黃連素的提取工藝功能作用及應(yīng)用

呂江如(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083)

0 引言

黃連素(berberine, BBR)是一種從黃連、黃柏、三顆針等天然草本中提取出的季銨生物堿。最常用的為鹽酸小檗堿，在《中國藥典》中早有收載，是我國應(yīng)用很久的一味中藥，有顯著的抑菌作用，在臨床上治療急性腸胃炎、痢疾等消化道疾病均有較好療效。近期大量實驗和臨床研究表明，黃連素還具有顯著的抗心率衰竭、增強免疫機能、抗腫瘤等作用[1]，對心血管、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病的治療具有作用。黃連素提取工藝眾多，其中傳統(tǒng)的提取方法有稀硫酸法、石灰乳法、溶劑浸取法、過濾法、液膜法等[2]，而新型的提取方法有微波法、超聲波法、回流法、酶解法等[3]，其具有減少污染，提高提取率的優(yōu)點。本文將從黃連素的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)出發(fā)，對各種提取方法進行闡述和比較，并對黃連素的生理功能及作用機制進行綜述，探討黃連素在現(xiàn)有市場上的應(yīng)用，望能對黃連素的綜合開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。

1 黃連素的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)

1.1 黃連素的結(jié)構(gòu)

黃連素(5,6-二氫-9,10-二甲氧基苯并[G]-1,3-二噁茂并[5,6α]喹嗪)是一種異喹啉類生物堿，占黃連成分10%左右[4]；黃連素的分子式為C20H18NO4+，由2個異喹啉環(huán)稠合而成[5]，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示[6]，分子量為371.8。

圖1 黃連素的結(jié)構(gòu)

1.2 黃連素的理化性質(zhì)

黃連素是含有結(jié)晶水、黃色的針狀結(jié)晶；無臭、味苦，熔點為145 ℃，易溶于熱水，微溶于冷水、乙醇，難溶于苯、氯仿和丙酮；溶于水中有黃綠色熒光，在高溫干燥條件下，黃連素的結(jié)晶水易蒸發(fā)而變?yōu)榧t棕色[7]，有顯著的抗菌作用。

2 黃連素的提取工藝及比較

2.1 黃連素的傳統(tǒng)提取方法

(1)稀硫酸法。陳凱等[8]采用響應(yīng)面法確定稀硫酸提取黃連素的最佳條件為：用3%的硫酸料液比為1∶10提取2 h進行3次，得到小檗堿的含量為8.36%。

(2)石灰乳法。將料液比以1∶8的比例浸泡24 h過濾后加入石灰乳使pH值為12，靜置30 min過濾后加入濃鹽酸使pH值為3，再加入濾液量10%固體NaCl，攪拌至微濁，放置一夜后將析出物抽濾提純得到小檗堿[4]。

(3)溶劑浸取法。趙洋等[9]的研究實驗表明，當(dāng)料液比1∶10時在索氏提取裝置中連續(xù)提取2.5 h后冷卻22 h提取效果最好，黃連素收率可達4.357%，工藝流程如圖2所示。

圖2 溶劑浸取法提取黃連素工藝流程圖

2.2 黃連素的新型提取方法

(1)微波法。研究表明[7,10-11]，微波法最佳工藝為：以乙醇溶液為浸提劑，浸泡原料24 h，料液比為1∶(100～120)，在500～600 W微波輻射功率下輻射10 min提取。相較于傳統(tǒng)浸取法具有提取率高、省時高效、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。

(2)超聲波法。研究表明[2,12]，超聲波法最佳工藝為：使用20 kHz的頻率在50 ℃下提取30 min，用80%乙醇濃度為浸取劑和超聲波提取兩次。與傳統(tǒng)浸取法相比，具有工藝簡單，提取時間短且提出率顯著增加等優(yōu)點。

(3)酶解法。王玉潔等[13]實驗研究表明，酶解法的最佳工藝為：在冷浸法的基礎(chǔ)上，在濃度15%纖維素酶作用下酶解1.0～2.5 h，料液比1∶7，在pH=4.0的0.25%的硫酸中浸泡提取7 h，提取率顯著提高[3]。

2.3 黃連素提取工藝的比較

席國萍等[1]采用浸取、振蕩提取、回流三種方法，分別以乙醇、丙酮、水作為提取劑對黃連素進行提取，結(jié)果表明，以乙醇為浸取劑的回流法有較好的穩(wěn)定性且提取率較高；寧娜等[3]通過高效液相色譜法分別用超聲波法、回流法、冷浸法、酶輔助冷浸法進行提取，黃連素含量檢測結(jié)果為26.10%、52.24%、54.15%和81.27%，表明了酶輔助冷浸法提取相較于其他3種提取工藝提取率較高；鄧海燕等[14]研究表明相同條件下，浸泡后回流提取得到的產(chǎn)率相對高，相較于索氏提取法耗時長、耗能多，超聲波法產(chǎn)率相對低，微波法最為便捷且產(chǎn)率較高。

綜上所述，黃連素的傳統(tǒng)提取方法包括稀硫酸法、石灰乳法、溶劑浸取法等，工藝都比較成熟，且成本較低，工藝相對簡單，是目前工業(yè)上常用的方法，但溶劑耗費多、提取率低，環(huán)境污染[2,7]等問題較為突出。而新型的提取方法，如超聲波法具有用時短且提取率高的優(yōu)點，但設(shè)備投資較大且溶劑價格較高，用量較大，不適合大批量的工業(yè)生產(chǎn)。酶解法相比于其他方法具有提取率高、提取時間短的優(yōu)點且節(jié)能環(huán)保，更適合工業(yè)化生產(chǎn)[15]。在實際應(yīng)用中，還應(yīng)結(jié)合實際情況，對黃連素的提取方法進行合理選擇。

3 黃連素的生理功能與作用機制

3.1 抗炎作用

腺苷一磷酸激活蛋白激酶(AMPK)是調(diào)節(jié)生物能量代謝的關(guān)鍵分子，在緩解炎癥方面有積極作用。黃連素可以激活A(yù)MPK，進而抑制炎癥發(fā)生[16]。此外黃連素還可以通過抑制IL-β、TFN-α和抑制因子活化蛋白的結(jié)合減少氧化酶-2表達[17]，從而達到抗炎的效果。

3.2 抗菌作用

研究表明，黃連素對霉菌、病毒、線蟲、原蟲、真菌及革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌等菌種均有抑制及殺滅作用。黃連素主要通過對菌體細胞壁及細胞膜結(jié)構(gòu)的破壞，使其膜的通透性改變來抑制相關(guān)酶和外排泵，進而阻止其DNA及蛋白質(zhì)合成等方面來抑制殺滅菌[7]。

3.3 抗腫瘤作用

黃連素通過抑制COX-2 mRNA的表達來抑制腫瘤細胞的遷移、侵襲、增殖，并通過將其細胞周期阻斷和腫瘤細胞自噬和凋亡的增強從而達到抗腫瘤的作用[17-18]。

在中醫(yī)學(xué)中，黃連素主要用于清熱解毒。在藥理學(xué)中，除了上述的抗炎作用、抗菌作用、抗腫瘤作用，還具有抗心律失常，降低膽固醇，降血脂血糖，增強免疫功能等作用[19]，功能作用廣泛。

4 黃連素的應(yīng)用

4.1 黃連素在藥物中的應(yīng)用

黃連素具有顯著的抗菌作用，能抑制和殺滅多種革蘭氏陰性菌、陽性菌和結(jié)核桿菌等。目前，片劑和膠囊是黃連素在市場中存在的主要劑型，但在心血管系統(tǒng)和抗腫瘤等治療中，由于其溶解度低，胃腸吸收差、生物利用率不高，無法滿足治療需求[19]。最新研究出的滴丸型[19]相比于片劑、膠囊，簡化了生產(chǎn)工藝，提高了生物利用率度，具有藥效作用快、副作用小等優(yōu)點。而栓型、凝膠劑、透皮給藥制劑、口服結(jié)腸定位制劑、包含物、脂質(zhì)體、微球、微囊、納米粒、微乳等利用新型輔料和制藥技術(shù)，豐富了黃連素藥物的類型，較好地解決了上述問題，有效拓展了黃連素的臨床應(yīng)用。

4.2 黃連素在檢測中的應(yīng)用

除了藥物的應(yīng)用，目前黃連素的檢測體系也比較成熟，常用液相色譜法、分光光度計法、液質(zhì)聯(lián)用、毛細管電泳等方法。利用黃連素水溶液有黃綠色熒光的特性來應(yīng)用于生物傳感器中參與其他物質(zhì)的檢測分析。Song等[20]通過建立熒光探針為黃連素、識別元件為Hg2+離子適配體的無標(biāo)記熒光適配體系統(tǒng)來檢測惡劣環(huán)境下的Hg2+離子。同樣，可以用于K+離子的檢測[21]。研究表明[22]，黃連素在LSPR生物傳感器對小分子檢測時可以與金納米棒表面適配體-靶標(biāo)結(jié)合形成GQx結(jié)構(gòu)相互作用，比無黃連素條件下檢出限高1 000倍。黃連素在檢測中的作用使檢測降低了研究成本，且方便快捷，結(jié)果可靠穩(wěn)定。

除此之外，黃連素由于其良好的抗菌性，還應(yīng)用于治療齲齒、牙周病、根尖周炎等口腔疾病中，其抗腫瘤作用也應(yīng)用于頜面部腫瘤治療中[18]；黃連素還應(yīng)用于動物生產(chǎn)中[16]，利用其藥理作用，將其作為飼料添加劑起到提高動物生產(chǎn)性能、調(diào)節(jié)腸道微生物平衡和改善肉品質(zhì)等作用。

5 結(jié)語

綜上所述，黃連素因其多種功能作用，在臨床藥物治療等各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，同時在檢測等方面也具有重要意義。使用黃連素作為熒光探針來對其他小分子進行檢測時，可以更加迅速有效地辨別。而且隨著新藥劑類型的研究和開發(fā)，黃連素有效的解決了腸道吸收差等問題，拓展了臨床應(yīng)用范圍，是未來臨床檢測等方面需要廣泛應(yīng)用的一種成分。為了更好、更穩(wěn)定地運用黃連素，還需深入探究黃連素的各種生物功能及作用機制，不斷改良其在臨床上的類型等，才能更好的應(yīng)用于各個領(lǐng)域，為人類造福。