王婷婷,贾 娟,杨雯雯
(河南工业大学漯河工学院,河南漯河 462002)
杜仲是我国传统的中药材,早在《神农本草经》中就被称为“药中上品”,具有抗衰老、抗氧化、降血压、降血脂、抗菌及抗病毒等药理作用。杜仲中含有多种活性成分,如黄酮类、绿原酸、苯丙素类等,其中,黄酮类化合物具有抗氧化、抗肿瘤、保护心脑血管、抗炎等作用。近年来,杜仲黄酮一直备受关注。研究表明,杜仲不同部位的总黄酮含量差别很大,以老叶中总黄酮含量最高,是一种很好的天然黄酮类物质来源[1]。目前从植物中提取的黄酮类物质在食品及医药等行业具有广泛的应用价值[2]。科学有效的提取工艺,可以最大限度地保留黄酮类化合物的活性,因此,提取方法对杜仲中的黄酮类物质的有效利用尤为重要。
近年来,诸多国内外学者对快速高效地提取杜仲中黄酮类化合物的热度大增,但是,相关总结较少。有些提取方法目前还处于实验室阶段,不能大量应用于工业化生产,这延缓了杜仲的生产开发和利用。本文对近年来杜仲叶黄酮类成分的提取进行了综述,进一步为杜仲中黄酮类化合物的综合利用提供理论依据。
水提法是以水作溶剂,利用苯丙素类、环烯醚萜类和黄酮类等化合物易溶于水的特点,提取植物中有效成分的一种方法[3]。通常将植物叶片加水煮出汁,也有通过浸泡的方法将汁提取出来[4]。何德飞[5]研究杜仲叶黄酮类物质的水提工艺,发现水浸提的最佳条件为液料比16∶1,浸提时间24 h,此时杜仲叶中的有效成分溶出最多。张亦琳等[6]利用双水相分离纯化杜仲黄酮类化合物,在温度81 ℃,液料比9∶1,提取时间120 min 条件下,杜仲总黄酮提取率显著升高,达到1.79%。董兴叶等[7]采用亚临界水萃取黄酮类物质,得率为3.09%。
与其他提取方法相比,水提法具有成本低、无污染等特点,但黄酮的提取效率不高,且含有较多的杂质,保质期短,不利于后续的分离纯化[8],因此水提法在杜仲黄酮的提取中不被广泛应用。
有机溶剂提取法通常选用有机溶剂(乙醇、乙醚、氯仿、丙酮、石油醚等)或其与水的混合溶液作为提取剂,通过浸提、离心后得到黄酮粗提物。在提取杜仲叶中总黄酮时,一般用不同浓度的乙醇作为提取剂。邓翀等[9]通过试验发现,85%乙醇提取条件下黄酮的平均含量为0.541 7%。吴春等[10]研究杜仲黄酮类物质的抗氧化活性时,使用70%的乙醇作为萃取剂,提取率为0.6%。赵文红等[11]用50%乙醇作萃取剂,黄酮的得率为3.08%。通过对比发现,不同的乙醇体积在不同的实验条件下,提取率不同,这可能与不同的乙醇浓度提取有关,如高浓度乙醇适合提取甙元类物质,而低浓度乙醇更适合提取甙类[12]。除了用乙醇作提取剂外,刘军海等[13]以丙酮-水体系为溶剂提取杜仲叶中的总黄酮,得出在最佳条件下,总黄酮的提取率为1.86%。
有机溶剂提取法操作简便,提取纯度高,但这种提取方法研究时间较早,溶剂回收的操作繁琐,且大部分的有机溶剂对人体有害,不利于后续的应用。
超声波提取法是通过破坏植物细胞结构,加速溶剂进入细胞,加快细胞内物质的溶出,以提高得率,其主要是借用超声波的机械振动作用及空化效应来实现的。王文君等[14]采用50%乙醇,液料比3∶1,超声30 min 后用聚酰胺柱层析法对杜仲叶黄酮类物质进行富集,提取率可达2.44%。罗飞华等[15]在50%乙醇、液料比14∶1、超声20 min、提取3 次的条件下,得出总黄酮的提取率达11.83%。邓佑林等[16]利用超声波提取法,以无水乙醇作为提取溶剂,在液料比40∶1、超声提取时间50 min、提取温度65 ℃条件下,总黄酮提取率为2.644%。
超声波提取法在一定程度上节省时间,减少溶剂用量,也可减轻温度对提取物的影响,但提取时间过长,会破坏提取物中的活性成分,导致得率降低。
微波可直接作用于分子,产生热量,使细胞内温度升高;通过破坏细胞壁,达到分离植物中有效成分的目的。此方法可以使目标成分直接与基质分离,微波辐射能够使植物细胞壁破裂,溶出细胞内物质,使溶剂在短时间内将有效成分提取完全,进而提高得率[17]。杨海涛等[18]以杜仲雄花为材料,采用微波法提取,得出最优提取条件为乙醇浓度60%,温度60 ℃,微波功率250 W,提取时间20 min,液料比30∶1,黄酮得率为2.46%。刘桂萍等[19]比较了常规水提法和微波辅助水提法,发现在微波功率320 W、时间2.5 min、料液比1∶25 条件下,总黄酮的提取率达8.7%,比常规水提法高。
微波功率的大小对杜仲叶黄酮类物质的提取影响较大,随着功率的增强,杜仲黄酮类物质的提取量增加,这可能与微波处理能破坏杜仲叶细胞导致黄酮溶出有关,但是微波功率过大,导致提取温度升高,从而使提取率降低。因此,在合适的微波功率下,杜仲的提取效果和用时上要远远优于常规水提法和超声波法。但微波法设备投入费用高、处理量小,不易工业化推广,目前只适合实验室内应用。
超临界流体萃取法是指通过改变压力和温度,使临界流体的密度大幅度改变,导致细胞壁破碎,从而在一定条件下,可以有选择性地将不同目标成分提取出来[20]。付桂明等[21]采用正交试验优化超临界萃取技术萃取杜仲叶总黄酮,得出最佳工艺条件为提取温度35 ℃,提取时间2.5 h,提取压力28 MPa,夹带剂用量4.5 mL/g,黄酮得率为12.2%。Wang 等[22]在温度50.88 ℃、压力40.80 MPa、助溶剂用量2.488mL/g、乙醇浓度20%的条件下提取120 min,得到黄酮类化合物最大提取率为4.24 mg/g。
超临界流提取技术是近几年才发展起来的一项提取技术,研究发现,在对黄酮进行提取时,夹带剂用量、提取温度、作用压力和提取时间对得率影响较大,其中,夹带剂用量即乙醇浓度的影响效果最明显,原因可能是随着乙醇浓度的增加,黄酮类物质的溶解度逐渐增大,从而使黄酮类物质的得率逐渐增大[20]。超临界流体提取技术提取的黄酮类物质纯度高,并在很大程度上保留了黄酮类物质的活性,但设备费用较高,不利于维护。该方法目前只能用于实验室小试。
酶提取法是指利用酶的专一性和高效性,在提取过程中,通过加入合适的酶,使植物细胞壁破裂,进而分离出植物中目标化合物的一种方法。罗季阳等[23]采用纤维素酶提取杜仲叶总黄酮,发现当pH 4.5、温度55 ℃、提取时间2.5 h、加酶量0.01%时,提取率最高,为1.003%。陈晓娟等[24]用果胶酶提取杜仲叶总黄酮,当酶用量1.5mL、酶解温度80 ℃、酶解时间2 h 时,黄酮得率为0.044%。纤维素酶的提取率要优于果胶酶,而酶用量、酶解时间和酶解温度对杜仲叶总黄酮提取率的影响比较大。
与传统提取方法相比,酶提取法降低了提取物中的杂质,也为下一步黄酮类物质的分离纯化缩短了时间,此方法为后续工业化生产提供了方向。
除以上提取方法外,其他如半仿生提取法、辅助提取法也较为常用。陈晓娟等[24]提取杜仲叶中总黄酮时,采用了半仿生法,总黄酮得率达0.044%。辅助提取法多为两种提取法共同使用,相比单一的提取方法,其提取效率更高。酶解法能够破坏植物细胞的细胞壁,释放出更多的生物活性物质(如黄酮)[25];超声法可加速使有效成分更快地溶解到溶剂中;张丽霞等[26]采用超声波辅助酶法提取桑叶中的总黄酮,在加酶量0.8%,超声功率200 W,超声时间10 min 条件下,总黄酮含量达5.55%。杨萌等[27]采用纤维素酶-超声法提取香菇柄中的总黄酮,在乙醇体积分数75%、超声时间20 min、超声功率280 W、酶用量0.012 mg 条件下,黄酮得率为1.673 mg/g。但是在杜仲叶的提取中还没有发现超声波辅助酶法和纤维素酶-超声法的应用,这为杜仲叶总黄酮的后续提取提供了参考。
杜仲是我国传统中药材。中医多以杜仲皮入药,但其不仅生长周期长,而且传统剥皮法对杜仲树造成极大的损伤。同时,杜仲资源极其匮乏。大量研究表明,杜仲叶和杜仲皮的活性成分相似,杜仲叶可以代替杜仲皮使用。2018 年杜仲被纳入药食同源名单后,杜仲及杜仲叶黄酮在医药、食品及化妆品等行业开始有了广泛的发展空间,国内外的学者对杜仲的研究和开发利用涌现出新的高潮。
近几年,生产、生活对黄酮类化合物需求量的增加,加快了黄酮类化合物提取工艺研究,以通过不断的改进提取方法和工艺,达到降低提取成本,增加提高效率,提高提取物纯度的目的。但无论是传统的有机溶剂提取,还是新式提取方法如生物技术、微胶囊包埋技术、超微粉碎技术、膜分离技术等,大都处于实验室或者小试规模,这与工业化的大批量生产还有一定的区别,因此今后要加大对工业化提取工艺参数的优化及相关工业提取设备的升级。
杜仲作为黄酮类化合物的优质资源,还需要科研工作者继续利用新技术对杜仲黄酮类化合物的提取方法进行不断的探索、优化和整合,来满足医药、化妆品和食品等生产领域对杜仲黄酮的需求,从而推动相关产业的发展,带动整体经济增长。