黄酮类化合物研究进展-论文.doc
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1、摘 要黄酮类化合物广泛存在于自然界中,数量之多列天然酚性化合物之首,属于植物在长期自然选择过程中产生的一些次级代谢产物。主要存在于双子叶及裸子植物的叶、果、根、皮中;在植物中主要与糖结合成苷的形式存在。黄酮类化合物可以分为:黄酮、黄酮醇、异黄酮、双氢黄酮、双氢黄酮醇、噢弄、黄烷酮、花色素、查耳酮、色原酮等10多个类别。黄酮类化合物已达5000多种。黄酮类化合物具有抗氧化、抗衰老、增强机体免疫力、抗癌、调解内分泌系统、调节心血管、抗炎、抗过敏、抑菌、抗病毒等多方面生物活性。在医药、食品等领域应用广泛。对该类化合物的研究已成为国内外医药界研究的热门课题,黄酮类化合物是一类具有广泛开发前景的天然药物
2、。本文综述了近年来黄酮类化合物的提取、纯化、含量测定、生物活性以及在医药、食品方面的应用,并对未来的研究进行了展望。关键词:黄酮类化合物 提取 纯化 含量测定 生物活性 中文摘要.英文摘要.1.绪论.12.黄酮类化合物的结构、理化性质与分布.22.1黄酮类化合物的结构.22.2黄酮类化合物的理化性质.42.3黄酮类化合物的分布.53.黄酮类化合物的分离提取工艺.63.1热水提取法.63.2有机溶剂提取法.73.3碱性稀醇提取法.73.4微波提取法.73.5超临界流体萃取法.73.6超声波提取法.83.7酶解法.93.8半仿生提取技术.94.黄酮类化合物的分离纯化.104.1pH梯度萃取.104
3、.2高速逆流色谱分离法.104.3柱色谱法.104.4大孔吸附树脂114.5高效液相色谱法.125.黄酮类化合物的测定分析方法.135.1平面色谱法135.2分光光度法.135.3 高效液相色谱法.145.4极谱.145.5气相色谱法145.6液相色谱与质谱联用法.155.7毛细管电泳法.156.黄酮类化合物的生物活性.166.1清除氧自由基、抗肿瘤作用.166.2调节心血管系统作用166.3抗氧化、抗衰老作用176.4抑菌、抗病毒作用.186.5免疫调节作用186.6抗炎、镇、痛抗过敏作用.186.7对内分泌系统的作用.187.黄酮类化合物的应用.207.1在药学方面的应用.207.2 在食
4、品方面的应用.218总结.22参考文献.23致谢.261 绪 论我国是世界上植物资源最丰富的国家之一,约有三万余种高等植物,据普查其中已发现药用植物一万一千多种,这些药用植物资源是开发新药的不竭源泉。据专家统计,做过药理研究的只有一千余种,较为深入研究的不过二百种,可见天然药物的研究开发和利用具有巨大的潜力。对植物药的研究与开发,我国主要是寻找单一活性化合物或以其为先导化合物开发新药。当今世界植物药的研究开发和使用,主要有药品、保健品、饮食补充剂和化妆品等形式,大体有植物药标准化提取物和单一成分及以其为先导化合物的合成、半合成的衍生物。其发展趋势表现为一些大的制药公司和研究机构纷纷成立天然药物
5、研究部门。认识到天然药物有着千变万化和包罗万象的新结构类型的化合物,是筛选活性化合物和寻找先导化合物的重要源泉。利用现代的分离手段和结构测定的先进技术以及现代活性筛选体系,发现新的活性化合物和先导化合物,是创制新药的重要途径。据资料统计,目前已知生理活性黄酮类化合物有5000多种,各方面的研究也越来越广泛与深入,提取和分离出具有较高生物活性的黄酮类化合物对医药、食品工业的贡献是巨大的,是当前植物药研究开发的热点之一。2 黄酮类化合物的结构、理化性质与分布2.1 结构黄酮是一类植物化学物质的简称,全称为黄酮类化合物(Flavonoids),又称物黄酮(Bioflavonoids)或植物黄酮。黄酮
6、类化合物泛指拥有15个碳原子的多元酚化合物,其中两个芳环(A环、B环)之间以一个三碳链相连,其骨架可用C6-C3-C6表示1。基本结构如图2.1。 A B图2.1黄酮(A)和异黄酮(B)的分子结构根据中央三碳链的氧化程度、B环连接的位置(2-位或3-位)以及三碳链是否构成环等特点,可将主要的天然黄酮类化合物分类2。如图2.2。word文档 可自由复制编辑图2.2黄酮类化合物的基本类型及结构word文档 可自由复制编辑2.2 黄酮类化合物的理化性质2.2.1外观大多数为结晶状固体,具有一定的结晶形状,少数为非晶形粉末。大多呈黄色,所构成的颜色与分子中是否存在交叉共扼体系及助色团的数目多少和取代的
7、位置有关。2.2.2溶解性游离的黄酮类化合物一般难溶或不溶于水,可溶于甲醇、乙醇、乙酸乙脂、乙醚等有机溶剂及稀碱中。其中黄酮、黄酮醇、查耳酮等,因它们的分子中存在交叉共扼体系,所以是一些平面型化合物,平面型分子堆砌得比较紧密,分子间引力较大,故很难溶于水。在游离的黄酮类化合物母核上引人的取代基的种类和数目不同,对溶解度影响也不同。例如,引人羟基后,水溶性增加,脂溶性降低。羟基引人越多,水溶性越增加。黄酮类化合物多是多羟基化合物,一般不溶于石油醚当中,故可与脂溶性杂质分开。引人甲氧基或异戊烯基后,脂溶性增加,水溶性降低,取代基位置不同,对溶解度亦有影响。黄酮类化合物的羟基被糖化后,水溶性增加,脂
8、溶性降低,一般易溶于热水、甲醇、乙醇、乙酸乙脂及稀碱溶液中而难溶或不溶于苯、乙醇、氯仿、石油醚等有机溶剂中3。2.2.3酸碱性酸性黄酮类化合物分子中有多个酚羟基,显酸性,可溶于碱水溶液、吡啶、甲酰胺及二甲基甲酰胺中。由于酚羟基数目及位置不同,酸性强弱也不同。以黄酮为例酸性由强到弱:7,4-二OH7或4-OH一般酚羟基5-OH。溶于:NaHCO3、Na2CO3、0.2%NaOH、4%NaOH。可利用此性质进行提取、分离工作3。碱性黄酮类化合物1位氧原子,有未共用的电子对,表现为微弱的碱性,可与强酸成盐,该盐不稳定,加水分解。图2.3黄酮水解word文档 可自由复制编辑2.3 分布黄酮类化合物是一
9、类低分子的天然植物成分,广泛存在于自然界。黄酮在苔藓植物和蕨类植物及裸子植物中有分布,广泛分布于被子植物和维管植物中,尤以芹菜素和木犀草素黄酮最常见;黄酮醇主要分布于双子叶植物特别是木本草植物的花和叶中,常见的是山奈酚、槲皮素、杨梅素;查耳酮分布广泛,在蕨科、苔藓和种子植物中发现,在菊科、豆科中分布较多;花色素在被子植物中分布较广,尤其以花青素最为常见;黄烷酮分布较广泛,在双子叶植物中特别是含大量蹂质的木本植物中较为常见,自然界尚未发现游离的存在;双氢黄酮,较普遍地分布,尤其在被子植物的蔷薇科,豆科、菊科、姜科中较多分布;双氢黄酮醇,普遍地存在于双子叶植物中,特别是豆科植物相对较多,也存在于裸
10、子植物,单子叶植物姜科的少数植物中;双黄酮、二聚黄酮主要分布于裸子植物中,亦在苔藓植物及被子植物中不断发现;异黄酮主要分布在被子植物中,尤以豆科蝶形花、蔷藏科植物居多;新黄酮,主要分布在豆科蝶形花亚科2。3 黄酮类化合物的提取工艺目前,黄酮类化合物的传统提取方法主要有热水提取法、醇提法、碱性水或碱性稀醇提取法和其他有机溶剂萃取法等。各种提取方法都各有利弊,并且在我国仍然广泛使用。在传统提取方法的基础上,有许多研究者也做了黄酮类化合物提取的最佳工艺研究,发现黄酮提取量与提取温度、时间、溶剂、物料比、材料颗粒度、溶剂扩散速度等有重大关系。随着现代科学技术与仪器的发展,新型提取技术也应运而生,如微波
11、提取法、超声波提取法、超临界流体萃取法、酶法提取和半仿生提取法等,并在研究与生产中广泛使用。3.1 热水提取法热水提取法仅能提取黄酮苷类,此法成本低、安全、适合于工业大生产。李冬菊4等从山桔叶中用热水提取了总黄酮,采用的是全物理过程,无任何化学变化及污染,是一条理想的提取山桔总黄酮的途径。在银杏叶中提取黄酮类化合物,先取晾干的银杏叶,加水浸泡24h、大火煮沸30min,文火焖蒸30min,待稍冷倾出上层黄绿液,蒸发、萃取、过滤即得5。但用水作溶剂浸提黄酮类化合物,在提取过程中主要考虑加水量、浸泡时间、煎煮时间及煎煮次数等因素,此工艺设备简单、安全,但有提取杂质多,收率较低,提取液过滤、浓缩等操
12、作困难且又费时等缺点6。3.2 有机溶剂提取法这是国内外使用最广泛的方法,很容易实现工业化生产。常用的有机溶剂有甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚等。本法主要用于提取脂溶性基团占优势的黄酮类物质,对设备要求简单,产品得率高,但成本较高,杂质含量也高。常见的有冷浸法、渗滤法和回流法。这些方法各有优缺点。冷浸法虽不需加热,但提取时间长、效率低;渗滤法提取效率高、浸液杂质少,但费时长,溶剂用量大,操作麻烦;回流法效率最高;但受热易破坏成分的药材不宜用此法。葛根总黄酮的提取采用冷浸法7,陈皮苷的提取用乙醇渗滤法8,银杏叶总黄酮提取9为回流提取。常楚瑞10用乙酸乙酯回流提取了木瓜总黄酮。在提取过程中,乙醇的浓度
13、对总黄酮的提取有较大影响,一般认为乙醇的浓度增高有利于总黄酮的提取,但并不绝对,还跟黄酮类物质的结构有关,高浓度乙醇适于提取黄酮甙元类,低浓度乙醇适于提取黄酮甙类。3.3 碱性稀醇提取法利用黄酮类多含酚羟基的性质,溶于碱性水(石灰水、氢氧化钠)或碱性稀醇而浸出,酸化后析出黄酮类化合物。氢氧化钠水溶液的浸出能力高,但杂质较多不利于纯化;石灰水可以使一些鞣质或水溶性杂质沉淀生成钙盐,有利于纯化,但是浸出效果不如氢氧化钠好,同时有些黄酮类化合物能与钙结合成不溶性物质,不被溶出,一般可根据不同的原料使用不同的碱性溶液。丁利君从菊花中提取黄酮类物质时,用pH=10的氢氧化钠溶液浸出效果较好11;曹永刚等
14、而从槐米中提取芦丁,则应用碱性较强的饱和石灰水作溶剂,这样则有利于芦丁成盐溶解12。3.4 微波提取法目前,微波技术在人们的生产生活中应用越来越广泛。微波提取法是一种外加物理场微波加热,透入内部的能量被物料吸收置换成热能对物料的加热,形成独特的物料受热方式的方法。此法在黄酮类物质的提取上也取得了良好的效果,它在提取过程中具有操作时间短、溶剂消耗量少、有效成分得率高、不产生噪音,适用于热不稳定物质、受热均匀、反应高效性和强选择性等特点。而且操作简便,副产物少,提取率高及产物纯度高等优点。本法多用在药材的浸出,在黄酮类化合物的提取上取得了良好的效果。段蕊13等人对微波法提取银杏叶中黄酮类物质进行研
15、究,用175W微波强度处理5min后,以体积分数80%的乙醇,在70提取1h得到提取物的黄酮类物质质量浓度比未经微波处理的高出18.8%。此外李嵘与金美芳14在以水为介质的条件下,对银杏叶进行微波处理,提取效果与传统方法对照,表明此方法提取率高,省溶剂,大大提高了提取效率。实验方法是称取100g银杏叶丝,加160ml蒸馏水,微波解冻处理5min及15min,提取液以440mL60%乙醇,55回流提取。结果表明,微波处理后进行乙醇水浸提比同样方法未用微波处理可以提高银杏叶中有效成分的提取率达22.6%,而且大大缩短了提取所需时间。与传统水浴法的对比试验表明:微波法不仅节省时间,而且提取效率高,是
16、一种快速、高效、节能的新型提取工艺。3.5 超临界流体萃取法超临界流体是处于临界温度和临界压力下的物质状态,在其临界点附近的范围内,由于非常大的流体密度变化,流体兼有了气、液体双重特性,以临界流体状态形式存在,气体冷凝及液体蒸发在临界状态下不发生,流体的扩散系数与气体状态接近,具有较快的传质速率;流体的密度与液体状态接近,单位流体的溶解能力较大,超临界流体的特性使其成为理想的萃取溶剂。溶质在SCF中的溶解度,随压力和温度的变化而明显变化,最敏感区域为临界点附近区域,在此区域内,温度和压力的微小变化导致流体密度极大的改变,溶质的溶解度也有较大的改变,由此可达到选择性分离的目的。选择超临界流体萃取
17、剂,优先选择的是萃取能力强、容易达到临界条件的SCF萃取剂,并应考虑其毒性、腐蚀性及是否易燃易爆物等因素,最常用的超临界流体为CO2。应用CO2-SPE,技术提取分离黄酮类物质,具有萃取速度快,效率高,操作简单等特点,产品中没有残留有机溶剂,与传统的萃取分离工艺相比优势是明显的。孙婷15利用超临界CO2萃取法从银杏叶中提取黄酮类化合物,确定了超临界流体萃取的最佳条件:压力为20MPa,萃取罐的温度为40,流量为14mL/min,萃取时间为2h,在此条件下测得总黄酮的含量为29.1%,相对标准偏差为3.1%。游海等人16在提取银杏叶中的黄酮类化合物药用活性成分的实验中,确定了实验最佳条件:萃取压
18、力12665.6kPa,萃取温度为45,萃取时间为30min-45min,分离压力为6586.1kPa,其中黄酮含量达28%以上。3.6 超声波提取法超声波提取法是另一种外加物理场的方法,是指以超声波辐射压强产生的空化效应和热效应引起机械搅拌、加速扩散溶解的一种新型提取方法。超声波具有特殊的生物效应,选择适当的超声参数可以使植物细胞的细胞壁间形成较多的小孔,从而可以增强细胞膜的透性和选择性,是近年来应用到中草药有效成分提取分离中的一种提取手段。该方法是目前比较先进的方法,它能大大缩短提取时间,一般不超过1h,提高有效成分的提出率、原料的利用率。阳文斌等17用超声波法提取了花生壳总黄酮,测得样品
19、中总黄酮的含量C=0.5937mg/ml,回收率10.11,其纯度和产率均较高。杨喜花18等还研究了超声循环方法提取沙棘叶的总黄酮,超声循环技术是在料液循环流动的过程中施加超声波,这种改进方法的提取效果远高于普通超声法。潘慧娟等19用超声波法提取苦丁茶中总黄酮,考察了时间对提取效果的影响,认为此法操作简单、提取时间短、效果好。黄锁义20用超声波法提取洋葱中总黄酮,认为超声波提取、纯化方法而得到的黄酮类物质其纯度较高。刘峥21等采用超声波法从银杏中提取总黄酮,用均匀设计法确定了超声波提取的最佳工艺条件。3.7 酶解法最近几年,利用酶的特性发展了新的提取方法。酶解法利用酶反应的高度专一性,破坏细胞
20、壁,使其中的黄酮类化合物释放出来,适用于被细胞壁包围的黄酮类物质。植物细胞壁的主要成分是纤维素,恰当地利用纤维素酶处理,可使细胞壁发生不同程度的改变,如软化、膨胀和崩溃等,从而可改变细胞壁的通透性,提高黄酮类化合物的提取率。黄剑波等22采用甜茶作材料,采用纤维素酶辅助的方法,从中提取黄酮类化合物。首先,确定纤维素酶的最佳作用效果,然后通过单因素实验,得出酶法辅助的最佳提取工艺为:水做溶剂,先用40下茶粉质量3的纤维素酶作用15min,再在80下浸提1h,固液比为1:30,试验结果表明:黄酮类物质的提取率为91,提取纯度为54。3.8 半仿生提取技术半仿生提取法是将整体药物研究法与分子药物研究法
21、相结合,模拟口服给药后药物经胃肠道转运的环境,为经消化道给药的中药制剂设计的一种新的提取工艺。这种提取方法的特点是可以提取和保留更多的有效成分,能缩短生产周期、降低成本。陈晓娟等23通过正交试验优选半仿生法提取杜仲叶中绿原酸和黄酮的工艺条件为:杜仲叶为原料,以磷酸氢二钠一柠檬酸的缓冲溶液作为提取液,每次提取1h,提取3次,在此条件下,黄酮得率达0.44。半仿生提取对于复方相对有效,不但在一定程度上促进有效成分的溶出,而且还有利于制剂和使用,但单一组分不一定最佳。总之,黄酮类化合物提取的方法很多,每种方法都有其优缺点,应根据提取物的性质、提取成本、工艺设备等条件来选择最适合的提取工艺,提高黄酮类
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