黃連素的提取工藝功能作用及應(yīng)用

呂江如(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083)

0 引言

黃連素(berberine, BBR)是一種從黃連、黃柏、三顆針等天然草本中提取出的季銨生物堿。最常用的為鹽酸小檗堿，在《中國藥典》中早有收載，是我國應(yīng)用很久的一味中藥，有顯著的抑菌作用，在臨床上治療急性腸胃炎、痢疾等消化道疾病均有較好療效。近期大量實(shí)驗(yàn)和臨床研究表明，黃連素還具有顯著的抗心率衰竭、增強(qiáng)免疫機(jī)能、抗腫瘤等作用[1]，對心血管、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病的治療具有作用。黃連素提取工藝眾多，其中傳統(tǒng)的提取方法有稀硫酸法、石灰乳法、溶劑浸取法、過濾法、液膜法等[2]，而新型的提取方法有微波法、超聲波法、回流法、酶解法等[3]，其具有減少污染，提高提取率的優(yōu)點(diǎn)。本文將從黃連素的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)出發(fā)，對各種提取方法進(jìn)行闡述和比較，并對黃連素的生理功能及作用機(jī)制進(jìn)行綜述，探討黃連素在現(xiàn)有市場上的應(yīng)用，望能對黃連素的綜合開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。

1 黃連素的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)

1.1 黃連素的結(jié)構(gòu)

黃連素(5,6-二氫-9,10-二甲氧基苯并[G]-1,3-二噁茂并[5,6α]喹嗪)是一種異喹啉類生物堿，占黃連成分10%左右[4]；黃連素的分子式為C20H18NO4+，由2個(gè)異喹啉環(huán)稠合而成[5]，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示[6]，分子量為371.8。

圖1 黃連素的結(jié)構(gòu)

1.2 黃連素的理化性質(zhì)

黃連素是含有結(jié)晶水、黃色的針狀結(jié)晶；無臭、味苦，熔點(diǎn)為145 ℃，易溶于熱水，微溶于冷水、乙醇，難溶于苯、氯仿和丙酮；溶于水中有黃綠色熒光，在高溫干燥條件下，黃連素的結(jié)晶水易蒸發(fā)而變?yōu)榧t棕色[7]，有顯著的抗菌作用。

2 黃連素的提取工藝及比較

2.1 黃連素的傳統(tǒng)提取方法

(1)稀硫酸法。陳凱等[8]采用響應(yīng)面法確定稀硫酸提取黃連素的最佳條件為：用3%的硫酸料液比為1∶10提取2 h進(jìn)行3次，得到小檗堿的含量為8.36%。

(2)石灰乳法。將料液比以1∶8的比例浸泡24 h過濾后加入石灰乳使pH值為12，靜置30 min過濾后加入濃鹽酸使pH值為3，再加入濾液量10%固體NaCl，攪拌至微濁，放置一夜后將析出物抽濾提純得到小檗堿[4]。

(3)溶劑浸取法。趙洋等[9]的研究實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)料液比1∶10時(shí)在索氏提取裝置中連續(xù)提取2.5 h后冷卻22 h提取效果最好，黃連素收率可達(dá)4.357%，工藝流程如圖2所示。

圖2 溶劑浸取法提取黃連素工藝流程圖

2.2 黃連素的新型提取方法

(1)微波法。研究表明[7,10-11]，微波法最佳工藝為：以乙醇溶液為浸提劑，浸泡原料24 h，料液比為1∶(100～120)，在500～600 W微波輻射功率下輻射10 min提取。相較于傳統(tǒng)浸取法具有提取率高、省時(shí)高效、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

(2)超聲波法。研究表明[2,12]，超聲波法最佳工藝為：使用20 kHz的頻率在50 ℃下提取30 min，用80%乙醇濃度為浸取劑和超聲波提取兩次。與傳統(tǒng)浸取法相比，具有工藝簡單，提取時(shí)間短且提出率顯著增加等優(yōu)點(diǎn)。

(3)酶解法。王玉潔等[13]實(shí)驗(yàn)研究表明，酶解法的最佳工藝為：在冷浸法的基礎(chǔ)上，在濃度15%纖維素酶作用下酶解1.0～2.5 h，料液比1∶7，在pH=4.0的0.25%的硫酸中浸泡提取7 h，提取率顯著提高[3]。

2.3 黃連素提取工藝的比較

席國萍等[1]采用浸取、振蕩提取、回流三種方法，分別以乙醇、丙酮、水作為提取劑對黃連素進(jìn)行提取，結(jié)果表明，以乙醇為浸取劑的回流法有較好的穩(wěn)定性且提取率較高；寧娜等[3]通過高效液相色譜法分別用超聲波法、回流法、冷浸法、酶輔助冷浸法進(jìn)行提取，黃連素含量檢測結(jié)果為26.10%、52.24%、54.15%和81.27%，表明了酶輔助冷浸法提取相較于其他3種提取工藝提取率較高；鄧海燕等[14]研究表明相同條件下，浸泡后回流提取得到的產(chǎn)率相對高，相較于索氏提取法耗時(shí)長、耗能多，超聲波法產(chǎn)率相對低，微波法最為便捷且產(chǎn)率較高。

綜上所述，黃連素的傳統(tǒng)提取方法包括稀硫酸法、石灰乳法、溶劑浸取法等，工藝都比較成熟，且成本較低，工藝相對簡單，是目前工業(yè)上常用的方法，但溶劑耗費(fèi)多、提取率低，環(huán)境污染[2,7]等問題較為突出。而新型的提取方法，如超聲波法具有用時(shí)短且提取率高的優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備投資較大且溶劑價(jià)格較高，用量較大，不適合大批量的工業(yè)生產(chǎn)。酶解法相比于其他方法具有提取率高、提取時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)且節(jié)能環(huán)保，更適合工業(yè)化生產(chǎn)[15]。在實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，對黃連素的提取方法進(jìn)行合理選擇。

3 黃連素的生理功能與作用機(jī)制

3.1 抗炎作用

腺苷一磷酸激活蛋白激酶(AMPK)是調(diào)節(jié)生物能量代謝的關(guān)鍵分子，在緩解炎癥方面有積極作用。黃連素可以激活A(yù)MPK，進(jìn)而抑制炎癥發(fā)生[16]。此外黃連素還可以通過抑制IL-β、TFN-α和抑制因子活化蛋白的結(jié)合減少氧化酶-2表達(dá)[17]，從而達(dá)到抗炎的效果。

3.2 抗菌作用

研究表明，黃連素對霉菌、病毒、線蟲、原蟲、真菌及革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌等菌種均有抑制及殺滅作用。黃連素主要通過對菌體細(xì)胞壁及細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞，使其膜的通透性改變來抑制相關(guān)酶和外排泵，進(jìn)而阻止其DNA及蛋白質(zhì)合成等方面來抑制殺滅菌[7]。

3.3 抗腫瘤作用

黃連素通過抑制COX-2 mRNA的表達(dá)來抑制腫瘤細(xì)胞的遷移、侵襲、增殖，并通過將其細(xì)胞周期阻斷和腫瘤細(xì)胞自噬和凋亡的增強(qiáng)從而達(dá)到抗腫瘤的作用[17-18]。

在中醫(yī)學(xué)中，黃連素主要用于清熱解毒。在藥理學(xué)中，除了上述的抗炎作用、抗菌作用、抗腫瘤作用，還具有抗心律失常，降低膽固醇，降血脂血糖，增強(qiáng)免疫功能等作用[19]，功能作用廣泛。

4 黃連素的應(yīng)用

4.1 黃連素在藥物中的應(yīng)用

黃連素具有顯著的抗菌作用，能抑制和殺滅多種革蘭氏陰性菌、陽性菌和結(jié)核桿菌等。目前，片劑和膠囊是黃連素在市場中存在的主要?jiǎng)┬停谛难芟到y(tǒng)和抗腫瘤等治療中，由于其溶解度低，胃腸吸收差、生物利用率不高，無法滿足治療需求[19]。最新研究出的滴丸型[19]相比于片劑、膠囊，簡化了生產(chǎn)工藝，提高了生物利用率度，具有藥效作用快、副作用小等優(yōu)點(diǎn)。而栓型、凝膠劑、透皮給藥制劑、口服結(jié)腸定位制劑、包含物、脂質(zhì)體、微球、微囊、納米粒、微乳等利用新型輔料和制藥技術(shù)，豐富了黃連素藥物的類型，較好地解決了上述問題，有效拓展了黃連素的臨床應(yīng)用。

4.2 黃連素在檢測中的應(yīng)用

除了藥物的應(yīng)用，目前黃連素的檢測體系也比較成熟，常用液相色譜法、分光光度計(jì)法、液質(zhì)聯(lián)用、毛細(xì)管電泳等方法。利用黃連素水溶液有黃綠色熒光的特性來應(yīng)用于生物傳感器中參與其他物質(zhì)的檢測分析。Song等[20]通過建立熒光探針為黃連素、識別元件為Hg2+離子適配體的無標(biāo)記熒光適配體系統(tǒng)來檢測惡劣環(huán)境下的Hg2+離子。同樣，可以用于K+離子的檢測[21]。研究表明[22]，黃連素在LSPR生物傳感器對小分子檢測時(shí)可以與金納米棒表面適配體-靶標(biāo)結(jié)合形成GQx結(jié)構(gòu)相互作用，比無黃連素條件下檢出限高1 000倍。黃連素在檢測中的作用使檢測降低了研究成本，且方便快捷，結(jié)果可靠穩(wěn)定。

除此之外，黃連素由于其良好的抗菌性，還應(yīng)用于治療齲齒、牙周病、根尖周炎等口腔疾病中，其抗腫瘤作用也應(yīng)用于頜面部腫瘤治療中[18]；黃連素還應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)中[16]，利用其藥理作用，將其作為飼料添加劑起到提高動(dòng)物生產(chǎn)性能、調(diào)節(jié)腸道微生物平衡和改善肉品質(zhì)等作用。

5 結(jié)語

綜上所述，黃連素因其多種功能作用，在臨床藥物治療等各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，同時(shí)在檢測等方面也具有重要意義。使用黃連素作為熒光探針來對其他小分子進(jìn)行檢測時(shí)，可以更加迅速有效地辨別。而且隨著新藥劑類型的研究和開發(fā)，黃連素有效的解決了腸道吸收差等問題，拓展了臨床應(yīng)用范圍，是未來臨床檢測等方面需要廣泛應(yīng)用的一種成分。為了更好、更穩(wěn)定地運(yùn)用黃連素，還需深入探究黃連素的各種生物功能及作用機(jī)制，不斷改良其在臨床上的類型等，才能更好的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，為人類造福。