青蒿素下腳料功能成分分析及其應(yīng)用前景

沈昕苒，束成杰，姜洪芳，路露，楊永安，石寶俊,*，馬世宏

(1.南京野生植物綜合利用研究所，江蘇 南京 211111； 2. 英屬哥倫比亞大學(xué) 加拿大 溫哥華 V6T1Z4；3.億利耐雀生物科技有限公司，江蘇 南京 210038；4.南京林業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 南京210037)

青蒿素(Artemisinin)是從植物黃花蒿(ArtemisiaannuaLinn.)莖葉中提取出來的抗瘧類藥物，是由著名科學(xué)家屠呦呦發(fā)現(xiàn)的，并因此獲得了2015年諾貝爾生理學(xué)獎。青蒿素對于瘧原蟲具有很強(qiáng)的抑制及殺滅作用，因此廣泛應(yīng)用于瘧疾治療。由于青蒿素的發(fā)現(xiàn)，世界上數(shù)以萬計(jì)的瘧疾病人得到治療，青蒿素更是作為抗瘧疾類藥物的主要手段，被世界衛(wèi)生組織廣泛推廣。除此之外，青蒿素還具備多種藥理作用，例如抗細(xì)菌膿毒癥、放療增敏、抗菌增敏等[1]。青蒿素衍生物也被廣泛用于疾病治療，例如二氫青蒿素、蒿甲醚、青蒿琥酯鈉等具有抗腫瘤活性[2]。該衍生物不但可單獨(dú)作用于腫瘤細(xì)胞，而且還可以與5-氟脲嘧啶等多種抗腫瘤藥物起協(xié)同作用，共同作用于腫瘤細(xì)胞，達(dá)到事半功倍的效果[3]。

由于青蒿素獨(dú)特的抗瘧藥性以及復(fù)方蒿甲醚藥效顯著且不易產(chǎn)生抗藥性，2004年被世界衛(wèi)生組織(WHO)列入基本藥物名單，并推廣到世界范圍內(nèi)[4]。許多商家看準(zhǔn)世界衛(wèi)生組織帶來的大量訂單，開始大量種植青蒿，導(dǎo)致提取青蒿素的企業(yè)迅速增加至100余家[5]。過高的青蒿素供給量致使青蒿素市場飽和，根據(jù)市場運(yùn)行規(guī)律，青蒿素的價(jià)格也隨之下降，許多生產(chǎn)青蒿素的企業(yè)因此蒙受了損失。其次，由于青蒿素的發(fā)現(xiàn)，瘧疾疾病得到有效控制，青蒿素的需求量也在減少。另外，非洲是瘧疾的主要流行地區(qū)，但是非洲人民普遍生活水平較低，不能負(fù)擔(dān)起對他們而言相對昂貴的抗瘧疾藥物——青蒿素，導(dǎo)致青蒿素市場容量被過高估計(jì)。諸如以上各類因素致使青蒿素市場供大于求，青蒿素產(chǎn)業(yè)的利潤空間被縮小，因此我們亟需開發(fā)青蒿素副產(chǎn)業(yè)。青蒿素下腳料是黃花蒿經(jīng)提取分離出青蒿素后的剩余物，為綜合開發(fā)黃花蒿的價(jià)值，提升青蒿素產(chǎn)業(yè)利潤，維持整個青蒿素產(chǎn)業(yè)的平穩(wěn)運(yùn)行，對青蒿素下腳料分離得到揮發(fā)油、植物蠟以及葉綠素這三類成分進(jìn)行研究，并進(jìn)一步探究其應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與原料

氣質(zhì)聯(lián)用儀，色譜柱：Agilent HP-5MS (30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)，工業(yè)酒精(南京金慶祥貿(mào)易有限公司)，揮發(fā)油提取器(南京金慶祥貿(mào)易有限公司)，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(RE52-AA,上海亞榮生化儀器廠)，多用循環(huán)水式真空泵(SHZ-DⅢ，鞏義市予華儀器有限公司)，青蒿素下腳料(湖南湘西)。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)利用揮發(fā)油提取器將揮發(fā)油從青蒿素下腳料蒸餾出來。利用葉綠素溶于有機(jī)溶劑的特性，采用85%酒精將其從青蒿素下腳料中分離出來，剩余物為植物蠟。利用氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析青蒿揮發(fā)油化學(xué)成分及其相對含量。

1.3 試驗(yàn)處理

稱取青蒿素下腳料約100 g，測得其質(zhì)量，將其放置于圓底燒瓶中，加入500 mL水，利用水蒸氣蒸餾法將揮發(fā)油提取出來。利用此方法直至容器里揮發(fā)油不再增加為止，得到揮發(fā)油并測其質(zhì)量。余液趁熱倒出，待其冷卻后得到固體蠟狀物及水。將水倒出，測量固體蠟狀物的質(zhì)量。80℃水浴恒溫加熱蠟狀物使其融化，加入85%酒精250 mL充分?jǐn)嚢瑁瑢⑷~綠素溶解于酒精中。靜置冷卻，固液分離。將固體蠟狀物，再次加入85%酒精250 mL，使葉綠素溶解于酒精中。隨后放入冰箱靜置冷卻，待蠟析出，再次固液分開。利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，將剩余酒精分離出來，剩余物即為葉綠素，最后測定葉綠素質(zhì)量。

采用氣相色譜儀分析青蒿素?fù)]發(fā)油中各化學(xué)成分，并利用面積歸一化法測定其相對含量。

2 結(jié)果與分析

重復(fù)上述試驗(yàn)過程5次，得到以下試驗(yàn)結(jié)果(表1)。將上述5次試驗(yàn)沉淀收集在一起再度離心，并利用酒精將葉綠素提取出來，得到葉綠素質(zhì)量20.1 g。由以上試驗(yàn)得知，青蒿素下腳料中主要成分為揮發(fā)油、葉綠素、植物蠟。經(jīng)過計(jì)算，五次試驗(yàn)揮發(fā)油的平均含量為6.02%，最后剩余沉淀平均含量為99.13%，葉綠素平均含量為56.07%。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，最后剩余沉淀較多，因?yàn)橥ㄟ^離心機(jī)兩次離心，最后剩余沉淀中除了含有植物蠟，仍有部分酒精殘余其中。

表1 青蒿素下腳料質(zhì)量及其主要成分和相對含量

經(jīng)過氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析，測得揮發(fā)油主要化學(xué)成分及相對含量如下表(表2)。

表2 青蒿素精油(揮發(fā)油)主要化學(xué)成分及其相對含量

3 討論

根據(jù)青蒿素下腳料的提純分離試驗(yàn)，可以將青蒿素下腳料的主要成分進(jìn)行再開發(fā)，提升青蒿素產(chǎn)業(yè)價(jià)值，從而提高青蒿素產(chǎn)業(yè)利潤空間。青蒿素下腳料主要成分為葉綠素、青蒿素精油及植物蠟。

3.1 葉綠素的應(yīng)用及開發(fā)

葉綠素憑借其安全性高、低毒副作用、色調(diào)自然、具有營養(yǎng)作用等優(yōu)點(diǎn)越來越受市場歡迎。對于青蒿素下腳料分離得到的葉綠素，可以開發(fā)其食用價(jià)值、營養(yǎng)價(jià)值等，還可以作為天然著色劑。由于葉綠素是一類具有卟啉類結(jié)構(gòu)的化合物，易溶于各種有機(jī)溶劑，性質(zhì)很不穩(wěn)定，易受到熱、光等條件的影響，因此一般將葉綠素制成銅鈉鹽進(jìn)行銷售[6]。有關(guān)研究表明，葉綠素具有改善便秘、降低膽固醇、抗衰老、排毒消炎、脫臭、抗癌抗突變等多種藥理作用[7]。因此，市場上也出現(xiàn)了有關(guān)葉綠素的保健產(chǎn)品，如大麥若葉青汁等。FAO/WHO更是將其合成的葉綠素銅鈉鹽等多種化合物作為允許使用的植物源天然食用色素，葉綠素得以被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中。經(jīng)過市場調(diào)研，國內(nèi)葉綠素常見價(jià)格在90～150元/500 mL，進(jìn)口一般在200～500元/500 mL。根據(jù)之前的試驗(yàn)，每100 g青蒿素下腳料平均可提取出56.07 g葉綠素，每100 g青蒿素下腳料大約能創(chuàng)造出9～15元額外收入。由此可見，通過對于葉綠素價(jià)值的開發(fā)，可以在一定程度上提升青蒿素產(chǎn)業(yè)的利潤空間。

3.2 青蒿精油的應(yīng)用及開發(fā)

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，青蒿精油中樟腦含量為63.94%，桉樹腦也是青蒿素精油的主要成分，其含量為6.03%。樟腦具有局部刺激作用和輕度麻醉作用，臨床上樟腦擦劑有鎮(zhèn)痛、止癢作用[8]。另外，樟腦還具有興奮中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用，可用作強(qiáng)心劑。桉樹腦也具有解熱、抗炎、抗菌和平喘鎮(zhèn)痛等作用，可作為制藥工業(yè)的原料[8]。除此之外，青蒿素精油本身由于具有較高的樟腦和桉樹腦成分，可以加工成為抗菌、消炎、鎮(zhèn)痛藥物，也可以制成環(huán)境驅(qū)蟲劑等[9]。由于青蒿素精油具有強(qiáng)烈且持久的藥草特殊香氣，根據(jù)輕工部香料工業(yè)研究所評定還可以用作調(diào)香原料用于調(diào)香[10]。因此，開發(fā)青蒿素精油可以提升青蒿素產(chǎn)業(yè)的收入，促使青蒿素產(chǎn)業(yè)更加多元化。

3.3 植物蠟的應(yīng)用及開發(fā)

試驗(yàn)最后剩余沉淀中絕大部分都是植物蠟，其具有較高價(jià)值。由于低熔點(diǎn)，植物蠟可被用作唇膏的油脂性基質(zhì)，可增強(qiáng)皮膚的水合作用，防止水分蒸發(fā)，還可以防止唇膏發(fā)脆，避免折斷。此外，植物蠟對皮膚的親和作用好，無刺激性，還可以被用來調(diào)節(jié)唇膏硬度，提高唇膏光澤[11]。除了唇膏，植物蠟還被廣泛用于地板蠟、汽車蠟、家具蠟等上光蠟制品的合成。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)主要利用水蒸氣蒸餾法對青蒿素下腳料進(jìn)行分離提純，分離得到三種主要成分：葉綠素、青蒿素精油和植物蠟，并采用氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析青蒿素精油化學(xué)成分及其相對含量。利用這三種成分的特殊藥理及物理性質(zhì)，提出這三種成分再開發(fā)的可能性。通過對青蒿素下腳料的利用及開發(fā)，從而提升青蒿素產(chǎn)業(yè)價(jià)值，提高青蒿素產(chǎn)業(yè)利潤空間，促進(jìn)青蒿素產(chǎn)業(yè)多元化。