且NHDC 前驱体的提取及合成方法成熟，已经实现工业化，辅以微波、声波等较为新型的提取手段时其提取效率大大提高。NHDC 的合成工艺较多，但多存在一定的弊端，目前研究人员正在积极开发绿色环保、工艺简单的合成方法。NHDC 无毒低热、清爽高甜，具有优良的生理活性，用途广泛，不仅可用于食品添加剂，在食品工业领域也有广泛应用，还可以作为饲料添加剂用于饲料的改良，更可以用于医药领域，预防和治疗各种疾病。随着合成工艺的不断改良和应用领域的不断开发，NHDC 的应用领域将不断扩大，市场潜力良好。