莽草酸的生物活性及提取工藝研究進(jìn)展

陳豆弟，張露

（陜西理工學(xué)院化工學(xué)院，陜西漢中723001）

莽草酸的生物活性及提取工藝研究進(jìn)展

陳豆弟，張露

（陜西理工學(xué)院化工學(xué)院，陜西漢中723001）

簡(jiǎn)要介紹了莽草酸的生物活性，綜述了莽草酸的提取工藝，分析了其目前的研究熱點(diǎn)及存在的問題，最后展望了發(fā)展前景。

莽草酸；生物活性；提取工藝

莽草酸（shikimic acid）又名毒八角酸，主要分布在八角茴香、馬尾松、側(cè)柏及枇杷葉中。我國(guó)是八角屬植物的主要分布區(qū)［1］，占世界總產(chǎn)量的90%［2］，為工業(yè)上莽草酸的提取提供了豐富的資源。除了從植物中提取外，微生物發(fā)酵也能提取莽草酸，目前羅氏公司三分之一的莽草酸就是大腸桿菌提供的［3］?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究證明，莽草酸及其衍生物具有抗炎鎮(zhèn)痛、抗腫瘤抗血栓、抗HIV等多種生物活性。目前我國(guó)在臨床上將該化合物鑒定為合成治療H5N1亞型高致病性禽流感唯一有效藥物“達(dá)菲”的關(guān)鍵中間體，這使得莽草酸的開發(fā)價(jià)值大大提高［4］。雖然我國(guó)莽草酸資源豐富，但莽草酸的提取條件要求十分苛刻，且近幾年來隨著人們疾病預(yù)防意識(shí)的增強(qiáng)，莽草酸的市場(chǎng)需求量大幅度提高，因此有必要尋求合理且經(jīng)濟(jì)高效的提取及純化方法來提高莽草酸的產(chǎn)量，以拓寬其應(yīng)用范圍。本文簡(jiǎn)要介紹了莽草酸的生物活性，重點(diǎn)綜述了現(xiàn)階段莽草酸的提取工藝，探討了各提取工藝的研究熱點(diǎn)及發(fā)展方向，以期為我國(guó)莽草酸資源的開發(fā)利用提供參考。

1 莽草酸的生物活性

1.1 抗炎鎮(zhèn)痛作用

大量的研究表明，莽草酸可直接抑制病毒顆粒從細(xì)胞釋放，阻止其進(jìn)一步感染正常細(xì)胞，起到迅速控制病毒的作用，從而控制微生物的生長(zhǎng)，使莽草酸達(dá)到消炎鎮(zhèn)痛的作用。林潔等［5］采用扭體法和溫浴法觀察腹腔注射莽草酸溶液后小鼠痛閾潛伏期和扭體反應(yīng)次數(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示八角茴香提取物莽草酸具有明顯的鎮(zhèn)痛抗炎效果。

1.2 抗腫瘤抗血栓作用

北京中醫(yī)藥大學(xué)孫建寧等對(duì)莽草酸及其衍生物針對(duì)心腦血管系統(tǒng)的作用作了進(jìn)一步的研究，發(fā)現(xiàn)莽草酸可直接影響花生四烯酸代謝，抑制血小板聚集和凝血系統(tǒng)，進(jìn)而發(fā)揮抗血栓作用。王宏濤等［6］對(duì)從八角茴香中提取的莽草酸進(jìn)行研究，得出莽草酸可能是通過保護(hù)腦組織能量代謝，提高腦組織某些酶的生物活性，減輕腦水腫程度，達(dá)到保護(hù)缺血性腦組織損傷的結(jié)論。

1.3 抗HIV作用

莽草酸是目前世界上被證實(shí)對(duì)抗禽流感唯一有效的原材料，莽草酸經(jīng)加工提煉得到對(duì)抗禽流感的達(dá)菲類藥物。KARPFM等［7］的研究結(jié)果顯示，莽草酸結(jié)構(gòu)中的親脂性基團(tuán)與流感病毒的神經(jīng)氨酸酶的疏水部分結(jié)合，使病毒的神經(jīng)氨酸酶失去分解被污染細(xì)胞表面唾液酸的能力，阻斷了被復(fù)制的病毒顆粒向周圍細(xì)胞的擴(kuò)散，從而抑制流感病毒的繼續(xù)傳播。

1.4 其他作用

莽草酸除了具有抗炎鎮(zhèn)痛、抗腫瘤抗血栓、抗HIV作用外，也可作為抗癌藥物的中間體，還是許多生物酸、堿及其衍生物等藥物合成的關(guān)鍵體。此外，莽草酸還可作為保健品和食品的添加劑，調(diào)節(jié)血管微循環(huán)，起到預(yù)防及治療心血管疾病的作用。

2 莽草酸的提取工藝

溶劑浸提法和熱回流提取法是傳統(tǒng)的莽草酸提取工藝，隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，越來越多的研究者開始采用現(xiàn)代分離技術(shù)提取莽草酸，如超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、離子交換法提取和減壓內(nèi)部沸騰法提取等。

2.1 溶劑浸提法

溶劑浸提法是最傳統(tǒng)的提取方法，也是目前工業(yè)上一直沿用的提取方法，因其操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)受到推崇。溶劑浸提法根據(jù)所需溶劑分為水浸提法及有機(jī)溶劑浸提法，根據(jù)提取條件也可分為冷提法和熱提法。

水浸提也就是水蒸氣蒸餾法。水蒸氣蒸餾法是提取揮發(fā)油和揮發(fā)成分的常用方法。在蒸餾前，首先加適量水使原料充分浸潤(rùn)，然后將揮發(fā)性成分有效地蒸出。有機(jī)溶劑浸提法是根據(jù)相似相容原理將提取物溶解到提取劑中，然后除去提取劑，獲得提取物粗品。

李健等［8］采用水蒸氣蒸餾法從八角茴香中提取茴香油和莽草酸，確定了提取的最佳工藝為物料粒徑80目、料液比1∶15（g/mL）、提取溫度150℃、提取時(shí)間4 h，莽草酸的提取率達(dá)2.05%。在此實(shí)驗(yàn)中，水蒸氣蒸餾裝置和揮發(fā)油測(cè)定器同時(shí)使用，既節(jié)省了時(shí)間，又充分利用了原材料。

有機(jī)溶劑浸提法原理與水蒸氣蒸餾法是一樣的，一般用到的有機(jī)物主要有乙醇、丙酮、甲醇和丁醇等。謝濟(jì)運(yùn)等［9］以乙醇為溶劑，研究了濕地松松針中莽草酸的提取工藝。通過單因素和正交試驗(yàn)，確定了乙醇浸提法的最佳工藝：乙醇濃度65%、提取溫度75℃、料液比1∶25（g/mL）、提取時(shí)間2.5h，莽草酸的提取率為1.49%。

溶劑浸提法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便的優(yōu)點(diǎn)，但提取物粘度較大，純度不高，還存在溶劑用量大等缺點(diǎn)。林於等［10］經(jīng)預(yù)試驗(yàn)，從安全、可持續(xù)、低成本與可工業(yè)化生產(chǎn)等方面綜合考慮，采用離子交換樹脂－大孔吸附樹脂系統(tǒng)來解決此缺陷。因此，若能對(duì)廢棄的有機(jī)物進(jìn)行回收或循環(huán)使用，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，也可減少環(huán)境的污染。

2.2 熱回流提取法

熱回流提取法是在有機(jī)溶劑提取法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種方法，其原理是采用回流加熱裝置使溶劑回流；溶劑蒸餾后又被冷凝，重新回到浸出器中繼續(xù)參與循環(huán)浸提直至有效成分完全提出。提取莽草酸時(shí)，一般先將原料烘干后粉碎，過篩后加溶劑，回流加熱浸提，過濾得到莽草酸的粗提取液，粗提取液再經(jīng)沉淀或重結(jié)晶得莽草酸。因每次與原料接觸的都是新鮮溶劑，大大提高了產(chǎn)品的得率，縮短了提取時(shí)間，同時(shí)也避免了提取過程中溶劑的揮發(fā)損失。

劉永友等［11］研究在回流條件下單因素對(duì)莽草酸提取率的影響，并用正交法探討回流提取八角茴香中莽草酸的最佳工藝條件：以蒸餾水為提取溶劑、原料粒度0.42 mm、提取溫度100℃、液固比20∶1、提取時(shí)間120 min、提取兩次，提取率可達(dá)8.117%。

熱回流提取法實(shí)現(xiàn)了溶劑的循環(huán)使用，可有效防止溶劑污染；但提取時(shí)需連續(xù)加熱，浸出液受熱時(shí)間較長(zhǎng)，易使提取物有效成分失活，故此法不適于熱敏性有效成分的提取。目前回流提取法還有很大的研究空間，對(duì)工藝條件及工藝過程的優(yōu)化將是今后學(xué)者們的主要研究方向。

2.3 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取法是利用超聲波的機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)及熱效應(yīng)，通過增大介質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)速度、增大介質(zhì)穿透力，以提取有效成分。超聲波作用產(chǎn)生的能量能有效打破細(xì)胞邊界層，增大擴(kuò)散速度，同時(shí)提高破碎速度，縮短破碎時(shí)間，顯著提高提取效率。超聲波提取通常是將原料粉碎，與一定的溶劑混合，經(jīng)過超聲作用使提取物與溶劑充分接觸達(dá)到提取的目的。

超聲波提取時(shí)，不但其功率和提取時(shí)間對(duì)產(chǎn)率有影響，而且工藝中的料液比對(duì)產(chǎn)率也有一定的影響。料液比過大時(shí)，會(huì)增加超聲波破碎細(xì)胞的阻力，使細(xì)胞破碎程度下降，有效成分難以溶出；料液比過小時(shí)，沒有足夠的溶劑帶出原料中的有效成分，提取率降低。謝濟(jì)運(yùn)等［12］對(duì)超聲波提取濕地松松針中的莽草酸工藝條件進(jìn)行了研究：當(dāng)料液比為1∶20（g/mL）時(shí)，松針中莽草酸的提取率最高，隨著料液比的不斷增加，產(chǎn)率卻逐漸下降，因此，選擇適宜的料液比是提高莽草酸提取率的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)方法相比，超聲波提取能加快有效物質(zhì)的溶出，大大縮短提取時(shí)間，由傳統(tǒng)的2～3 h縮短到幾十分鐘，有時(shí)甚至還可縮短到幾分鐘。劉潔等［13］以八角茴香為原料，在用超聲波提取莽草酸工藝研究中，提取46 min，提取兩次，總提取率可達(dá)6.8%。

目前，超聲波提取法是一種相當(dāng)成熟且有廣泛應(yīng)用的提取技術(shù)，提取的時(shí)間短、條件溫和、提取物品質(zhì)優(yōu)，具有很好的發(fā)展前景。但超聲波提取工業(yè)化擴(kuò)大生產(chǎn)還存在瓶頸問題，難以跨越提取中的不確定因素，同時(shí)大功率的發(fā)聲器對(duì)環(huán)境也有一定的污染，此類問題亟須研究者解決。

2.4 微波輔助提取法

微波輔助提取法是一種新興的天然產(chǎn)物提取技術(shù)。微波萃取是利用高頻電磁波直接與分離物質(zhì)作用，導(dǎo)致原料體內(nèi)不同成分反應(yīng)差異使有效成分與基體快速分離，微波作用過程中，由于物質(zhì)分子與微波震動(dòng)具有相似頻率，在快速微波振動(dòng)磁場(chǎng)中，被輻射物質(zhì)吸收微波能，體系溫度迅速升高，分子內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，摩擦使細(xì)胞膜破裂，有效成分溢出溶于提取劑中，再進(jìn)行精制純化得到純度較高的目標(biāo)產(chǎn)物。

與溶劑浸提法、熱回流提取法、超聲波提取法等相比，微波輔助提取法提取莽草酸所用的時(shí)間最短。丁雷濤等［14］研究采用微波輔助提取法提取松針中莽草酸，通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，篩選出最佳的工藝條件：微波溫度35℃，料液比1∶20（g/mL），微波功率550 W，乙醇濃度35%，微波時(shí)間90 s，莽草酸提取率達(dá)11.312 mg/g。微波還可輔助其他方法來提取莽草酸。張迎等［15］利用超聲波微波協(xié)同萃取法從八角茴香中提取莽草酸，超聲微波協(xié)同提取莽草酸不但縮短了提取時(shí)間，而且提取率也大大提高，提取三次，提取率最高可達(dá)7.823%。

微波輔助提取法是一種清潔高效的現(xiàn)代化提取方法，具有溶劑用量少、生產(chǎn)周期短、全封閉式操作等優(yōu)點(diǎn)。近年來，微波輔助提取法的研究只局限于工藝條件的優(yōu)化，而微波提取還存在升溫迅速、受熱不均勻等缺點(diǎn)，提取熱敏性物質(zhì)時(shí)可能會(huì)使有效成分失活，因此這些問題還有待科研人員進(jìn)一步研究解決。

3 展望

近年來，環(huán)境惡化及病毒變異引起的禽流感備受國(guó)內(nèi)外研究者關(guān)注，莽草酸作為抗禽流感藥物“達(dá)菲”的重要原料，其提取及衍生物的制備成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。目前莽草酸的合成技術(shù)尚未成熟，其合成產(chǎn)物的安全性屢遭質(zhì)疑，從八角茴香及其他植物中提取莽草酸仍是生產(chǎn)達(dá)菲的關(guān)鍵步驟。浸提法和熱回流法是提取莽草酸最傳統(tǒng)的方法，雖然在提取方法領(lǐng)域中已相當(dāng)成熟，但其提取時(shí)間長(zhǎng)，能耗大，提取率不高，還存在溶劑污染等問題，在經(jīng)濟(jì)高效、節(jié)能環(huán)保理念要求下有逐漸被淘汰的趨勢(shì)。超聲波輔助提取法不但要注重工藝條件的優(yōu)化，還要控制好工藝參數(shù)。相比于微波輔助提取法，超聲波輔助提取法在萃取時(shí)聲震強(qiáng)度較大，但微波輔助提取法升溫迅速，受熱不均勻可能破壞有效成分的結(jié)構(gòu)，因此多種方法聯(lián)用將是今后莽草酸提取方面的主要發(fā)展方向。相信經(jīng)過研究者對(duì)提取工藝的不斷改進(jìn)及優(yōu)化，莽草酸的產(chǎn)量將會(huì)越來越高，禽流感給人們帶來的恐懼將不復(fù)存在，同時(shí)借助于莽草酸的多種生物活性，其應(yīng)用范圍將會(huì)得到更大的拓展。

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10.3969/j.issn.1007-2217.2012.03.003

2012－05-28