No.2.2008图1绿原酸的结构绿原酸(chlorogenicacid)是植物体在有氧呼吸过程中合成的一种苯丙素类物质,分子式为C16H18O9,分子量为345.30,结构式如图1所示。
它是许多中草药如金银花、杜仲、茵陈等的主要有效成分之一,也是众多水果蔬菜中的重要活性成分。
绿原酸具有清除自由基、抗菌消炎、抗病毒、降糖、降脂、保肝利胆等多种功效。
近年来发现绿原酸类物质有抗癌、抗艾滋病的作用,可作为先导设计开发抗癌、抗艾滋病药物。
同时,作为良好的抗氧化剂,绿原酸不仅应用于医药行业上,在日用化工、食品等领域都有广泛的应用。
当前国内外在绿原酸分布、合成、提取分析及生物活性等方面的研究成果层出不穷,本文将从这些方面概述绿原酸的研究进展,以期作为合天然产物绿原酸的研究进展陈绍华,王亚琴*,罗立新(华南理工大学生物科学与工程学院,广州510640)摘要:绿原酸作为植物的一种次生代谢物,具有清除自由基、抗菌消炎、抗病毒、降糖、降血脂、保肝利胆等多种功效。
提高绿原酸生产效率,加深对其药理活性机制的认识,是当前研究的热点。
从绿原酸的性质、分布、合成、提取方法、测定方法、药理活性及应用等方面概述了其研究进展,展望了通过植物生物反应器大规模生产绿原酸的工艺,为绿原酸和绿原酸类物质的研究开发提供了参考。
关键词:绿原酸;合成;提取;测定;药理活性中图分类号:Q94文献标志码:B文章编号:1005-9989(2008)02-0195-04AdvancesinresearchonchlorogenicacidCHENShao-hua,WANGYa-qin*,LUOLi-xin(SchoolofBioscienceandBioengineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640)Abstract:Chlorogenicacid,asecondarymetabolite,waslinkedwiththefunctionsofscavengingfreeradicle,antibiosis,antiinflammation,antivirus,antitumor,etc,whileasamedicineincuringdiabetic,hyperlipemiaandhepatitis.Atpresent,thestudiesonincreasingtheproductionofchlorogenicacidandexploringthemechanismofitspharmaceuticalactivitieswereverypopular.Thisarticlereviewedtheadvancesinresearchonchlorogenicacidfromitsproperties,distribution,synthesis,extractionanddeterminationtechnology,pharmacologicactivityandapplication,prospectedthetechnologyofmassproductionofchlorogeniciacidthroughplantcellcultureinbioreactor.Alloftheseweretriedtoprovidereferencesfortheresearchanddevelopmentofchlorogenicacidanditsanalogues.Keywords:chlorogenicacid;synthesis;extraction;determination;pharmacologicactivity收稿日期:2007-08-07*通讯作者基金项目:广州市科技计划项目(2004JE-C0231)。
作者简介:陈绍华(1980—),男,广东汕头人,硕士研究生,研究方向为植物细胞工程。
食品添加剂提取物与应用1952008图3双缩醛化奎尼酸的结构图4双乙酰化咖啡酰氯的结构图5酯化产物的结构构理利用中药资源的依据。
1绿原酸的理化性质绿原酸类物质指由咖啡酸(caffeicacid)与奎尼酸(鸡纳酸,quinicacid,即1-羟基六氢没食子酸)组成的缩酚酸类物质,包括单咖啡酰奎尼酸(3-O-咖啡酰奎尼酸,及4或5位取代的衍生物),双咖啡酰奎尼酸(1,5-双咖啡酰奎尼酸、3,5-双咖啡酰奎尼酸、4,5-双咖啡酰奎尼酸和3,4-双咖啡酰奎尼酸)及三咖啡酰奎尼酸(如3,4,5-三咖啡酰奎尼酸)、绿原酸甲酯、绿原酸乙酯等[1]。
绿原酸即上述的3-O-咖啡酰奎尼酸(3-O-caffe-oylquinicacid),又名咖啡鞣酸。
其半水合物为白色或微黄色针状结晶,在110℃时变为无水物,与稀盐酸共热产生咖啡酸,熔点206 ̄208℃,比旋光度[α]D=35.2°(C=2.8)。
在25℃时水中溶解度约为4%,易溶于乙醇、丙酮、甲醇等极性溶剂,微溶于乙酸乙酯,难溶于氯仿、乙醚,苯等亲脂性有机溶剂。
绿原酸分子结构中的邻二酚是酚酶催化的最适反应底物,这是许多含有绿原酸活性成分的水果如桃、苹果等褐变的关键原因,研究其对食品保鲜有重要意义[2]。
此外,绿原酸还是粗咖啡中产生苦味的主要物质,去除绿原酸已广泛作为制造多种风味的速溶咖啡的方法[3]。
2绿原酸在植物中的分布及合成2.1绿原酸在植物中的分布绿原酸分布广泛,从高等双子叶植物到较低等的蕨类植物都有分布,主要存在于忍冬科、杜仲科、菊科及蔷薇科等植物中。
含量最高的包括杜仲(树皮中可达5%)、金银花(花中可达5%)、向日葵(籽实中可达3%)、咖啡(咖啡豆中可含2%)、菊花(0.2%)、可可树。
此外,普通水果蔬菜中也含微量的绿原酸成分,例如马铃薯、红白菜、胡萝卜、茄子、甘蓝、老莴苣、菠菜等[4]。
绿原酸的生物学分布受多种因素影响,如土质、气候、器官部位不同都会使绿原酸积累出现差异。
例如不同产地的忍冬藤中绿原酸含量可能相差数百倍[5]。
王亚琴[6]对采自陕西略阳、贵州遵义、湖南慈利等7个地区的杜仲叶进行了分析,结果显示,不同地区杜仲叶中绿原酸含量存在显著差异,以遵义地区的杜仲中绿原酸含量最高。
这主要与杜仲生长地区土质中的Mn、Se、Zn的含量有关。
樊艳平等[7]的研究结果显示,不同月份采收的元宝枫叶中绿原酸含量差异显著,其中8月份的叶片含量最高。
MohamedAAwad等[8]发现苹果中绿原酸主要分布在果仁区域及种籽中,果肉中含量其次,在皮中含量最低。
对苹果果实的分析显示,向阳生长面皮层中绿原酸含量与背阴面皮层中的相同。
而金银花情况则有所不同,生长在阳坡的金银花的叶、花蕾、茎和叶花混品的绿原酸含量均高于阴坡的同类样品[9]。
可见绿原酸的积累有其复杂的生物学机制,这有待进一步研究。
2.2绿原酸的合成2.2.1生物合成植物体内的代谢途径,除了生成自身生长发育必需物质的初生代谢途径,如光合作用、碳同化作用和呼吸作用以外,还通过次生代谢途径产生一些能保护其免受环境侵害、具有生物活性的次生代谢物。
植物体内的绿原酸是由EMP途径产生的磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoglycerateacid)与PPP循环产生的4-P-赤藓糖(erythrose4-phosphate)合成得到的莽草酸(shikimicacid)经一系列生物转化得来。
该途径又称为桂皮酸途径。
2.2.2化学合成[10]半个世纪以前已有关于化学合成绿原酸的报道,但因未保护易水解基团,产率不到5%。
近年Michael改进了这种方法:通过以奎尼酸起始的四步化学反应合成了绿原酸,总产率达到65%。
该法的关键中间产物是选择性修饰得到的双缩醛化奎尼酸(见图3),在其3号位上与被保护的咖啡酰氯(见图4)酯化,所得产物(见图5)在酸性条件下水解去提取物与应用No.2.No.2.2008除保护性基团就得到了绿原酸。
3绿原酸的提取分离由于绿原酸结构中有酯键、不饱和双键及多元酚等不稳定因素,在提取过程中,因水解和分子内酯基迁移易发生异构化。
因此提取时应避免高温、强光及长时间加热。
根据其理化性质可用乙醇、丙酮、甲醇等极性溶剂从植物中提取绿原酸。
3.1石硫醇法这是提取绿原酸粗品的一种传统方法。
向药材水提液中加入石灰乳,与绿原酸形成钙盐沉淀,过滤后将沉淀悬浮于乙醇中,加入硫酸,使钙盐分解,产生硫酸钙沉淀析出。
取滤液中和、浓缩、干燥,即得绿原酸粗品。
由于绿原酸结构中存在酯键,在碱性条件下易分解,采用该法绿原酸收率偏低。
3.2铅盐沉淀法先用氯仿或乙醚回流除去样品中的油脂,然后乙醇回流提取,向提取液中加入碱性Pb(OAc)2溶液至不产生沉淀为止。
H2SO4溶液溶解沉淀,乙酸乙酯萃取,萃取液浓缩重结晶得粗品。
由于此法使用了有毒重金属铅的盐,会对产品造成污染,生产中已越来越少采用。
3.3醇沉法向水提液中加入乙醇,使提取液中蛋白质、黏液质、多糖等杂质沉淀,然后将滤液浓缩得到粗品。
多次醇沉,并逐步增加醇浓度的方法可得到较纯的产品。
此法较简单经济,在科研、生产中广泛采用。
3.4聚酰胺柱层析法聚酰胺是通过酰氨基聚合而成的一类高分子化合物,分子中含有丰富的酰氨基,能与酚类、酸类、醌类等以氢键结合而被吸附,使这些有机物与不能形成氢键的化合物分离。
故可以用于吸附样品溶液中的绿原酸,达到分离目的。
但此法产率不高、洗脱时间长,不适于工业化生产。
3.5大孔树脂吸附法与聚酰胺不同,大孔树脂是一种不含交换基团的具有大孔结构的吸附剂,有亲脂性。
此法选择性高、机械强度高、再生方便,适合分离水溶性混合物。
刘军海[11]对6种大孔树脂做了静态吸附实验,结果显示较适用于绿原酸分离纯化的是NKA-Ⅱ树脂。
3.6超声辅助提取大多数天然药物的有效成分为胞内产物,提取时需要破碎细胞,用传统机械方法往往效果不佳。
将超声波用于提取绿原酸是新兴的方法。
超声波可以产生强烈振动、高加速度、强烈空化作用及搅拌作用,因此用于溶剂辅助提取时,可以加速绿原酸进入溶剂,从而缩短提取时间、节约溶剂,避免高温导致绿原酸分解[12]。
3.7其他新方法目前许多新型技术应用在绿原酸的提取中,如超临界CO2萃取[13]、超滤(UF)[14]、制备型高效液相色谱等。
HuiLi等[15]还采用了分子印迹技术从杜仲叶提取物中分离纯化绿原酸。
4绿原酸的测定方法绿原酸的测定方法较多,有紫外分光光度法、薄层层析法[16]、高效液相色谱法等。
前两种方法检测灵敏度不高,对大多数绿原酸含量甚微的物质难以精确测定。
薄层层析是一种定性分析的良好方法,定量检测则一般采用反相高效液相色谱法(RP-HPLC),该法简便高效、重现性好,已广泛用于食品[17]、中成药等方面的检测。