香椿葉黃酮提取工藝及其生物活性研究進(jìn)展

宋繼敏，賀志榮，趙三虎，范建鳳，趙二勞*

忻州師范學(xué)院化學(xué)系（忻州 034000）

香椿（Toona sinensis）為楝科香椿屬落葉喬木，在中國(guó)栽培面積大、分布范圍廣，是中國(guó)特有珍貴樹(shù)種[1]。其葉（香椿嫩葉和芽）具有特殊香氣，不僅可作為蔬菜食用或調(diào)味，還可藥用，有很高的藥用價(jià)值，是一種藥食同源食品，被譽(yù)為“神奇的樹(shù)上蔬菜”[2-3]?，F(xiàn)代科學(xué)研究表明，香椿葉富含黃酮類成分，是其主要的功能成分[4-6]。黃酮類化合物不僅具有抗氧化、抗腫瘤、抗菌和增強(qiáng)免疫力的藥理活性，還具有降血壓、降血脂、擴(kuò)張動(dòng)脈血管等功能作用，在食品、醫(yī)藥、衛(wèi)生等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景[7]。因此，研究香椿葉黃酮的提取及其生物活性，對(duì)香椿葉黃酮產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，以及香椿葉高附加值利用有重要的現(xiàn)實(shí)意義。梳理概述近10年中國(guó)香椿葉提取工藝及生物活性研究進(jìn)展，為香椿葉黃酮的進(jìn)一步研究及其產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供依據(jù)和參考。

1 香椿葉黃酮提取工藝

1.1 溶劑提取工藝

溶劑提取是一種常規(guī)的黃酮提取方法，它是依據(jù)相似相溶原理，選用對(duì)黃酮類成分溶解度大而對(duì)其他成分溶解度小的溶劑，盡可能多地將黃酮類成分溶解分離出來(lái)。近10年，國(guó)內(nèi)學(xué)者采用溶劑提取香椿葉黃酮的研究應(yīng)用較多。蔡定建等[8]研究香椿葉黃酮的熱水浸提工藝，由正交試驗(yàn)優(yōu)化的最佳工藝條件為：提取劑采用硼砂濃度0.5%的水溶液，浸提溫度60 ℃、料液比1︰40（g/mL）、浸提時(shí)間30 min。杜惠蓉等[5]利用甲醇加熱回流提取香椿葉中黃酮，正交試驗(yàn)法優(yōu)化的最佳工藝為：甲醇體積分?jǐn)?shù)70%、料液比1︰30（g/mL）、回流溫度75 ℃、提取時(shí)間2 h。此工藝條件下，香椿黃酮提取率為6.67%。黃紅英等[9]研究香椿黃酮的乙醇浸提，得出影響香椿黃酮提取率的因素大小順序?yàn)椋阂掖俭w積分?jǐn)?shù)＞料液比＞浸取時(shí)間＞浸取溫度。最佳浸提工藝為：乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、料液比1︰50（g/mL）、浸取溫度70 ℃、浸取時(shí)間2.0 h。該工藝下，香椿黃酮提取率為5.84%。劉常金等[10]優(yōu)化的香椿葉黃酮最佳提取工藝為：提取劑采用體積分?jǐn)?shù)60%乙醇、料液比1︰30（g/mL）、提取溫度60 ℃、提取時(shí)間60 min。該工藝條件下，總黃酮提取率可達(dá)6.63%。另外，王昌祿等[11]、趙雷等[12]及陳叢瑾等[13]研究香椿葉黃酮的乙醇提取，得到類似的提取工藝。溶劑提取香椿葉黃酮具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、成本低、產(chǎn)量較高等優(yōu)點(diǎn)，但也存在提取時(shí)間長(zhǎng)、溶劑用量大等問(wèn)題。

1.2 微波輔助提取工藝

微波輔助提取是利用物質(zhì)吸收微波能的能力不同，物質(zhì)被選擇性加熱，使物質(zhì)細(xì)胞內(nèi)瞬間產(chǎn)生高溫高壓，導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂，減少傳質(zhì)阻力，促使有效成分快速溶出[7]。近10年來(lái)，國(guó)內(nèi)有關(guān)微波輔助提取香椿葉黃酮的研究相對(duì)較多。李秀信等[14]研究香椿葉黃酮微波輔助提取，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化的最佳工藝為：提取劑采用體積分?jǐn)?shù)70%乙醇、料液比1︰25（g/mL）、微波功率400 W、微波間歇處理15 min。在此工藝條件下，香椿葉黃酮提取率達(dá)70.15%。杜惠蓉[15]研究確定的香椿葉黃酮最佳提取工藝條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、料液比1︰25（g/mL）、微波功率700 W、微波時(shí)間25 min。在此工藝條件下黃酮提取收率為5.34%。孟志芬等[16]得到的香椿葉黃酮微波輔助提取最佳工藝為：乙醇體積分?jǐn)?shù)50%、料液比1︰40（g/mL）、微波功率500 W、微波時(shí)間9 min。此時(shí)，黃酮得率為4.28%。王趙改等[17]研究香椿葉微波輻射預(yù)處理提取黃酮，通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化的最佳預(yù)處理工藝為：浸潤(rùn)時(shí)間20 min、微波功率420 W、氣化劑（水）用量0.6 mL/g香椿葉、微波時(shí)間75 s。在乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、料液比1︰40（g/mL）、溫度60 ℃、回流提取60 min工藝條件下，黃酮提取率為7.97%。與不經(jīng)過(guò)微波預(yù)處理，傳統(tǒng)乙醇回流提?。ㄒ掖俭w積分?jǐn)?shù)70%、料液比1︰50（g/mL）、溫度70 ℃、回流2.0 h，黃酮提取率為5.84%）相比，提取時(shí)間大大縮短，黃酮提取率卻提高了36.47%。因此，微波輔助提取操作簡(jiǎn)便、選擇性好、提取時(shí)間短、提取率高，是一種良好的天然產(chǎn)物黃酮提取技術(shù)，具有推廣使用價(jià)值。

1.3 超聲輔助提取工藝

超聲輔助提取是利用超聲波的強(qiáng)烈空化、機(jī)械和熱效應(yīng)，破壞原料細(xì)胞壁，增強(qiáng)溶劑穿透力，促使有效成分溶出，實(shí)現(xiàn)有效成分高效提取的技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)香椿葉黃酮超聲輔助提取的研究不多。蔡春芳等[18]研究九月份香椿葉黃酮超聲輔助提取，并考察料液比、超聲功率、超聲時(shí)間、超聲溫度、乙醇體積分?jǐn)?shù)等因素對(duì)黃酮提取的影響，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化的最佳提取工藝為：提取劑采用體積分?jǐn)?shù)60%乙醇、料液比1︰25（g/mL）、超聲功率200 W、超聲溫度50 ℃、超聲時(shí)間50 min。在此工藝條件下，黃酮提取率達(dá)5.788%，且對(duì)提取率影響的順序?yàn)椋阂掖俭w積分?jǐn)?shù)＞超聲功率＞超聲時(shí)間＞料液比＞超聲溫度。李光輝等[19]通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化的香椿老葉黃酮提取最佳工藝為：提取劑采用40%乙醇、料液比1∶20（g/mL）、超聲功率480 W、提取溫度50 ℃、提取時(shí)間37.61 min。在此工藝條件下，黃酮提取率為3.051%。研究表明超聲輔助提取具有提取時(shí)間短、提取溫度低、節(jié)約能源、提取率高等特點(diǎn)，有必要進(jìn)一步研究應(yīng)用。

1.4 酶法提取工藝

酶法就是利用酶反應(yīng)高度專一性的特點(diǎn)，分解香椿葉細(xì)胞壁及細(xì)胞間質(zhì)中的纖維素，減少其對(duì)黃酮的傳質(zhì)阻力，加快黃酮的溶出，提高黃酮提取率[7]。近10年，采用酶法提取香椿葉中黃酮國(guó)內(nèi)研究較少，僅有文獻(xiàn)2篇。陳叢瑾等[20]研究香椿葉黃酮的酶法提取，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化的最佳工藝條件為：25 g原料加175 mg纖維素酶和pH 4.0的200 mL HAc-NaAc緩沖液，混勻，在50 ℃下在150 r/min的搖床中酶解2 h后，加入400 mL 95%的乙醇在70 ℃浸提1 h，過(guò)濾，濾渣再加入400 mL體積分?jǐn)?shù)65%的乙醇浸提1 h，共提取5次。此條件下，香椿葉黃酮提取量為24.708 6 mg/g。楊陽(yáng)等[6]研究太和香椿黃酮的纖維素酶解工藝，確定的最佳工藝為：在pH 5.0、酶解溫度50 ℃前提下，料液比1∶40（g/mL），纖維素酶用量15 U/g、酶解90 min后水提120 min。該工藝下，黃酮得率為13.652%。酶法操作簡(jiǎn)單，提取溫度低，有利于保證黃酮活性，但也存在提取時(shí)間長(zhǎng)、成本高、酶的使用條件較苛刻等問(wèn)題。

1.5 協(xié)同輔助提取工藝

采用幾種方法協(xié)同提取原料中有效成分，可實(shí)現(xiàn)方法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有利于提高提取率。協(xié)同輔助是近年來(lái)讓人關(guān)注的一種新型提取技術(shù)，在其他天然產(chǎn)物活性成分提取中得到較多應(yīng)用，但目前在香椿葉黃酮提取中研究較少。劉智峰[21]采用酶法-超聲波輔助提取香椿葉總黃酮，優(yōu)化的最佳工藝條件為：料液比1∶30（g/mL）、溶液pH 5.6、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、纖維素酶用量8 mg/g、超聲功率220 W、酶解溫度60 ℃、超聲溫度60 ℃、提取時(shí)間40 min。此工藝條件下，香椿總黃酮提取率達(dá)33.166%。李秀信等[22]研究表面活性劑-微波提取香椿葉黃酮，確定的最優(yōu)工藝條件為：提取劑采用加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.80%表面活性劑Tween 20的水溶液、料液比1∶20（g/mL）、微波功率180 W、提取時(shí)間8 min。在此工藝條件下黃酮得率高達(dá)42.98%。與傳統(tǒng)水浴法相比，提取時(shí)間由120 min減少到8 min，黃酮提取得率從20.38%增加到42.98%；與微波法相比，黃酮提取得率從28.20%增加到42.98%。李秀信等[23]研究香椿葉黃酮的表面活性劑尼納爾-微波協(xié)同提取，優(yōu)化的工藝條件為：在料液比1∶50（g/mL）、90 ℃水預(yù)煮10 min后，加入0.8%尼納爾溶液，微波功率180 W下提取10 min，提取5次，黃酮提取率達(dá)到98.7%。顯見(jiàn)，幾種方法協(xié)同提取雖操作相對(duì)復(fù)雜，但提取效率高，可有效提高黃酮提取率，具有良好應(yīng)用前景，有必要深入研究。

2 香椿葉黃酮生物活性

相關(guān)研究表明植物黃酮具有多種生物活性，但近10年國(guó)內(nèi)有關(guān)香椿葉黃酮的生物活性僅有清除自由基抗氧化、降血糖及抗衰老研究。

2.1 清除自由基抗氧化生物活性

劉智峰[21]采用清除羥自由基和DPPH自由基體系評(píng)價(jià)香椿葉黃酮的抗氧化活性，得到香椿葉黃酮對(duì)羥自由基及DPPH自由基清除率的IC50，分別為22.85和53.74 μg/mL，且清除率與其濃度呈正相關(guān)，表明香椿葉黃酮具有一定抗氧化能力，可作為天然食品抗氧化劑應(yīng)用。王昌祿等[11]研究表明，在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，香椿葉黃酮對(duì)DPPH·的最大清除率為93.15%，高于相同濃度BHT對(duì)DPPH·清除率，表明香椿葉黃酮具有較強(qiáng)的抗氧化活性，是一種較好的抗氧化功能食品原料。李光輝等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，超聲輔助提取的香椿葉黃酮對(duì)OH、DPPH和ABTS等自由基具有較好的清除效果，即具有較好的體外抗氧化活性。另外，陳叢瑾等[20,24]的研究表明，酶法提取的香椿葉黃酮與微波輔助提取的香椿葉黃酮均具有較強(qiáng)的清除DPPH·能力。研究表明，香椿葉黃酮具有較強(qiáng)的體外清除自由基能力，即較強(qiáng)的抗氧化活性，有作為抗氧化劑應(yīng)用前景。

2.2 降血糖生物活性

李麗華等[25]研究香椿葉黃酮對(duì)早期糖尿病腎病大鼠血糖值及血清中SOD、MDA水平的影響，得到的香椿葉黃酮能降低早期糖尿病腎病大鼠的血糖值，提高SOD活力，降低MDA水平，表明香椿葉黃酮具有一定的降血糖作用，并對(duì)氧化應(yīng)激損傷具有一定保護(hù)作用。任美萍等[26]采用腹腔注射四氧嘧啶造成糖尿病小鼠模型，研究香椿葉黃酮的降血糖作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，灌胃香椿葉黃酮高劑量組（0.12 g/kg）糖尿病小鼠的血糖下降16.05%，與未灌胃香椿葉黃酮小鼠模型組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p＜0.05），表明香椿葉黃酮具有降血糖作用。張典等[27]研究香椿葉黃酮對(duì)糖尿病小鼠血糖的影響，發(fā)現(xiàn)香椿葉黃酮可明顯降低糖尿病小鼠的血糖，表明香椿葉黃酮具有明顯的降糖作用，臨床上使用香椿黃酮可明顯降低糖尿病小鼠的血糖，為臨床上使用香椿葉黃酮防治糖尿病提供理論依據(jù)。研究表明香椿葉黃酮具有降血糖作用，可防治糖尿病。

2.3 抗衰老生物活性

楊文旭等[4]采用衰老熱點(diǎn)模式生物-秀麗線蟲(chóng)考察香椿葉黃酮對(duì)秀麗線蟲(chóng)衰老的影響，測(cè)定秀麗線蟲(chóng)壽命及產(chǎn)卵量，評(píng)價(jià)香椿葉黃酮對(duì)線蟲(chóng)壽命和生殖能力的影響。結(jié)果表明，香椿葉黃酮能顯著延長(zhǎng)線蟲(chóng)的平均壽命和最大壽命，對(duì)其生殖能力沒(méi)有損害，認(rèn)為提高線蟲(chóng)的壓力應(yīng)激能力可能是香椿葉黃酮延緩衰老的作用機(jī)理。證明香椿葉黃酮具有抗衰老作用。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

中國(guó)有豐富的香椿葉資源，開(kāi)發(fā)、利用香椿葉中黃酮類成分有得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)。 近10年，中國(guó)已就香椿葉中黃酮類成分的提取及其生物活性進(jìn)行了一定的研究，也取得了不少成果，但總體而言，相關(guān)研究基本還處于初級(jí)階段，離產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)應(yīng)用的要求還有一定距離。目前，研究存在的主要問(wèn)題是：不同品種，以及同一品種不同生長(zhǎng)期香椿葉黃酮含量可能不同，未能進(jìn)行系統(tǒng)研究，未能對(duì)選擇香椿葉適宜的采擇期提供依據(jù)；一些天然產(chǎn)物中活性成分現(xiàn)代、高效提取技術(shù)仍鮮見(jiàn)在香椿葉黃酮提取中研究應(yīng)用，難以實(shí)現(xiàn)香椿葉黃酮的高效提取；有關(guān)香椿葉黃酮生物活性的研究極為有限，單一香椿葉黃酮成分與其生物活性的構(gòu)效關(guān)系、作用機(jī)制的研究更為缺乏，不足以對(duì)其開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供理論依據(jù)。因此，針對(duì)上述問(wèn)題或不足，今后對(duì)香椿葉黃酮的研究應(yīng)更深入、系統(tǒng)，創(chuàng)新香椿葉黃酮提取工藝，實(shí)現(xiàn)香椿葉黃酮高效提取；明確香椿葉提取黃酮的最佳采摘期，達(dá)到香椿葉資源的合理利用；明確香椿葉黃酮的生物活性，理清香椿葉黃酮與其生物活性的構(gòu)效關(guān)系、作用機(jī)制，為香椿葉黃酮的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供理論依據(jù)。實(shí)現(xiàn)香椿葉黃酮產(chǎn)品盡早進(jìn)入日常生活。