酚酸類化合物阿魏酸的研究進(jìn)展

＊劉珂 徐成 郭玉梅 趙鑫

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)工程學(xué)院 甘肅 730060）

阿魏酸是一種從常見的植物物種中提取的酚酸，它是各種中藥水溶性提取物（如阿魏酸、當(dāng)歸、升麻、蒲公英）的主要單體活性成分之一，主要存在于植物的細(xì)胞壁中，大多以化合態(tài)的形式存在，是肉桂酸（3-苯基-2-丙烯酸）型酚酸[1]，是肉桂酸的衍生物之一，其微溶于冷水，在甲醇、乙醇和丙酮中易溶，在苯和石油醚中難溶，能與多糖和低聚糖多胺脂類形成結(jié)合態(tài)。有順式和反式兩種結(jié)構(gòu)，具有藥理功能的是反式阿魏酸。

植物中提取和化學(xué)合成阿魏酸是目前阿魏酸的主要來源途徑[2]。因植物中提取的阿魏酸對人體的毒副作用小，經(jīng)過前后處理能直接應(yīng)用于醫(yī)藥及食品工業(yè)，是要求較高的醫(yī)用阿魏酸的主要來源。此外，由于阿魏酸在自然界中廣泛存在，其具有明顯的藥理活性及穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。因其具有抗氧化、抗炎、抗凝、解毒、肝臟保護(hù)、免疫調(diào)節(jié)等作用[3]，使得研究者對于阿魏酸及其衍生物廣泛關(guān)注，比如可以用來做日化品和食品防腐保鮮劑使用。

本文從阿魏酸的來源、提取方法和阿魏酸及其衍生物的應(yīng)用三個方面進(jìn)行了簡要的綜述，并以此探討阿魏酸作為一種酚酸類化合物的應(yīng)用前景，對后續(xù)阿魏酸的新提取技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1.阿魏酸來源

(1)天然來源

阿魏酸在植物及食品原料中廣泛存在，當(dāng)歸、阿魏、升麻、米糠、冬葵果、谷殼、麩皮等均含有阿魏酸。阿魏酸也是植物細(xì)胞壁的組成成分之一，與纖維素和果膠等多糖物質(zhì)和蛋白質(zhì)一起構(gòu)成了植物細(xì)胞壁骨架，由于不同植物細(xì)胞壁成分組成略有不同，因此其阿魏酸含量也略有差異。其中，不同植物中阿魏酸的含量見表1所示。

表1 不同植物中阿魏酸的含量

由于阿魏酸來源于植物或食品原材料，具有較好的生物活性、低毒性等特性。但是天然阿魏酸在植物中的含量較小，提取成本較高，且提取量較小。例如玉米麩皮[9]的細(xì)胞壁材料是食品原料中阿魏酸含量最高的，但是玉米麩皮中含有大量的脂肪、蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)，對阿魏酸具有束縛和黏附作用，因此要想得到高純度的阿魏酸，較為困難。

(2)化學(xué)合成

以香草醛為原料，通過化學(xué)合成法制備阿魏酸的主要化學(xué)反應(yīng)有以下三個：

①Knoevngael反應(yīng)

通過縮合反應(yīng)合成阿魏酸的原料為香草醛和丙二酸，反應(yīng)需要的溶劑和催化劑分別為無水吡啶和哌啶，反應(yīng)方程式如圖1所示。但該法合成阿魏酸存在較為明顯的不足，反應(yīng)過程中耗時長且有副反應(yīng)發(fā)生，產(chǎn)品分離難度大。最關(guān)鍵的一點(diǎn)是反應(yīng)產(chǎn)物為順式和反式阿魏酸的混合物。此外，丙二酸作為反應(yīng)原料價格昂貴，溶劑用量大，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)率僅為48.6%[16]。何良波等[17]人采用微波輻射法在吡啶溶劑中加入甲苯，催化劑改為苯胺，產(chǎn)率提高到94.2%，但是70.87%用苯胺做催化劑催化制備阿魏酸時，苯胺易產(chǎn)生副產(chǎn)物且苯胺毒性極高，有強(qiáng)烈的致癌作用；對人體副作用較大。所以梁紅冬等[18]改用乙酸銨為催化劑，合成阿魏酸，具有實(shí)驗(yàn)操作簡單、反應(yīng)溫度低、條件溫和和產(chǎn)物純度高等優(yōu)點(diǎn)，阿魏酸收率為70.87%。丁元生等[19]人采用乙酸正丁酯為溶劑代替了有毒的吡啶，由于選用無毒的乙酸正丁酯作溶劑和帶水劑，減少了對環(huán)境和產(chǎn)品的污染。而選擇KF/K2CO3/γ-Al2O3作為堿催化劑，其具有反應(yīng)條件溫和、催化活性高、選擇性強(qiáng)和價格便宜可以重復(fù)使用，只合成反式阿魏酸，產(chǎn)率為65%。在此基礎(chǔ)上，程青芳等人[20]進(jìn)行了合成路線的改進(jìn)，醋酸銨為催化劑采用微波輻射技術(shù)經(jīng)Knoevngael反應(yīng)，反應(yīng)在無溶劑條件下合成阿魏酸，用價廉無毒、無污染的醋酸銨代替常規(guī)的哌啶等有機(jī)堿作催化劑催化，這一反應(yīng)安全、高效、快速以及無污染地合成了阿魏酸，在此條件下產(chǎn)率為86.9%，阿魏酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過98%。

②Perkin反應(yīng)

以香草醛和醋酸酐為原料，無水醋酸鈉作為催化劑，通過發(fā)生Perkin反應(yīng)[2]，制備出中間體乙酰阿魏酸，在堿性條件下水解后再使用稀硫酸進(jìn)行酸化，即可得到阿魏酸，收率約為72%與Knoevngael反應(yīng)合成路線相比，該合成方法具有操作簡便、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。

③Wittig-Horner反應(yīng)

在強(qiáng)堿環(huán)境中，乙酰香草醛與磷Ylide發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)濃鹽酸酸化后，得到目標(biāo)產(chǎn)物。由于體系為強(qiáng)堿環(huán)境，所生成的酚鈉離子，會抑制反應(yīng)的進(jìn)行，同時還會由副反應(yīng)生成雜質(zhì)，所以在整個反應(yīng)過程中要先保護(hù)酚羥基。

2.阿魏酸提取技術(shù)

因阿魏酸性質(zhì)穩(wěn)定，毒性較低，被廣泛地應(yīng)用于食品、日化品等領(lǐng)域，使得阿魏酸的工業(yè)生產(chǎn)需求日益增高，對于阿魏酸的制備技術(shù)也要求高效。目前對于阿魏酸的制備主要通過以下三種方法：植物組織中提取、化學(xué)合成和生物合成[21]。以下內(nèi)容重點(diǎn)綜述了植物組織中阿魏酸提取方法的研究進(jìn)展。

目前，作為天然產(chǎn)物的阿魏酸提取方法報道很多（表2常見的不同植物組織中阿魏酸提取方法對比）。而傳統(tǒng)提取方法如水煎煮提取、加熱回流提取和有機(jī)溶劑提取法等存在著耗時較長、操作麻煩、提取效率低等缺點(diǎn)[26]。然而，由于阿魏酸在植物體內(nèi)的[27]主要存在為：水溶態(tài)、脂溶態(tài)和束縛態(tài)，可先通過堿解法或酶解法打斷酯鍵，再選擇適當(dāng)?shù)奶崛∪軇┨崛?。目前常見的從植物中提取阿魏酸的方法使用較多的是堿解法、酶水解法和植物組織培養(yǎng)法等方法。

表2 常見的不同植物組織中阿魏酸提取方法對比

與其他傳統(tǒng)方法相比，超聲和酶解法有其自身的方法特點(diǎn)，超聲提取法通過超聲波傳遞能量，固體藥材細(xì)胞壁在超聲波的作用下被破碎，方便溶劑進(jìn)入細(xì)胞中，加快藥材中所存在的有效成分溶解在溶劑中，以提高有效成分的提取率[28]。因此，超聲作用與傳統(tǒng)加熱回流提取法[29]（80%乙醇，在80℃的回流溫度下加熱2h）相比，用超聲波代替加熱，實(shí)現(xiàn)了快速且避免高溫對有效成分的破壞，適合于高溫下易分解物質(zhì)的提取[30]。例如劉芝蘭[31]等使用超聲波提取當(dāng)歸中的阿魏酸，超聲時間30min、液固比10:1（mL:g），提取率0.6584%，要快于傳統(tǒng)加熱提取法所需的時間（120min），同時避免了高溫引起阿魏酸的分解。劉鳳霞等[32]用70%乙醇超聲提取法對當(dāng)歸中的天然化合物進(jìn)行提取，提取的化學(xué)成分種類多，提取效率高。

通過酶解作用將植物細(xì)胞壁疏松、破裂，能夠在降低溶質(zhì)分子傳質(zhì)阻力的同時，又可以較好地促進(jìn)其有效成分的溶出，從而提高植物有效成分的提取率，該提取方法為酶解法，具有高效、無毒等優(yōu)點(diǎn)[33-34]，所以應(yīng)用于重要成分的提取[35]。例如陳益多等[36]纖維素酶法提取脫脂米糠中阿魏酸，以乙醇為提取溶劑，酶解時間為5h時阿魏酸得率為18.64mg/10g。戴清源[37]以纖維素酶提取脫脂米糠中的阿魏酸，乙醇-2% NaHCO3為提取劑，酶解時間4h時阿魏酸的提取率為226.26mg/100g，是常規(guī)乙醇-2% NaHCO3直接提取的2.5倍。

除上述介紹的從植物中提取阿魏酸的常見方法以外，還報道了很多關(guān)于阿魏酸提取的方法（表3不同提取方法下植物中阿魏酸的提取率），例如堿解法、閃式提取法、索氏提取法、超聲波輔助提取法、超臨界CO2萃取法和紅外輔助法等。例如劉國琴等[47]從小麥麩皮中提取阿魏酸，提取方法為超聲波輔助提取，其阿魏酸提取率為94.48%，顯示出該提取方法快速高效的提取效果。張志清等[48]在超聲波輔助法的情況下，選擇從麥麩中提取阿魏酸，其提取量為4.26mg/g。以上提到的各種用來提取阿魏酸的方法各有利弊，其中最大的短板在于提取的時間較長，提取的目標(biāo)產(chǎn)物損失大，收率低，使用的提取溶劑有毒且用量大，同時提取的工藝流程較為繁瑣。而且大多數(shù)是以乙醇等易揮發(fā)的有機(jī)溶劑為提取溶劑，不利于將植物中提取的阿魏酸等有效成分廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和食品等行業(yè)。

表3 不同提取方法下植物中阿魏酸的提取率

因此，為減少溶劑消耗并減少有毒溶劑對實(shí)驗(yàn)操作者的毒害，針對傳統(tǒng)上使用一些有毒的有機(jī)溶劑進(jìn)行提取的問題，后續(xù)可以嘗試采用更為綠色環(huán)保的表面活性劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機(jī)溶劑作為提取溶劑，輔助各種現(xiàn)代化提取新工藝和技術(shù)。

3.阿魏酸及其衍生物的應(yīng)用

(1)阿魏酸的應(yīng)用

首先，阿魏酸具有抗菌消炎、治療肝損傷、治療冠心病、保護(hù)婦女子宮，抗血小板聚集和治療心腦血管疾病等藥理作用，且易被人體吸收，毒性低，使用比較安全，故藥用價值越來越受到重視。例如黃志勇等[49]發(fā)現(xiàn)其在高濃度下具有抗腫瘤作用。劉海云等[50]研究發(fā)現(xiàn)阿魏酸對血栓形成具有明顯的抑制作用，其抑制作用可能與抗血小板活性有關(guān)，并將其應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)方面。Yang[51]等發(fā)現(xiàn)阿魏酸可以治療D-半乳糖（D-gal）引起的記憶障礙，通過阿魏酸抑制了D-gal誘導(dǎo)的乙酰膽堿酯（acetylcholinesterase，AChE）水平升高、氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥和神經(jīng)退行性病變等，以此達(dá)到治療阿爾茨海默病[52]。

同時，阿魏酸作為一種天然提取化合物，在農(nóng)業(yè)方面，表現(xiàn)出殺菌、殺蟲、除草、抗病毒等多種活性。靳麗宇等[53]將阿魏酸作為除草活性先導(dǎo)結(jié)構(gòu)合成新型除草劑化合物，作為環(huán)境友好的新型除草劑。此外阿魏酸的多功能特性使其在食品添加和化妝品領(lǐng)域有著強(qiáng)烈的研究熱度。目前西歐、美國、日本等國家[21]已經(jīng)將阿魏酸作為添加劑應(yīng)用于食品領(lǐng)域，例如孫曉明等對阿魏酸作為抗氧化劑、食品香料和食品交聯(lián)劑應(yīng)用于食品生產(chǎn)作出了系統(tǒng)的研究。阿魏酸又叫做美容因子[54]，具有清除自由基、抑制產(chǎn)生自由基的酶、增加清除自由基的酶、恢復(fù)細(xì)胞正?；钚缘哪芰55]，抗氧化能力強(qiáng)，抑制黑色素的生成，可延緩衰老，改善皮膚膚質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于化妝品領(lǐng)域。

由于阿魏酸優(yōu)良的性質(zhì)被應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，我們將其部分用途整理為表4所示。

表4 阿魏酸用途及應(yīng)用領(lǐng)域

(2)阿魏酸衍生物及其應(yīng)用

由于阿魏酸分子中含有多種活性基團(tuán)，易改造其分子結(jié)構(gòu)，且阿魏酸衍生物相比于阿魏酸具有高活性和低毒性的特點(diǎn)，對阿魏酸的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾改造，可獲得一系列阿魏酸衍生物，其擴(kuò)大了阿魏酸的應(yīng)用范圍，具有極大的發(fā)展前景。阿魏酸也可與酚或醇、氫氧化鈉、二溴代烷和氨基酸等物質(zhì)反應(yīng)可得到酯類物質(zhì)、醚類衍生物、阿魏酸鹽類和酰胺類衍生物等一系列衍生物[2]。表5為阿魏酸部分衍生物的結(jié)構(gòu)和用途。

表5 阿魏酸衍生物的結(jié)構(gòu)及用途

4.總結(jié)

本文以植物中常見的酚酸類成分阿魏酸為主線，針對阿魏酸的性質(zhì)、來源、提取方法和應(yīng)用等方面進(jìn)行了綜述，其主要內(nèi)容如下：阿魏酸是植物界中廣泛存在的一種肉桂酸型酚酸，其中，反式結(jié)構(gòu)的阿魏酸具有藥理功能。目前阿魏酸的主要來源是通過堿水解法等常見的提取方法從植物中提取，而化學(xué)合成和生物合成法由于技術(shù)本身的局限性，未被廣泛使用。同時，阿魏酸作為一種天然抗氧化劑，既具有抗氧化又具有清除自由基的作用，使其在醫(yī)藥、食品和化妝品等領(lǐng)域也具有一定的價值及市場開發(fā)前景。