甜菜堿的提取純化及活性研究進展

姜枚辰，張得鈞

(青海大學生態環境工程學院，青海 西寧 810016)

甜菜堿首先發現于歐洲，主要存在于甜菜糖的糖蜜中，故而稱之為甜菜堿(betaine)。甜菜堿是具有 R-(CH3)2N+CH2COO-結構化合物的總稱，又稱三甲胺乙內酯或甜菜素，是一種季胺型水溶性生物堿，在自然界中廣泛存在，因最初從甜菜中提取而得名[1]。甜菜堿味甜，常溫下為白色結晶，結晶呈鱗狀或棱狀，易吸潮，極易溶于水，易溶于甲醇，溶于乙醇，難溶于乙醚，非常耐熱、耐酸和耐堿，加熱至310 ℃左右分解，具有高度生物兼容性。近年來，有許多關于甜菜堿的研究報告，為闡明相關研究方向，本文綜述了甜菜堿的制備方法和生理活性，具有新穎性，信息性和方向性。

1 甜菜堿的提取純化

甜菜堿的制備方法有兩種：一種是從植物中提取；另一種是通過化學合成得到[2]。目前天然甜菜堿大部分來自甜菜制糖廢液，其中的甜菜堿含量可達3%，糖蜜中可達8%[3]。

研究發現，甜菜制糖廢液在攪拌的情況下加入過量氯化鈣，趁熱過濾，在濾液中加入一定的鹽酸后，再經結晶、分離、干燥，即得純度為98%的甜菜堿[4]。該法耗時較長，酸堿用量大，但操作簡單，有一定的工業化價值。

孫楊靜[5]通過對蘇青樹脂的預處理得到Ca2+、K+、Na+型3種蘇青樹脂，并對甜菜蜜糖進行了分離。結果顯示Ca2+型樹脂的分離效果最好，可以很好地將甜菜堿與蜜糖中的其他組分分離，得到較高純度的甜菜堿。在這個過程中，未添加酸或堿，對環境更加友好，但分離過程中需進行多次純度測定，給工業化生產帶來一定難度。我國早在70年代便從廢蜜中以離子交換樹脂法成功提取甜菜堿[6]。劉新亞等[7]對該法進行了改進，將稀釋過的制糖廢液流經陽離子交換樹脂充分對其成分進行吸附，再用稀氨水進行洗脫，洗脫液再流經陰離子交換樹脂后，對流出液進行濃縮、結晶、過濾制得甜菜堿。上述過程中，酸或堿的反復使用產生了更多的廢液，但由于其方法成熟，操作簡單，成本低，有利于工業化，逐漸成為獲取甜菜堿的首選方法。

2 甜菜堿的測定方法

甜菜堿的測定方法很多，常用方法有非水滴定法、化學法、比色法、重量法等，近幾年隨科技發展高效液相等方法也被廣泛使用于甜菜堿的測定中。

非水滴定即在非水溶劑中進行的滴定分析方法[8]。鹽酸甜菜堿在冰醋酸溶劑中與醋酸汞作用，形成甜菜堿醋酸鹽。齊永秀等[9]采用非水滴定法以結晶紫為指示劑，以出現藍綠色為終點，用標準高氯酸溶液進行滴定對鹽酸甜菜堿進行了測定，通過公式計算可以得出甜菜堿的含量。該法操作簡便，重現性好，對儀器要求低。

吳燕等[10]使用比色法對甜菜堿進行了檢測，該法需先用酸性雷氏鹽預處理樣品，用乙醚淋洗沉淀、丙酮溶解，于525 nm處測定吸光度值。該方法線性關系良好，能快速準確的測定甜菜堿含量，對儀器要求較低，有較好的推廣意義。

薄層色譜法是最簡單的色譜技術之一[11]。譚亮等[12]以雷氏鹽對供試液進行預處理，以丙酮-無水乙醇-甲酸為展開劑，碘化鉍鉀試液為顯色劑，530 nm為檢測波長，625 nm為參比波長。結果顯示斑點清晰，方法簡便準確，重復性好，適用于測定甜菜堿的含量。

在一定pH值溶液中，甜菜堿可以和四苯硼鈉定量生成白色沉淀，該反應為定量反應，通過稱量沉淀的質量即可計算出樣品中甜菜堿的含量。胡彩虹等[13]使用該法對飼料中甜菜堿的含量進行了測定，認為該法具有較好的回收率和重現性。

甜菜堿是一種生物堿，可以使用高效液相色譜儀進行檢測，但由于甜菜堿結構簡單，屬末端吸收，可采用SCX陽離子交換柱進行檢測，檢測條件為柱溫40 ℃，流速1.0 mL·min-1，流動相為磷酸二氫鉀溶液，流速1.0 mL·min-1，檢測波長191 nm，進樣量20 μL[14]；也可采用NH2柱進行檢測，檢測條件為乙腈-水(85∶15)，柱溫30 ℃，檢測波長200 nm，流速1.0 mL·min-1，進樣量20 μL[15]。結果顯示，在對供試樣品進行預處理后這兩種檢測方式均呈現出良好的重現性和準確性，方法簡單、快速、準確，值得推廣和應用。

除以上介紹之外，也可采用高效液相色譜法串聯質譜法[16]，HPLC-ELSD法對甜菜堿進行測定[17]。

3 甜菜堿藥理活性

甜菜堿是重要的人類營養物質，能被迅速吸收并用作滲透劑和甲基源，有助于維持肝臟、心臟和腎臟的健康[18-19]，甜菜堿具有的優良藥理活性，吸引了眾多研究人員的注意。

3.1 對心血管系統的作用 作為甲基供體和抗氧化劑甜菜堿在左旋多巴誘導的高同型半胱氨酸血癥和大鼠腎臟中的氧化應激中起作用，高半胱氨酸甲基化形成甲硫氨酸的替代途徑是由甜菜堿高半胱氨酸甲基轉移酶催化的，這種酶在甲硫氨酸過量時報告其活性增加，由膳食膽堿衍生的甜菜堿是此反應中的甲基供體，補充性口服甜菜堿可降低血漿同型半胱氨酸濃度[20]。長期服用甜菜堿可以有效抑制健康男性和女性中血漿同型半胱氨酸的含量，從而有效降低血漿濃度，保護并改善心血管系統[21]。

3.2 對肝臟和胃腸道的作用 甜菜堿可以降低血漿內毒素的水平,對內質網應激反應起到一定的拮抗作用,還可以調節肝臟中的巨噬細胞的極化狀態，對肝臟起到保護的作用[22]。甜菜堿可以防治非酒精性肝損傷，其機制可能是降低高同型半胱氨酸血癥,改善肝組織脂質過氧化。研究發現甜菜堿可以改善非酒精性肝炎患者的血清轉氨酶水平并使患者組織學水平得到明顯改善，這使得甜菜堿可能成為治療非酒精脂肪肝性肝炎的新藥[23]。

甜菜堿能起到保護穩定腸道功能的作用。甜菜堿能夠增加十二指腸上皮淋巴細胞數量并增強吞噬細胞功能[24]。除了增加白細胞的數目外,巨噬細胞增強單核白細胞趨化性和NO的釋放或許可以解釋感染球蟲時添加甜菜堿能夠降低腸道損傷的現象，還能提高長吻魚危魚腸道和肝胰臟中的蛋白酶活性，促進腸道生長和改善腸道功能[25]。

3.3 滲透調節作用 甜菜堿具有良好的滲透壓調節作用，在脊椎動物體內甜菜堿可以被巨噬細胞和腎臟細胞大量吸收來抵抗外界滲透壓的改變[26]，不僅如此，甜菜堿還可以保護微生物免受到外界的滲透壓激變影響。研究表明甜菜堿可以彌補腎臟細胞電解質和尿素紊亂造成的滲透壓失衡，可以有效抵抗肝臟中因膽酸鹽引起的細胞凋亡[27]。甜菜堿可以能減弱高滲脅迫，有效縮短遲滯期，提高耐鹽能力，可以有效保護細菌，提高微生物的活性，對微生物發酵等方面具有重要的意義[28]。

3.4 抗腫瘤作用 甜菜堿可以促進HepG2細胞基因組范圍DNA甲基化的表達，并對人肝癌細胞HepG2的生長起到了抑制的作用，阻滯細胞進入G2/M期進而誘導細胞凋亡[29-30]。研究發現甜菜堿可以對實驗性S180小鼠的腫瘤細胞的生長產生抑制作用，并且這種抑制呈現出一定的量效關系，研究人員發現對小鼠進行甜菜堿給藥時血清乳酸脫氫酶、醛縮酶的活力明顯下降，同時S180荷瘤小鼠的糖代謝過程受到了抑制，這可能是甜菜堿潛在的抗腫瘤作用的機制之一[31]。

3.5 個人護理方面的應用 目前甜菜堿作為兩性表面活性劑被大量用于洗滌劑及化妝品中，且使用量逐年增長[32]。甜菜堿具有優良的鈣皂分散能力，可以增強織物的滲水性和透水性，提高肥皂對金屬離子耐受力，進而增加肥皂的清潔能力[33]。不僅如此研究表明甜菜堿還具有優良的發泡能力，耐油耐鹽能力良好，具有優良的發展前景。

甜菜堿相比于其他表面活性劑而言有著優良的抗鈣鎂離子能力，且刺激性較低，使其在化妝品方面有著巨大的優勢，近年來許多國際知名品牌化妝品中都添加有甜菜堿成分[34]。甜菜堿可以降低硅油對表面活性劑發泡能力的影響，且由于甜菜堿屬于兩性化合物，能夠與多種氨基酸類物質形成特殊的親和力和吸附性，從而對皮膚有著良好的保護作用；不僅如此，甜菜堿還具有優良的保濕活性，研究表明甜菜堿具有可以在短期內加強皮膚的屏障作用，降低皮膚表層水分散失的功能[35]。甜菜堿的優良性狀，在個人護理市場上必然將有廣闊的前景

4 展望

甜菜堿作為優良的甲基供體和滲透調節劑，對人體的健康具有重要的意義。越來越多的研究發現，甜菜堿在防治肝病，心血管等方面具有很大的開發潛力，這為甜菜堿用于臨床治療、提高生物利用率提供了一定的理論依據。但目前的研究還存在一定的問題，比如：工業提純甜菜蜜糖廢液成本遠遠高于合成甜菜堿的成本，合成甜菜堿與天然甜菜堿藥理活性方面的區別尚不明確。期待隨著研究的深入，甜菜堿的應用能夠得到更廣闊的空間。

甜菜堿一些藥理活性的相關機制尚不明確，應該進一步從分子水平對甜菜堿的藥理作用進行研究?，F天然甜菜堿的主要來源是甜菜制糖廢液，天然甜菜堿對生物機體的影響仍需要詳細研究。