龔 蕾,劉雁雨,焦必寧,3,4,*,張思遠(yuǎn),張嬌嬌(1.西南大學(xué)柑桔研究所,農(nóng)業(yè)部柑桔產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室,重慶400712;2.農(nóng)業(yè)部柑桔及苗木質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心,重慶400712;3.國(guó)家柑桔工程技術(shù)研究中心,重慶400712;4.柑桔學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶400712)
植物中天然香豆素類化合物的提取純化技術(shù)研究進(jìn)展
龔蕾1,2,劉雁雨1,2,焦必寧1,2,3,4,*,張思遠(yuǎn)1,2,張嬌嬌1,2
(1.西南大學(xué)柑桔研究所,農(nóng)業(yè)部柑桔產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室,重慶400712;2.農(nóng)業(yè)部柑桔及苗木質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心,重慶400712;3.國(guó)家柑桔工程技術(shù)研究中心,重慶400712;4.柑桔學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶400712)
香豆素類化合物廣泛分布在植物界中,具有抗腫瘤、抑菌、抗病毒、抗氧化等生物活性。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外有關(guān)植物中天然香豆素的研究十分活躍,并取得顯著進(jìn)展。本文就植物中天然香豆素的種類與分布、提取方法、分離純化方法的研究進(jìn)行綜述,旨在為我國(guó)天然香豆素類化合物的開(kāi)發(fā)利用提供參考,推動(dòng)香豆素產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
香豆素,分布,提取,純化
1820年,Vogel從圭亞那零陵香豆(黃香草木犀)中獲得第一種香豆素。從此,香豆素類化合物引起了研究者們極大的興趣,多種香豆素相繼被發(fā)現(xiàn)。香豆素是由順式鄰羥基桂皮酸脫水而形成的內(nèi)酯[1](圖1),具有抗腫瘤、抗病毒、抗氧化、抗微生物、抗凝血等生物活性[2]。隨著現(xiàn)代分離提取技術(shù)的快速發(fā)展,香豆素類物質(zhì)在染料、熒光探針及殺蟲(chóng)劑等方面[3-5]也有廣泛應(yīng)用。
圖1 香豆素的基本結(jié)構(gòu)Fig.1 The basic structure of coumarin
目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)香豆素類化合物的研究主要集中在香豆素類化合物的分離鑒定與提純、藥理作用以及人工合成方法的改進(jìn)等方面[6]。盡管我國(guó)擁有十分豐富的植物資源,但由于這方面的研究起步較晚,對(duì)植物中香豆素類化合物資源的鑒定和影響香豆素形成的生理生態(tài)條件的研究尚不系統(tǒng)、深入,香豆素提取和分離純化技術(shù)體系尚不成熟,尚未大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用。所以,想要最大限度地加以利用,仍需研究者們的不懈努力。然而,不同植物中含有的香豆素種類不盡相同,其理化特性也有所差異,應(yīng)采取不同的工藝對(duì)其進(jìn)行提取純化,制備高純度的香豆素類化合物。本文就植物中天然香豆素的種類與分布、提取方法、分離純化方法的研究進(jìn)行綜述。
香豆素類化合物是一類具有苯并α-吡喃酮母核的天然產(chǎn)物的總稱。根據(jù)其基本母核上取代基的不同,香豆素通常分成4類:簡(jiǎn)單香豆素類(如瑞香內(nèi)酯、蛇床子素等)、呋喃香豆素類(如花椒毒酚、紫花前胡內(nèi)酯等)、吡喃香豆素類(如紫花前胡素、白花前胡丙素等)及其他香豆素類(如脹果香豆素甲、擬雌內(nèi)酯等)[1]。周漢榮等[7]統(tǒng)計(jì),香豆素主要分布在70多科300多屬植物中,集中分布于蕓香科、傘形科、瑞香科、菊科、豆科、茄科、蘭科、虎耳草科和木犀科等植物的各個(gè)部位。具體情況如表1所示。
表1 香豆素的種類與主要分布植物源Fig.1 The species of coumarin and its ditribution
植物中香豆素類化合物的含量受品種、組織部位、成熟度、產(chǎn)地等因素的影響。田尚衣等[8]分別測(cè)定了瑞香狼毒的根、莖、葉、花中7,8-二羥基香豆素的含量,結(jié)果表明,根、莖、葉、花中7,8-二羥基香豆素含量分別為0.37%、0.58%、1.76%和1.60%,葉中含量是根的4.7倍。Laura Mercolini等[2]檢測(cè)葡萄柚中的橙皮油素和傘形花內(nèi)酯發(fā)現(xiàn),白色葡萄柚品種普遍比粉紅葡萄柚的含量高,其橙皮油素高出近10倍;而這兩種葡萄柚囊衣中的香豆素含量明顯高于外果皮和中果皮。侯雪英等[9]報(bào)道了肉桂不同部位中香豆素的含量分布,桂丁中含量最高,為3617.74 μg/g,其次是桂花和桂枝,最少的是桂碎。
不同品種以及同品種不同產(chǎn)地的植物中,其香豆素類化合物的含量也有顯著差異。Min Kyung Kim等[10]檢測(cè)來(lái)自不同產(chǎn)地防風(fēng)中的補(bǔ)骨脂素、佛手苷內(nèi)酯、歐前胡素等五種香豆素類化合物,發(fā)現(xiàn)韓國(guó)的防風(fēng)只含有極少量的佛手苷內(nèi)酯或歐前胡素,而中國(guó)的防風(fēng)含有大多數(shù)香豆素類化合物;比較來(lái)自中國(guó)不同省份的防風(fēng)中香豆素類化合物的含量,以內(nèi)蒙古產(chǎn)防風(fēng)中最豐富,其總量達(dá)到了0.099 μg/g,而甘肅產(chǎn)防風(fēng)中僅含0.001 μg/g的補(bǔ)骨脂素。Laura Mercolini等[2]分析意大利產(chǎn)酸橙、葡萄柚、來(lái)檬、巴甘檬、甜橙、紅桔、檸檬、枳和金柑中的橙皮油素和傘形花內(nèi)酯含量發(fā)現(xiàn),枳中橙皮油素含量明顯高于其他種類,而來(lái)自卡塔尼亞的枳中橙皮油素含量又比其他產(chǎn)地高2~4倍。
在植物不同的生長(zhǎng)期,香豆素類化合物的含量和種類也會(huì)發(fā)生變化。韋獻(xiàn)果[6]研究了代代酸橙果實(shí)不同發(fā)育期中的香豆素類組分的動(dòng)態(tài)變化,成熟果實(shí)檢出8種,花期子房和幼果檢出7種,而膨大期果實(shí)僅含3種,并且香豆素總含量顯著下降,雖然成熟期香豆素總量又有所上升,但仍然很低。俞年軍等[11]研究了前胡根中香豆素含量的動(dòng)態(tài)變化,在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)前期(5~9月),白花前胡D素、E素的含量比生長(zhǎng)后期(10~12月)高2~3倍,白花前胡甲素的含量在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期變化不大,營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)后期,其含量基本穩(wěn)定,而生殖生長(zhǎng)時(shí)期迅速下降。
2.1傳統(tǒng)溶劑提取法
溶劑提取法是從植物中提取包括香豆素類等天然產(chǎn)物最常用的方法,主要包括煎煮、浸漬、滲漉、回流和連續(xù)提?。?2]。水煎煮法是我國(guó)最早使用的傳統(tǒng)方法,可煎出大部分活性成分,但揮發(fā)性及熱不穩(wěn)定性成分提取不宜用此法。浸漬法和滲漉法簡(jiǎn)單易行,常溫操作,適于熱不穩(wěn)定成分的提??;用易揮發(fā)的乙醇或有機(jī)溶劑加熱提取時(shí),則需采用回流法;為減少回流提取溶劑用量,可采用連續(xù)提取法(即索氏提?。?。Yoshiaki Miyake等[13]采用溶劑浸提法提取檸檬皮中的香豆素,使用檸檬皮1.20 kg,甲醇用量高達(dá)1.5 L,提取時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3 d。GUO Fang-qiu等[14]采用均勻設(shè)計(jì)法優(yōu)化提取獨(dú)活中香豆素的工藝條件,確定最優(yōu)提取條件為:固液比1∶10、提取溫度85℃、乙醇濃度95%、提取時(shí)間3.6 h,并建立了獨(dú)活中香豆素的提取模型。藍(lán)耀宏[15]采用響應(yīng)面法優(yōu)化白芷總香豆素的乙醇提取工藝,確定了最優(yōu)提取條件,為白芷香豆素工業(yè)化提取提供借鑒。雖然這些傳統(tǒng)方法加工成本低,但存在加熱時(shí)間長(zhǎng)、提取率低、溶劑消耗多、有機(jī)殘留等缺點(diǎn)。因此,發(fā)展快速、高效、綠色的樣品處理技術(shù)已成為研究者們的目標(biāo),一些新興提取技術(shù)不斷被開(kāi)發(fā)。
2.2超臨界流體萃取法
超臨界流體萃取法是近三十年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的新技術(shù),具有萃取率高、無(wú)有機(jī)溶劑殘留、避免活性成分損失等優(yōu)點(diǎn)。最常用的超臨界流體為CO2,其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒、價(jià)廉且具有較低的臨界壓力和臨界溫度[16]。該法適合于多種植物基質(zhì)中天然化合物的萃取,尤其是同類物質(zhì)。Xiao Wang等[17]通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定了從補(bǔ)骨脂中提取補(bǔ)骨脂素和異補(bǔ)骨脂素的最佳超臨界條件,壓力和溫度分別為26 MPa、60℃,其最大提取量分別為1.100和1.344 mg/g。Pranabendu Mitra等[18]采用中心組合旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)法研究?jī)?yōu)化了超臨界CO2(甲醇為調(diào)節(jié)劑)萃取大花菟絲子中的香豆素的工藝條件及參數(shù),香豆素最高產(chǎn)量達(dá)到(90.13± 0.11)μg/g,并開(kāi)發(fā)出預(yù)測(cè)香豆素得率的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。A L Oliveira[19]利用超臨界CO2從薇金櫻子和薇茅中提取香豆素類物質(zhì),其提取得率分別為0.43%和0.00017%。CO2是非極性物質(zhì),不利于極性物質(zhì)的提取,適當(dāng)添加甲醇、乙醇、乙酸乙酯或丙酮等調(diào)節(jié)劑能克服該弱點(diǎn)。但對(duì)于紫花苜宿、金盞菊、馬鞭草等植物中香豆素類物質(zhì)的提取,添加調(diào)節(jié)劑不能改善提取效果[20]。因此,盡管超臨界萃取技術(shù)有許多其他方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),該技術(shù)的推廣還需解決如何提高極性成分的提取率和降低成本、適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)等問(wèn)題。
2.3超聲波輔助萃取法
超聲波萃取是利用超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化效應(yīng)、擾動(dòng)效應(yīng)、高加速度、擊碎和攪拌作用等多級(jí)效應(yīng),破壞細(xì)胞壁,從而釋放細(xì)胞內(nèi)容物的一種方法。20世紀(jì)50年代,超聲波技術(shù)首次用于實(shí)驗(yàn)室天然產(chǎn)物的提取研究[21],其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、低溫提取、提取物活性高且提取率高[16]。Juan Su、Shan Fu、董自亮等[22-24]提取祖師麻、秦皮、白芷等中藥中的香豆素類物質(zhì),通過(guò)1~2次超聲提取30~70 min,其提取率能達(dá)到最高,回收率在96.2%~104.8%之間。楊春等[25]通過(guò)正交分析研究超聲提取柳葉臘梅中總香豆素類化合物的最優(yōu)條件發(fā)現(xiàn),40 mL 80%的乙醇超聲提取1 h得率最高,該工藝適于大規(guī)模生產(chǎn)。Petra Bajerová等[20]從16種植物中提取香豆素、類黃酮等抗氧化物質(zhì),對(duì)比超臨界流體萃取、加速溶劑萃取、索氏提取、超聲波提取和超聲波探頭提取五種方法發(fā)現(xiàn),有10個(gè)品種的超聲波探頭提取物抗氧化能力最大,這說(shuō)明超聲波提取能有效保護(hù)香豆素等活性成分。超聲波提取法設(shè)備簡(jiǎn)單,具有較好應(yīng)用前景,且已成熟用于實(shí)驗(yàn)室。然而,工業(yè)上的應(yīng)用比較滯后,進(jìn)行工程放大是今后要解決的主要問(wèn)題。
2.4微波輔助萃取法
1986年,Ganzler[26]首先報(bào)道了微波用于天然產(chǎn)物的提取。微波輔助萃取具有快速、加熱均勻、選擇性好、環(huán)保、同時(shí)多操作等優(yōu)點(diǎn),因此該法迅速發(fā)展。新發(fā)展的動(dòng)態(tài)微波萃取,使用時(shí)可隨時(shí)引入新鮮溶劑,導(dǎo)出的萃取液與分析儀器亦能在線聯(lián)用,萃取效率和自動(dòng)化程度都得以提高[27]。Heyuan Qiu[28]利用微波法提取飛龍掌血中的香豆素,50℃下甲醇提取僅1 min就分別得到茴芹靈、茴芹苦素和珊瑚菜內(nèi)酯0.85、2.55、0.95 mg/g,其純度分別達(dá)到了95.0%、99.1%和96.4%。董自亮等[29]研究微波提取白芷中總香豆素的工藝,對(duì)比傳統(tǒng)提取法,微波提取法所用時(shí)間只有傳統(tǒng)提取法的一半,總香豆素提取率約提高1.14%。Emanuela Martino等[30]比較了利用索氏提取、超聲波和微波法從草木樨中提取香豆素的效果,研究表明索氏提取法提取量最少,超聲波法雖然提取率不低,但耗時(shí)近60 min,而微波法在獲得同樣提取率時(shí)僅用時(shí)10 min,且回收率達(dá)到了91%。然而,微波輻射對(duì)人體有害,且高溫不適用于熱敏性成分。有研究表明[31],當(dāng)微波溫度達(dá)到175℃時(shí),東莨菪素降解9.5%,秦皮乙素高達(dá)57%。只有克服以上缺點(diǎn),微波輔助萃取法才能得到更廣泛的應(yīng)用。
2.5加速溶劑萃取法
加速溶劑萃取法是近年新發(fā)展起來(lái)的提取技術(shù)。Arwa Mustafa[32]認(rèn)為從草本植物中提取功能成分,加速溶劑萃取無(wú)疑是一種“綠色”的技術(shù),高溫(室溫~200℃)高壓(35~200 bar)有利于功能成分在溶劑中的溶解以及高速能夠減少降解。與常規(guī)方法相比,該法的溶劑用量和提取時(shí)間大大減少。M Vierikova等[33]報(bào)道采用加速溶劑萃取法從食品樣品中提取香豆素類物質(zhì),10.34 MPa、100℃下二氯甲烷提取5 min即可,該法滿足2002/657/EC[34]決策所有標(biāo)準(zhǔn),適于常規(guī)分析。Jun Chu[35]采用加速溶劑萃取法從佛手中提取香豆素類物質(zhì),僅5 min就得到異莨菪亭、莨菪亭等6種香豆素類物質(zhì),回收率均在95.1%~104.9%之間。Fangyuan Gao[36]在吳芳等[37]的基礎(chǔ)上提取蛇床子中的活性物質(zhì),實(shí)驗(yàn)采用同樣的提取溶劑(95%的乙醇)和同樣的料液比(1∶20),傳統(tǒng)溶劑提取法在60℃耗費(fèi)2 h才得到香豆素23.02 mg/g;而加速溶劑萃取法在122℃下僅需5 min就得到香豆素27.02 mg/g。加速溶劑萃取法已應(yīng)用于食品、藥物分析等領(lǐng)域,具有良好的發(fā)展前景。
2.6其他萃取法
分散液液微萃取法(DLLME)具有快速(濃縮凈化時(shí)間低于5 min)、靈敏、富集倍數(shù)高等特點(diǎn),對(duì)少量或微量有害成分的分析具有重要意義。張彥杰等[38]首次采用DLLME測(cè)定白芷及其元胡止痛片中香豆素的含量,實(shí)驗(yàn)表明補(bǔ)骨脂素、氧化前胡素濃縮倍數(shù)為12.6~38.5倍,回收率達(dá)到97.5%~114.8%。中空纖維液相微萃取法(HFLPME)可同時(shí)完成目標(biāo)物的篩選和凈化。Jun Zhou[39]自行設(shè)計(jì)HFLPME成功提取已口服蛇床子素的大鼠血漿中的蛇床子素。李利華等[40]將此法改進(jìn)成中空纖維脂質(zhì)體微篩選(HFLMS)技術(shù),成功對(duì)中藥蛇床子、補(bǔ)骨脂、羌活及獨(dú)活提取液中的香豆素類和木脂素類成分進(jìn)行了篩選和捕獲。此外,有研究表明,非離子表面活性劑TritonX-114/(NH4)2SO4雙水相體系[41]萃取蛇床子中蛇床子素效果非常好;分子印跡技術(shù)[42]能有效分離和純化香豆素。
當(dāng)然,提取植物中的香豆素類化合物要受到雜質(zhì)、溫度等多種因素的影響,一種萃取方法有局限性,而多種方法聯(lián)用則能取長(zhǎng)補(bǔ)短,更高效的提取目標(biāo)物質(zhì),這將是未來(lái)提取天然活性物質(zhì)的一個(gè)趨勢(shì)。Zaixiang Lou[43]第一次使用超聲波-微波萃取技術(shù)(UMAE)來(lái)提取牛蒡葉中的酚類物質(zhì),發(fā)現(xiàn)該法提取時(shí)間大大減少,萃取效率大大提高。后來(lái),該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究離子液體-超聲波-微波輔助聯(lián)用萃取法,結(jié)果此法比UMAE提取率更高,而與傳統(tǒng)的加熱回流萃取相比,提取率高出8%~17%,時(shí)間從5 h縮短到30 s[44]。Longhu Wang[45]首次報(bào)道采用超臨界流體萃取、溶劑萃取、超聲波萃取和超臨界流體-液液萃取四種方法提取白芷中的香豆素,實(shí)驗(yàn)表明超臨界流體-液液萃取法的選擇性和分離效率最高,香豆素濃度從0.144%遠(yuǎn)遠(yuǎn)提高到41.68%。Zuofu Wei[46]提取木豆葉中的活性物質(zhì),初次對(duì)比離子液體分別與微波提取、加熱提取和超聲波提取聯(lián)用提取法發(fā)現(xiàn),離子液體-微波輔助萃取能夠在25 min內(nèi)完成,提取效率提高了11.0%~38.9%。
3.1柱層析法
柱層析法又稱柱色譜法,主要原理是根據(jù)提取物中各組分在固定相和流動(dòng)相中分配系數(shù)不同,經(jīng)多次反復(fù)分配將組分分開(kāi)。層析柱使用的填充劑主要有聚酯酰胺、葡萄糖凝膠、硅膠等。Oasis?MCX固相萃取柱屬于混合型陽(yáng)離子交換柱,該設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)硅膠基質(zhì)混合型固相萃取吸附劑的局限性[47]。Bond Elut C18是Bond Elut系列中疏水性最強(qiáng)的鍵合硅膠吸附劑,因?yàn)樗鼙A羲嗷|(zhì)中的大部分有機(jī)物,可用于離子交換之前去除水相基質(zhì)中的鹽分[48]。Tingting Wang等[49]報(bào)道用ODS柱色譜純化白芷乙醇初提物,佛手內(nèi)酯、歐前胡素等的純度均超過(guò)99%。Cla'udia A.L.Cardoso等[50]對(duì)比Sep-pak硅膠柱和Seppak C18柱純化乳膏和潤(rùn)發(fā)油發(fā)現(xiàn),乳膏中的同一香豆素物質(zhì)如補(bǔ)骨脂素,通過(guò)Sep-pak C18純化的回收率僅為78.2%,而通過(guò)Sep-pak硅膠柱純化的回收率能達(dá)到94.9%。這說(shuō)明Sep-pak硅膠柱穩(wěn)定性更好、回收率更高,更適合用來(lái)檢測(cè)乳霜和潤(rùn)發(fā)油中的呋喃香豆素成分。柱層析法處理量大、應(yīng)用廣泛、回收率高,但流速要求嚴(yán)格、耗時(shí)長(zhǎng)且需反復(fù)層析,所以簡(jiǎn)化柱層析工藝是該法得以工業(yè)化應(yīng)用的重點(diǎn)。
3.2薄層色譜法
薄層色譜法于20世紀(jì)50年代后期廣泛使用,是一種常用的快速微量分離方法,適合分離同一類化合物。當(dāng)人們認(rèn)識(shí)到色譜的分離效率隨顆粒的減小而增加時(shí),隨后又發(fā)展了高效薄層色譜法、棒狀薄層色譜法和旋轉(zhuǎn)薄層色譜法[51]。該法分離香豆素類物質(zhì)使用的展開(kāi)劑主要是水、甲醇、氯仿、乙酸、丙酮、甲苯、石油醚、乙酸乙酯等的混配溶液[52]。Ma?gorzata Kozyra等[53]用薄層色譜純化前胡提取物,分別選用正庚烷-二氯甲烷-乙酸乙酯(40∶50∶10,V/V/V)、正庚烷-二氯甲烷-乙酸乙酯(30∶40∶30,V/V/V)及正庚烷-二異丙醚-異丙醇(80∶20∶12.5,V/V/V)三種流動(dòng)相作為展開(kāi)劑,成功分離出5種香豆素類化合物。Narendra A.Gajbhiye等[54]采用高效薄層色譜法分離印度桔樹(shù)甲醇提取物中的香豆素類物質(zhì),木桔、茵芋、傘形花內(nèi)酯、補(bǔ)骨脂素和歐前胡素等5種成分被檢測(cè)出來(lái),其回收率為97.99%~101.06%。薄層色譜法重現(xiàn)性差,一般不能準(zhǔn)確定量分析,展開(kāi)劑的選擇也是經(jīng)驗(yàn)式的,但由于操作簡(jiǎn)單,耗時(shí)短,而且薄層板的一次性使用能避免污染,所以在試樣處理、同時(shí)分析多個(gè)試樣等方面有它的獨(dú)特優(yōu)越性[51]。
3.3樹(shù)脂吸附法
樹(shù)脂吸附技術(shù)是20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的,其吸附劑是一類有機(jī)高聚物吸附樹(shù)脂,具有選擇性好、吸附速度快、吸附容量大、機(jī)械強(qiáng)度高、解析容易、再生方便等優(yōu)點(diǎn),因此在中藥研究和生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛[55]。不同結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂其吸附作用隨吸附物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同而有所不同,同類吸附物質(zhì)在各種樹(shù)脂上的吸附容量均與其極性有關(guān)。夏建軍等[56]自制含丙烯酸甲酯(MA)的吸附樹(shù)脂,當(dāng)MA含量達(dá)到54%時(shí),白芷中歐前胡索和異歐前胡索的富集倍數(shù)達(dá)到200倍(以生藥計(jì))。盛華剛等[57]研究D-101大孔樹(shù)脂對(duì)祖師麻香豆素的純化富集性發(fā)現(xiàn),提取液經(jīng)過(guò)大孔樹(shù)脂純化后,有效成分含量大大提高,干膏率明顯下降,為上柱前的48.32%。同樣,D-101型大孔樹(shù)脂對(duì)補(bǔ)骨脂藥材中香豆素類物質(zhì)也有較好的吸附量和解吸率。陳云紅等[58]報(bào)道,提取液通過(guò)D-101型大孔樹(shù)脂柱純化,香豆素類物質(zhì)的純度(以補(bǔ)骨脂素和異補(bǔ)骨脂素計(jì))由14.5%提高到33.7%。目前,樹(shù)脂比較昂貴,操作較為復(fù)雜,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和安全性問(wèn)題尚存爭(zhēng)議,主要在苷類成分純化方面應(yīng)用較廣泛,該法在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用研究還有待深入。
3.4高速逆流色譜法
高速逆流色譜是兩相溶劑體系在聚四氟乙烯管作高速行星運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不對(duì)稱離心力,實(shí)現(xiàn)物質(zhì)在兩相中的充分混合與分配而得以高效分離的技術(shù)[59]。它的一大特點(diǎn)是工作時(shí)不需要固體固定相,消除了傳統(tǒng)色譜中由于使用載體而帶來(lái)的吸附現(xiàn)象,因此,該技術(shù)已廣泛用于生物化學(xué)、環(huán)境分析、農(nóng)業(yè)和食品化學(xué)等領(lǐng)域,尤其是用來(lái)分離傳統(tǒng)中藥中的活性成分[60]。Huabin Li[61]以正己烷-乙酸乙酯-乙醇-水(5∶5∶6∶4,V/ V/V/V)和正己烷-乙酸乙酯-乙醇-水(5∶5∶6∶4,V/V/ V/V)為固定相,同時(shí)分離純化蛇床子中的5種香豆素,其純度為90.6%~98.9%,回收率為85.7%~94.2%。Renmin Liu[62]采用高速逆流色譜法分離純化白花前胡中的香豆素類物質(zhì)發(fā)現(xiàn),前胡香豆精D、Pd-Ib、白花前胡素A、白花前胡素B和一種未知組分的純度分別達(dá)到了98.6%、92.8%、99.5%、99.4%和99.8%。Zhiguo Hou等[60]報(bào)道,以石油醚-乙酸乙酯-甲醇-水(5∶5∶4∶6,V/V/V/V)為固定相同時(shí)分離純化白花前胡中的香豆素類化合物,得到七種已知物質(zhì)和兩種新物質(zhì),純度為92.8%~99.7%。
3.5分離純化聯(lián)用方法
張麗娟[63]首次將超濾技術(shù)應(yīng)用于高山紅景天植物原藥材浸提液中有效成分紅景天甙和酪醇的分離純化,充分體現(xiàn)了膜分離技術(shù)的優(yōu)越性。梅彥紅[64]設(shè)計(jì)了超臨界萃取-溶劑萃取-結(jié)晶集成技術(shù)來(lái)分離純化白芷中的香豆素成分,最終產(chǎn)品中香豆素含量大于98%。Shuguo Hu等[65]利用分子印跡的強(qiáng)識(shí)別性,建立了從傳統(tǒng)中藥秦皮中提取秦皮乙素及其結(jié)構(gòu)類似物的分子印跡聚合物(MIPs)固相萃取法,此法操作簡(jiǎn)單、溶劑消耗量小、模板和MIPs都可以回收再利用。
近年有不少高速逆流色譜與其他純化方法聯(lián)用的報(bào)道。2010年,Zhiguo Hou[66]團(tuán)隊(duì)針對(duì)白花前胡中檢出的兩種新物質(zhì),聯(lián)用高速逆流色譜-制備型高效液相色譜純化富集目標(biāo)物,首次得到10.6 mg/kg雷塞匹亭和12.4 mg/kg前胡香豆精J。Guodong Xiao等[67]報(bào)道,高速逆流色譜-薄層色譜聯(lián)用可有效純化分離補(bǔ)骨脂中的抗氧化性物質(zhì),以正己烷-乙酸乙酯-甲醇-水(1∶1.1∶1.3∶1,V/V/V/V)為固定相,可從250 mg補(bǔ)骨脂果實(shí)提取物的乙酸乙酯部分中分別純化得到補(bǔ)骨脂素5.91 mg、異補(bǔ)骨脂素6.26 mg和補(bǔ)骨脂次素3.19 mg,其純度分別為99.5%、99.8%和99.4%;三種未分離的物質(zhì)經(jīng)過(guò)薄層色譜純化后也得到有效分離,純度達(dá)到91.7%~97.4%。Xueli Cao等[68]首次將硅膠柱色譜和高速逆流色譜聯(lián)合起來(lái)分離茱萸和虎杖的石油醚提取物,能從近50 g石油醚萃取物中分離提純得到56 mg花椒內(nèi)酯等四種物質(zhì)。
與傳統(tǒng)溶劑提取法相比,超臨界流體提取、超聲波提取等方法有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),但均存在一定缺陷,如表2:索氏回流提取費(fèi)時(shí);超臨界流體提取設(shè)備昂貴;微波提取和超聲波提取僅用于實(shí)驗(yàn)室,且微波和超聲波對(duì)香豆素類物質(zhì)結(jié)構(gòu)和活性的影響還未深入研究;大孔樹(shù)脂吸附法易受樣品濃度的影響,穩(wěn)定性差;高速逆流色譜法使用有機(jī)試劑繁多,有些對(duì)環(huán)境和人體健康影響較大;酶法提取果膠、類黃酮的技術(shù)已經(jīng)成熟,而用于香豆素的提取卻未見(jiàn)有報(bào)道等。
表2 提取純化方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較Fig.2 Comparison of different extraction techniques
香豆素類化合物來(lái)源豐富,它作為一種重要的生物化學(xué)物質(zhì),已在醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品、香料以及日化工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,尤其近來(lái)天然抗HIV活性香豆素類化合物的發(fā)現(xiàn)為抗艾滋病藥物的研究開(kāi)辟了一個(gè)新的領(lǐng)域[69]。目前,國(guó)內(nèi)外采用較多的是傳統(tǒng)溶劑提取法、超臨界流體提取法、微波提取法、超聲波提取法以及柱層析法,但這些方法均有各自的不足之處。因此,為了加快我國(guó)豐富的香豆素類化合物資源開(kāi)發(fā)利用,應(yīng)該重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn):針對(duì)不同植物源,深入研究超臨界流體、微波和超聲波提取機(jī)理及工藝條件,建立一套完整的操作簡(jiǎn)便、安全高效、廣泛適用的提取純化體系,并研制適于工業(yè)化應(yīng)用的配套裝備;對(duì)各種提取純化技術(shù)進(jìn)行對(duì)比,研究不同模式下針對(duì)不同目標(biāo)物的提取純化機(jī)理,并強(qiáng)化研究超聲波-微波萃取、超聲波復(fù)頻萃取、超臨界流體-仿生提取、酶解-微波提取、超濾-結(jié)晶-層析純化等組合技術(shù)的工藝條件及技術(shù)參數(shù),促進(jìn)工業(yè)化應(yīng)用;加強(qiáng)香豆素類化合物活性機(jī)理研究,并研發(fā)可應(yīng)用于食品和醫(yī)藥方面的新產(chǎn)品。總之,隨著研究的深入,天然香豆素類化合物的提取純化技術(shù)將更加工業(yè)化、自動(dòng)化、通用化和綠色化。
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Research progress in extraction and purification techniques of natural coumarin compounds in plants
GONG Lei1,2,LIU Yan-yu1,2,JIAO Bi-ning1,2,3,4,*,ZHANG Si-yuan1,2,ZHANG Jiao-jiao1,2
(1.Citrus Reserch Institute,Southwest University,Laboratory of Quality&Safty Risk Assessment for Citrus Products of Ministry of Agriculture,Chongqing 400712,China;2.Quality Supervision and Testing Centre for Citrus and Seedling,Ministry of Agriculture,Chongqing 400712,China;3.National Citrus Engineering Research Center,Chongqing 400712,China;4.Chongqing Municipal Key Laboratory for Citrus,Chongqing 400712,China)
Coumarins are widely distributed in the plant kingdom,which have the wide range of biological activity,such as anticancer,antimicrobial,antivirus and antioxidant activities.Research on natural coumarins was a recently very active topic and had made remarkable progress.In this paper,the varieties and distribution,extraction,isolation and purification methods of natural coumarins were summarized with the aims of providingabasisforthedevelopmentandutilizationofnaturalcoumarins,andpromotingindustrial development.
coumarins;distribution;extraction;purification
TS201.1
A
1002-0306(2015)20-0377-08
10.13386/j.issn1002-0306.2015.20.069
2015-01-20
龔蕾(1991-),女,碩士研究生,研究方向:食品安全與質(zhì)量控制,E-mail:gonglei406@163.com。
焦必寧(1964-),男,大學(xué)本科,研究員,研究方向:果蔬貯藏加工技術(shù)與質(zhì)量安全,E-mail:bljiao@tom.com。
國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(柑桔)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-27);國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估重大專項(xiàng)(GJFP2015002,GJFP2015004);“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAD01B04);公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303093)。