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薯蓣皂甙元提取方法的研究进展

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第23卷第5期 2006年9月 河北工业科技 Hebei Journal of Industrial Science and Technology Vo1.23,No.5 Sept.2006 文章编号:1008—1534(2006)05—0317—04 薯蓣皂甙元提取方法的研究进展 王新军 ,韩 菊 ,魏福祥 (1.河北农业大学资源与环境学院,河北保定石家庄050018) 071001;2.河北科技大学环境科学与工程学院,河北 摘 要:薯蓣皂甙元是薯蓣皂甙的水解产物,它是许多重要甾体激素的前体物质。介绍了薯蓣皂甙 元的结构、化学组成和近年来的提取方法,综合比较了常规酸水解法、自然发酵法、超声法、酶水解 法、超临界流体苹取法等方法的优缺点,认为超临界流体萃取法较为先进且对环境无污染,并对今 后的研究方向提出了展望。 关键词:薯蓣皂甙元;提取方法;研究进展 中图分类号:TQ028.96 文献标识码:A Research advance of diosgenin extraction method WANG Xin—jun ,HAN Ju。,WEI Fu—xiang。 (1.College of Resource and Environment Science,Hebei Agriculture University,Baoding Hebei 071001,China;2.College of Environmental Science and Engineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang Hebei 050018,China) Abstract:Diosgenin is the hydrolyzed material of dioscin and the precursor substance oi several important endogenous ster— oids.The structure and chemical composition of diosgenin are introduced,as well as the extraction methods in recent years. Normal acid hydrolization method,nature fermentation method,ultrasonic method,enzyme hydrolization method and supercrit— ical fluid extraction method are compared in this article.With no pollution to environment,supercritical fluid extraction is an ad— vanced method.The research direction in the future is also proposed. Key words:diosgenin;extraction method;research advance 穿山龙又名穿山薯蓣,是一种薯蓣科植物的块 茎,在中国传统医学中应用广泛。其根状茎含有丰 富的薯蓣皂甙,是提取薯蓣皂甙元的理想原料。穿 山龙中的薯蓣皂甙元是制药工业中合成氢化可的 松、强的松、炔诺酮、肤轻松、地塞米松等甾体激素和 甾体避孕药的重要原料,还具有抗动脉粥样硬化、降 血脂、平喘、抗炎、抗肿瘤等多种功效,人称“医药黄 金”L1 ]。近年来,从薯蓣科植物中提取薯蓣皂甙元 已成为天然药物开发的一个新热点。因此,研究 收稿日期:2005-09-11}修回日期:2006—01—12 责任编辑:张士莹 基金项目:河北省科技攻关项目(04276101D-62) 先进的薯蓣皂甙元提取技术,对于更好地利用薯蓣 科植物资源,促进制药工业的发展意义重大。为了 对薯蓣皂甙元的提取方法进行深入系统的研究,现 将国内外的研究进展综述如下。 1 薯蓣皂甙元的化学成分 穿山龙中的有效成分主要为甾体皂甙类,包括 薯蓣皂甙、纤细皂甙和水溶性皂甙,总皂甙水解产生 薯蓣皂甙元。薯蓣皂甙元俗称薯蓣皂索,为白色结 晶性粉末,熔点为204~207℃,化学名称为 △ 一2O ,22aE,25 一螺甾烯一3 醇,简称△ 异螺甾 烯一3 醇,是异螺甾烷的衍生物。在薯蓣科植物体 内,薯蓣皂甙元主要以薯蓣皂甙的形式存在,即在 C。位和C。。位通过皂甙键与糖链相连进而与植物细 作者简介:王新军(1981一),男,河北唐山人,硕士研究生,主要从 事植物营养方面的研究。 联系人:韩菊,河北科技大学环境科学与工程学院教授。 维普资讯 http://www.cqvip.com

河北工业科技 第23卷 胞壁紧密连接。薯蓣皂甙元是含27个碳的甾体皂 甙元,其结构特征是甾核上有单个双键△ 和3伊 OH,与C2 相连的Cz,一甲基为Ot定向,即C2 为R构 型。△ 和3/ ̄-OH的结构易引入△43一酮或△“ 3一酮, C扩差向立体异构体及F环开环的化合物。基于这 些问题,都述虎等对穿龙薯蓣总皂甙水解条件进行 了优化,针对皂甙及皂甙元易脱水而使皂甙元质量 分数降低的特点,在酸水解体系中,加入与水不相溶 的溶剂,形成新的两相溶剂体系,以避免皂甙及皂甙 元脱水。通过实验得出,在与水不相溶的溶剂存在 用以制备妊娠双烯醇酮酯,进而合成各种甾体抗炎 药和女用口服避孕药。C 上可由霉菌氧化引入羟 基以生产各种皮质激素。 2薯蓣皂甙元提取方法的研究 在植物体中,薯蓣皂甙元通过糖基与纤维素结 合而存在于细胞壁中,细胞壁比较坚韧,很难将薯蓣 皂甙元从植物原料中彻底分离提取出来。薯蓣皂甙 元的生产工艺主要是将植物体水解,切断糖甙键,粗 提甙元,进行重结晶,其中水解工艺是决定收率的关 键步骤。目前,水解工艺主要有常规酸水解法(直接 酸水解法)、自然发酵法、超声波法、酶解法等。植物 体水解之后再采用过滤、洗涤、中和、萃取、重结晶等 操作即可获得薯蓣皂甙元。 2.1常规酸水解法 传统方法[3]是将薯蓣干燥根状茎加水浸透后, 加入3~5倍质量的水,加入硫酸或盐酸,使酸的质 量分数达3 9/6。通蒸气,加压,水解8 h,水解物用水 洗涤至中性,干燥后使水的质量分数为3 ~5 , 再用溶剂汽油(或甲苯)连续回流提取20 h。蒸馏, 回收溶剂,浓缩。室温放置,结晶完全析出后,离心 甩干,得到粗制軎蓣皂甙元,在乙醇或丙酮中重结晶 得薯蓣皂甙元。 张容平等称取已烘干、粉碎的盾叶薯蓣根茎 1 g,用2 mol/L盐酸30 mL浸泡4 h,用水洗至中 性,烘干后用石油醚回流提取7 h。提取液浓缩至 干,得皂素,提取率为1.29 L4]。 郭文松等以盐酸或硫酸作水解酸,粗品的提取 率分别为3.3 和3.6 ,效果差异不大。但两者相 比,盐酸为水解酸的工艺更为简单[5]。 韩紫岩采用加压水解法改进了酸水解工艺。具 体做法如下:取穿山龙碎块50 g,加入质量分数为 8%的硫酸溶液浸泡24 h,于高压锅中加压水解2 h, 放凉后取出,过滤,其他步骤同常规酸水解法。加压 水解比直接水解收率提高近1倍,同时降低了成 本 。 常规酸水解制备薯蓣皂甙元收率低,一般在 2%左右。在酸水解过程中,值得注意2个问题:1) 若用盐酸水解则有可能发生羟基氯代,故最好用硫 酸;2)薯蓣皂甙易脱水转变为△ 一脱氧皂角甙配 体;3)可发生25S转25R构型的差相异构化,产生 条件下的酸水解,薯蓣皂甙元的质量分数明显提 高 。 2.2自然发酵法 原料酸水解前,经过自然发酵(不种人菌种)处 理,不但可缩短水解时间,还能提高薯蓣皂甙元的收 率。 阮运昌将菊叶薯蓣根茎粉碎后称取50 g,加水 润湿,在37℃恒温水浴锅中发酵48 h,然后加入浓 盐酸,加热水解3 h,经过滤、洗涤、中和、抽滤后,在 红外灯下干燥。将干燥好的水解物置索氏抽提器 中,用汽油抽提8 h,提取率可达到4.34 ,而采用 直接酸水解法,提取率仅为2.76 。结果表明,发 酵法的收率明显高于常规酸水解法L8]。 王元兰等报道,将盾叶薯蓣根茎选择清洗,在 80℃鼓风箱中干燥至水的质量分数为12 以下,粉 碎,再将其用蒸馏水浸润湿透,置于39℃的恒温箱 中发酵48 h,经酸水解和索氏提取后的提取率可达 3.358 。实验表明,发酵时间过长或过短都会影响 收率。若发酵时间过长,有可能生成菝契皂甙元酮 和表菝契薯蓣皂甙元而使提取物中杂质增多,故应 控制好发酵时间L9]。 2.3超声法 超声法是一种物理破碎过程,通过超声波振动 和空化作用,促使化学溶剂渗人植物细胞,加速植物 体中有效成分进入溶剂,促进有效成分的溶解,从而 提高有效成分的提取率。 王昌利等利用超声技术对薯蓣皂甙的提取率进 行了实验研究 如]。通过超声工艺和回流提取工艺 对比分析得知,前者比后者可节约原药材27 9/6。以 自然浸泡提取穿山龙有效成分作对照,应用薄层分 析和红外光谱进行对比分析,来考察超声法提取穿 山龙中有效成分是否有变化。结果表明,2种提取 方法所得图谱一致。 郭孝武采用浸泡法和超声法提取穿山龙中的薯 蓣皂甙元,用分光光度法测定,提取率分别为1.85 和2.33 n]。结果表明,超声法比常规法对有效成 分的提取率高,并大大缩短了提取时间。 2.4酶水解法 薯蓣皂甙C。位上结合的支链糖存在着位阻及 薯蓣原料中存在的大量淀粉对薯蓣皂甙产生“包裹” 维普资讯 http://www.cqvip.com

第5期 王新军等薯蓣皂甙元提取方法的研究进展 与“屏蔽”作用,对皂甙水解产生干扰。因此,要想提 高皂素收率,需在酸水解前对薯蓣原料进行酶解,使 淀粉分解为葡萄糖,尽量与皂甙分离。 周振起等将薯蓣根状茎浸泡后带水研磨,应用 淀粉酶水解淀粉,使淀粉与皂甙分开。该法可使收 率提高54.2 9/5~69.5 9/6,并得到3个副产物[1引。 陈四发等人在20 g的样品中加入40 mg纤维 素酶,搅匀,置于玻璃恒温水槽中,于30。C下放置 24 h。经过酶解作用,薯蓣皂甙配基的结构不变,使 双糖链皂甙转化为单糖链皂甙,即由呋甾烷基皂甙 转化为螺甾烷基皂甙,为酸水解创造了有利条 件 引。 李国富等将黄姜根茎浸泡后带水磨碎,先用淀 粉酶水解淀粉,使淀粉与皂素分开,结合酸水解,经 索氏提取后,获得皂素。此法改善了水解条件,缩短 了生产周期,比直接酸水解法提高皂素收率35 以 上 。 张彩霞等将药材饮片用5倍质量的水浸泡,用 硫酸调节pH值至5.0,以1 g生药10 U的用量加 人纤维素酶,充分搅拌,置于4O℃恒温水浴9O min。结果表明,酶处理后皂素收率比直接酸水解 法的皂素收率提高了l9.9%[】 。 周雨丝等用糖化酶改良法提取黄姜皂素,以酶 解温度、酶解时间、酶用量和酶解pH值为实验因 素,以皂素收率作为考察目标,按照L。(3 )正交方 法设计试验L1 。最后确定酶解温度为60~65℃, 酶解时间为30~60 rain,酶用量为200 U/g,酶解 pH值为4.0~4.5。糖化酶改良法皂素的收率为 0.74 ,而直接酸水解法皂素收率为0.60 9/6,说明 糖化酶改良法比直接酸水解法收率高,提取效果好。 佟玲等称取150 g黄姜根茎,用粉碎机粉碎后, 加入高温淀粉酶及一定量的水,置于超级恒温器中 发酵一定时间后,水洗抽滤。滤渣用盐酸回流水解, 然后置索氏提取器中用石油醚提取,提取液经浓缩 干燥后即得薯蓣皂素产品。该法皂素收率平均可达 2.37 9/6,与直接酸水解法的收率相比有较大幅度的 提高 。 向纪明等对从黄姜中提取皂素的工艺进行了研 究,将自然发酵法和酶解法与直接酸水解法进行了 对比[1 。按与传统提取方法相似的步骤进行提取, 只是在酸解前将原料润湿后进行酶解处理。由于黄 姜本身含有水解酶,所以选择自然发酵或加入一定 量水解酶发酵2种情况进行处理。试验结果表明, 自然发酵法的皂素收率比没有发酵的高10 9/6~ 20 9/6,加人质量分数为1 的酶剂后,皂素收率会提 高10 9/6~20 9/6。 FONIN等采用了在酶存在条件下氧贮存茄属 植物的生物技术方法。他们在研究中发现,在此贮 存条件下,甾体皂甙被生物转化为甾体皂甙元[1 。 另有报道,在发酵过程中加入果胶酶、苦杏仁酶和植 物生长激素2,4,5一三氯苯氧乙酸、吲哚~3一乙酸均可 提高产率 加]。还有人用黑曲酶菌株对盾叶薯蓣发 酵,也可提高产率[2¨。 在酸水解前进行酶解处理是非常必要的。不仅 可以提高产率,缩短生产周期,降低生产成本,而且 酶具有高效的区域选择性和立体专一性,可使反应 条件温和,操作简单。 2.5回流一萃取法 刘锡葵等根据萃取原理改进了传统生产工艺采 用的连续加热回流提取方法,平均收率可提高 6.1 9/6。综合利用萃取法和连续回流提取皂素不仅可 以缩短提取时间,节约能耗,同时还可提高皂素收 率,减少原料损失,提高原料利用率[2引。 2.6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以上的 非凝缩性的高密度流体。超临界流体萃取是最近十 几年发展起来的一项新颖的分离技术,利用超临界 流体在临界点附近具有液体和气体的双重性质而达 到分离的目的。 DECROSTA等建立了从植物中提取薯蓣皂甙 元的超临界流体萃取方法。萃取方式有2种:一种 是先将植物体酸水解,然后进行超临界流体萃取;另 一种是将植物直接在超临界流体中进行酸解萃取, 然后从流体中回收产物,此方法可有效地从植物体 中提取薯蓣皂甙元[2 。 LIU等利用超临界CO 提取薯蓣皂甙元。实 验表明,以氯仿为夹带剂,当萃取压力为21.39 MPa、萃取温度为44℃、萃取时间为70 rain时,薯 蓣皂甙元的产率最高,且明显高于用汽油提取的产 率 。 葛发欢等以黄山药为原料,用超临界CO。提取 薯蓣皂甙元。以药用酒精为夹带剂,萃取压力为 29 MPa,萃取温度为55℃,采用两级分离。与汽油 萃取法比较,该法收率提高了1.5倍,且生产周期大 大缩短,降低了生产的危险系数。此方法同样适用 于穿山龙[ ]。 王俊等报道,将穿山龙根茎浸泡6 h,然后进行 超临界流体动态萃取。在萃取压力为35 MPa、温度 为45℃、夹带剂为95 9/5(体积分数)的乙醇、萃取时 间为3 h以及COz流量为2 L/rain等条件下,皂素 提取率达3.1l 9/6,纯度达到52.18 9/6,远远高于有机 溶剂提取的指标口 。 维普资讯 http://www.cqvip.com

32O 河北工业科技 第23卷 传统的薯蓣皂甙元提取方法存在诸多缺点:一 是溶剂浪费严重,有易燃、易爆的危险,对环境污染 [5]郭文松,刘达雯,周训清,等.薯蓣皂甙和甙元的研制[J].贵州 化工,1996,(2)l14—17. 较大;二是提取、净化过程繁琐,能耗高;三是收率 低,质量差。目前,市场上的绝大部分薯蓣皂素仍然 采用酸水解一汽油提取的方法。虽然经过众多研究 [6] 韩紫岩.薯蓣皂甙元提取方法的改进[J].开封医专学报,1997, l6(4):12—13. [7]都述虎,夏重道,付铁军,等.穿山薯蓣总皂甙水解条件的优化 [J].中成药,2000,22(9):608—610. [8] 阮运昌.激素药源植物——菊叶薯蓣中薯蓣皂甙元的质量考察 人员长期的研究实验,使得提取工艺不断改进,但并 未从根本上解决有机溶剂带来的环境污染问题。与 [J].华西药学杂志,1994,9(3);205—206. [9]王元兰,李水芳,杨志.盾叶薯蓣皂甙元提取工艺研究[J].经 其他提取方法比较,超临界CO。萃取植物中的薯蓣 皂甙元更安全,能克服传统工艺带来的生产周期长、 环境污染严重、收率低等一系列问题,具有很大的应 用潜力。 济林研究,2002,20(2):67—68. [103王昌利,张振光,杨景亮,等.超声提高薯蓣皂甙得率的实验研 究[J].中成药,1994,16(4);7-8. [11]郭孝武.超声与常规法对部分中药甙类成分提出率的比较 [J].中国医药工业杂志,1998,29(2):5卜54. 3结论与展望 1)现行超临界COz萃取穿山龙中薯蓣皂甙元 方法优于传统提取法,但仍没有摆脱用酸水解处理 穿山龙根茎的方法,造成萃取前期的酸污染。要从 根本上解决酸污染问题,应用酶制剂催化水解薯蓣 皂甙的糖基,将是一个可行的方法。 2)酶催化反应的特点是反应条件温和,可节省 能源,减少设备费用,立体选择性好,催化活性高、专 一[123周振起,封玉贤.薯蓣皂甙元分离工艺的研究与综合利用[J]. 西北植物学报,1995,15(3):254. [13]陈四发,黄利群,赵书申.薯蓣皂苷配基含量的酶分析方法 [J].湖北化工,1997,(2):61.62. [14]李国富,冯振声.黄姜提取皂素新工艺探讨口].益阳师专学 报,1999,16(5):67—69. [15]张彩霞,佟少山,王育红,等.纤维素酶在穿山龙提取中的应用 [J].基层中药杂志,2000,14(2):32—33. [16]周雨丝,朱迟,黄文敏,等.应用糖化酶改良法提取黄姜皂素 [J].湖北农业科学,2003,(5):9卜93. [17]佟玲,张胜科,李锦,等.酶解法提取薯蓣皂素的工艺研 性强,可减少或避免副反应,而且酶来自生物体, 究[刀.陕西师范大学学报(自然科学版),2003,31(2):8卜 83. 是生物可降解的无环境毒害的物质,符合绿色化学 的要求。 [18] 向纪明,李金灿.黄姜中提取薯蓣皂素的新工艺研究[刀.安 3)现有的酶催化和超临界流体萃取技术的研究 范例已经显示了其他方法无法比拟的优越性。若将 2种技术联用,不仅可以避免环境污染,还可以更有 效地利用提取后的残渣,提高资源利用率。这对于 倡导可持续发展和清洁生产具有重要的现实意义。 目前,在超临界条件下的酶催化反应已有报道,但2 康师专学报,2003,15(3)l56—59. [19]FONIN V S,SHAIN S S,VANDYSHEV V V.The enzymic hydrolysis of steroid glycosides in raw plant materials of me- dicinal use[J].Prikl Biokhi Mikrobiolo,1996,32(5):514— 518. [2O]韩应许.天然甾体原料概括[J].东药科技,1983,(5):卜7. [213赵书申,柳卫莉.盾叶薯蓣的黑曲霉发酵和薯蓣皂甙配基的结 构[J].武汉大学学报(自然科学版),1988,(2),93—97. 种技术联用的酶催化一超临界萃取技术还未见报道, 此技术将成为今后天然药物成分提取研究的热点。 参考文献: [1]柳全文,田景振,李民.穿山龙的成分、药理及临床应用研究 [22]刘锡葵,吕春朝,杨崇仁.萃取技术在皂素生产中的应用[J]. 化学研究与应用,1999,l1(5):582-583. [23]DECROSTA M A,KABASAKALIAN P,HONOLD J F.Ex— traction of compounds from plant materials using supercritical lfuid[P].US:5252729,1993一10—12. [24]LIU B,LOCKWOOD G B,GIFFOND L A.Supercritical fluid extraction of diosgenin from tubers of dioscorea nipponical 概况[J].山东中医杂志,1998,17(1);29—31. [2]李忌,陈俊杰,巨勇,等.天然甾体皂甙化合物的抗肿瘤活 性[刀.天然产物研究与开发,1999,l1(1);14・17. [3]谌芳.苦良姜中薯蓣皂甙元的提取及应用[J].云南化工, [J].Journal ofChromatographyA,1995,690(2):250—253. [25]葛发欢,史庆龙,林青仙,等.超临界COz从黄山药中萃取薯 蓣皂素的工艺研究[J].中草药,2000,31(3):181—183. 2000,27(5):17-18. [4]张容平,曾跃勤,和国园,等.薯蓣皂素的快速测定方法[J].中 国医药学报,1998,13(4):67. [26]王俊。杨克迪,陈均.超ll缶界COz萃取穿山龙中薯蓣皂甙 元的研究[刀.中国药学杂志,2003,38(8):581—583. 与时俱进,开拓创新,争创名刊 

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