類黃酮研究的現(xiàn)狀與發(fā)展

　　摘 要： 類黃酮在醫(yī)藥、化工、食品等領域具有廣泛的應用前景，近年來對其作用機理的研究不斷深入，提取工藝不斷更新，工廠化生產(chǎn)技術不斷改進。本文從類黃酮的結構特征、生理功能、作用機理、發(fā)揮功能制約因素、提取工藝、應用范圍和工業(yè)化生產(chǎn)中存在的問題諸多方面對于類黃酮的研究現(xiàn)狀進行了綜述，以為進一步研究類黃酮提供幫助。
　　關鍵詞： 類黃酮 化學結構 功能 提取原理 提取技術
　　
　　類黃酮是一組在結構和性質上不同的多酚化合物，在水果、蔬菜、堅果、種子、花和樹中都有合成。曾有報道類黃酮具有廣泛的生物學功能，包括抗細菌、抗病毒、消炎、抗過敏、對紫外線B傷害的保護和抑制血管舒張的作用。此外，類黃酮具有多種多樣的生物活性和藥理作用，對一些常見病和多發(fā)病有重要的治療或預防作用，如通過抗氧化和清除氧自由基而起抗癌、防癌功效，并能通過降血脂、低血糖、尿糖而治療高血脂、糖尿病及其并發(fā)癥，還可增強機體的免疫系統(tǒng)功能而起到護肝效果，也可通過其抗炎、抗過敏、抗病毒作用而治療膿腫潰瘍，并有止咳化痰、鎮(zhèn)痛瀉下之功效。而且，類黃酮還有抑制脂類過氧化、血小板凝聚、毛細血管透性增加和變脆的作用，并有抑制一些酶系統(tǒng)包括環(huán)加氧酶和脂氧化酶活性的作用。類黃酮是通過抗氧化、自由基清除和對二價陰離子的螯合作用實現(xiàn)這些功能的。由于類黃酮具有多種生理和藥理功能，在保健品、醫(yī)藥、食品等領域具有廣闊的應用前景，已掀起了人們對類黃酮的研究、開發(fā)利用熱潮。除在醫(yī)藥工業(yè)上已廣泛應用其生理活性外，也把它作為功能食品的添加劑、天然抗氧化劑、天然色素和天然甜味劑等。
　　1.類黃酮的化學結構
　　類黃酮是低分子量的多酚物質，黃烷是其核心骨架。類黃酮的基本結構具有3個酚環(huán)，分別用A，B，C環(huán)表示［１］。根據(jù)它們的化學結構對其進行分類。類黃酮主要種類有黃酮醇、黃酮、黃烷酮、兒茶酸、花色素、異黃酮、二氫黃酮醇、查兒酮。
　　2.類黃酮的功能
　　2.1類黃酮的抗氧化和螯合性質
　　在離體條件下，類黃酮通過清除超氧陰離子和羥自由基抑制起始階段的脂類過氧化作用。類黃酮通過提供給過氧化基團氫原子產(chǎn)生類黃酮自由基終止自由基鏈式反應。類黃酮自由基反過來又和自由基團發(fā)生反應終止傳遞鏈。除了具有抗過氧化的性質，一些類黃酮作為金屬離子螯合劑，抑制過氧化驅動的產(chǎn)生活性自由基主要源的Fenton系統(tǒng)。
　　2.2類黃酮脂類抗氧化活性與其結構的關系
　　類黃酮脂類抗氧化活性受類黃酮一些結構特性的影響。
　　2.2.1C環(huán)上碳3羥基（3—OH）基團。具有3—OH的類黃酮糖苷，如3，7，3′，4′—四羥基黃酮、兒茶酸、槲皮素、楊梅黃酮、桑色素是脂類過氧化的潛在抑制物，而缺乏3—OH取代基團的黃酮、黃烷酮等與其相比則抗氧化能力較差。
　　2.2.2C環(huán)上（C2—C3）間的雙鍵。此雙鍵上的加氫反應可降低類黃酮抗過氧化作用。在一些研究中C環(huán)上的碳4（C—4）羰基是類黃酮抗氧化活性的必須基團，而不是其它基團。沒有C—4羰基的兒茶酸比具有C—4羰基槲皮素具有很低的氫自由基清除潛力。羥基的數(shù)量也影響自由基清除能力。A、B環(huán)上的多聚羥基取代的重要性已經(jīng)通過對比槲皮素、楊梅黃酮、根皮素、（+）—兒茶酸、桑色素和3，7，3′，4′—四羥基黃酮和5，7，4′三羥基黃酮、橘皮苷、柚皮素、柚皮苷、白楊素和3—羥基黃酮得到了證明。前者都有4—6個羥基取代，而后者只有1—3個羥基。類黃酮的羥自由基清除活性隨著B環(huán)上的羥基數(shù)量增加而增強。尤其是在C—3′羥基取代。并且隨著羥基數(shù)量的減少而迅速下降。楊梅黃酮（羥基化方式:3，5，7，3′，4′，5′）比4′，5，7—三羥基黃酮醇（羥基化方式:3，5，7，4）具有更強的羥自由基清除作用。
　　2.2.3羥基化方式。A環(huán)上的C—5和C—7上的羥基基團，B環(huán)上的C—3′和C—4′羥基基團與C環(huán)上fa48dd4bf180417ec29b299ea5be23a37de7c84b73f4183b8851d044432f6e10C—3位置羥基基團都有利于抑制脂類過氧化作用。黃烷酮的抗過氧化活性需要C—2′羥基基團和焦性沒食子酸基團（C—3′，C—4′，C—5′）羥基。
　　2.2.4糖苷配基的存在。類黃酮的糖基配體如5，7，4′—三羥基黃酮糖基配體、柚皮素糖基配體、橘皮素糖基配體、香葉木素糖基配體、槲皮素糖基配體、根皮素糖基配體和楊梅黃酮糖基配體在抑制MDA的生成上比它們相應的糖苷更有效。
　　2.2.5由于甲基基團的空間位阻效應降低了在離體培養(yǎng)中類黃酮的抗氧化的效率。
　　2.2.6同時具有C—4羰基和C—3或C—5羥基的基團，如蕓香苷和槲皮素可與鐵離子形成螯合物。類黃酮螯合金屬鐵離子的能力可阻止Fenton系統(tǒng)中自由基的形成，從而可能利于抗氧化的性質。而且類黃酮在與鐵離子形成螯合物后仍然具有清除自由基的活性。因此，金屬離子螯合物的形成是類黃酮抗過氧化的機制之一。
　　3.提取原理
　　類黃酮的提取是根據(jù)相似相溶原理進行的，過程實質是類黃酮從植物內(nèi)部向溶劑中轉移的傳質過程:溶劑從溶劑主體傳遞到固體顆粒的表面；溶劑擴散滲入固體內(nèi)部和內(nèi)部微孔隙內(nèi)；類黃酮溶解進入溶劑；通過固體微孔隙通道中的溶液擴散至表面；類黃酮從固體表面?zhèn)鬟f到溶劑主體。在這一系列步驟中，影響類黃酮提取的控制因素是類黃酮在所選用溶劑中的溶解度大小，以及向溶劑擴散的難易程度。由于類黃酮結構和來源的不同，溶解特性差異也很大，因此應根據(jù)其極性和水溶性的大小來選擇合適的溶劑進行提取。目前，對苷類和極性較大的苷元，常用某些極性較大的混合溶劑如甲醇—水（1∶1）、水、甲醇、乙醇、丙酮等進行提取，而對大多數(shù)苷元如異黃酮、黃烷酮、雙氫黃酮醇等則采用苯、乙醚、氯仿或乙酸乙酯等極性較小的溶劑進提取。
　　4.提取技術
　　在類黃酮的提取中，由于傳統(tǒng)提取方法能量消耗過大，類黃酮得率和含量低，雜質多并存在溶劑殘留等問題，因此一些新興提取技術受到愈來愈多的關注。
　　4.1超臨界CO提取技術
　　超臨界CO提取類黃酮和傳統(tǒng)的溶劑提取相比具有一系列優(yōu)點:從提取到分離可一步完成，類黃酮得率和含量高，且提取條件溫和（Tc=31.06℃）、周期短，保護了類黃酮的活性成分不發(fā)生次生化，并無有機溶劑殘留，具有環(huán)境友好的特點。超臨界CO提取類黃酮時，由于CO的非極性和類黃酮的強極性，必須采用夾帶劑或在較高的壓力下提取，而高壓設備的一次性投資比較大，這就給其工業(yè)化帶來一定難度。尤其是超臨界流體的相平衡和傳遞過程基礎數(shù)據(jù)的缺乏，不能建立滿意的關聯(lián)和預測模型，另外間歇生產(chǎn)的能量損失大、萃取率低和成本高，都要今后進一步研究解決。
　　4.2酶工程技術
　　酶工程技術是指在類黃酮提取過程中，通過加入恰當?shù)拿赴l(fā)生轉糖反應和酶解反應而使產(chǎn)品類黃酮得率和含量大大提高的新興技術。在傳統(tǒng)的水（或醇水）提取中，只能提取以糖苷為中心的水溶性類黃酮，很多油溶性的類黃酮就很難提取出，致使類黃酮得率和含量過低。此時如選用恰當?shù)拿讣尤耄粌H可以將油溶性的類黃酮轉化為易溶于水的糖苷類而有利于提取，而且可以通過酶反應將植物組織分解，使提取傳質阻力減小，利于提取；另外也可使提取液中的雜質如淀粉、蛋白質、果膠等分解去除，從而簡化后續(xù)分離純化工序，因此，在傳統(tǒng)類黃酮提取工藝占主導的工業(yè)化生產(chǎn)中具有良好的工業(yè)可行性，并具有提取條件溫和、有利于類黃酮活性保護、成本低、安全等優(yōu)點。此外，該技術對干燥或浸濕的原料皆適用。酶工程技術提取類黃酮在國外已有廠家用于工業(yè)化生產(chǎn)，但酶的選擇還存在一定的局限性，尤其是在進行深入藥理研究基礎上，尋找最佳工藝條件和可能的作用機理，需要下一步深入的研究。
　　
　　4.3超濾技術
　　超濾技術是指常溫下以一定壓力和流量，利用不對稱微孔結構和半透膜分離介質，以錯流方式進行過濾，使溶劑及小分子物質通過，高分子物質和微粒子如蛋白質、水溶性聚合物、細菌等被濾膜阻留，從而達到分離、純化、濃縮的發(fā)展最快的新型膜分離技術。該技術用于類黃酮的分離純化時，與傳統(tǒng)的分離方法相比，具有分離效率高、分離速度快、分離過程無相變、不易形成表面極化現(xiàn)象、無需添加化學試劑、成本低、無污染、無須加熱、低溫操作有利于熱敏物質的提取等特點，并且超濾膜不易堵塞，可反復使用。超濾技術在國內(nèi)外已有不少成功的應用報道，但用于類黃酮提取的工業(yè)化生產(chǎn)時，須解決好以下幾個關鍵問題:膜的污染和劣化；膜分離工藝及其產(chǎn)品的規(guī)范化和標準化；超濾技術在整個生產(chǎn)流程中的最佳切入點。
　　4.4物理場輔助提取技術
　　物理場（超聲場和微波場）輔助提取類黃酮目前所進行的一些研究［2］，都僅停留在實驗室規(guī)模對某些具體提取對象進行簡單的工藝條件實驗。因此今后的研究中須對它們的作用機理和動力學模型進行深入探討，以便建立一套各自較為通用的模式，為不同提取對象的操作條件提供依據(jù)；同時還應注意工程放大問題的研究以及特殊輔助提取設備的研發(fā)。
　　4.5高速逆流色譜技術
　　高速逆流色譜技術提取類黃酮［3］，目前僅用于分析或少量分離制備標準品，國內(nèi)外對其相關研究開展得較少，尤其是HSCCC提取類黃酮中怎樣正確選擇溶劑系統(tǒng)、轉向與轉速、流速、操作溫度等參數(shù)，以及如何提高類黃酮標準品的制備量都是將來研究的重點。高速離心技術用于分離純化類黃酮的相關研究不是很多，其中離心條件的選擇應是日后研究的主要部分，同時還應加強現(xiàn)有離心設備的改造及新設備的研發(fā)。
　　總之，這些技術作為新興事物的出現(xiàn)，對它們的研究還不是很深入，也存在一些不可忽視的問題。但隨著人們對其作用機理和應用的研究逐步深入，所存在的問題得到了不斷的解決。它們必將推動類黃酮工業(yè)化生產(chǎn)的進一步發(fā)展，并將有廣闊的前景。
　　
　　參考文獻：
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　　 注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”