牛蒡子中化學(xué)成分及其木脂素類化合物提取方法的研究進(jìn)展*

任裕斌，金 爽，李慧玲，李先娜，程玉鵬

（黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040）

牛蒡子（Fructus Arctii），始載于《名醫(yī)別錄》，原名惡實(shí)，別名鼠粘子、大力子等，來源于菊科草本植物牛蒡?qū)倥］颍ˋrctium lappa L.）的干燥成熟果實(shí)，為民間常用中藥。牛蒡子味辛苦、具有疏散風(fēng)熱、利咽消腫、解毒透疹等功效?！独坠谥扑幮越狻分杏涊d其味辛，性溫，無毒，入十二經(jīng)[1]。主風(fēng)濕疹盈肌咽喉風(fēng)熱不利，諸腫瘡瘍之毒，腰膝凝滯之氣，潤肺止嗽，散氣消痰。自20 世紀(jì)30 年代開始，牛蒡子化學(xué)成分的研究引發(fā)了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。迄今為止，已經(jīng)從牛蒡子中分離鑒定出200 多個(gè)化合物。其含有木脂素、酚酸和脂肪酸、萜類化合物、揮發(fā)油等[2]。以牛蒡子苷和牛蒡子苷元為主要成分的木脂素類化合物具有廣泛的抗癌、抗病毒、抗炎等藥理作用[3]。其中牛蒡子苷作為2020 版《中華人民共和國藥典》的牛蒡子評(píng)價(jià)指標(biāo)，按規(guī)定其含量被要求不低于5.0%[4]。因此，牛蒡子中木脂素類化合物的高效提取是急需解決的問題。本文著重介紹牛蒡子中的化學(xué)成分，并針對(duì)其中木脂素類化合物的提取技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和分析，希望為后續(xù)致力于牛蒡子化學(xué)成分分析和木脂素類成分提取的研究人員提供參考。

1 牛蒡子中的化學(xué)成分

1.1 木脂素類化合物

木脂素類化合物是一類含有苯環(huán)和呋喃環(huán)的天然有機(jī)化合物，具有豐富的生物活性。它們的結(jié)構(gòu)一般包含苯環(huán)、呋喃環(huán)和各種取代基，其中最常見的取代基是羥基、甲氧基和甲基等。牛蒡子中木脂素類化合物是指由木質(zhì)素和多聚黃酮類物質(zhì)組成的一類化合物，包括牛蒡子苷、葫蘆巴酚和葛根素等，這些化合物均屬于苯丙素類化合物，其共同特點(diǎn)是分子中含有苯乙烯基（C6H5-CH=CH-），這些化合物中的苯丙素基團(tuán)與其他官能團(tuán)相互作用，導(dǎo)致它們具有抗氧化、抗炎、降血脂等多種生物活性。牛蒡子是木脂素類化合物的主要天然來源之一，自1993 年分離出牛蒡子苷和牛蒡子苷元開始一直被廣泛研究。馬天宇等[5]報(bào)道了以木脂內(nèi)脂類為主要成分的55 種牛蒡子中具有的木脂素。Jin 等[6]報(bào)道了牛蒡子中59 種木脂素的結(jié)構(gòu)，包含36 種木脂素、19 種低聚木脂素和4 個(gè)去甲木脂素。其中木脂素包括二芐基內(nèi)酯、二芐基丁烷、呋喃、四氫呋喃和芳基萘型。

1.2 酚酸和脂肪酸類化合物

酚酸作為一種非黃酮類多酚，存在于多種植物體內(nèi)，并在其干燥果實(shí)中含量較高。其中阿魏酸、咖啡酸、5-O-咖啡?？鼘幩岬?，作為人類飲食中普遍存在的成分，已引起廣泛關(guān)注。Ferracane R 等[7]采用超聲輔助提取的方法，對(duì)牛蒡子進(jìn)行了提取并進(jìn)行了檢測。結(jié)果表明，該提取液中含有一定量的酸類物質(zhì)，如洋薊酸、綠原酸和咖啡酸。這是第一個(gè)證明咖啡?？鼘幩嵫苌锎嬖谟谂］蚍N子提取物的研究。Tezuka Y 等[8]從牛蒡子中分離出了綠原酸、4,5-二咖啡基奎寧酸、3,5-二咖啡基奎寧酸、3,4-二咖啡基奎寧酸等物質(zhì)。與大多數(shù)種子類似，牛蒡子中富含豐富的油脂類成分。王程田等[9]對(duì)牛蒡子粉碎后提取牛蒡子油，其油類的得率為18.72%。并利用色譜-質(zhì)譜對(duì)得油進(jìn)行了檢測，其中油酸相對(duì)含量為50.21%，硬脂酸相對(duì)含量為32.56%。劉啟迪等[10]通過液質(zhì)聯(lián)用從牛蒡中分離出5 類脂肪酸類化合物，其中，棕櫚油酸和十四烷酸為首次在牛蒡子中分離得到。

1.3 萜類化合物

萜類化合物是一類廣泛存在于植物中的天然有機(jī)化合物，牛蒡子親脂提取物中含有倍半萜和三萜，其結(jié)構(gòu)中都包含多個(gè)異構(gòu)體。這些化合物具有廣泛的生物活性和重要的醫(yī)藥、化妝品和香料等應(yīng)用價(jià)值。李卓恒[11]首次從牛蒡子中分離出了β-谷甾醇。Liu 等[12]從牛蒡子中分離出蛇麻脂醇、β-胡蘿卜苷、豆甾醇、蒲公英甾醇和蒲公英甾醇醋酸酯。

1.4 多糖類化合物

多糖類化合物是一類高分子有機(jī)化合物，由許多單糖分子通過糖苷鍵連接而成。駱秀珍[13]對(duì)毛頭牛蒡子多糖進(jìn)行了提取，并采用DEAE-纖維素和SephadexG-100 柱對(duì)所得粗多糖進(jìn)行分離純化，通過傅里葉紅外光譜結(jié)果顯示純化后的多糖W1’中含有α-吡喃糖。龔頻[14]等通過響應(yīng)面優(yōu)化牛蒡子多糖的提取，并評(píng)價(jià)了粗多糖的體外抗氧化活性。超聲輔助－水提醇沉法獲得牛蒡子粗多糖，其中牛蒡子多糖的總糖含量為64.27%，蛋白質(zhì)含量為19.38%，糖醛酸含量為5.32%。隨后通過DEAE-纖維素柱分離獲得4 個(gè)組分純化牛蒡子多糖，分別為FAP-W、FAPS1、FAP-S2、FAP-S3。

1.5 揮發(fā)油類化合物

揮發(fā)油是指在常溫下能夠揮發(fā)出來的液態(tài)分子混合物，通常由多種化合物組成，其中包括許多具有香味和藥用價(jià)值的化合物。羅永明等[15]通過蒸餾和乙醚萃取從牛蒡子中分離得到具有濃郁香氣的淺黃色揮發(fā)油。通過GC-MS 技術(shù)從揮發(fā)油中分離和鑒定了66 種成分，占總揮發(fā)油含量的90.8%，其中R-胡薄荷酮（17.38%）和S-胡薄荷酮（7.59%）含量較高。胡珊珊等[16]采用蒸餾-萃取方法提取云南產(chǎn)牛蒡子的揮發(fā)油，并采用GC-MS 對(duì)成分進(jìn)行了分離鑒定，共鑒定出89 個(gè)化合物。但揮發(fā)油的化學(xué)組成和主要成分與之前研究并不一致，可能與牛蒡子的產(chǎn)地和提取方法的不同有關(guān)。

2 木脂素類化合物的提取方法

2.1 超聲輔助溶劑提取法

劉富銘[17]通過超聲提取6 種不同產(chǎn)地毛頭牛蒡子中總木脂素類成分，超聲系統(tǒng)中添加牛蒡子粉末為0.7g，加入甲醇量為30mL，超聲時(shí)間為30 min。經(jīng)液相檢測后，6 種牛蒡子中總木脂素含量最高為183.97mg·g-1，最低為73.16mg·g-1，證明牛蒡子中總木脂素含量受產(chǎn)地影響較大。與傳統(tǒng)提取工藝相比，超聲輔助提取的主要成就是在相同得率的情況下縮短了處理時(shí)間，此外，還具備系統(tǒng)工作溫度較低，能更好的保持目的物的生物活性，需要更少的溶劑等優(yōu)點(diǎn)。但超聲設(shè)備的一次性投入較大，且部分化合物（酒石酸等）會(huì)與超聲產(chǎn)生的自由基反應(yīng)，從而降低產(chǎn)物得率。

2.2 微波輔助溶劑提取法

王衛(wèi)東等[18]以過80 目篩的干燥牛蒡子粉末為原料，加入乙醇進(jìn)行微波提取，并對(duì)牛蒡子苷的提取工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。確定最佳提取時(shí)間為80s，微波功率為250W，液料比為1∶20（g∶mL）。微波與傳統(tǒng)的提取方法相比，因其特殊的加熱方式和穿透效果，縮短了大量的時(shí)間。但因其使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)“過熱點(diǎn)”，降低了其穩(wěn)定性。將連續(xù)流動(dòng)技術(shù)和微波輔助提取技術(shù)結(jié)合起來，消除了微波加熱的主要缺點(diǎn)，為生物活性物質(zhì)的穩(wěn)定提取提供了保障。除此之外，微波輔助提取技術(shù)可以與超聲輔助提取技術(shù)聯(lián)用，達(dá)到更高的提取效率[19]。

2.3 超高壓輔助溶劑提取法

王迪[20]以干燥的牛蒡子粉末為原料，分別采用加熱回流、超聲、超高壓輔助3 種方式進(jìn)行提取，并對(duì)提取物中主要木脂素類成分——牛蒡子苷和牛蒡子苷元進(jìn)行了檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相同溶劑條件下，超高壓輔助提取2min 的牛蒡子苷和牛蒡子苷元提取量高于加熱回流30min 和超聲10min 條件下的提取量，這證實(shí)了超高壓輔助提取能有效縮短提取時(shí)間。此外，超高壓技術(shù)作為一種冷提技術(shù)，能更好的保持提取物的生物活力，避免了熱對(duì)提取物變性的影響，提取時(shí)系統(tǒng)處于密封狀態(tài)，降低了試劑揮發(fā)，對(duì)環(huán)境更為友好。雖然超高壓設(shè)備的生產(chǎn)在國內(nèi)已經(jīng)趨于成熟，但超高壓設(shè)備的一次性投入較大，壓力設(shè)備需要維護(hù)等問題限制了其工業(yè)化生產(chǎn)。

2.4 超臨界流體輔助溶劑提取法

董文洪等[21]以甲醇為夾帶劑，探討了超臨界流體萃取牛蒡子中牛蒡子苷的可行性。最終確定最佳工藝條件為：甲醇作為夾帶劑，流量為0.55mL·min-1，溫度為70℃，壓力為40MPa，CO2流量為2L·min-1。實(shí)驗(yàn)將所得結(jié)果與超聲輔助提取法進(jìn)行對(duì)比，對(duì)牛蒡子苷的萃取率為超聲輔助提取的94.59%，展現(xiàn)出了較好的提取潛力。超臨界流體萃取技術(shù)在獲得生物活性物質(zhì)方面具有獨(dú)特的特點(diǎn)，當(dāng)攜帶目的化合物的CO2超臨界流體進(jìn)入分離器時(shí)，因?yàn)閴毫Φ南陆?，重新分為固液兩相，省去了溶劑回收的過程。在對(duì)牛蒡子進(jìn)行提取時(shí)，可先通過改變流體性質(zhì)將牛蒡子進(jìn)行脫油處理，再采用上述工藝條件對(duì)牛蒡子苷進(jìn)行進(jìn)一步的分離，以達(dá)到更優(yōu)的提取效率。

2.5 離子液體輔助溶劑提取法

王迪等[22]采用超高壓輔助離子液體對(duì)牛蒡子中木脂素類化合物進(jìn)行提取，并分析了離子液體的種類、濃度和碳鏈長度對(duì)提取率的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，陰離子對(duì)目標(biāo)化合物提取率的影響順序?yàn)锽r-＞PF6-＞Cl-＞BF4-，且隨著碳鏈長度的增加，牛蒡子苷和苷元的含量也隨之增加，這表明了離子液體具有良好的定制特性。除了與超高壓技術(shù)聯(lián)用以外，離子液體還能與超聲輔助提取技術(shù)、微波輔助等提取技術(shù)聯(lián)用以獲得更高的提取效率。

3 結(jié)語

本文對(duì)牛蒡子的化學(xué)成分及其木脂素類化合物提取方法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和總結(jié)。通過文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)牛蒡子中蘊(yùn)含的化學(xué)成分比較豐富，從牛蒡子中分離出的化合物已達(dá)200 多種，其中以牛蒡子苷和牛蒡子苷元為主要化學(xué)成分的木脂素化合物具有廣泛的生物活性。同時(shí)，在木脂素化合物提取方法的研究中，發(fā)現(xiàn)采用這些輔助提取溶劑方法能夠有效地提取牛蒡子中木脂素類化合物，未來的研究可以進(jìn)一步探索提取條件的優(yōu)化，提高木脂素類化合物的提取效率和純度。本文的研究結(jié)果不僅有助于更深入地了解牛蒡子的化學(xué)成分和生物活性，還為進(jìn)一步開發(fā)利用牛蒡子提供了重要的理論依據(jù)和技術(shù)支持。希望這些研究成果能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家和工程師提供參考，推動(dòng)牛蒡子的應(yīng)用和開發(fā)，進(jìn)一步推動(dòng)中國傳統(tǒng)藥材的研究和發(fā)展。