王夢杰,李 鎬,華會明,周 微,趙余慶,
柿葉中黃酮類化合物及提取工藝研究進展
王夢杰1,李 鎬1,華會明2,周 微1*,趙余慶1, 2*
1. 延邊大學 長白山天然藥物研究教育部重點實驗室,吉林 延吉 133002 2. 沈陽藥科大學,遼寧 沈陽 110016
柿葉來源于柿科柿屬植物柿的干燥葉。柿葉中的主要化學成分有黃酮、三萜等,其中黃酮類化合物是中藥制劑腦心清片的主要活性成分,在腦心清片治療心腦血管疾病的過程中起關(guān)鍵作用,因此柿葉中的黃酮類成分具有較高的經(jīng)濟和藥用價值。針對柿葉中的黃酮類化合物結(jié)構(gòu)類型及柿葉黃酮的不同提取工藝進行綜述,以期為柿葉中黃酮成分的深入開發(fā)和應用提供參考依據(jù)。
柿葉;黃酮類;三萜;提取工藝;心腦血管;槲皮素;山柰酚;蘆丁
柿葉來源于柿科柿屬L.植物柿Thunb.的干燥葉,全世界柿屬有6屬450余種,我國有2屬50多種,主要分布于山西、山東、河南、甘肅等省[1]。柿葉入藥最早記載于明《滇南本草第一卷》[2]“柿花”項下,曰:“經(jīng)霜葉敷臃瘡?!薄侗静菰傩隆分杏涊d柿葉“味苦,性寒,無毒,專入肺經(jīng),治咳嗽吐血,止渴生津?!薄斗诸惒菟幮浴芬嘤涊d柿葉可“治咳嗽氣喘,消肺氣脹”。大量國內(nèi)外研究證明,黃酮類化合物是柿葉的主要活性物質(zhì),具有抗氧化、保護心腦血管、抗菌、抗癌、免疫調(diào)節(jié)等多種藥理活性,且具有毒性低、資源豐富、易于工業(yè)化提取制備等優(yōu)點[3]。本文對柿葉中已報道的黃酮類化合物及柿葉黃酮的不同提取工藝進行綜述,為柿葉黃酮提取物的進一步開發(fā)和應用提供科學依據(jù)。
黃酮類化合物廣泛存在于自然界,是一類重要的天然抗氧化劑,是植物、蔬菜以及水果等自身產(chǎn)生的一類次生代謝產(chǎn)物[4]。柿葉中的黃酮類化合物主要是以槲皮素和山柰酚為苷元,與不同的糖苷結(jié)合而成[5]。由于柿葉黃酮類化合物具有保護心腦血管、抗氧化、抗腫瘤以及調(diào)節(jié)免疫力等作用,使其在天然藥物和保健品研制開發(fā)方面得到廣泛應用[6-7]。迄今為止已從柿葉中發(fā)現(xiàn)的黃酮類化合物見表1~3和圖1~3。
表1 柿葉黃酮醇類化合物
Table 1 Flavonoids from persimmon leaves
序號化合物名稱取代基位置糖基取代位置文獻 1槲皮素5,7,3,′4′-OH無8-9 2楊梅酮苷5,7,3′,4′-OH無10 3楊梅酮-3-甲基醚5,7,3′,4′,5′-OH,3-OCH3無10 4山柰酚3,5,7,4′-OH無8-9 5染料木素5,7,4?-OH無11 6異鼠李素3,5,7,4′-OH,5′-OCH3無11 7山柰酚-3-O-α-L-鼠李糖苷5,7,4′-OH3-O-α-L-rhas8 8山柰酚-3-O-D-木糖苷5,7,4′-OH3-O-β-D-xyls12 9黃芪苷5,7,4′-OH3-glus10,13 10槲皮素-3-O-α-L-阿拉伯糖苷5,7,3′,4′-OH3-O-α-L-aras10 11槲皮素-3-D-葡萄糖苷5,7,3,4′-OH3-β-D-glus9,13-15 12槲皮素-3-D-半乳糖苷5,7,3′,4′-OH3-β-D-gals9,14 13楊梅酮-3-O-α-L-鼠李糖苷3,5,7,3′,4′,5′-OH3-O-α-L-rhas10 14楊梅酮-3-O-D-葡萄糖苷5,7,3′,4′,5′-OH3-O-β-D-glus10 15異槲皮素-3-O-D-葡萄糖苷3,5,7,4′-OH,3′-OCH33-O-β-D-glus10 16山柰酚-3-O-D-半乳糖苷5,7,4′-OH3-O-β-D-gals9,13-16 17異鼠李素-3-O-D-葡萄糖苷3,5,7,4′-OH,5′-OCH33-O-β-D-glus9,18 18山柰酚-3-O-D-葡萄糖苷5,7,4′-OH3-O-β-D-glus9,13-17 19山柰酚-3-O-α-L-阿拉伯糖苷5,7,4′-OH3-aras12 20槲皮素-7-O-D-鼠李糖苷5,7,3′,4′-OH7-O-β-D-rhas11 21金絲桃苷3,5,7,4′,5?-OH,3-gals10 22山柰酚-3-O-(2″-沒食子酰基)-葡萄糖苷5,7,4′-OH3-glus10 23山柰酚-3-O-(6?-O-α-鼠李糖)-β-葡萄糖苷5,7,4?-OH3-O-β-glus,6?-rha19 24沒食子?;鸾z桃苷5,7,3′,4′-OH3-glus10 25槲皮素-3-O-(2?-α-鼠李糖)-β-葡萄糖酸苷5,7,4?-OH2?-O-α-rha,3-O-β-glucus19 26槲皮素-3-O-β-葡萄糖酸苷5,7,3?,4?-OH3-O-β-glucus18 27牡荊素5,7,8,4′-OH8-glus9,20 28山柰酚-3-O-(2?-O-α-鼠李糖)-β-葡萄糖苷5,7,4?-OH3-O-β-glu,2?-rha19 292′′-O-鼠李糖-牡荊素5,7,4′-OH8-glu,2′′-rha9,20 308-C-[α-L-鼠李糖-(1→4)]-α-D-吡喃葡萄糖苷5,7,4′-OH8-glus,4?-rha10 31山柰酚-3-O-[2?-O-α-鼠李糖-3?-O-(6-O-α-鼠李糖)-β-葡萄糖]-β-葡萄糖苷5,7,4?-OH3-O-β-glu,2?-rha,3?-O-glu,6???-O-α-rha19 32槲皮素-3-O-β-D-葡萄糖-( 6→1)-α-L-鼠李糖苷5,7,3?,4?-OH3-glu,6?-rhas21 33槲皮素-3-O-(6?-O-α-鼠李糖l)-β-葡萄糖苷5,7,3?,4?-OH3-O-β-glus,6?-rha19,22 34山柰酚-3-O-β-葡萄糖酸苷5,7,4?-OH3-O-β-glucus19 35異槲皮素5,7,3′,4′-OH3-glus10,13 36山柰酚-3-O-β-(2?-O-α-鼠李糖-3?-O-β-葡萄糖)-葡萄糖酸苷5,7,4?-OH2?-O-α-rha,3?-O-β-glu,3-O-β-glucus19 37槲皮素-3-O-(2?,6?-二鼠李糖)-β-葡萄糖苷5,7,3?,4?-OH3-O-β-glus,2?,6?-rha19 38槲皮素-3-O-D-吡喃葡萄糖苷3,5,7,4′,5′-OH3-O-β-D-glus8 39槲皮素-3-O-(2?-O-α-鼠李糖)-β-葡萄糖苷5,7,3?,4?-OH3-O-β-glus,2?-rha19 40山柰酚-3-O-(2?-α-鼠李糖)-β-葡萄糖酸苷5,7,4?-OH2?-O-α-rha,3-O-β-glucus19,22 41蘆丁5,7,3′,4′-OH3-glc,6?-rhas8-9
glus-葡萄糖苷 rhas-鼠李糖苷 aras-阿拉伯糖苷 gals-半乳糖苷 xyl-木糖苷 glul-吡喃葡萄糖基 glucus-葡萄糖醛酸吡喃葡萄糖苷 rhal-鼠李糖基 glu-葡萄糖 rha-鼠李糖 gal-半乳糖 xyl-木糖 ara-阿拉伯糖
glus-glucoside rhas-rhamnoside aras-arabinoside gals-galactoside xyl-xyloside glul-glucopyranosyl glucus-glucuronopyranoside rhal-rhamnopyranosyl glu-glucose rha-rhamnose gal-galactose xyl-xylose ara-arabinose
表2 柿葉中二氫黃酮醇類和黃烷-3-醇類
Table 2 Dihydroflavonols and flavane-3-alcohols in persimmon leaves
序號化合物名稱取代基位置糖取代位置文獻 42二氫槲皮素5、7、3?、4?-OH無23 43原花色素5、7、3?、4?、5?-OH無24 44兒茶素5、7、3′、4′、5′-OH無25 45倍兒茶5、7、3′、4′-OH無25
表3 柿葉中花色素類化合物
Table 3 Anthocyanidins in persimmon leaves
序號化合物名稱取代基位置糖取代位置文獻 46花青素3、5、7、3′、4′-OH無23 47花葵素3、5、7、4′-OH無23 48花翠素3、5、7、3′、4′、5′-OH無23
圖1 黃酮醇類化合物的結(jié)構(gòu)
Fig. 1 Structure of flavonoids compounds
圖2 二氫黃酮醇類和黃烷-3-醇類化合物的結(jié)構(gòu)
圖3 花色素類化合物的結(jié)構(gòu)
溶劑提取法常用的有浸漬法、滲漉法、煎煮法、回流提取法及連續(xù)回流提取法等,常用溶劑有水、乙醇、甲醇等。大量研究證明[26-39],在其他條件相同的情況下,使用丙酮提取柿葉黃酮的得率略高于乙醇,甲醇相對較低。考慮到乙醇相對成本低、毒性小等特點,乙醇作為提取劑為更佳[28],且研究報道相對較多。最佳提取工藝具有低耗、高效、得率高的特點。周吳萍[29]和王蘭等[37]分別采用單因素和正交試驗以及單因素和響應面法優(yōu)化黃酮的提取工藝,得到提取率較高的總黃酮,分別為7.59%和4.04%;趙文紅等[39]采用單因素和正交試驗優(yōu)化總黃酮的提取工藝,以水為溶劑提取10 min,得到總黃酮提取率為3.12%,實現(xiàn)了提取工藝的高效且得率高;周雅陽等[33]從提取工藝和純化工藝2方面對柿葉黃酮進行了全面的研究。通過單因素實驗優(yōu)化黃酮提取的最佳工藝:15倍量的75%乙醇加熱回流2次,每次1 h。在此提取工藝下又對黃酮進行了純化工藝研究,在對酸水解法、萃取法、大孔吸附樹脂法純化工藝進行比較的同時,也比較了不同酸水解液對純化工藝和黃酮得率的影響。結(jié)果表明,5%硫酸水解液純化的黃酮質(zhì)量分數(shù)及得率最高,且3種方法中萃取法的黃酮質(zhì)量分數(shù)最高,為12.6%。其他研究者有關(guān)溶劑提取法的實驗設(shè)計、最佳工藝參數(shù)及提取率的實驗結(jié)果歸納總結(jié)見表4。
此法在柿葉提取黃酮的工藝研究報道較多[40-47]。利用超聲波產(chǎn)生的機械、熱和空化作用原理和高效低耗等特點,可將柿葉中的黃酮類物質(zhì)快速溶出,從而提高柿葉中黃酮類化合物的提取率。以提取率高為評價指標,楊露等[43]采用單因素和正交試驗優(yōu)化柿葉黃酮超聲波提取的最佳工藝,得到黃酮提取率為6.36%。而孫化鵬等[45]以同樣的方法對柿葉中的黃酮進行提取,其提取率較6.36%高,為7.52%,可能與乙醇濃度和提取時間有關(guān);以低耗和高效為評價指標,賈娜等[47]采用單因素實驗對柿葉黃酮的提取工藝進行優(yōu)化,在固液比1∶21的條件下提取32 min,黃酮得率為3.54%,與其他方法相比,實現(xiàn)了低耗、高效,且得率相對較高(表5)。
微波提取柿葉黃酮,效率高,易提純。陳淑燕等[48]采用微波法提取柿葉中總黃酮。通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化最佳提取條件為:65%乙醇,固液比為1 g∶25 mL,微波輻射功率和時間為300 W和15 min,總黃酮的提取率為5.22%。衛(wèi)靜莉等[49]采用微波輔助浸提工藝從柿葉中提取黃酮類化合物的工藝條件及參數(shù),以單因素和正交試驗相結(jié)合的方法優(yōu)化提取工藝,其最佳的提取工藝參數(shù):65%乙醇;料液比1 g∶25 mL;微波輻射時間和功率為2 min和420 W,柿葉黃酮的提取率為6.15%。董江濤等[50]采用響應曲面法優(yōu)化微波輔助提取柿葉中總黃酮的工藝,微波輔助提取柿葉總黃酮的最佳工藝為:微波功率422.36 W;提取時間20.97 min;液料比1 g∶20.66 mL,柿葉總黃酮的得率達6.15%。
表4 溶劑提取法
Table 4 Solvent extraction method
實驗設(shè)計提取最佳工藝提取率/%文獻 提取溶劑固液比時間/min溫度/℃次數(shù) 正交試驗70%乙醇1∶106070?0.1226 正交試驗70%乙醇?9010022.6027 正交試驗50%乙醇?18075??28 單因素與正交試驗50%乙醇1∶604590?7.5929 單因素與正交試驗70%乙醇1∶40601002?30 單因素與正交試驗60%乙醇?60100?0.7331 單因素與正交試驗60%乙醇1∶30?10020.7132 單因素實驗75%乙醇1∶15601002>0.433 單因素與正交試驗70%乙醇1∶10120、60、6010031.1034 單因素與正交試驗水1∶1060?20.7235 單因素與正交試驗40 %乙醇1∶5012050?1.8136 單因素和響應面法65.78%乙醇1∶35.01?74.05?4.0437 單因素與正交試驗70%乙醇1∶106010020.6838 單因素與正交試驗水1∶301060?3.1239
表5 超聲波輔助提取法
Table 5 Ultrasonic extraction method
實驗設(shè)計提取最佳工藝提取率/%文獻 乙醇/%料液比時間/min功率/W溫度/℃ 響應面法701∶5050450?1.5740 單因素和正交試驗601∶5045250?2.5941 單因素和正交試驗701∶2040350550.7042 單因素和正交試驗40?50?606.3643 單因素和正交試驗701∶2530?301.7544 正交試驗601∶5030?607.5245 單因素和正交試驗601∶3050?400.5146 響應面法691∶2132?533.5447
袁秀平等[51]以柿葉為原料,利用酶法輔助提取柿葉總黃酮的工藝研究,以總黃酮提取率為指標,通過單因素試驗考察酶的種類、添加酶量、溶劑pH、提取溫度和提取時間對總黃酮提取率的影響,在此基礎(chǔ)上經(jīng)過正交試驗優(yōu)化提取工藝,其最佳的提取工藝參數(shù):提取溶劑為pH5.8的檸檬酸緩沖液,復合酶用量7%,45 ℃水浴條件下提取90 min,柿葉總黃酮的提取率為6.02%。
羅曉[52]采用PEG1000/(NH4)2SO4雙水相體系萃取柿葉分離總黃酮的最佳萃取條件為PEG1000:0.55 g/mL,(NH4)2SO4:0.6 mL,MgCl2:0.04 g/mL,pH值為7,離心時間3 min,其萃取率可達94%。周艷紅[53]利用超聲波輔助離子液體雙水相提取柿葉中總黃酮,利用響應面法優(yōu)化的試驗條件為:料液比為1 g∶25 mL、提取時間為50 min、離子液體濃度為0.7 mol/L、提取溫度為60 ℃,柿葉中總黃酮提取率為2.68%。
樊振江等[54]采用超高壓提取柿葉中黃酮化合物,在單因素實驗的基礎(chǔ)上,采用正交試驗法對柿葉中黃酮化合物的超高壓提取工藝進行優(yōu)化,以總黃酮的得率為指標,得到的最佳工藝條件為乙醇體積分數(shù)65%、超高壓壓力450 MPa、超高壓時間3 min,固液比1 g∶14 mL,其總黃酮的提取得率可達50.2%。
陳麗等[55]采用堿溶酸沉與超聲波相結(jié)合的方法提取柿葉總黃酮。以柿葉總黃酮含量為評價指標,用均勻設(shè)計法優(yōu)選最佳工藝條件為15% HCl調(diào)pH值為6.20,NaOH調(diào)pH值為10,液料比為11∶1,超聲時間為32 min,超聲溫度為30 ℃,乙醇體積分數(shù)為70%。
孫彩云等[56-57]通過正交試驗確定半仿生法提取磨盤柿葉總黃酮的最佳工藝條件:固液比1 g∶20 mL,提取溫度80 ℃,提取時間1 h,分別以pH 2.0鹽酸溶液和pH 7.5、8.5的氨-氯化氨緩沖溶液作為提取液各提取1次。
衛(wèi)靜莉等[58]以柿葉總黃酮得率為指標,采用正交試驗法確定優(yōu)化提取工藝條件,得到最佳工藝條件為超聲功率60 W,提取時間40 min,酶解質(zhì)量濃度0.3 mg/mL,酶解時間2 h,pH值4.5,酶解溫度50 ℃,溶劑量50 mL,總黃酮的得率為5.45%。袁秀平等[59]以柿葉為試驗材料,研究復合酶和超聲波聯(lián)合提取柿葉總黃酮的最佳工藝,在單因素影響實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上,對提取條件進行正交優(yōu)化,其最佳工藝為:固液比1∶25,60%乙醇,5%的復合酶量,室溫酶解30 min后,60 W超聲功率,50 ℃條件下超聲提取35 min,最高提取率為7.16%。
微波提取具有高效、節(jié)能、快速、提取率高的優(yōu)點。董江濤等[60]采用超聲-微波協(xié)同輔助乙醇提取柿葉中的總黃酮,結(jié)果表明,超聲-微波協(xié)同輔助乙醇法提取柿葉總黃酮的最佳工藝為微波功率458.95 W、超聲波功率和提取時間為587.89 W和21.4 min、超聲/間隔時間1.06 s/0s,此條件下的柿葉總黃酮得率為6.49%。
不同提取方法其影響因素和考察因素也各不相同,但通過提取工藝總結(jié)可知,溫度、時間、料液比以及乙醇濃度是每種方法幾乎都會考察的因素,現(xiàn)將不同提取方法最佳工藝的條件總結(jié)見表6。考慮各種提取方法的優(yōu)缺點以及工業(yè)化大生產(chǎn)等因素,溶劑提取法仍然是最適合于工業(yè)化生產(chǎn)的方法,其他方法則有待于研究開發(fā)。
表6 不同提取方法最佳工藝總結(jié)
Table 6 Summary of the optimal process for different extraction methods
提取方法最佳工藝提取率/% 溫度/℃時間/min料液比/(g·L?1)乙醇濃度/% 溶劑提取法90451∶60507.59 超聲波輔助提取法60301∶50607.52 微波提取法?20.911∶20.66?6.15 酶提取法4550??6.02 雙水相萃取法60501∶25?2.68 超高壓法?31∶146550.2 超聲-復合酶協(xié)同提取法50351∶25607.16 超聲-微波輔助提取法?21.4??6.49
傳統(tǒng)中藥柿葉含有大量的黃酮類化合物具有抗菌消炎、生津止渴、清熱解毒、潤肺強心、鎮(zhèn)咳止血、抗癌防癌等多種生物功能[14]。以柿葉提取物為原料的腦心清制劑具有活血化瘀、通絡(luò)的功效,主治冠心病、腦動脈硬化癥等心腦血管疾病,在臨床廣泛應用。但目前對于柿葉和腦心清的主要藥效物質(zhì)、檢測指標及提取工藝還有待深入的研究。
腦心清制劑是柿葉經(jīng)水提和醋酸乙酯提取后為原料制成一種中藥口服制劑[61]。黃酮類化合物作為柿葉的主要化學成分在腦心清制劑中發(fā)揮主要的作用[60]。有相關(guān)文獻報道[62]已經(jīng)指出腦心清的主要活性成分是槲皮素和山柰酚以及以二者為苷元的糖苷類。其活性成分具有降低血壓、降低血脂以及改善血流量、抑制血小板聚集、抑制炎癥反應以及抗氧化清除自由基等藥理作用[62]。構(gòu)效關(guān)系的研究結(jié)果[63]表明,B環(huán)的羥基數(shù)目和位置是其發(fā)揮作用的主要部位,作用強度是具有鄰位羥基槲皮素大于間位羥基山柰酚;B環(huán)C2-OH的活性大于C3-OH的;A環(huán)上的羥基是其發(fā)揮作用的重要基團;糖基取代會減弱其藥理活性,且糖基越多活性越低,即作用強度苷元>單糖苷>雙糖苷。
《中國藥典》2020年版采用HPLC法測定經(jīng)鹽酸水解后的黃酮苷元類成分槲皮素、山柰酚總含有量并對其進行質(zhì)量控制,但是腦心清的藥效物質(zhì)除了槲皮素和山柰酚以及二者的糖苷外,還有楊梅素及其他黃酮苷類化合物[62]。因此該方法難以全面反映柿葉提取物中的藥效物質(zhì)。槲皮素和山柰酚在很多植物中存在[64],可通過酸堿水解或生物轉(zhuǎn)化法提高含量或大量制備[65-66],但做為原料和制劑的質(zhì)量控制檢測指標,應具專屬性或特征性。建立柿葉提取物和腦心清制劑藥效物質(zhì)的的多指標同時測定方法[67]或開展質(zhì)量標志物[68]的研究,可有效控制產(chǎn)品質(zhì)量,從而完善柿葉提取物和腦心清制劑的質(zhì)量標準評價系統(tǒng)。
《中國藥典》2020年版對柿葉提取使用的醋酸乙酯,盡管低毒性,但易燃易爆,存在安全隱患。本文總結(jié)的柿葉總黃酮提取工藝盡管都有各自的優(yōu)勢,但應用還有局限性。如酶法提取反應條件溫和,具有專一性,且環(huán)保,但需要篩選合適的專屬酶;溶劑提取法可實現(xiàn)生產(chǎn)流程化,生產(chǎn)周期較長;超聲和微波輔助法高效、低耗,但設(shè)備成本高等。因此目前更多的企業(yè)提取柿葉還是采用水和乙醇進行提取。如果能將超聲、微波輔助等方法和傳統(tǒng)提取法聯(lián)合應用于工業(yè)生產(chǎn)中,對于柿葉提取工藝的流程化和現(xiàn)代化及實現(xiàn)高效低耗具有重要的現(xiàn)實意義。
利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突
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Research progress of flavonoids and extraction processes in persimmon leaves
WANG Meng-jie1, LI Gao1, HUA Hui-ming2, ZHOU Wei1, ZHAO Yu-qing1, 2
1. Key Laboratory of Natural Medicines of Changbai Mountain, Ministry of Education, Yanbian University, Yanji 133002, China 2. Shenyang Pharmaceutical University, Shenyang 110016, China
Persimmon leaf derived from the dried leaves ofThunb, which belongs to thegenus and Persimmon family. The main chemical components are the flavonoids and triterpenes, among which flavonoids as the major active ingredients of preparation of Chinese medicine Naoxinqing Tablets, which play a key role in the treatment of cardiovascular diseases, therefore, the flavonoids in persimmon leaves posses high economic and medicinal value. In this paper, the structural types of flavonoids which have been reported in persimmon leaves and the different extraction processes of persimmon leaf flavonoids were reviewed, in order to provide a reference for the further development and application of the flavonoids in persimmon leaves.
persimmon leaf; flavonoids; extraction processes; research progress; quercetin; kaempferol; rutin
R286
A
0253 - 2670(2022)13 -4214 - 09
10.7501/j.issn.0253-2670.2022.13.034
2021-12-09
高等教育學科創(chuàng)新工程(NO.111, D18012)
王夢杰(1995—),女,碩士研究生,生藥學專業(yè)。E-mail: 1286738824@qq.com
趙余慶(1957—),男,教授,研究方向為藥食同源品功效物質(zhì)發(fā)現(xiàn)與功效評價。E-mail: zyq4885@126.com
周 微(1984—),女,副教授,研究方向為天然產(chǎn)物藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究。E-mail: zhouwei8452@163.com
[責任編輯 時圣明]