黃酮類化合物酶促衍生化的研究進(jìn)展

肖詠梅,毛 璞,栗俊田,楊亮茹,屈凌波

(河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,河南鄭州 450001)

黃酮類化合物酶促衍生化的研究進(jìn)展

肖詠梅,毛 璞,栗俊田,楊亮茹,屈凌波

(河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,河南鄭州 450001)

黃酮類化合物具有多種生理活性,但大部分天然黃酮脂溶性或水溶性較差,存在口服生物利用度低等缺點(diǎn),通過(guò)衍生化方法可改善黃酮類物質(zhì)的溶解性.酶的高效性和選擇性為其改性研究提供了幫助,綜述了黃酮類化合物的酶促衍生化研究的新進(jìn)展.

黃酮類化合物;酶;衍生化

0 前言

隨著食品工業(yè)的發(fā)展與人們消費(fèi)觀念的改變,含有天然活性成分的保健食品成為現(xiàn)代人追求的目標(biāo).其中黃酮類化合物以純天然、高活性、作用廣泛等特點(diǎn)日益受到人們的關(guān)注.黃酮類物質(zhì)具有抗菌消炎、抗病毒、抗氧化、抗腫瘤、防止動(dòng)脈硬化等多種生理活性[1],但由于大部分天然黃酮脂溶性或水溶性較差,存在口服生物利用度低等缺點(diǎn),研究者通過(guò)衍生化方法,改善黃酮類物質(zhì)的親水親油性,使其更廣泛更好地應(yīng)用于食品、化妝品和藥劑配置中.由于黃酮類化合物結(jié)構(gòu)中具有結(jié)構(gòu)相似的反應(yīng)基團(tuán)如羥基,傳統(tǒng)化學(xué)催化改性的方法會(huì)使產(chǎn)物變得復(fù)雜,而選擇酶做催化劑,因其選擇性強(qiáng),反應(yīng)條件溫和,成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn).自 1984年 Klibanov[2]首次把酶的應(yīng)用從水介質(zhì)拓展到非水介質(zhì)以來(lái),由于酶在有機(jī)介質(zhì)中具有極高的熱穩(wěn)定性,選擇性強(qiáng),可減少副反應(yīng)發(fā)生的特點(diǎn),所以非水介質(zhì)中的酶催化已經(jīng)被用到有機(jī)合成、手性合成或拆分、藥物改性、生物表面活性劑合成、聚合物制備等眾多研究領(lǐng)域[3-4].作者綜述了黃酮類化合物的酶促衍生化的研究進(jìn)展.

1 酯化

1.1 槲皮苷類的酶促酯化

槲皮苷類結(jié)構(gòu)中具有伯羥基、仲羥基、酚羥基3種類型的羥基.酶催化合成異槲皮苷酯時(shí),酰化位置選擇性的發(fā)生在 6′′-位伯羥基上,如果沒有伯羥基則發(fā)生在 3′′-位仲羥基上,母體上的酚羥基沒有發(fā)生反應(yīng).而槲皮苷只有仲羥基和酚羥基兩種羥基類型,酰化位置發(fā)生在 4′′-位的仲羥基上.Stevenson[5]報(bào)道 ,在 2-甲基 -2-丙醇作溶劑 ,加入 4?分子篩,利用 Novzym435催化異槲皮苷與棕櫚酸、肉桂酸、苯丙酸等一系列羧酸的酯化反應(yīng),生成了葡萄糖 6-位 (伯羥基)取代的異槲皮苷酯,轉(zhuǎn)化率達(dá) 25%～95%.

Nakaji ma[6]用由甘薯細(xì)胞培養(yǎng)的酶,以三磷酸腺苷作能源提供物,和輔酶 CoA共同作用,用咖啡酸、肉桂酸等芳香酸直接與異槲皮苷酯化,生成一系列芳香酸-6′′-異槲皮苷酯.Salem等[7]以鏈長(zhǎng)為 C4-C18的羧酸為酰化試劑,Novzym435催化酯化異槲皮苷,?；恢靡策x擇性的發(fā)生在糖環(huán)的 6-位伯羥基上.Ishihara等[8]以肉桂酸乙烯酯和苯甲酸乙烯酯等芳香乙烯酯為酰化試劑,以Chirazyme L-2或 Amano-PS催化在丙酮或乙腈中合成了一系列異槲皮苷酯,并且提高了熱穩(wěn)定性.?；课欢歼x擇性的發(fā)生在 6′′-的伯羥基上.

在體積比 9︰1的丙酮與吡啶的混合溶劑中,Novozym 435催化下 ,n槲皮苷︰n乙酸乙烯酯=1︰10進(jìn)行反應(yīng),得到 4′′-位取代物,而異槲皮苷在同樣的條件下 ,得到的是 3′′,6′′-O-二乙酸酯[9].

De Oliveira[10]研究了 Novozmy435催化異槲皮苷的乙?；磻?yīng),用Monte Carlo-based docking程序和經(jīng)典力場(chǎng)計(jì)算底物與酶空腔的結(jié)合模型,在原子水平上解釋了糖環(huán)的 6′′-OH易于酯化的原因.

1.2 柚皮苷的酶促酯化

Mellou等[11]在無(wú)毒有機(jī)溶劑中以固定化的假絲酵母脂肪酶催化合成了黃酮單糖酰化衍生物.以丙酮為溶劑 ,n月桂酸乙烯酯︰n柚皮苷≥10︰1時(shí) ,反應(yīng) 96 h獲得最高的轉(zhuǎn)化率,達(dá)到 70%.該脂肪酶催化的?；恢眠x擇發(fā)生在伯羥基位置.

Gayot等[12]用 Novozym 435催化棕櫚酸直接酯化柚皮苷,以 2-甲基-2-丁醇作溶劑,柚皮苷只有葡萄糖基的 6-OH被酯化,引入了長(zhǎng)碳鏈,并考察了溶劑含水量的影響.Stevenson等[5]在 2-甲基-2-丙醇中以 Novozym 435催化?；制ぼ?分別以 C14、C16、C18和 C20的飽和脂肪酸為酰化試劑,主要?；a(chǎn)物為單酯.以棕櫚酸為酰基供體時(shí),產(chǎn)率最高達(dá) 95%,氫化肉桂酸 (PPA)為?；w時(shí),產(chǎn)率最低為 50%.這種酶顯示出高度的選擇性,?；恢枚及l(fā)生在糖環(huán)的脂肪族伯羥基上,沒有脂肪族伯羥基的化合物不能被酰化.

由于離子液體具有非揮發(fā)性、低熔點(diǎn)、良好的導(dǎo)電與導(dǎo)熱性、高穩(wěn)定性和選擇性溶解力的特點(diǎn),Diego等[13]研究發(fā)現(xiàn)離子液體替代有機(jī)溶劑作為酶促反應(yīng)的介質(zhì),提高了酶的選擇性和穩(wěn)定性,經(jīng)

供應(yīng)情況：國(guó)內(nèi)方面，企業(yè)主要供應(yīng)前期預(yù)收訂單，市場(chǎng)到貨有限。出口方面，企業(yè)集港發(fā)運(yùn)較快，長(zhǎng)江港口和南方港口出貨順暢，企業(yè)10月份出口訂單基本已排滿，11月份仍有少量接單。原料方面，近期硫磺價(jià)格理性回調(diào)，長(zhǎng)江港口硫磺報(bào)價(jià)1420元/噸，周環(huán)比下滑90元/噸；硫酸市場(chǎng)靈活上調(diào)20-50元/噸，受硫磺市場(chǎng)價(jià)格高位運(yùn)行，酸企庫(kù)存持續(xù)偏低；合成氨市場(chǎng)總體維穩(wěn)，局部窄幅調(diào)整；磷礦石價(jià)格高位堅(jiān)挺，市場(chǎng)供貨偏緊態(tài)勢(shì)有增無(wú)減。近期，二銨市場(chǎng)正值秋冬季節(jié)過(guò)渡期，需求清淡，部分中小型企業(yè)停車檢修裝置，開工率繼續(xù)下滑，平均約為54%。

Katsoura等[14]首次報(bào)道了在離子液體中選擇性合成柚皮苷的?；a(chǎn)物,以 Novozym 435催化柚皮苷與丁酸乙烯酯的酯交換反應(yīng),在[bmim]BF4中主要?；a(chǎn)物為葡萄糖 C-6位的酯化產(chǎn)物,反應(yīng) 96 h,轉(zhuǎn)化率為 65%.

圖3 柚皮苷?；课?/p>

現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道的柚皮苷上的酯化反應(yīng),都因柚皮苷含一分子葡萄糖的結(jié)構(gòu)、具有伯羥基,酶催化酰化反應(yīng)都發(fā)生在葡萄糖 C-6位的伯羥基上.

1.3 蘆丁的酶促酯化

蘆丁是一種天然黃酮類化合物,它的糖苷部位由一分子葡萄糖和一分子鼠李糖相連,結(jié)構(gòu)中只有仲羥基和酚羥基.

Ardhaoui等[15]報(bào)道了枯草桿菌蛋白酶 (Subtilsin)的催化下,蘆丁與丁酸三氟乙酯在吡啶中的酯化,得到 3′′-位的仲羥基上的酯化產(chǎn)物,48 h后轉(zhuǎn)化率為 65%.Viskupicova等[16]用 CAL B催化蘆丁與 C4-C18不同鏈長(zhǎng)的脂肪酸?；??；磻?yīng)主要發(fā)生在葡萄糖的 3′′-OH上,其次是鼠李糖的 4′′′-OH上,得到親油性的蘆丁衍生物,產(chǎn)率達(dá) 27%～62%.產(chǎn)物對(duì)油基質(zhì)食品的保存有重要意義.

Mellou等[17]研究了蘆丁在丙酮中 50℃下,Novozym 435催化,與不同的單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸發(fā)生酰化反應(yīng),?；恢眠x擇性的發(fā)生在鼠李糖上的 4′′′-OH仲羥基上,如圖 4所示.以油酸為酰化試劑時(shí),轉(zhuǎn)化率為 70%.不同溶劑對(duì)反應(yīng)影響很大,蘆丁與油酸反應(yīng),在丙酮中96 h后轉(zhuǎn)化率為 70%,在 2-甲基-2-丙醇中轉(zhuǎn)化率僅為 37%,而在四氫呋喃中幾乎不反應(yīng).

圖4 蘆丁在不同酶催化下的?；课?/p>

Lue等[18]研究了室溫離子液體 (RTI L)結(jié)構(gòu)對(duì)蘆丁酶促?；挠绊?考察了 14種不同結(jié)構(gòu)的離子液體發(fā)現(xiàn),陰離子比陽(yáng)離子對(duì)脂肪酶活性影響更大.

從現(xiàn)有研究報(bào)道看出,枯草桿菌蛋白酶催化蘆丁酰化時(shí)一般選擇性發(fā)生在 3′′-位的仲羥基,而 Novozym 435催化時(shí)選擇性?；咸烟堑?3′′-OH和鼠李糖的 4′′′-OH.

1.4 根皮苷的酶促酯化

圖5 根皮苷-6′′-O-肉桂酸酯的結(jié)構(gòu)

1.5 其他黃酮類化合物的酶促酯化

Thomas等[20]報(bào)道了在室溫離子液體中用固定化鞣酸酶 (tannase)催化合成沒食子酸兒茶素酯.在兒茶素與沒食子酸酶催化合成表兒茶素沒食子酸酯時(shí),7種室溫離子液體被用作反應(yīng)介質(zhì),其中 6種被證明是酯化反應(yīng)的合適溶劑.當(dāng)溶劑含水量高于 20%時(shí)會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)率降低.

Katsoura等報(bào)道在離子液體 ([bmi m]BF4和 /或[bmim]PF6)中以 Novozym 435催化七葉苷與乙烯丁酯的酯交換反應(yīng),主要酰化產(chǎn)物為葡萄糖C-6位的酯化產(chǎn)物[14].

圖6 七葉苷?；课?/p>

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,超聲波的作用可促使某些化學(xué)反應(yīng)發(fā)生或?qū)Ψ磻?yīng)有加速作用.當(dāng)其作用于分散在介質(zhì)中的酶分子時(shí),超聲波釋放出的能量會(huì)促使酶分子的構(gòu)象發(fā)生改變,生物學(xué)功能可能會(huì)得到加強(qiáng).肖詠梅等[21-22]以二酸二乙烯酯為酰化供體,通過(guò)酶促酯交換反應(yīng)對(duì)曲克蘆丁進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,選擇性的合成了曲克蘆丁乙烯酯,并研究了一系列超聲條件對(duì)酯交換反應(yīng)的影響,結(jié)果顯示,150W、80 kHz時(shí)反應(yīng)速率顯著增加,并且隨著?；w鏈長(zhǎng)的縮短,增速作用越顯著,曲克蘆丁轉(zhuǎn)化率由 56.3%提高到 87.3%.可能的原因是由于超聲改變了酶分子的構(gòu)象,從而增強(qiáng)了酶分子對(duì)底物的親和力.

溶劑是影響酶催化反應(yīng)的一個(gè)重要的因素.Habulin等[23]以 3種酶在不同溶劑中催化香茅醇與月桂酸合成香茅醇月桂酸酯,Novozym 435催化效果最好,選用的丙酮、甲基乙酮、2-甲基-2-丁醇和正庚烷幾種介質(zhì)中,正庚烷效果最好,反應(yīng)30 min后轉(zhuǎn)化率達(dá)到 81%,而在丙酮中反應(yīng) 30 min后轉(zhuǎn)化率僅為 15%.可見溶劑對(duì)酶促反應(yīng)具有較大影響.

Chang等[24]以 Novozym 435催化 L-抗壞血酸和月桂酸直接酯化合成了 L-抗壞血酸月桂酸酯,在溫度為 30.6℃、酶量為 34.5%、反應(yīng)物摩爾比為 1︰4.3時(shí)反應(yīng) 6.7 h,最高產(chǎn)率為 93.2%.

Singh等[25]研究了多種酶催化選擇性?；h(huán)烯醚萜苷,以乙酸乙烯酯與對(duì)硝基苯鏈烷酸酯作為?；噭?其中在四氫呋喃溶劑體系中,以 lipase B催化產(chǎn)率最高 (50%).由于胡黃連苷 I(picroside-I)肉桂酸酯的空間位阻,使得糖苷上的伯羥基不能參與?；磻?yīng),因此,酯化位置選擇性的發(fā)生在糖環(huán)上的仲羥基 (C-6)上.

2 酶促羥基化

為了進(jìn)一步改善大豆苷元的抗癌活性,Roh等[26]利用從枯草芽苞桿菌中得到的 CHY107H1作用于大豆苷元直接進(jìn)行羥基化得到大豆苷元衍生物 7,4′,3′-三羥基大豆苷元.

圖7 大豆苷元酶促羥基化反應(yīng)

Roh等[27]研究發(fā)現(xiàn) Streptomyces avermitilis MA-4680有很高的鄰二羥基活性,用來(lái)選擇性的催化大豆苷元和染料木素 3′位發(fā)生羥基化,分別得到 3′,4′,7-三羥基異黃酮和 3′,4′,5,7-四羥基異黃酮.

3 選擇性糖苷化

Yang等[28]報(bào)道了 Cel7B-E197S突變體可以直接使黃酮苷元糖苷化,并且有高度的區(qū)域選擇性,合成了一系列黃酮苷類化合物,如圖 8所示.

圖8 黃酮的區(qū)域選擇性糖苷化

4 其他衍生化方法

Wang等[29]首先用 Niu-O16將大豆苷元加氫還原,然后采用 Julong-732和乳酸桿菌兩種菌種混合在厭氧條件下,從中得到 S-雌馬酚,由于利用的是混合菌種使得 S-雌馬酚的產(chǎn)量大大增加.

圖9 大豆苷元的加氫還原反應(yīng)

從以上的綜述可以看出,酶在不同介質(zhì)中對(duì)于不同的底物具有可調(diào)控性和選擇性,酶促反應(yīng)具有溫和、易實(shí)現(xiàn)和反應(yīng)的選擇性等優(yōu)點(diǎn).選擇適合的有機(jī)溶劑和相應(yīng)的酶,不僅有利于提高酶的穩(wěn)定性,而且提高了反應(yīng)產(chǎn)率,實(shí)現(xiàn)了選擇性的合成.非水介質(zhì)酶催化發(fā)展迅速,正在逐步應(yīng)用于化合物的選擇性改性,尤其是天然產(chǎn)物的衍生化,由于產(chǎn)物組成較化學(xué)催化的可控,利于進(jìn)一步的開發(fā)和利用.在未來(lái)的研究中,一種全新的生物催化劑將應(yīng)用于化學(xué)和制藥工業(yè).酶催化黃酮類化合物的改性以提高其藥理、生理活性,具有廣闊的應(yīng)用前景.

致謝:感謝河南省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和鄭州市創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對(duì)本研究工作的支持.

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PROGRESS IN ENZY MATIC DER I VATIZATI ON OF FLAVONO IDS

XI AO Yong-mei,MAO Pu,L IJun-tian,YANGLiang-ru,QU Ling-bo
(School of Chem istry and Chem ical Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou450001,China)

Flavonoids have a variety of physiological activities,but the majority of natural flavonoids have poor lipid solubility orwater solubility and low oral bioavailability.The derivatization method can improve the solubility of flavonoids,and enzymeswith high efficiency and selectivity are good to the modification of flavonoids.The paper summarized the progress of enzymatic derivatization of flavonoids.

flavonoids;enzyme;derivatization

TS201.2

A

1673-2383(2011)01-0078-05

2010-10-28

河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(82102330014);鄭州市科技局攻關(guān)項(xiàng)目(2010GYXM639)

肖詠梅 (1969-),女,河南鄭州人,博士,副教授,研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物的改性和酶促合成.