煙葉中茄尼醇提取純化及應(yīng)用研究進(jìn)展

姚 雯，彭 健，顧麗莉，杜 康，張 花，張 尉

昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，昆明市呈貢區(qū)景明南路727號(hào) 650500

茄尼醇是一種不飽和的聚異戊二烯醇，屬于三倍半萜醇［1］，是長(zhǎng)鏈的脂肪醇。含有多個(gè)非共軛雙鍵，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

茄尼醇具有脂質(zhì)抗氧化作用和消除機(jī)體內(nèi)自由基的功能，有抗菌、消炎、治療心血管疾病及抗?jié)兊裙πВ?-6］，能夠有效地吸收紫外線，可抑制與人類色素沉著疾病密切相關(guān)的酪氨酸酶的合成［7］。研究表明茄尼醇能保護(hù)大鼠的心肌細(xì)胞，改善其運(yùn)動(dòng)能力和認(rèn)知行為，減輕大鼠大腦的炎癥和氧化損傷［8］。茄尼醇是一種重要的醫(yī)藥中間體［9］，主要用于合成輔酶Q10、維生素K2、抗?jié)円约翱拱┰鲂㏒DB等［10-12］。其中輔酶Q10已被用于輔助治療心血管病40多年［13-18］，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。在高檔化妝品領(lǐng)域，因輔酶Q10具有防止肌膚老化、除皺和祛斑等功效而受到各類大牌化妝品生產(chǎn)商的青睞。

圖1 茄尼醇分子結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Molecular structure of solanesol

圖2 輔酶Q10的分子結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Molecular structure of coenzyme Q10

另外，茄尼醇的衍生物膠束可以用于疏水性藥物的輸送，提高藥物的生物活性。Qin等［19］以茄尼醇為原料，通過酯化反應(yīng)合成了兩親性的茄尼醇衍生物，用于傳遞輔酶Q10和小分子抗癌藥物阿霉素，提高了疏水性藥物的生物利用度和靶向治療腫瘤的能力。Yao等［20］研究了一種具有藥理活性的茄尼醇衍生物，作為膠束藥物載體，它可以輔助癌癥藥物對(duì)癌癥細(xì)胞起抑制作用?，F(xiàn)階段國(guó)外主要是對(duì)茄尼醇在醫(yī)藥方面進(jìn)行藥物研究探索與驗(yàn)證［21-22］。Kajal等［23］將茄尼醇與標(biāo)準(zhǔn)藥物療法（DNP3、MM20、CLB20、PGB30）用于大鼠腦出血后疾病時(shí)，茄尼醇表現(xiàn)出協(xié)同作用。Sidharth等［24］采用茄尼醇修復(fù)了由3-NP引起的大鼠行為和生化改變，并通過行為范式和生化測(cè)試進(jìn)行了證實(shí)，發(fā)現(xiàn)茄尼醇在3-NP引起的記憶和認(rèn)知異常方面具有神經(jīng)保護(hù)機(jī)制。

近年來(lái)國(guó)際市場(chǎng)對(duì)于茄尼醇的需求量每年以10%以上的速度急速增長(zhǎng)。2020年國(guó)際市場(chǎng)對(duì)于茄尼醇的需求量約為20 000噸［25］。我國(guó)是人口大國(guó)，輔酶Q10以及其他以茄尼醇為原料的藥物需求量較大，年需求高純度的茄尼醇4 000噸以上。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上茄尼醇產(chǎn)品供不應(yīng)求，茄尼醇粗品（15%～20%）（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）的市場(chǎng)價(jià)格為每噸9～10萬(wàn)元，茄尼醇精品（90%）的價(jià)格為每噸120萬(wàn)元左右。

煙葉中茄尼醇的含量豐富，其在煙葉中占比為0.3%～3.0%［26］，存在形式有化合態(tài)和游離態(tài)。我國(guó)煙草種植面積大，具有茄尼醇提取方面的優(yōu)勢(shì)，但目前企業(yè)生產(chǎn)的茄尼醇粗品大多存在提取率低、色素含量高、純度低等問題，不宜直接作為輔酶Q10的原料。90%茄尼醇的生產(chǎn)難度較大，且需要消耗大量的低純度茄尼醇，生產(chǎn)效率低，不利于規(guī)模化生產(chǎn)。本文中比較了茄尼醇的各種提取技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)，綜述了茄尼醇粗品的純化技術(shù)，旨在為高純度茄尼醇的制備提供參考。

1 煙葉中茄尼醇的提取工藝

1956年，Rowland等［27］首次在煙草中發(fā)現(xiàn)了茄尼醇，并且證明其具有消炎、止血等功效。日本于20世紀(jì)80年代初，首次從煙葉中成功提取茄尼醇，進(jìn)而以工業(yè)化半合成法制造了輔酶Q10產(chǎn)品。我國(guó)從20世紀(jì)90年代開始提取利用煙葉中的茄尼醇，主要從廢次煙草浸膏中提取。最為普遍的從煙葉中提取茄尼醇的方法有：超臨界萃取法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法和溶劑浸取法等。但上述方法僅可以得到20%～50%的茄尼醇粗品，要得到高純產(chǎn)品，還需要后續(xù)的純化分離。

1.1 超臨界萃取法

超臨界萃取技術(shù)是一種對(duì)環(huán)境友好、高效的分離技術(shù)，其原理是利用一種超過流體臨界壓力和溫度的高密度流體將天然產(chǎn)物中的有效成分溶解并攜帶出來(lái)。超臨界流體擁有氣、液兩種流體的性質(zhì)，其密度類似于液體，而黏度接近于氣體，具有較大的擴(kuò)散系數(shù)、溶解能力和滲透能力。超臨界CO2萃取法由萃取和分離兩部分組成：萃取過程中超臨界CO2流體與原料接觸，有選擇性的將某一組分或某些組分溶出，進(jìn)入分離罐后通過等溫變壓或等壓變溫操作，CO2恢復(fù)至正常的氣態(tài)，萃出物與CO2氣體徹底分離，從而得到萃取產(chǎn)品。超臨界CO2萃取能將低揮發(fā)性、高沸點(diǎn)的物質(zhì)在遠(yuǎn)低于其沸點(diǎn)的溫度下萃取出來(lái)，且不破壞物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，維持了萃取物的原生物活性，萃取效率高，是一種綠色的提取方法［28-32］。

張歆等［33］通過預(yù)處理將化合態(tài)茄尼醇轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)茄尼醇，并通過正交法確定了超臨界CO2萃取茄尼醇的最佳工藝條件，獲得40.14%的茄尼醇。朱松等［34］采用超臨界CO2萃取廢次煙葉中的茄尼醇，考察了萃取壓力、萃取溫度、夾帶劑用量等因素對(duì)茄尼醇得率的影響，同樣采用正交法確定最佳萃取條件，得到30.5%茄尼醇粗品。徐曉芳等［35］通過正交實(shí)驗(yàn)總結(jié)出影響超臨界CO2萃取煙葉中茄尼醇因素的強(qiáng)弱順序?yàn)椋簤毫Γ緤A帶劑流量＞溫度。Yu等［36］考察了超臨界CO2對(duì)煙草廢料中茄尼醇萃取率的影響因素，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)工藝條件，茄尼醇的提取率為44%。盡管超臨界萃取技術(shù)有提取率較高、無(wú)溶劑殘留等優(yōu)勢(shì)，但其高壓操作狀況勢(shì)必對(duì)設(shè)備性能要求極高，還不能廣泛應(yīng)用于工業(yè)中。亞臨界萃取技術(shù)是一種新型萃取分離技術(shù)，不僅保留了超臨界萃取法的優(yōu)點(diǎn)，而且以亞臨界狀態(tài)的流體為溶媒進(jìn)行萃取的生產(chǎn)成本比超臨界萃取技術(shù)低［37-38］，有利于其在工業(yè)上的應(yīng)用［39］。目前，煙葉中茄尼醇的亞臨界萃取提取鮮見報(bào)道，亞臨界萃取技術(shù)有可能會(huì)成為一種潛在的提取煙葉中茄尼醇的方法。

1.2 超聲輔助提取法

超聲波提取法是利用超聲波產(chǎn)生高速、強(qiáng)烈的空化效應(yīng)和攪拌作用，破壞植物的細(xì)胞壁，使溶劑滲透到植物細(xì)胞中，縮短提取時(shí)間，增加提取率［40］。超聲波提取具有提取溫度低、提取率高、提取時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于各類植物有效成分的提?。?1-42］，可替代有機(jī)溶劑提取法。超聲波提取法的缺點(diǎn)是在工業(yè)中超聲波提取法所需的提取罐尺寸較大或壁材過厚都會(huì)導(dǎo)致提取效率下降、超聲時(shí)間延長(zhǎng)和茄尼醇的純度不高。張藝等［43］采用單因素實(shí)驗(yàn)考察提取工藝中各因素對(duì)茄尼醇提取率的影響，得到了優(yōu)化的提取工藝。許玉君等［44］采用兩相提取與超聲波輔助的方式從廢棄煙葉中提取茄尼醇，超聲波浸提3 h，得到27.2%的茄尼醇粗品。

1.3 微波輔助提取法

微波提取是將微波能量轉(zhuǎn)化為樣品內(nèi)的能量，從而降低目標(biāo)物與樣品的結(jié)合力，促進(jìn)目標(biāo)物從樣品中進(jìn)入萃取溶劑相［45-46］。微波輔助提取具有節(jié)省溶劑、耗時(shí)短、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，適合于天然產(chǎn)物提?。?7-48］，但要防止微波泄露產(chǎn)生的微波輻射會(huì)對(duì)人體造成慢性損傷。夏敏［49］以乙醇作為提取溶劑，微波功率180 W，處理時(shí)間3 min，煙末粒度150 μm，固液比1∶100（g∶mL）提取煙葉中的茄尼醇，其提取量為2.81 mg/g。

1.4 溶劑浸取法

溶劑浸取法是利用溶劑的溶解度差異對(duì)混合物進(jìn)行分離的單元操作。根據(jù)所提取組分的不同，可分為浸取法（固-液萃取法）和萃取法（液-液萃取法）。溶劑提取法是最早使用的提取方法之一，曾經(jīng)因其提取時(shí)間過長(zhǎng)、提取效率不高而受到限制［50］。目前，該方法大多與其他方法聯(lián)合或耦合，大大提高了萃取效率，縮短了萃取時(shí)間。

李曉芹等［51］探究了乙醇、丙酮與甲醇這三種溶劑對(duì)茄尼醇提取率的影響，結(jié)果表明，95%（體積分?jǐn)?shù)）乙醇對(duì)茄尼醇提取效果較好。孫銀合等［52］采用氨浸預(yù)處理脫除了煙草中木質(zhì)素，破壞了煙草細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)進(jìn)而促進(jìn)茄尼醇釋放，并對(duì)茄尼酯進(jìn)行水解皂化生成游離態(tài)茄尼醇，強(qiáng)化茄尼醇的提取效果。李雪珍等［53］通過對(duì)提取溫度、提取時(shí)間、料液比、溶劑種類等因素的考察，采用正己烷浸取廢次煙草中的茄尼醇，最高收率為1.068%。

①建議國(guó)家盡快對(duì)漢江下游堤防、杜家臺(tái)分洪閘以及蓄洪區(qū)外包線圍堤批復(fù)立項(xiàng)，按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，以提高漢江下游堤防的抗洪能力，確保杜家臺(tái)分洪工程的防洪安全。

1.5 鮮勻漿萃取法

鮮勻漿萃取是指通過加入萃取溶劑進(jìn)行組織勻漿或磨漿，以提取植物中有效成分。該方法減少了原料的干燥工序，可降低成本。鮮勻漿提取法適用于熱敏性物質(zhì)，僅限于新鮮煙葉的提取。但因煙草鮮葉采摘周期較短，且新鮮煙葉難以保存，故而不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

祖元?jiǎng)偟龋?4］首次將勻漿萃取應(yīng)用到植物次生代謝產(chǎn)物領(lǐng)域，并將其與超聲提取、索氏提取和超臨界二氧化碳萃取進(jìn)行了比較，突出了勻漿萃取提取時(shí)間短、對(duì)有效成分的萃取效率高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。欒倩倩［55］將新鮮煙葉粉碎后固液分離，固相中茄尼醇含量為0.21%，將固相進(jìn)行溶劑萃取，濃縮萃取液，得13.50%的茄尼醇，建立了新鮮煙葉綜合利用的新工藝路線。

2 粗品茄尼醇的純化分離技術(shù)

粗品茄尼醇純度低且達(dá)不到合成醫(yī)藥中間體的要求，而符合制藥標(biāo)準(zhǔn)的純度需≥90%，故而，粗品茄尼醇的純化非常關(guān)鍵。目前，茄尼醇的純化技術(shù)主要有分子蒸餾、同時(shí)蒸餾萃取法、柱層析法以及分子印跡萃取方法等。

2.1 分子蒸餾技術(shù)

分子蒸餾是一種特殊的液-液分離技術(shù)，利用不同物質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)平均自由程差別實(shí)現(xiàn)分離。分子蒸餾一般在高真空下操作，蒸餾過程所需溫度低，物料受熱時(shí)間短，可保持天然提取物的品質(zhì)，適合于熱敏性物質(zhì)的分離，但是分子蒸餾設(shè)備昂貴，操作成本較高，不利于企業(yè)廣泛應(yīng)用。錢超等［56］采用刮膜式分子蒸餾技術(shù)對(duì)茄尼醇進(jìn)行提純，探索并確定了最佳分離工藝條件，所得茄尼醇純度為97.6%。

2.2 同時(shí)蒸餾萃取法

同時(shí)蒸餾萃取法結(jié)合了水蒸氣蒸餾法和溶劑萃取法的特點(diǎn)，其原理是將樣品與溶劑按一定比例混合后同時(shí)進(jìn)行水蒸氣蒸餾，收集料液所產(chǎn)生的蒸汽，并進(jìn)一步在密閉容器中充分混合、冷凝后，組分因在分層的兩相中含量不同而實(shí)現(xiàn)分離。同時(shí)蒸餾萃取操作簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好，適用于分離樣品中的易揮發(fā)成分以及半揮發(fā)成分，但不適用于易氧化或分解的物質(zhì)。鄭奎玲等［57］利用同時(shí)蒸餾萃取法提取茄尼醇和煙堿，提高了煙葉的利用率，茄尼醇和煙堿的純度分別為95.5%和99%。

2.3 柱層析法

柱層析法是利用固定相對(duì)各組分的吸附能力不同，使各組分以不同速度沿層析柱向下遷移，形成若干色帶，進(jìn)而從不同色帶分別收集分離物。柱層析法廣泛用于從復(fù)雜混合物中分離浸提天然物質(zhì)。與上述方法相比，柱層析法能耗低、所得產(chǎn)品純度高，但其分離工藝復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)。金淑萍等［58］采用處理過的粉煤灰作為吸附材料進(jìn)行柱層析分離得到純度為95%的茄尼醇產(chǎn)品。李玉山等［59］采用皂化和層析法相結(jié)合對(duì)茄尼醇進(jìn)行純化，茄尼醇收率為14%，純度達(dá)到95.8%。趙建英［60］采用多級(jí)萃取結(jié)晶得到80%左右的茄尼醇，再經(jīng)過層析，得到純度在97%以上的茄尼醇。Tang等［61］采用石油醚對(duì)磨碎的煙葉進(jìn)行兩次提取，得到糊狀殘留物，將殘留物皂化后上柱層析，得到了純度為83.04%的茄尼醇。

2.4 結(jié)晶提取方法

結(jié)晶提取方法是在冷卻過程中，利用混合物中各成分在同一種溶劑里溶解度的不同，過飽和物質(zhì)結(jié)晶析出，從而達(dá)到分離的單元操作。結(jié)晶分離的選擇性好、能耗以及設(shè)備要求較低，適用于從高雜質(zhì)溶液中分離溶解度差異大的物質(zhì)。高純度的產(chǎn)品往往需要多次重結(jié)晶，但重結(jié)晶次數(shù)增加會(huì)導(dǎo)致收率降低。杜陽(yáng)吉等［62］以乙?；幚砗蟮拇譄煾酁樵?，通過正交實(shí)驗(yàn)確定了皂化反應(yīng)最佳條件，并用95%乙醇對(duì)皂化產(chǎn)物進(jìn)行重結(jié)晶，得到了純度為91.23%的茄尼醇。朱友民等［63］公布了一種得到純度為90%以上茄尼醇的工藝，該工藝包括：原料的三級(jí)萃取預(yù)處理，重結(jié)晶，過濾和干燥。張旗等［64］對(duì)茄尼醇粗品經(jīng)皂化提濃達(dá)到81%，再經(jīng)乙醇重結(jié)晶精制，純度達(dá)到90%。顧美娟等［65］采用結(jié)晶的方法將含茄尼醇的原料純度從58%提高到70%。

2.5 分子印跡提取方法

Ma等［67］通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)和評(píng)價(jià)了以分子印跡聚合物作為色譜固定相提取茄尼醇的新方法，在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下茄尼醇收率為2.5%，純度達(dá)到98.4%。馬曉琴等［68］用甲基丙烯酸甲酯作為單體，模板、單體、交聯(lián)劑的用量為1:6:30（摩爾比），采用正相懸浮技術(shù)制備茄尼醇MIPs，其印跡因子達(dá)到3.89，用此MIPs識(shí)別及分離茄尼醇，所得提取液經(jīng)HPLC檢測(cè)，純度為98.50%。Zhao等［69］采用乳液聚合的方法合成茄尼醇MIPs，通過考察合成溫度、時(shí)間、引發(fā)劑用量、功能單體用量和交聯(lián)劑用量對(duì)吸附效果的影響，確定了最佳模板分子與功能單體的比例為1:8:30（摩爾比），引發(fā)劑用量為10 mg，合成溫度為70 ℃。印跡系數(shù)達(dá)到2.51，樣品經(jīng)SSO-MIP純化后茄尼醇純度達(dá)到95%。

2.6 大孔吸附樹脂分離法

大孔吸附樹脂是一類不含交換基團(tuán)且有大孔結(jié)構(gòu)的高分子吸附樹脂，其吸附原理是基于多孔結(jié)構(gòu)對(duì)有機(jī)分子的物理吸附，當(dāng)有機(jī)分子通過樹脂時(shí)被選擇性吸附，隨后經(jīng)溶劑洗脫，最終達(dá)到分離、純化等目的。大孔吸附樹脂的樹脂再生簡(jiǎn)便、吸附快且吸附容量大，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、環(huán)保等方面，但其價(jià)格較高、品種有限，不能滿足中藥多成分、多結(jié)構(gòu)需求。Du等［70］對(duì)大孔樹脂SP207、SP700、SP825、SP850和HP20的吸附解吸性能作對(duì)比，研究表明，SP850樹脂具有較好的茄尼醇純化能力。周統(tǒng)武等［71］通過大孔樹脂純化分離浸膏后，發(fā)現(xiàn)茄尼醇含量提高了6倍，達(dá)到67.23%。Zhou等［72］將微波萃取所得茄尼醇用HPD300大孔樹脂柱層析和重結(jié)晶聯(lián)合純化，使茄尼醇的純度達(dá)到96.97%。

2.7 高速逆流色譜法

高速逆流色譜法是一種液-液色譜分離技術(shù)，該方法是利用兩相溶劑體系在高速旋轉(zhuǎn)的螺旋管內(nèi)建立起一種特殊的單向性流體動(dòng)力學(xué)平衡，其中一相作為固定相，另一相作為流動(dòng)相，在連續(xù)洗脫的過程中能保留大量固定相。高速逆流色譜法分離效率高、重現(xiàn)性好，特別適用于天然化合物的分離。但其兩相溶劑體系的選擇是關(guān)鍵，也是難點(diǎn)。魏蕓等［73］對(duì)廢次煙草茄尼醇粗品采用高速逆流色譜法進(jìn)行純化分離，所得茄尼醇純度為96%。Du等［74］采用石油醚∶乙醇∶甲醇（200∶1∶100，體積比）這三種溶劑組成溶劑體系，通過高速逆流色譜從煙草提取物中純化分離出茄尼醇，1 g煙葉提取物可得到121 mg純度為90.7%的茄尼醇。曹曉瑩［75］以氯仿∶正己烷∶乙腈（3∶10∶7，體積比）為溶劑體系，采用高速逆流色譜法對(duì)來(lái)自廢次煙草的茄尼醇粗品中的茄尼醇純化，所得茄尼醇純度達(dá)96%。

2.8 其他純化分離方法

陳楨祿等［76］發(fā)明了一種高選擇性提取茄尼醇的方法，茄尼醇粗品溶解后與金屬離子水溶液中金屬離子絡(luò)合得到沉淀物，再加入正己烷和水的混合溶液，分液得到的上層有機(jī)相減壓干燥后得到純度為97.2%的茄尼醇。魏雅雯［77］利用茄尼醇的9個(gè)獨(dú)立的雙鍵與Br2發(fā)生加成反應(yīng)生成茄尼醇溴代物，使用去離子水除雜后，通過鹵代烴消除反應(yīng)除去Br2，得到純度為93.65%的茄尼醇。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)茄尼醇在醫(yī)藥方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)需求量不斷增加，針對(duì)高純度茄尼醇、高收率和規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)所遇到的問題，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者和企業(yè)均在不斷進(jìn)行深入研究。目前，市售茄尼醇粗品大多數(shù)來(lái)自溶劑浸取和超聲提取，純化的方法多數(shù)采用層析法。國(guó)內(nèi)對(duì)茄尼醇精品的提取過程還存在著許多問題，如精制茄尼醇需要消耗大量的茄尼醇粗品等。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)高純度茄尼醇的企業(yè)較少，且產(chǎn)品周期相對(duì)較長(zhǎng)。本文中對(duì)國(guó)內(nèi)外茄尼醇的提取與純化進(jìn)行了概述，可為高純度茄尼醇的工業(yè)化生產(chǎn)提供借鑒。今后研究重點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)室方法或技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，以提高精度，降低成本，生產(chǎn)出符合制藥標(biāo)準(zhǔn)的茄尼醇。