甜菜堿的提取純化及活性研究進(jìn)展

姜枚辰，張得鈞

(青海大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，青海 西寧 810016)

甜菜堿首先發(fā)現(xiàn)于歐洲，主要存在于甜菜糖的糖蜜中，故而稱之為甜菜堿(betaine)。甜菜堿是具有 R-(CH3)2N+CH2COO-結(jié)構(gòu)化合物的總稱，又稱三甲胺乙內(nèi)酯或甜菜素，是一種季胺型水溶性生物堿，在自然界中廣泛存在，因最初從甜菜中提取而得名[1]。甜菜堿味甜，常溫下為白色結(jié)晶，結(jié)晶呈鱗狀或棱狀，易吸潮，極易溶于水，易溶于甲醇，溶于乙醇，難溶于乙醚，非常耐熱、耐酸和耐堿，加熱至310 ℃左右分解，具有高度生物兼容性。近年來(lái)，有許多關(guān)于甜菜堿的研究報(bào)告，為闡明相關(guān)研究方向，本文綜述了甜菜堿的制備方法和生理活性，具有新穎性，信息性和方向性。

1 甜菜堿的提取純化

甜菜堿的制備方法有兩種：一種是從植物中提??；另一種是通過(guò)化學(xué)合成得到[2]。目前天然甜菜堿大部分來(lái)自甜菜制糖廢液，其中的甜菜堿含量可達(dá)3%，糖蜜中可達(dá)8%[3]。

研究發(fā)現(xiàn)，甜菜制糖廢液在攪拌的情況下加入過(guò)量氯化鈣，趁熱過(guò)濾，在濾液中加入一定的鹽酸后，再經(jīng)結(jié)晶、分離、干燥，即得純度為98%的甜菜堿[4]。該法耗時(shí)較長(zhǎng)，酸堿用量大，但操作簡(jiǎn)單，有一定的工業(yè)化價(jià)值。

孫楊靜[5]通過(guò)對(duì)蘇青樹(shù)脂的預(yù)處理得到Ca2+、K+、Na+型3種蘇青樹(shù)脂，并對(duì)甜菜蜜糖進(jìn)行了分離。結(jié)果顯示Ca2+型樹(shù)脂的分離效果最好，可以很好地將甜菜堿與蜜糖中的其他組分分離，得到較高純度的甜菜堿。在這個(gè)過(guò)程中，未添加酸或堿，對(duì)環(huán)境更加友好，但分離過(guò)程中需進(jìn)行多次純度測(cè)定，給工業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)一定難度。我國(guó)早在70年代便從廢蜜中以離子交換樹(shù)脂法成功提取甜菜堿[6]。劉新亞等[7]對(duì)該法進(jìn)行了改進(jìn)，將稀釋過(guò)的制糖廢液流經(jīng)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂充分對(duì)其成分進(jìn)行吸附，再用稀氨水進(jìn)行洗脫，洗脫液再流經(jīng)陰離子交換樹(shù)脂后，對(duì)流出液進(jìn)行濃縮、結(jié)晶、過(guò)濾制得甜菜堿。上述過(guò)程中，酸或堿的反復(fù)使用產(chǎn)生了更多的廢液，但由于其方法成熟，操作簡(jiǎn)單，成本低，有利于工業(yè)化，逐漸成為獲取甜菜堿的首選方法。

2 甜菜堿的測(cè)定方法

甜菜堿的測(cè)定方法很多，常用方法有非水滴定法、化學(xué)法、比色法、重量法等，近幾年隨科技發(fā)展高效液相等方法也被廣泛使用于甜菜堿的測(cè)定中。

非水滴定即在非水溶劑中進(jìn)行的滴定分析方法[8]。鹽酸甜菜堿在冰醋酸溶劑中與醋酸汞作用，形成甜菜堿醋酸鹽。齊永秀等[9]采用非水滴定法以結(jié)晶紫為指示劑，以出現(xiàn)藍(lán)綠色為終點(diǎn)，用標(biāo)準(zhǔn)高氯酸溶液進(jìn)行滴定對(duì)鹽酸甜菜堿進(jìn)行了測(cè)定，通過(guò)公式計(jì)算可以得出甜菜堿的含量。該法操作簡(jiǎn)便，重現(xiàn)性好，對(duì)儀器要求低。

吳燕等[10]使用比色法對(duì)甜菜堿進(jìn)行了檢測(cè)，該法需先用酸性雷氏鹽預(yù)處理樣品，用乙醚淋洗沉淀、丙酮溶解，于525 nm處測(cè)定吸光度值。該方法線性關(guān)系良好，能快速準(zhǔn)確的測(cè)定甜菜堿含量，對(duì)儀器要求較低，有較好的推廣意義。

薄層色譜法是最簡(jiǎn)單的色譜技術(shù)之一[11]。譚亮等[12]以雷氏鹽對(duì)供試液進(jìn)行預(yù)處理，以丙酮-無(wú)水乙醇-甲酸為展開(kāi)劑，碘化鉍鉀試液為顯色劑，530 nm為檢測(cè)波長(zhǎng)，625 nm為參比波長(zhǎng)。結(jié)果顯示斑點(diǎn)清晰，方法簡(jiǎn)便準(zhǔn)確，重復(fù)性好，適用于測(cè)定甜菜堿的含量。

在一定pH值溶液中，甜菜堿可以和四苯硼鈉定量生成白色沉淀，該反應(yīng)為定量反應(yīng)，通過(guò)稱量沉淀的質(zhì)量即可計(jì)算出樣品中甜菜堿的含量。胡彩虹等[13]使用該法對(duì)飼料中甜菜堿的含量進(jìn)行了測(cè)定，認(rèn)為該法具有較好的回收率和重現(xiàn)性。

甜菜堿是一種生物堿，可以使用高效液相色譜儀進(jìn)行檢測(cè)，但由于甜菜堿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬末端吸收，可采用SCX陽(yáng)離子交換柱進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)條件為柱溫40 ℃，流速1.0 mL·min-1，流動(dòng)相為磷酸二氫鉀溶液，流速1.0 mL·min-1，檢測(cè)波長(zhǎng)191 nm，進(jìn)樣量20 μL[14]；也可采用NH2柱進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)條件為乙腈-水(85∶15)，柱溫30 ℃，檢測(cè)波長(zhǎng)200 nm，流速1.0 mL·min-1，進(jìn)樣量20 μL[15]。結(jié)果顯示，在對(duì)供試樣品進(jìn)行預(yù)處理后這兩種檢測(cè)方式均呈現(xiàn)出良好的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性，方法簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確，值得推廣和應(yīng)用。

除以上介紹之外，也可采用高效液相色譜法串聯(lián)質(zhì)譜法[16]，HPLC-ELSD法對(duì)甜菜堿進(jìn)行測(cè)定[17]。

3 甜菜堿藥理活性

甜菜堿是重要的人類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能被迅速吸收并用作滲透劑和甲基源，有助于維持肝臟、心臟和腎臟的健康[18-19]，甜菜堿具有的優(yōu)良藥理活性，吸引了眾多研究人員的注意。

3.1 對(duì)心血管系統(tǒng)的作用 作為甲基供體和抗氧化劑甜菜堿在左旋多巴誘導(dǎo)的高同型半胱氨酸血癥和大鼠腎臟中的氧化應(yīng)激中起作用，高半胱氨酸甲基化形成甲硫氨酸的替代途徑是由甜菜堿高半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶催化的，這種酶在甲硫氨酸過(guò)量時(shí)報(bào)告其活性增加，由膳食膽堿衍生的甜菜堿是此反應(yīng)中的甲基供體，補(bǔ)充性口服甜菜堿可降低血漿同型半胱氨酸濃度[20]。長(zhǎng)期服用甜菜堿可以有效抑制健康男性和女性中血漿同型半胱氨酸的含量，從而有效降低血漿濃度，保護(hù)并改善心血管系統(tǒng)[21]。

3.2 對(duì)肝臟和胃腸道的作用 甜菜堿可以降低血漿內(nèi)毒素的水平,對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)起到一定的拮抗作用,還可以調(diào)節(jié)肝臟中的巨噬細(xì)胞的極化狀態(tài)，對(duì)肝臟起到保護(hù)的作用[22]。甜菜堿可以防治非酒精性肝損傷，其機(jī)制可能是降低高同型半胱氨酸血癥,改善肝組織脂質(zhì)過(guò)氧化。研究發(fā)現(xiàn)甜菜堿可以改善非酒精性肝炎患者的血清轉(zhuǎn)氨酶水平并使患者組織學(xué)水平得到明顯改善，這使得甜菜堿可能成為治療非酒精脂肪肝性肝炎的新藥[23]。

甜菜堿能起到保護(hù)穩(wěn)定腸道功能的作用。甜菜堿能夠增加十二指腸上皮淋巴細(xì)胞數(shù)量并增強(qiáng)吞噬細(xì)胞功能[24]。除了增加白細(xì)胞的數(shù)目外,巨噬細(xì)胞增強(qiáng)單核白細(xì)胞趨化性和NO的釋放或許可以解釋感染球蟲(chóng)時(shí)添加甜菜堿能夠降低腸道損傷的現(xiàn)象，還能提高長(zhǎng)吻魚(yú)危魚(yú)腸道和肝胰臟中的蛋白酶活性，促進(jìn)腸道生長(zhǎng)和改善腸道功能[25]。

3.3 滲透調(diào)節(jié)作用 甜菜堿具有良好的滲透壓調(diào)節(jié)作用，在脊椎動(dòng)物體內(nèi)甜菜堿可以被巨噬細(xì)胞和腎臟細(xì)胞大量吸收來(lái)抵抗外界滲透壓的改變[26]，不僅如此，甜菜堿還可以保護(hù)微生物免受到外界的滲透壓激變影響。研究表明甜菜堿可以彌補(bǔ)腎臟細(xì)胞電解質(zhì)和尿素紊亂造成的滲透壓失衡，可以有效抵抗肝臟中因膽酸鹽引起的細(xì)胞凋亡[27]。甜菜堿可以能減弱高滲脅迫，有效縮短遲滯期，提高耐鹽能力，可以有效保護(hù)細(xì)菌，提高微生物的活性，對(duì)微生物發(fā)酵等方面具有重要的意義[28]。

3.4 抗腫瘤作用 甜菜堿可以促進(jìn)HepG2細(xì)胞基因組范圍DNA甲基化的表達(dá)，并對(duì)人肝癌細(xì)胞HepG2的生長(zhǎng)起到了抑制的作用，阻滯細(xì)胞進(jìn)入G2/M期進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[29-30]。研究發(fā)現(xiàn)甜菜堿可以對(duì)實(shí)驗(yàn)性S180小鼠的腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，并且這種抑制呈現(xiàn)出一定的量效關(guān)系，研究人員發(fā)現(xiàn)對(duì)小鼠進(jìn)行甜菜堿給藥時(shí)血清乳酸脫氫酶、醛縮酶的活力明顯下降，同時(shí)S180荷瘤小鼠的糖代謝過(guò)程受到了抑制，這可能是甜菜堿潛在的抗腫瘤作用的機(jī)制之一[31]。

3.5 個(gè)人護(hù)理方面的應(yīng)用 目前甜菜堿作為兩性表面活性劑被大量用于洗滌劑及化妝品中，且使用量逐年增長(zhǎng)[32]。甜菜堿具有優(yōu)良的鈣皂分散能力，可以增強(qiáng)織物的滲水性和透水性，提高肥皂對(duì)金屬離子耐受力，進(jìn)而增加肥皂的清潔能力[33]。不僅如此研究表明甜菜堿還具有優(yōu)良的發(fā)泡能力，耐油耐鹽能力良好，具有優(yōu)良的發(fā)展前景。

甜菜堿相比于其他表面活性劑而言有著優(yōu)良的抗鈣鎂離子能力，且刺激性較低，使其在化妝品方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)許多國(guó)際知名品牌化妝品中都添加有甜菜堿成分[34]。甜菜堿可以降低硅油對(duì)表面活性劑發(fā)泡能力的影響，且由于甜菜堿屬于兩性化合物，能夠與多種氨基酸類物質(zhì)形成特殊的親和力和吸附性，從而對(duì)皮膚有著良好的保護(hù)作用；不僅如此，甜菜堿還具有優(yōu)良的保濕活性，研究表明甜菜堿具有可以在短期內(nèi)加強(qiáng)皮膚的屏障作用，降低皮膚表層水分散失的功能[35]。甜菜堿的優(yōu)良性狀，在個(gè)人護(hù)理市場(chǎng)上必然將有廣闊的前景

4 展望

甜菜堿作為優(yōu)良的甲基供體和滲透調(diào)節(jié)劑，對(duì)人體的健康具有重要的意義。越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，甜菜堿在防治肝病，心血管等方面具有很大的開(kāi)發(fā)潛力，這為甜菜堿用于臨床治療、提高生物利用率提供了一定的理論依據(jù)。但目前的研究還存在一定的問(wèn)題，比如：工業(yè)提純甜菜蜜糖廢液成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于合成甜菜堿的成本，合成甜菜堿與天然甜菜堿藥理活性方面的區(qū)別尚不明確。期待隨著研究的深入，甜菜堿的應(yīng)用能夠得到更廣闊的空間。

甜菜堿一些藥理活性的相關(guān)機(jī)制尚不明確，應(yīng)該進(jìn)一步從分子水平對(duì)甜菜堿的藥理作用進(jìn)行研究?，F(xiàn)天然甜菜堿的主要來(lái)源是甜菜制糖廢液，天然甜菜堿對(duì)生物機(jī)體的影響仍需要詳細(xì)研究。