鞣花酸制備工藝研究進展

趙斌斌，董 欣，李向勇*

1德州學院生命科學學院;2 德州學院物理與信息學院;3 山東省高校生物技術與生物資源利用重點實驗室，德州 253023

1 鞣花酸的分子結(jié)構及應用

鞣花酸(Ellagic acid，2，3，7，8-tetrahydroxybenzopyrano［5，4，3-cde］benzopyran-5，10-dione)，又名并沒食子酸、胡頹子酸，是一種廣泛存在于多種植物果實中，如軟果、堅果中的天然多酚組分。天然鞣花酸呈反式?jīng)]食子酸單寧結(jié)構［1］。鞣花酸分子式為C14H16O18(圖1)，在自然界中以縮合形式(如鞣花單寧、苷等)存在;可與三氯化鐵反應呈藍色，遇硫酸呈黃色。

圖1 鞣花酸分子式Fig.1 Chemical structure of ellagic acid

鞣花酸具有多種生物活性功能，比如:其對化學物質(zhì)誘導的癌變及其它癌變有明顯的抑制作用，特別是肝、肺等癌癥，對舌及皮膚腫瘤也有很好的抑制作用;鞣花酸還具有抗病毒作用，如:抗人體免疫缺陷病毒(HIV)的藥理學作用［2］，能抑制人體免疫缺陷病毒(HIV)的增殖［3］;同時，鞣花酸有較強的收斂作用，對多種細菌、真菌、酵母菌都有明顯的抑制作用［4］，能防止感染，抑制潰瘍［5］。此外，還具有降血脂、降血糖［6］、鎮(zhèn)靜［7］、預防骨質(zhì)疏松［8］等多種生理作用。在本世紀初期，美國的布魯金斯癌癥研究所稱“鞣花酸是近十年抗癌制品的唯一天然品種”。近年來天然鞣花酸的開發(fā)和應用已成為科學研究的熱點，具有廣闊的發(fā)展空間。

天然的鞣花酸最先發(fā)現(xiàn)于樹莓［9］、栗子［10］、石榴［11］等植物中。游離鞣花酸在植物中含量較低。純化的鞣花酸為黃色針狀晶體，溶于堿、吡啶，微溶于水、醇，熔點(吡啶)大于360 ℃，在210～215 ℃時熔融分解，閃點187 ℃，自燃點526.6 ℃。自然界中多以縮合形式(如鞣花單寧、苷等)存在。鞣花酸的制備分為三種:化學合成法、化學降解法和天然產(chǎn)物降解法［12］。其中化學合成法是以沒食子酸(酯)為原料，在氧化劑條件下氧化耦合［13］;化學降解法是利用化學試劑如碳酸氫鈉、氫氧化鈉等對原料進行降解;天然產(chǎn)物降解法主要是利用能夠產(chǎn)生單寧酶的微生物如黑曲霉、木曲霉等對鞣花單寧進行分解得到［12］。沒食子酸與鞣花酸的平面結(jié)構一致，但其與天然鞣花酸成分有何立體異同，尚未見鑒別及臨床前研究［14］。鞣花酸的提取途徑主要有:利用其溶解性質(zhì)從原料中提取;利用工程菌的發(fā)酵液提取。就目前而言，鞣花酸的提取方法主要有超聲萃取和酸水解法［15］、乙酸乙酯萃取法［16］、水解法［17，18］和分離沉淀法［19，20］等。

2 鞣花酸的提取

2.1 超聲萃取和酸水解法

超聲波可以快速高效地從原材料如石榴皮渣中萃取出天然鞣花酸。用稀鹽酸及石榴皮配制成的懸濁液超聲波萃取兩次，鞣花酸提取率最高達4.3%［15］。

利用超聲波萃取與酸水解聯(lián)合的方法，既可以廢料利用，為企業(yè)增收;而且還能使萃取和水解同步化，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。因此，超聲波萃取和酸水解聯(lián)合提取法生產(chǎn)工藝在醫(yī)藥及食品加工業(yè)中具有很高的推廣價值。

2.2 乙酸乙酯萃取法

2004年漆淑華等人［16］用此方法從烏桕中提取鞣花酸。其萃取過程主要以85%的變性酒精為溶劑，提取烏桕枝條粉沫中的原料物質(zhì);提取液再依次用正丁醇、乙酸乙酯抽提;抽提液以氯仿-丙酮混合溶劑反復層析淋洗，得到鞣花酸及其衍生物。該工藝受原料中鞣花酸含量及工藝流程相對復雜的限制，雖可得到高純度的鞣花酸，但其實際生產(chǎn)意義不大。

2.3 水解法

以石榴皮為原料，通過有機溶劑提取鞣花單寧，再經(jīng)酸水解得到鞣花酸的方法幾年前已有報道［17］。最近楊笑笑等［18］建立了以60%乙醇超聲提取石榴皮粉末，粗提物經(jīng)石油醚萃取除去脂溶性物質(zhì)后，經(jīng)乙酸乙酯萃取的產(chǎn)物用酸水解法水解制備鞣花酸的方法。該方法的鞣花酸得率可達32.7%。此工藝制備方法簡單、合理、可行，為其在食品、化妝品等更廣泛領域的開發(fā)與研究提供參考。

2.4 分離沉淀法［19］

1988年陳素文等［20］從橡碗浸提液中分離得到鞣花酸，該方法主要通過改變植物組織浸提液pH，利用各物質(zhì)在pH 及沉降系數(shù)上的差異，采用自然沉降法，實現(xiàn)對鞣花酸的分離。自然沉降法分離鞣花酸，具有設備、操作簡單，溶劑、動力消耗少，成本低，以及生產(chǎn)規(guī)模及生產(chǎn)原料不受限制等優(yōu)勢，因此該工藝可用于高純度鞣花酸的生產(chǎn)。

3 鞣花酸的化學制備

3.1 通過單寧氧化分解［21］

水解單寧在堿性條件下水解，可以獲得鞣花酸。五倍子中大約含有50%～70%的水解單寧，提取單寧后，選用碳酸氫鈉或碳酸鈉作添加劑，氧化制備鞣花酸［22］。北京化工大學在前人研究［23］的基礎上，開發(fā)了以五倍子為原料制備鞣花酸的工藝。該方法通過蒸餾水與五倍子混合浸取單寧酸，再經(jīng)堿化、氧化、酸化處理得到鞣花酸。

五倍子為中國特有資源，在川、貴一帶多有種植，且沒食子單寧的含量高。該工藝常溫常壓下即可進行，產(chǎn)品純度高。生產(chǎn)成本約為國際市場價的20%左右，具有很好的前景［24］。

也有報道利用鞣花單寧在酸性、加熱條件下，經(jīng)回流、收集等過程用于制備鞣花酸［21］。此法產(chǎn)率在40%左右，但需在高溫條件下進行酸解，條件不易控制且耐酸設備價格昂貴，故實際生產(chǎn)中較少使用。

3.2 沒食子酸(酯)氧化聚合制備

在過氧化物酶催化下，沒食子酸(酯)可生成鞣花酸［24］。此工藝過程中，鞣花酸的產(chǎn)率可達20%～30%，但沒食子酸(酯)的制備過程繁瑣，且生產(chǎn)用酶需精制純化，分離純化有一定的困難，故而，目前較少用此法進行鞣花酸的生產(chǎn)。

圖2 沒食子酸酶催化氧化制取鞣花酸Fig.2 Preparation of ellagic acid by catalyzed oxidation with gallic acid

圖3 沒食子酸酯酶催化氧化制取鞣花酸Fig.3 Preparation of ellagic acid by catalyzed oxidation with gallic acid esters

過氧化物酶催化沒食子酸(酯)生成鞣花酸，其工藝流程如圖2、圖3 所示。

4 真菌發(fā)酵法制備

固態(tài)條件下，分別以蔓越橘［25］、馬蹄參、橡椀果實橡子［26，27］、石炭酸灌木等為原料，經(jīng)過黑曲霉、假絲酵母［28］等真菌發(fā)酵，可以得到鞣花酸。但因原料中單寧含量較少，故產(chǎn)量低，并且鞣花酸的分離、純化非常困難，因此該法只適于在實驗室中生產(chǎn)［29-33］。

5 鞣花酸的發(fā)展及前景

自上世紀50年代，便已開始了對鞣花酸的研究，80年代將之試用于臨床治療。經(jīng)過近10年研究及臨床試驗，天然鞣花酸的市場產(chǎn)品系列已被確定為抗癌變、抗誘/突變、抗菌、抗病毒的有效產(chǎn)品［14］。現(xiàn)階段，在國外以鞣花酸為主要成分的保健品銷量日益增長，利用其抗氧化性，并將之用于化妝品行業(yè)也已有報道。在歐美等發(fā)達國家，鞣花酸是暢銷抗癌保健品。在國內(nèi)，對鞣花酸的研究則是剛剛起步，但開發(fā)前景看好［34］。在國際上，鞣花酸已列入《國際化妝品原料標準目錄》(INCI)，在我國，鞣花酸列入了國家食品藥品監(jiān)督管理局發(fā)布的《國際化妝品原料標準中文名稱目錄》(2010年版)［35］。目前，鞣花酸的年需求量約50～100 t，每噸價格在20 萬元左右。因此鞣花酸的生產(chǎn)規(guī)模與市場需求已經(jīng)形成矛盾，市場急需具有更高效率的生產(chǎn)方法以提高鞣花酸的市場供應。

表1 列舉了幾種用于鞣花酸生產(chǎn)的工藝方法，并對它們的優(yōu)缺點分別進行了比較。通過比較，我們認為包括超聲萃取和酸水解法、水解法、分離法、以五倍子為原料生產(chǎn)鞣花酸等的幾種方法具有較好的推廣價值，但都或多或少地存在一些問題。這些問題的解決會加快鞣花酸工業(yè)化生產(chǎn)的進程。但我們不能僅僅停留在對老方法的改進上，還要不斷探究新方法。比如，加壓液體萃取、亞臨界水萃?。?6］、二氧化碳超臨界萃取、超高靜壓萃取等技術。相信隨著對鞣花酸研究的不斷深入，其提取合成工藝將臻于完美。

表1 鞣花酸提取及合成方法比較Table 1 Comparison of different preparation methods of ellagic acid

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