煙葉中茄尼醇提取純化及應用研究進展

姚 雯，彭 健，顧麗莉，杜 康，張 花，張 尉

昆明理工大學化學工程學院，昆明市呈貢區景明南路727號 650500

茄尼醇是一種不飽和的聚異戊二烯醇，屬于三倍半萜醇［1］，是長鏈的脂肪醇。含有多個非共軛雙鍵，其結構如圖1所示。

茄尼醇具有脂質抗氧化作用和消除機體內自由基的功能，有抗菌、消炎、治療心血管疾病及抗潰瘍等功效［2-6］，能夠有效地吸收紫外線，可抑制與人類色素沉著疾病密切相關的酪氨酸酶的合成［7］。研究表明茄尼醇能保護大鼠的心肌細胞，改善其運動能力和認知行為，減輕大鼠大腦的炎癥和氧化損傷［8］。茄尼醇是一種重要的醫藥中間體［9］，主要用于合成輔酶Q10、維生素K2、抗潰瘍以及抗癌增效劑SDB等［10-12］。其中輔酶Q10已被用于輔助治療心血管病40多年［13-18］，其結構如圖2所示。在高檔化妝品領域，因輔酶Q10具有防止肌膚老化、除皺和祛斑等功效而受到各類大牌化妝品生產商的青睞。

圖1 茄尼醇分子結構圖Fig.1 Molecular structure of solanesol

圖2 輔酶Q10的分子結構圖Fig.2 Molecular structure of coenzyme Q10

另外，茄尼醇的衍生物膠束可以用于疏水性藥物的輸送，提高藥物的生物活性。Qin等［19］以茄尼醇為原料，通過酯化反應合成了兩親性的茄尼醇衍生物，用于傳遞輔酶Q10和小分子抗癌藥物阿霉素，提高了疏水性藥物的生物利用度和靶向治療腫瘤的能力。Yao等［20］研究了一種具有藥理活性的茄尼醇衍生物，作為膠束藥物載體，它可以輔助癌癥藥物對癌癥細胞起抑制作用。現階段國外主要是對茄尼醇在醫藥方面進行藥物研究探索與驗證［21-22］。Kajal等［23］將茄尼醇與標準藥物療法（DNP3、MM20、CLB20、PGB30）用于大鼠腦出血后疾病時，茄尼醇表現出協同作用。Sidharth等［24］采用茄尼醇修復了由3-NP引起的大鼠行為和生化改變，并通過行為范式和生化測試進行了證實，發現茄尼醇在3-NP引起的記憶和認知異常方面具有神經保護機制。

近年來國際市場對于茄尼醇的需求量每年以10%以上的速度急速增長。2020年國際市場對于茄尼醇的需求量約為20 000噸［25］。我國是人口大國，輔酶Q10以及其他以茄尼醇為原料的藥物需求量較大，年需求高純度的茄尼醇4 000噸以上。目前，國內市場上茄尼醇產品供不應求，茄尼醇粗品（15%～20%）（質量分數，下同）的市場價格為每噸9～10萬元，茄尼醇精品（90%）的價格為每噸120萬元左右。

煙葉中茄尼醇的含量豐富，其在煙葉中占比為0.3%～3.0%［26］，存在形式有化合態和游離態。我國煙草種植面積大，具有茄尼醇提取方面的優勢，但目前企業生產的茄尼醇粗品大多存在提取率低、色素含量高、純度低等問題，不宜直接作為輔酶Q10的原料。90%茄尼醇的生產難度較大，且需要消耗大量的低純度茄尼醇，生產效率低，不利于規模化生產。本文中比較了茄尼醇的各種提取技術及其優缺點，綜述了茄尼醇粗品的純化技術，旨在為高純度茄尼醇的制備提供參考。

1 煙葉中茄尼醇的提取工藝

1956年，Rowland等［27］首次在煙草中發現了茄尼醇，并且證明其具有消炎、止血等功效。日本于20世紀80年代初，首次從煙葉中成功提取茄尼醇，進而以工業化半合成法制造了輔酶Q10產品。我國從20世紀90年代開始提取利用煙葉中的茄尼醇，主要從廢次煙草浸膏中提取。最為普遍的從煙葉中提取茄尼醇的方法有：超臨界萃取法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法和溶劑浸取法等。但上述方法僅可以得到20%～50%的茄尼醇粗品，要得到高純產品，還需要后續的純化分離。

1.1 超臨界萃取法

超臨界萃取技術是一種對環境友好、高效的分離技術，其原理是利用一種超過流體臨界壓力和溫度的高密度流體將天然產物中的有效成分溶解并攜帶出來。超臨界流體擁有氣、液兩種流體的性質，其密度類似于液體，而黏度接近于氣體，具有較大的擴散系數、溶解能力和滲透能力。超臨界CO2萃取法由萃取和分離兩部分組成：萃取過程中超臨界CO2流體與原料接觸，有選擇性的將某一組分或某些組分溶出，進入分離罐后通過等溫變壓或等壓變溫操作，CO2恢復至正常的氣態，萃出物與CO2氣體徹底分離，從而得到萃取產品。超臨界CO2萃取能將低揮發性、高沸點的物質在遠低于其沸點的溫度下萃取出來，且不破壞物質的內部結構，維持了萃取物的原生物活性，萃取效率高，是一種綠色的提取方法［28-32］。

張歆等［33］通過預處理將化合態茄尼醇轉變為游離態茄尼醇，并通過正交法確定了超臨界CO2萃取茄尼醇的最佳工藝條件，獲得40.14%的茄尼醇。朱松等［34］采用超臨界CO2萃取廢次煙葉中的茄尼醇，考察了萃取壓力、萃取溫度、夾帶劑用量等因素對茄尼醇得率的影響，同樣采用正交法確定最佳萃取條件，得到30.5%茄尼醇粗品。徐曉芳等［35］通過正交實驗總結出影響超臨界CO2萃取煙葉中茄尼醇因素的強弱順序為：壓力＞夾帶劑流量＞溫度。Yu等［36］考察了超臨界CO2對煙草廢料中茄尼醇萃取率的影響因素，優化了實驗工藝條件，茄尼醇的提取率為44%。盡管超臨界萃取技術有提取率較高、無溶劑殘留等優勢，但其高壓操作狀況勢必對設備性能要求極高，還不能廣泛應用于工業中。亞臨界萃取技術是一種新型萃取分離技術，不僅保留了超臨界萃取法的優點，而且以亞臨界狀態的流體為溶媒進行萃取的生產成本比超臨界萃取技術低［37-38］，有利于其在工業上的應用［39］。目前，煙葉中茄尼醇的亞臨界萃取提取鮮見報道，亞臨界萃取技術有可能會成為一種潛在的提取煙葉中茄尼醇的方法。

1.2 超聲輔助提取法

超聲波提取法是利用超聲波產生高速、強烈的空化效應和攪拌作用，破壞植物的細胞壁，使溶劑滲透到植物細胞中，縮短提取時間，增加提取率［40］。超聲波提取具有提取溫度低、提取率高、提取時間短的優勢，被廣泛用于各類植物有效成分的提取［41-42］，可替代有機溶劑提取法。超聲波提取法的缺點是在工業中超聲波提取法所需的提取罐尺寸較大或壁材過厚都會導致提取效率下降、超聲時間延長和茄尼醇的純度不高。張藝等［43］采用單因素實驗考察提取工藝中各因素對茄尼醇提取率的影響，得到了優化的提取工藝。許玉君等［44］采用兩相提取與超聲波輔助的方式從廢棄煙葉中提取茄尼醇，超聲波浸提3 h，得到27.2%的茄尼醇粗品。

1.3 微波輔助提取法

微波提取是將微波能量轉化為樣品內的能量，從而降低目標物與樣品的結合力，促進目標物從樣品中進入萃取溶劑相［45-46］。微波輔助提取具有節省溶劑、耗時短、安全環保等優點，適合于天然產物提取［47-48］，但要防止微波泄露產生的微波輻射會對人體造成慢性損傷。夏敏［49］以乙醇作為提取溶劑，微波功率180 W，處理時間3 min，煙末粒度150 μm，固液比1∶100（g∶mL）提取煙葉中的茄尼醇，其提取量為2.81 mg/g。

1.4 溶劑浸取法

溶劑浸取法是利用溶劑的溶解度差異對混合物進行分離的單元操作。根據所提取組分的不同，可分為浸取法（固-液萃取法）和萃取法（液-液萃取法）。溶劑提取法是最早使用的提取方法之一，曾經因其提取時間過長、提取效率不高而受到限制［50］。目前，該方法大多與其他方法聯合或耦合，大大提高了萃取效率，縮短了萃取時間。

李曉芹等［51］探究了乙醇、丙酮與甲醇這三種溶劑對茄尼醇提取率的影響，結果表明，95%（體積分數）乙醇對茄尼醇提取效果較好。孫銀合等［52］采用氨浸預處理脫除了煙草中木質素，破壞了煙草細胞壁結構進而促進茄尼醇釋放，并對茄尼酯進行水解皂化生成游離態茄尼醇，強化茄尼醇的提取效果。李雪珍等［53］通過對提取溫度、提取時間、料液比、溶劑種類等因素的考察，采用正己烷浸取廢次煙草中的茄尼醇，最高收率為1.068%。

①建議國家盡快對漢江下游堤防、杜家臺分洪閘以及蓄洪區外包線圍堤批復立項，按設計標準進行建設，以提高漢江下游堤防的抗洪能力，確保杜家臺分洪工程的防洪安全。

1.5 鮮勻漿萃取法

鮮勻漿萃取是指通過加入萃取溶劑進行組織勻漿或磨漿，以提取植物中有效成分。該方法減少了原料的干燥工序，可降低成本。鮮勻漿提取法適用于熱敏性物質，僅限于新鮮煙葉的提取。但因煙草鮮葉采摘周期較短，且新鮮煙葉難以保存，故而不利于工業化生產。

祖元剛等［54］首次將勻漿萃取應用到植物次生代謝產物領域，并將其與超聲提取、索氏提取和超臨界二氧化碳萃取進行了比較，突出了勻漿萃取提取時間短、對有效成分的萃取效率高以及成本低等優點。欒倩倩［55］將新鮮煙葉粉碎后固液分離，固相中茄尼醇含量為0.21%，將固相進行溶劑萃取，濃縮萃取液，得13.50%的茄尼醇，建立了新鮮煙葉綜合利用的新工藝路線。

2 粗品茄尼醇的純化分離技術

粗品茄尼醇純度低且達不到合成醫藥中間體的要求，而符合制藥標準的純度需≥90%，故而，粗品茄尼醇的純化非常關鍵。目前，茄尼醇的純化技術主要有分子蒸餾、同時蒸餾萃取法、柱層析法以及分子印跡萃取方法等。

2.1 分子蒸餾技術

分子蒸餾是一種特殊的液-液分離技術，利用不同物質的分子運動平均自由程差別實現分離。分子蒸餾一般在高真空下操作，蒸餾過程所需溫度低，物料受熱時間短，可保持天然提取物的品質，適合于熱敏性物質的分離，但是分子蒸餾設備昂貴，操作成本較高，不利于企業廣泛應用。錢超等［56］采用刮膜式分子蒸餾技術對茄尼醇進行提純，探索并確定了最佳分離工藝條件，所得茄尼醇純度為97.6%。

2.2 同時蒸餾萃取法

同時蒸餾萃取法結合了水蒸氣蒸餾法和溶劑萃取法的特點，其原理是將樣品與溶劑按一定比例混合后同時進行水蒸氣蒸餾，收集料液所產生的蒸汽，并進一步在密閉容器中充分混合、冷凝后，組分因在分層的兩相中含量不同而實現分離。同時蒸餾萃取操作簡單、重現性好，適用于分離樣品中的易揮發成分以及半揮發成分，但不適用于易氧化或分解的物質。鄭奎玲等［57］利用同時蒸餾萃取法提取茄尼醇和煙堿，提高了煙葉的利用率，茄尼醇和煙堿的純度分別為95.5%和99%。

2.3 柱層析法

柱層析法是利用固定相對各組分的吸附能力不同，使各組分以不同速度沿層析柱向下遷移，形成若干色帶，進而從不同色帶分別收集分離物。柱層析法廣泛用于從復雜混合物中分離浸提天然物質。與上述方法相比，柱層析法能耗低、所得產品純度高，但其分離工藝復雜，耗時長。金淑萍等［58］采用處理過的粉煤灰作為吸附材料進行柱層析分離得到純度為95%的茄尼醇產品。李玉山等［59］采用皂化和層析法相結合對茄尼醇進行純化，茄尼醇收率為14%，純度達到95.8%。趙建英［60］采用多級萃取結晶得到80%左右的茄尼醇，再經過層析，得到純度在97%以上的茄尼醇。Tang等［61］采用石油醚對磨碎的煙葉進行兩次提取，得到糊狀殘留物，將殘留物皂化后上柱層析，得到了純度為83.04%的茄尼醇。

2.4 結晶提取方法

結晶提取方法是在冷卻過程中，利用混合物中各成分在同一種溶劑里溶解度的不同，過飽和物質結晶析出，從而達到分離的單元操作。結晶分離的選擇性好、能耗以及設備要求較低，適用于從高雜質溶液中分離溶解度差異大的物質。高純度的產品往往需要多次重結晶，但重結晶次數增加會導致收率降低。杜陽吉等［62］以乙酰化處理后的粗煙膏為原料，通過正交實驗確定了皂化反應最佳條件，并用95%乙醇對皂化產物進行重結晶，得到了純度為91.23%的茄尼醇。朱友民等［63］公布了一種得到純度為90%以上茄尼醇的工藝，該工藝包括：原料的三級萃取預處理，重結晶，過濾和干燥。張旗等［64］對茄尼醇粗品經皂化提濃達到81%，再經乙醇重結晶精制，純度達到90%。顧美娟等［65］采用結晶的方法將含茄尼醇的原料純度從58%提高到70%。

2.5 分子印跡提取方法

Ma等［67］通過實驗發現和評價了以分子印跡聚合物作為色譜固定相提取茄尼醇的新方法，在優化的實驗條件下茄尼醇收率為2.5%，純度達到98.4%。馬曉琴等［68］用甲基丙烯酸甲酯作為單體，模板、單體、交聯劑的用量為1:6:30（摩爾比），采用正相懸浮技術制備茄尼醇MIPs，其印跡因子達到3.89，用此MIPs識別及分離茄尼醇，所得提取液經HPLC檢測，純度為98.50%。Zhao等［69］采用乳液聚合的方法合成茄尼醇MIPs，通過考察合成溫度、時間、引發劑用量、功能單體用量和交聯劑用量對吸附效果的影響，確定了最佳模板分子與功能單體的比例為1:8:30（摩爾比），引發劑用量為10 mg，合成溫度為70 ℃。印跡系數達到2.51，樣品經SSO-MIP純化后茄尼醇純度達到95%。

2.6 大孔吸附樹脂分離法

大孔吸附樹脂是一類不含交換基團且有大孔結構的高分子吸附樹脂，其吸附原理是基于多孔結構對有機分子的物理吸附，當有機分子通過樹脂時被選擇性吸附，隨后經溶劑洗脫，最終達到分離、純化等目的。大孔吸附樹脂的樹脂再生簡便、吸附快且吸附容量大，廣泛應用于食品、醫藥、環保等方面，但其價格較高、品種有限，不能滿足中藥多成分、多結構需求。Du等［70］對大孔樹脂SP207、SP700、SP825、SP850和HP20的吸附解吸性能作對比，研究表明，SP850樹脂具有較好的茄尼醇純化能力。周統武等［71］通過大孔樹脂純化分離浸膏后，發現茄尼醇含量提高了6倍，達到67.23%。Zhou等［72］將微波萃取所得茄尼醇用HPD300大孔樹脂柱層析和重結晶聯合純化，使茄尼醇的純度達到96.97%。

2.7 高速逆流色譜法

高速逆流色譜法是一種液-液色譜分離技術，該方法是利用兩相溶劑體系在高速旋轉的螺旋管內建立起一種特殊的單向性流體動力學平衡，其中一相作為固定相，另一相作為流動相，在連續洗脫的過程中能保留大量固定相。高速逆流色譜法分離效率高、重現性好，特別適用于天然化合物的分離。但其兩相溶劑體系的選擇是關鍵，也是難點。魏蕓等［73］對廢次煙草茄尼醇粗品采用高速逆流色譜法進行純化分離，所得茄尼醇純度為96%。Du等［74］采用石油醚∶乙醇∶甲醇（200∶1∶100，體積比）這三種溶劑組成溶劑體系，通過高速逆流色譜從煙草提取物中純化分離出茄尼醇，1 g煙葉提取物可得到121 mg純度為90.7%的茄尼醇。曹曉瑩［75］以氯仿∶正己烷∶乙腈（3∶10∶7，體積比）為溶劑體系，采用高速逆流色譜法對來自廢次煙草的茄尼醇粗品中的茄尼醇純化，所得茄尼醇純度達96%。

2.8 其他純化分離方法

陳楨祿等［76］發明了一種高選擇性提取茄尼醇的方法，茄尼醇粗品溶解后與金屬離子水溶液中金屬離子絡合得到沉淀物，再加入正己烷和水的混合溶液，分液得到的上層有機相減壓干燥后得到純度為97.2%的茄尼醇。魏雅雯［77］利用茄尼醇的9個獨立的雙鍵與Br2發生加成反應生成茄尼醇溴代物，使用去離子水除雜后，通過鹵代烴消除反應除去Br2，得到純度為93.65%的茄尼醇。

3 結語

近年來茄尼醇在醫藥方面的應用越來越廣泛，市場需求量不斷增加，針對高純度茄尼醇、高收率和規模化工業生產所遇到的問題，國內外相關學者和企業均在不斷進行深入研究。目前，市售茄尼醇粗品大多數來自溶劑浸取和超聲提取，純化的方法多數采用層析法。國內對茄尼醇精品的提取過程還存在著許多問題，如精制茄尼醇需要消耗大量的茄尼醇粗品等。國內生產高純度茄尼醇的企業較少，且產品周期相對較長。本文中對國內外茄尼醇的提取與純化進行了概述，可為高純度茄尼醇的工業化生產提供借鑒。今后研究重點為實驗室方法或技術的規模化應用，以提高精度，降低成本，生產出符合制藥標準的茄尼醇。