鞣質

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鞣質(tannins),又稱單寧,是存在於植物體內的一類結構比較複雜的多元酚類化合物。鞣質能與蛋白質結合形成不溶於水的沉澱,故可用來鞣皮,即與獸皮中的蛋白質相結合,使皮成為緻密、柔韌、難於透水且不易腐敗的革,因此稱為鞣質。鞣質存在於多種樹木(如橡樹和漆樹)的樹皮和果實中,也是這些樹木受昆蟲侵襲而生成的蟲癭中的主要成分,含量達50%~70%。鞣質為黃色或棕黃色無定形鬆散粉末;在空氣中顏色逐漸變深;有強吸濕性;不溶於乙醚、苯、氯仿,易溶於水、乙醇丙酮;水溶液味澀;在210~215℃分解

分佈

  鞣質廣泛存在於植物界,約70%以上的生葯中含有鞣質類化合物,尤以在裸子植物及雙子葉植物的楊柳科、山毛櫸科、蓼科、薔薇科、豆科、桃金娘科和茜草科中為多。鞣質存在於植物的皮、木、葉、根、果實等部位,樹皮中尤為常見,某些蟲癭(galls)中含量特別多,如五倍子所含鞣質的量可高達70%以上。在正常生活的細胞中,鞣質僅存在於液泡中,不與原生質接觸,大多呈遊離狀態存在,部分與其它物質(如生物鹼類)結合而存在。

應用

  鞣質具收斂性,內服可用於治療胃腸道出血潰瘍水瀉等症;外用於創傷灼傷,可使創傷后滲出物中蛋白質凝固,形成痂膜,可減少分泌和防止感染,鞣質能使創面的微血管收縮,有局部止血作用。鞣質能凝固微生物體內的原生質,故有抑菌作用,有些鞣質具病毒作用,如貫眾抑制多種流感病毒。鞣質可用作生物鹼及某些重金屬中毒時的解毒劑。鞣質具較強的還原性,可清除生物體內的超氧自由基延緩衰老。此外,鞣質還有抗變態反應、抗炎、驅蟲、降血壓等作用。   人類對鞣質的應用可追溯到5000年以前。具《素問·至真要大論》記載散者收之,是立法的依據。老年、久病、元氣不固引起的自汗盜汗、瀉痢不止、滑精遺尿,應用固澀收斂滑脫、遏制氣血津液的耗散,該種治療方法叫固澀法。現代研究表明固澀類藥物都含有豐富的鞣質成分。鞣質是植物的次生代謝產物,屬於天然有機化合物,廣泛存在於植物、水果蔬菜中,大約70%天然植物中均含有鞣質。多年來,鞣質成分在醫藥領域被認為僅有收斂及蛋白質凝固作用,臨床上用於各種止血,止瀉及抗菌抗病毒。近十年來,由於新技術,新方法的應用,人們對植物中鞣質的研究取得重大進展,除發現其有抗菌、抗炎、止血藥理活性外,還發現具有抗突變、抗脂質過氧化、清除自由基、抗腫瘤與抗艾滋病等多種藥理活性。尤其在抗腫瘤治療中顯示出了誘人的前景。

研究史

  1786年瑞典的Scheele首次從棓子中分離出棓酸。

兒茶

  1796年Seguin首次提出「鞣質」一詞。   1821年Runge從兒茶中分離出兒茶素。   1920年,在發現兒茶素后100年,Freudenberg確定了兒茶素的結構式是黃烷-3-醇。標志著縮和鞣質化學的開端。   1910-1930年,五棓子鞣質結構的研究被認為是水解鞣質化學研究的重大成就。   1920年Freudenberg將鞣質分為水解鞣質和縮和鞣質二大類,這個分類法一直沿用至今。   現代色譜技術在鞣質化學中的應用,使鞣質化學的研究中長期存在的重大困難——鞣質的分離純化得到了解決。   XX50-60年代,Schmidt提出鞣花鞣質是棓酰基的脫氫偶合的產物。   1975年以後,日本奧田拓男等先後開始研究草藥植物及許多植物中的鞣質,首次闡明老鸛草素的兩種立體異構體的化學結構及兩種異構體的存在比例,至今發現了數百個新的鞣質及相關化合物。   中國對鞣質成分的研究起步于70年代末。研究內容有鞣質的化學結構,分子量,分離與鑒定等。2001年首個鞣質類抗癌藥物上市——威麥寧北京華頤中藥製藥廠)。

分類

  根據鞣質的化學結構可分為三大類:

可水解鞣質

  可水解鞣質

沒食子鞣質

hydrolysable tannins)這是一類由酚酸及其衍生物葡萄糖多元醇通過甙鍵或酯鍵而形成的化合物。因此,可被酸、鹼、酶(如鞣酶tannase、苦杏仁酶emulsin等)催化水解,依水解后所得酚酸類的不同,又可分為沒食子酸鞣質(gallotannin)和逆沒食子酸鞣質(ellagotannin)兩類。含這類鞣質的生葯有五味子、沒食子、柯子石榴皮、大黃桉葉丁香等。

縮合鞣質

  縮合鞣質(condensed tannins)這是一類由兒茶素(catechin)或其衍生物棓兒茶素(gallocatechin)等黃烷-3-醇(flavan-3-ol)化合物以碳-碳鍵聚合而形成的化合物。通常三聚體以上才具有鞣質的性質。由於結構中無甙鍵與酯鍵,故不能被酸、鹼水解。縮合鞣質的水溶液在空氣中久置能進一步縮合,形成不溶於水的紅棕色沉澱,稱為鞣紅(phlobaphene)。當與酸、鹼共熱時,鞣紅的形成更為迅速。如切開的生梨、蘋果等久置會變紅棕色,茶水久置形成紅棕色沉澱等。含縮合鞣質的生葯更廣泛,如兒茶、茶葉虎杖桂皮四季青、桉葉、鉤藤金雞納皮、綿馬、檳榔等。

複合鞣質

  複合鞣質是由構成縮合鞣質的單元黃烷-3-醇與水解鞣質部分通過碳碳鍵連接構成的一類化合物,此類鞣質首先從殼斗科植物中分離得到,現已發現廣泛存在於同時含有水解鞣質和縮合鞣質的植物中。

通性

  鞣

石榴

質的通性有一下幾點:   (1) 鞣質大多為無定形粉末,僅少數為晶體。味澀,具收斂性,易潮解,較難提純。鞣質的分子量通常為 500 至 3000,具較多的酚羥基,特別有鄰位酚羥基易被氧化,難以得到無色單體,多為杏黃色、棕色或褐色。   (2) 鞣質可與蛋白質(如明膠溶液)結合生成沉澱,此性質在工業上用於鞣革。鞣質與蛋白質的沉澱反應在一定條件下是可逆的,當此沉澱與丙酮迴流,鞣質可溶於丙酮而與蛋白質分離。   (3) 鞣質具較強的極性,可溶於水、乙醇和甲醇,形成膠體溶液,可溶於乙酸乙酯和丙酮,不溶於石油醚、乙醚、氯仿與苯。   (4) 鞣質分子中有鄰位酚羥基,故可與多種金屬離子絡合。鞣質的水溶液遇Fe3+產生藍(黑)色或綠(黑色)色或沉澱,故在煎煮和製備生葯製劑時,應避免鐵器接觸。鞣質水溶液遇重金屬鹽(如醋酸鉛醋酸銅重鉻酸鉀等),生物鹼或鹼土金屬氫氧化物(如氫氧化鈣)都會產生沉澱,此性質可用於鞣質的提取、分離、定性、定量或除去鞣質。   (5) 鞣質為強還原劑,可使 KMmO4褪色,鞣質極易被氧化,特別在鹼性條件下氧化更快。

提取溶劑

  用於提取鞣質的最好的原料是剛剛採摘的原料,未變質的氣干原料也可應用。採摘的新鮮原料宜立即浸提,也可以用冷凍或浸泡在丙酮中的方法貯存。   浸提用溶劑應該是對鞣質優良好的溶解能力,不與鞣質發生化學反應,浸出雜質少,易於分離的。此外還要低毒、安全、經濟、易得。水是鞣質的良好溶劑,有作者採用含亞硫酸鈉亞硫酸氫鈉的水溶液提取石榴皮中的鞣質。有機溶劑和水的複合體系(有機溶劑占50%-70%)使用更為普遍,可選的有機溶劑有乙醇、甲醇、丙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙醚等。丙酮-水體系對鞣質溶解能力最強,能夠打開鞣質-蛋白質的連接鍵,減壓蒸發易除去丙酮是目前使用最普遍的溶劑體系。   鞣質粗提物中含有大量的糖、蛋白質、脂類等雜質,加上鞣質本身是許多結構和理化性質十分接近的混合物,需進一步分離純化。通常採用有機溶劑分步萃取的方法進行初步純化,甲醇能使水解鞣質中的縮酚酸鍵發生醇解,乙酸乙酯能夠溶解多種水解鞣質及低聚的縮合鞣質,乙醚只溶解分子量小的多元酚。初步分離還可以採取皮粉法、醋酸鉛沉澱法、氯化鈉鹽析法、滲析法、超濾法和結晶法等。柱色譜是目前製備純鞣質及有關化合物的最主要方法,可選用的固定相硅膠纖維素聚酰胺聚苯乙烯凝膠,聚乙烯凝膠、葡聚糖凝膠等,其中又以葡聚糖凝膠Sephadex LH-20最為常用。

提取方法

浸漬法

  將植物粗粉裝入有蓋的容器中,加入合適的溶劑(一般為水或乙醇),在室溫或加熱情況下浸泡一定時間(一日至數日),使其中所含成分溶出,過濾,殘渣再另加新溶劑,重複提取兩次。合併提取液,濃縮

滲漉

提取物。此法簡單易行,對含有多量澱粉、樹膠、黏液質、果膠等成分的植物材料很適宜。缺點是提取率不高,用水作溶劑時若浸潰時間長,物料易發霉變質,必須加入防腐劑

滲漉法

  滲漉法是將植物粉末裝在滲渡器中,自上添加新溶劑,自下收集提取液。植物材料粉碎要求適度,不宜太細或太粗。太粗會影響提取效率,太細則易結塊而阻塞溶劑流通另外還要考慮植物粉末的潤脹和填料壓力等。與浸漬法相比,滲漉法可使植物材料與新溶劑或有效成分含量低的溶液接觸,具有一定的濃度差,提高了提取率,提取效果優於浸潰法。該法的缺點是溶劑用量較大,操作過程較長。

煎煮法

  將植物材料放在砂罐或塘瓷器皿中,加入適量的水,加熱煮沸,將有效成分提取出來。這是中國最早使用且現在仍在使用的傳統浸出方法。此法既簡便,又能溶出植物材料中的大部分成分。缺點是對含揮發性成分及有效成分遇熱易破壞的植物材料不宜用此法。

迴流提取法

  用有機溶劑進行加熱提取時,需要採用迴流加熱裝置,以免溶劑揮發損失。此法較冷浸法提取率高,但對受熱易破壞的成分,不宜採用此法。

連續迴流法

  為了彌補迴流提取法中要進行反覆過濾、需要溶劑量大的不足,可採用連續迴流提取法。連續迴流的裝置,實驗室常用索氏提取器。由於溶劑可反覆被氣化冷凝,使被提取物與溶劑之間一直保持著相當大的濃度差,提取效率高,溶劑用量少。不足之處是提取液受熱時間較長,對受熱易分解的成分不宜採用此法。

超聲波提取法

  超聲波振蕩是能的一種形式,它可以在氣態、液態或固態介質中傳播。將植物材料和提取溶劑放入超聲波發生器中,在超聲波的作用下,原料細胞部分被破壞,有效成分可很容易地擴散到提取液中,加之超聲波振蕩也可使原料顆粒不停運動,並使浸提溫度升高,有利於擴散,提高浸提效率。   利用超聲場強化浸取和萃取過程是超聲化學領域中極具潛力的發展方向。傳統的提取方法是針對某種目標成分選取正確的溶劑,同時採用加熱或攪拌。較高的溫度有利於目標成分的浸出,但溫度過高又會使有效成分受熱分解或改變結構和性質。如果在提取過程中引入超聲波,就可以在較低的溫度下大大促進溶劑提浸、萃取天然成分的過程。研究表明,超聲波作用可以改變反應物的質量傳輸機制,破壞細胞的細胞壁,使細胞內含物更易釋放。超聲波形成的微流效應也是其提高提取過程效率的一個重要原因。

組織破碎提取法

  動物組織、植物肉質種子、柔嫩的葉芽等多採用組織破碎提取法。不同實驗規模、不同實驗材料和實驗要求,使用的破碎方法和條件也不同。

測定

檢識反應

  鞣質一般可用三氯化鐵反應、溴水反應、乙酸鉛反應、香草醛-濃硫酸反應、二甲氨基甲醛反應、甲醛濃鹽酸-硫酸鐵銨反應等反應檢識。如果三氯化鐵反應無色提示無鞣質或有單取代酚羥基的縮合鞣質;三氯化鐵反應顯藍色一般為具鄰三酚羥基化合物,可分為水解鞣質和沒食子兒茶酸縮合鞣質;三氯化鐵反應顯深綠色,一般具鄰二酚羥基化合物,可分為鄰二酚羥基的黃酮和兒茶素類縮合鞣質。如果溴水反應有黃或橙紅色沉澱為縮合鞣質。如果乙酸鉛反應有沉澱且沉澱溶於乙酸的為縮合鞣質。如果香草醛濃硫酸反應與對二甲氨基苯甲醛反應呈紅色,說明存在兒茶素類縮合鞣質。如果甲醛濃鹽酸-硫酸鐵銨反應有櫻紅色沉澱為縮合鞣質。

物理方法

  物理參數的測定熔點、比旋值。進一步的分析一般用薄層層析法、紙層析法等。薄層層析法應用較多,檢測鞣質的分解產物沒食子酸的重現性好,靈敏度高,斑點集中較清晰。紙層析法分離效果差,斑點重疊不集中,拖尾現象嚴重。近來也可用高效液相色譜區分各種鞣質類型,可識別植物提取物中的鞣質是普通的還是咖啡酰鞣質,類黃酮鞣質或其它物質。需用的樣品量和紫外法差不多,在研究植物中鞣質和其有關的多酚化合物分佈情況特別有效。在鞣質的結構測定中,1H-NMR、13C-NMR是兩種重要的工具,相輔相成,提供有關分子中氫及碳原子的類型,數目,相互連接方式,周圍化學環境等。在確定有機化合物分子的平面及立體結構中發揮著巨大的威力。

生理活性

  鞣質具有與蛋白質發生結合使之沉澱的性質,稱之為收斂性。鞣質傳統的藥理活性大部分都可歸因於收斂性,但目前的研究證明鞣質還具有更廣泛的藥理活性,這些活性還與鞣質的抗氧化性和與金屬離子絡合等其它性質相關,主要有:

抑菌

含鞣質水果——柿子

  藥典中記載的富含鞣質的中草藥有多種,傳統中醫常常認為這些草藥具有「清熱解毒、逐癖通經、收斂止血、利尿通淋」等功效。隨著近年來植物化學和現代分析技術的迅速發展,使鞣質的生理活性和化學成分研究成為天然產物領域的熱點之一。使得傳統中藥的功效從分子水平得到確認。如甜茶的抗過敏作用經分析與其特有成分鞣花鞣質聚合物有關,與聚合度成正比;長期飲用綠茶和食用果蔬可有效降低癌症和腫瘤發病率亦與鞣質有關等。鞣質因其能凝固微生物體內的原生質,以及對多種酶的作用,對多種細菌真菌酵母茵都有明顯的抑制能力,抑制機理針對種類不同的微生物有所不同,但不影響動物體細胞生長,例如,對霍亂菌、金黃色葡萄球菌大腸桿菌等常見致病菌都有某些鞣質能起到很強的抑製作用。鞣質可作胃炎和潰瘍藥物成分,抑制幽門螺旋菌的生長。睡蓬鬆因其所含水解鞣質的殺菌能力,可治喉炎白帶眼部感染熊果的乙醇提取物在pH高至5.2時仍保持抑菌能力,其中主要為縮合鞣質起作用。抑菌作用可能從一個角度說明了鞣質「清熱解毒、利尿通淋」的原因。   鞣質,尤其是丹皮、熊果、老鶴草中的水解類鞣質,茶葉、檳榔中的縮合鞣質具有很強的抗齲功能,其作用主要通過抑制鏈球茵的生長及其在牙齒表面的吸附。從各種鞣質的結構和抗齲性分析可得出:鞣質與酶作用是選擇性結合,並且在低濃度下促進酶活性而在高濃度下抑制。

抗病毒

  鞣質抗病毒的性質與其抑菌性有一定相似之處。病毒結構簡單(蛋白質外殼內含核酸),對鞣質尤其敏感。貫眾治療感冒,中藥石榴皮治療XX器皰疹都與其鞣質抗病毒有關。目前鞣質的抗艾滋病研究令人關注。低分子量的   水解鞣質,尤其二聚鞣花鞣質(如馬桑因,仙鶴草素)可作口服劑用來抑制AIDS。繼花葉鞣質具有較好的抗炎鎮痛作用,能顯著抑制二甲苯所致的小鼠耳殼腫脹蛋清所致大鼠足趾腫脹,能顯著延長酒石酸銻鉀所至小鼠扭體發生潛伏期。作用眾多的試驗結果表明鞣花鞣質抗病毒活性最顯著,而且二聚體比單體強很

杜仲

多,這說明鞣質的抗病毒活性與收斂性相關。

脂質過氧化

  虎杖、肉桂、杜仲等所含鞣質可抑制脂質過氧化而保護肝腎。葡萄籽可顯著降低高膽固醇飲食大鼠的血清。主要成分為葡萄籽提取物中的原花色素的一個製品經動物實驗確認具有減輕氧化性應激、抑制動脈硬化、胃潰瘍白內障等效果,最近的臨床實驗又確認其有抑制運動氧化應激產生的活性氧效果。檳榔鞣質對高血壓大鼠口服靜注均可降低血壓,但並不影響正常大鼠血壓。柿子鞣質、大黃鞣質無降壓功效,但可減少導致腦出血腦梗死的可能性。

抗腫瘤癌變

  鞣質作為多元酚類化合物,具有很強的抗氧化作用其抗癌機理有些就是與其抗氧化作用相關。病毒也是導致腫瘤的原因之一,Kakiuchi等研究了種鞣質成分對鳥成髓細胞性白血病病毒逆轉錄酶的抑制活性,結果表明逆沒食子鞣質和沒食子鞣質單元體抑制活性較差,而二聚逆沒食子鞣質的抑制性較強。這種抑制可因模板引物(聚腺苷酸-寡胸腺嘧啶核酸)或酶的加入而發生逆轉,從而提示這種抑制是由鞣質與它們二者的相互作用所致。越來越多的研究也表明大環二聚體鞣質的抗腫瘤活性較強,並且大部分不是單純的細胞毒作用,而是具有選擇性,對正常細胞影響較小。對DNA拓撲異構酶-II的抑製作用也是鞣質類化合物的抗腫瘤機制之一。

研究進展

  臨床用於抗癌藥物中有許多來源於植物的有效成分,如紫杉醇喜樹鹼長春新鹼秋水仙鹼等就是成功的範例。因此,從天然植物中篩選分離有效的抗癌活性成分是一個非常有意義的研究方向,也是抗癌藥物開發的一個有效途徑。   藥用植物中鞣質的研究在天然藥物化學中已成為一個非常活躍的領域,其在醫藥行業的抗腫瘤治療中也顯示出相當誘人的前景。在可水解鞣質的研究方面取得了引入注目的成就,確定了許多可水解鞣質的結構,並發現了不少新的生物活性。這些成就的取得為進一步深入廣泛開展鞣質類的研究工作展示了光明的前景,利用得天獨厚的幾千年的臨床應用經驗,充分運用現代科學技術,結合傳統的醫療實踐經驗,開闢這一古老而年青的領域的研究工作,就一定能使藥用鞣質的研究工作重放異彩,使鞣質類化台物在醫藥方面發揮更大的作用。