槐米中芦丁的提取与纯化研究进展

槐米中芦丁的提取与纯化研究进展

随着生活水平和生活质量的提高，心脑血管疾病的发病率也有上升趋势，发病率是各种疾病中的第一位。因此对治疗和预防心脑血管疾病的药品与保健品的开发研究就显得尤为重要。黄酮类化合物在心脑血管疾病的治疗上起到了举足轻重的作用,芦丁(Rutin)便是其中的一个典型代表。芦丁广泛存在于自然界,几乎所有的芸香科和石楠科植物中均含有之,尤以芸香科的芸香草、豆科植物国槐(槐米)、蓼科植物荞麦、金丝桃科植物红旱莲、鼠李科植物光枝勾儿茶、大戟科植物野梧桐含量较为丰富,可以作为提取芦丁的原料。此外,它还存在于冬青科植物毛冬青、木犀科植物连翘以及烟草、枣、杏、橙和番茄等植物中。目前,我国芦丁生产主要以槐米为原料进行提取。槐米(FlosSophorae)为豆科植物槐树(SophorajaponicaL.)的干燥花及花蕾。夏季花开放或花蕾形成时采收,及时干燥,除去枝、梗及杂质。前者习称“槐花”,后者习称“槐米”。槐米用作药用已有2000多年历史,《神农本草经》还将其列为上品。槐米中含有芦丁、槲皮素、皂甙、多糖黏液质等成分,其中,芦丁是主要药用成分,因此对其研究有非常现实的意义。1芦笋的用途1.1芦丁的临床治疗芦丁既可作为治疗药物,又可作为保健品。研究证明,芦丁能降低毛细血管通透性和脆性,促进细胞增生和防止血细胞凝聚,以及抗炎、抗过敏、利尿、解痉、镇咳、降血脂等作用。临床上芦丁主要用于高血压病的辅助治疗和用于防治因芦丁缺乏所致的其它出血症,同时还用于预防和治疗糖尿病及合并高血脂症。也正是由于芦丁的这些治疗和预防作用,人们常用富含芦丁的药食两用植物作保健品。1.2芦丁可单用或与麻黄苷复合成分配的苯丙酸酯在食品工业中芦丁除了可作保健品外,还可作为抗氧剂和天然食用黄色素。在化妆品行业,因芦丁对紫外线有较强的吸收作用,能吸收A区(波长320～400nm)紫外线,所以芦丁可单用或与黄芩苷[能吸收B区(波长280～320nm)紫外线]合用,作防晒霜的主要成分,是目前较为理想的一种天然广谱防晒剂,远比以往使用的一些尚存在不安全因素(如一些油溶性的品种对皮肤有局部刺激性)的合成防晒剂好得多。2芦丁芦丁芦丁又称芸香苷(Budnoside)、紫槲皮苷,属于黄酮苷类化合物,了解其分子式和理化性质对于正确选择提取方法,提高芦丁提取的效率和得率至关重要。芦丁分子式:C27H30O16;相对分子质量:610.52为淡黄色粉末或极细的淡黄色针状结晶,无臭无味;可溶于乙醇、吡啶、甲酰胺、甘油、丙酮、冰乙酸、乙酸乙酯中,而不溶于苯、乙醚、石油醚中;易溶于甲醇,微溶于水。芦丁的溶解度在冷水中为1g/1000mL;沸水中达1g/200mL;沸乙醇中为1g/60mL;沸甲醇中1g/7mL。熔点:176～178℃。芦丁为黄酮苷,遇酸水解生成槲皮素和芸香糖。芦丁分子中具有较多的酚羟基,显弱酸性,易溶于碱液中,酸化后又能析出沉淀。所以,适当浓度的碱液对槐米中的芦丁有增溶作用,用碱液浸泡后,能使槐米中更多的芦丁溶解出来,有利于芦丁的提取。3酸性浸提法以往生产中和实验室提取芦丁时,通常采用的方法是碱提取酸沉淀法。此法是利用芦丁具有酸性,可与碱成盐而溶于水,添加适量酸使溶液成酸性后,芦丁游离析出的原理,再经重结晶得到较纯的芦丁。此方法虽然多年来一直被视为较理想的方法,但因是加热提取,常有一定的水解产物存在,得率较低,一般约为9%～13%。为了充分利用原料资源,人们也在不断地探索,寻求提取效率更高,操作更简便,成本更低廉的提取纯化方法。3.1超声辅助提取芦丁的正交试验近年来超声波在天然产物提取方面的应用研究日益增多,其作用机理在于:利用超声波的空化效应、湍流效应、微扰效应、界面效应和聚能效应等物理作用,加速被破碎物细胞壁的破裂,促进细胞内含物的溶出,从而实现天然产物低温、快速提取的目标。郭孝武等用不同频率的超声装置从槐米中提取芸香甙,与热碱提取-酸沉淀法相比,此法无需加热,只需用频率为20kHz的超声波处理30min,提取率可提高很多,且工艺简单,速度快。其工艺过程为:称取槐米粉,每份50g,加入饱和石灰水浸润,加水,pH调至10～11;用不同频率的超声波进行提取,过滤,滤液加浓盐酸,pH调至4～5,放置30min;待沉淀后,抽滤,收集,烘干,最后得到芦丁粗品。其不足之处:该实验并没有详细的对超声波提取条件进行优化,例如:其工艺过程中对饱和石灰水的添加量、抽滤后烘干温度、时间等,显得说服力不够。史振民、张祝莲等利用正交设计确定了不同的实验方案,实验表明,超声频率21.5kHz,超声时间10min,静置时间12h,为超声法提取芦丁的最佳操作条件。该实验采用正交设计,效果较好。但在水平数值的选择上仍有不妥之处,例如:试验方案中,A因素并没有选择高于21.5kHz水平的,B因素并没选择低于10min水平的,C因素并没有选择低于12h水平的,不能说是最佳方案。昆明高等师范专科学校化学系的萨燕平、彭永芳等采用超声波辅助提取槐米中芦丁的过程为:将三角平底烧瓶置于超声波清洗槽的指定位置上,于瓶中加入槐花米粗粉20g,水200mL,硼砂0.7g;用石灰乳调pH值为8左右,开动电动搅拌器及超声波发生器,于室温下提取20min,过滤,滤渣加入水100mL,硼砂0.5g,再超声提取20min,过滤,合并两次滤液,以盐酸调至pH2～3,放置过夜使结晶全部析出,抽滤得到粗芦丁,用沸水重结晶得到淡黄色芦丁。该实验讨论的超声波提取影响因素太少,而且没有进行正交实验,结果不能令人信服。陕西中医学院的王昌利等应用超声波技术对芦丁的提取工艺进行了系统的研究,提出了芦丁提取的最佳工艺参数,实验进一步证明该工艺具有省时、节能、提取率高等优点,可以作为实验室及生产的模拟工艺。如能推广,可节约原药材30%～40%,具有较高的经济效益。王昌利等得出的超声提取芦丁的最佳提取工艺流程和参数为:槐米粗粉(18目)加70%EtOH浸泡12h,20kHz频率下超声处理40min,过滤,药渣再重复处理1次,合并滤液,浓缩即可。该实验对超声波提取影响因素考虑的比较全面,不足之处就是没有进行正交实验设计,而且在实验过程中并没考虑热的70%EtOH与冷的70%EtOH的不同及其料液比对提取率的影响。3.2存在的主要问题广东轻工职业技术学院轻化工程系的龚盛昭、何远伦通过实验对从槐米中提取芦丁的工艺进行了研究,得到了较佳的提取工艺条件,即:槐米粉碎,加入5倍量的水,用石灰水调pH值至8～9,加入3%的硼砂,抽滤;反复提取3次;滤液用稀盐酸调pH值至2～3,静置6h,析出沉淀,过滤,滤渣干燥,即得芦丁粗品。将芦丁粗品进行精制可得精制芦丁,纯度可达99%以上。作者详细讨论了提取过程中的影响因素,但只是进行了单因素实验,未对不同因素的交叉作用进行考察。宝鸡文理学院的张来新主要研究了从槐花米中提取芦丁的几种方法。通过对比,得出如下3条结论:1)水提法装置简单,操作方便,也是平常中药煎熬的方法。该法不足之处在于产率太低,原料浪费严重。2)用碱水提取可得粗产品,提取效率较水提法有明显提高,但该提取液通常因含有大量粘稠的杂质而难以过滤,而且整个过程对酸度控制要求较高。3)从提高芦丁产率和纯度的角度出发,乙醇回流法要优于以上两种方法,且乙醇可以回收再利用,其回收率达到92.3%。通过实验得到该法的适宜操作条件为:槐花米尽可能研细,加0.8%碳酸氢钠,20倍乙醇回流提取4～5h,浓缩回收溶剂。浓缩液加等量蒸馏水和2%的活性炭,调pH至7,冷却,结晶,过滤,烘干,产品收率可达10.1%。该实验把水提法、碱液提取法、有机溶剂回流法进行了比较有说服力的对比。但整个实验比较简单,只是简单的进行了提取对比,并未对影响因素进行考察和讨论。大连的舒晓宏等通过实验优化了从槐花米中提取芦丁时碱提取和酸沉淀的最佳pH值,以提高芦丁的提取效率。研究发现碱提取时调pH至9、酸沉时调pH至3时,芦丁得率可达18.1%。该实验就芦丁提取中最佳pH进行研究,将该因素论述的详实而细致,很令人信服。但实验方案中,静止时间过夜显得太过粗略。昆明理工大学生物与化学工程学院化工系的陈永城等通过正交实验方法,对从槐米中提取芦丁的工艺进行研究,研究表明最佳的提取条件为:加入7倍量的水,用石灰水调节pH值9.0,在60℃下提取20min,过滤,滤渣同法操作两次。合并3次滤液,用盐酸调节pH值3.5～4.0,加入OP-10表面活性剂在60℃下保温10min,再放置1h,过滤,干燥即得芦丁,得率为14.1%。该实验选择四因素三水平进行正交实验对提取条件进行研究,很有说服力。但在实验方案中料液比一项中没选择高于1∶7的水平不够精确,提取温度只选择50℃、60℃、70℃,范围有点窄。曹永刚对芦丁提取工艺进行了研究,得出结论:槐米用60Co产生的γ射线照射使芸香酶灭活,用硼砂作缓冲剂,亚硫酸氢钠为抗氧剂,以饱和石灰水提取,所得产品芦丁含量>95%,提取率85%。该实验特别强调了芸香酶的作用很有道理,但在工艺条件中并未指出提取过程中的料液比,而且产品中芦丁含量、提取率的计算依据没有说明,结论较模糊。4水的提取机理综上所述,槐米中提取芦丁的方法多种多样,但都基于两种原理即:芦丁的碱溶酸沉和超声波的空化作用。而提高槐米中芦丁得率最有效的方法是把两种原理结合起来。另外芦丁是3,3,4,5,7-五羟基黄酮-3-O-芸香糖甙,它与芸香酶共存于槐米中,芦丁在槐米晾晒、洗涤、粉碎、提取过程中易受芸香酶作用而发生水解,因此,提取前及提取过程中灭酶或降低酶活是十分必要的。芦丁具有4个酚羟基而显弱酸性,用碱性较强的溶媒提取时邻位的2个酚羟基易被氧化,特别是在强碱存在时加热会使γ一吡喃酮环开裂;而在酸性较强的水溶液中易生成盐而发生溶解,遇强酸则水解生成槲皮素和芸香糖。所以在提取过程中必须选用缓冲剂保护芦丁的黄酮母核不受破坏,用抗氧剂保护芦丁的邻二酚羟基。总之,芦丁是我国传统的天然药物之一,其原料植物国槐是我国的特有树种,对它的