我国香蒲属水生药用植物资源及其资源化利用研究△
2015-09-25陈佩东严辉陶伟伟丁安伟
陈佩东,严辉,陶伟伟,丁安伟
(南京中医药大学 中药资源产业化与方剂创新药物国家地方联合工程研究中心/江苏省中药资源产业化过程协同创新中心,江苏 南京 210023)
·专题·
我国香蒲属水生药用植物资源及其资源化利用研究△
陈佩东,严辉,陶伟伟,丁安伟*
(南京中医药大学 中药资源产业化与方剂创新药物国家地方联合工程研究中心/江苏省中药资源产业化过程协同创新中心,江苏 南京 210023)
香蒲属植物为常见水生植物,除药用以外,香蒲属植物在食品、饮料、保健品、材料、有机肥料、手工艺品中也有广泛用途,而且在水体环境保护方面具有独特的应用价值,可减轻湖泊、水库、池塘、河流和海湾等封闭性或半封闭性水体的重金属铅、铜和氮、磷等有机物污染。本文对香蒲属植物的资源化学和资源利用策略进行了讨论。
香蒲属;水生植物;资源化学;资源化利用
香蒲(Typha)又称蒲草,为香蒲科(Typhaceae)植物,同属植物的干燥花粉均可入药,称为蒲黄(Typhae Pollen),具有止血、化瘀、通淋的功效。香蒲属植物现有16种,分布于热带至温带,主要分布于欧亚和北美,大洋洲有3种。我国有11种香蒲属植物,其中有苞组有7种,包括长苞香蒲TyphaangustataBory et Chaubard,水烛香蒲T.angustifoliaLinn.等;无苞组有4种,包括宽叶香蒲T.latifoliaLinn.,东方香蒲T.orientalisPresl.等[1]。香蒲在我国广泛分布于华北、东北及西北、西南地区的浅水湿地,性耐寒,喜光照,适应性强。
1 资源利用现状
香蒲植物花粉蒲黄是重要的活血化瘀中药,《本草汇言》中有“蒲黄血之上者可清,血之下者可利,血之滞者可行,血之行者可止”;《本草分经》中有蒲黄“生用性滑,行血消瘀”的记载。由古代文献检索发现含蒲黄的方剂有900余首,常用经典名方有以蒲黄、五灵脂配伍的失笑散,蒲黄炭、香附炭配伍的二神散等,有行瘀、止血的功效。现代成方制剂有蒲黄片、复方蒲黄缓释片、复方蒲黄肠康胶囊等。现代药理研究表明,长苞香蒲提取物对伤口具有明显的促进愈合作用[2],宽叶香蒲中的多糖类化学成分可刺激角化细胞增殖和早期分化,上调Smad3和PKC的表达而促进伤口愈合[3],而少腹逐瘀汤中的香蒲新苷可通过抑制内皮素、促进PGI2释放、逆转NO的合成和释放以抑制人脐静脉内皮细胞的损伤[4]。蒲黄对血液流变学具有影响,其水煎液可降低血瘀大鼠全血黏度和血沉、红细胞刚性指数,从而改善血液循环[5]。此外,蒲黄提取物还有抗动脉粥样硬化[6]、抗免疫[7]等方面的作用。
香蒲属植物在食品、饮料、保健品、材料、肥料、工艺品中也有广泛应用。由香蒲、红花等制备的爽身粉有吸湿、消炎等作用[8];香蒲纤维适量混合黄麻纤维,与聚丙烯树脂复合热压可制备增强复合材料[9];以香蒲作为主料,加入尿素等物质可制备有机肥[10];以香蒲为原料可制备具有止血作用的创可贴[11];蒲黄与首乌、黄精等配伍可制备具有降血脂作用的茶饮料[12]。
除以上应用以外,香蒲属植物在环境保护方面具有独特的应用价值。香蒲属植物为多年生挺水植物,对水系中排放的污染物具有较好的吸收作用,可减轻湖泊、水库、池塘、河流和海湾等封闭性或半封闭性水体由于农业、工业生产造成的重金属铅、铜和氮、磷等有机物污染,起到净化水体、保护环境的作用[13-15]。以香蒲属植物为主要原料的主要资源产品及其资源利用途径见表1。
表1 香蒲属植物主要的资源产品及其资源价值
2 资源性化学成分组成
香蒲属植物的化学研究主要集中在水烛香蒲、宽叶香蒲、东方香蒲、长苞香蒲等种,其中所含的化学成分主要有黄酮类、甾体类、烷烃类、有机酸类、多糖类、氨基酸类等。
2.1 黄酮类
香蒲属植物中黄酮类成分主要有黄酮醇、黄酮、二氢黄酮和黄烷醇型,其中黄酮醇类化学成分含量相对较高。香蒲新苷(typhaneoside)和异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷(isorhamnetin-3-O-neohesperidoside)是香蒲属植物中含量最高的黄酮类化学成分。具有相同母核的还有异鼠李素-3-O-芸香糖苷、异鼠李素-3-O-葡萄糖苷、异鼠李素-3-O-β-半乳糖苷等。苷元为槲皮素的化合物有槲皮素-3-O-(2G-α-L-鼠李糖基)-芸香糖苷、槲皮素-3,3′-二甲醚、3,3′-二甲基槲皮素-4′-葡萄糖苷、槲皮素-3-O-新橙皮糖苷等。苷元为山柰酚的有山柰酚-3-O-葡萄糖苷、山柰酚-3-O-半乳糖苷、山柰酚-3-O-新橙皮糖苷、山柰酚-3-O-(2G-α-L-鼠李糖基)-芸香糖苷等。此外,还有儿茶素类成分阿夫儿茶精(afzelechin)、D-儿茶素(D-catechin)等,橙酮类成分香蒲苯酞(typhaphthalide)和二氢黄酮类成分柚皮素(naringenin)[16-19],香蒲属植物中主要黄酮类成分化学结构见图1。
图1 香蒲属植物中主要黄酮类成分化学结构图
2.2 甾体类
香蒲属植物中的亲脂性部位中常含有甾体类化学成分,包括胆甾醇、菜油甾醇、24-亚甲基胆甾醇(24-methylenecholesterol)、异墨角藻甾醇(isofucosterol),(20S)-4α-甲基-24-亚甲基胆甾-7-烯-3β-醇,豆甾-4-烯-3酮、豆甾烷-4-烯-3,6-二酮、豆甾-4-烯-6β-羟基-3-酮、6α-羟基-豆甾-4-烯-3-酮、3β-羟基-豆甾-5-烯-3-酮[20-22]。
2.3 有机酸类
香蒲属植物中含有大量的酸性化合物,主要成分为亚油酸等脂肪酸和咖啡酸、香草酸、5-反式咖啡酰莽草酸等酚酸类化合物[23-24]。
2.4 其他
香蒲属植物含有烷烃类化学成分7-甲基-4-三十烷酮(7-methy-4-triacontanon)、6-三十三烷醇(6-tritriacontanol)、二十五烷、7,8,10-二十九烷三醇、7,9,10-二十九烷三醇等[25]。
此外,水烛香蒲中发现含有少量脑苷类成分1-O-(β-D-glucopyranosyloxy)-(2S,3S,4R,8Z)-2-[(2′R)-2′-hydroxytricosanoylamino]-8-nonadecene-3,4-dio等,尚有核苷类成分腺嘌呤、尿嘧啶、胸腺嘧啶及多糖类成分[26-27]。
3 资源性化学成分动态评价
香蒲属植物分布广泛,由于采收地域、种类、时间的差异,其中的化学成分存在较大差异。该属植物花粉的资源性化学成分动态评价主要集中在黄酮等主要类型的化学成分,又由于香蒲属植物在环境保护中的重要作用,有关全草中的化学成分动态评价主要集中在对水系中重金属、有机物及化学、化工制药等工农业生产过程中排放的有毒、有害物质的吸收、代谢和转化释放规律方面。
3.1 药材形成过程资源性化学成分动态评价
3.1.1 不同产地香蒲属植物中黄酮类化学成分的动态评价 对产自内蒙古、甘肃、山东、四川、安徽、江苏、浙江、江西、福建、云南和海南的水烛香蒲中的槲皮素-3-O-(2G-α-L-鼠李糖基)-芸香糖苷、槲皮素-3-O-新橙皮糖苷、山柰酚-3-O-(2G-α-L-鼠李糖基)-芸香糖苷、香蒲新苷、山柰酚-3-O-新橙皮糖苷、异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷、异鼠李素-3-O-芸香糖苷、槲皮素、柚皮素、山柰酚和异鼠李素进行含量测定的结果表明,黄酮中含量最高的是异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷,最高含量可达335.28 μg·g-1,其次为香蒲新苷,最高含量为311.98 μg·g-1。这两种苷的含量占总黄酮含量的55%~70%,而异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷的含量为香蒲新苷的1.1~1.4倍。黄酮苷元中,异鼠李素比槲皮素和山柰酚含量高。从样品采集地域看,则一般北方地区如内蒙古、甘肃样品的黄酮含量比海南、四川等南方地区高[18],不同产地香蒲属植物花粉中异鼠李素3-O-新橙皮糖苷含量见图2。
图2 不同产地蒲黄中异鼠李素3-O-新橙皮糖苷的含量积累分析
3.1.2 香蒲属不同品种中黄酮化学成分的动态评价 对采自宁夏、湖南的水烛香蒲、东方香蒲、宽叶香蒲、长苞香蒲和无苞香蒲中的槲皮素和异鼠李素进行含量测定,结果表明,异鼠李素含量比槲皮素含量高,宽叶香蒲中二者比例达1∶6.8,其他种中二者含量比例一般为1∶2~1∶4,差异较为明显[28],这5种香蒲属植物中香蒲新苷与异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷的含量比则在1∶1.45~1∶1.55[29],结果见图3。
图3 不同种类蒲黄中香蒲新苷的含量积累分析
3.1.3 不同产地香蒲属植物中腺苷类化学成分含量分析 对产自内蒙古、甘肃、山东等省市的蒲黄中尿嘧啶、次黄嘌呤、胞嘧啶核苷、胸腺嘧啶、腺苷、腺嘌呤、鸟嘌呤核苷、胸腺、腺苷等核苷类化学成分的研究中发现,福建、内蒙古、甘肃等地产蒲黄药材中核苷类化学成分的总量较高,最高可达3 922.45 μg·g-1,而采自浙江的样品含量最低,只有954.15 μg·g-1,结果见图4[27]。
图4 不同产地蒲黄中总腺苷类成分的含量积累分析
3.1.4 不同采收期黄酮类成分含量分析 对2002年7月15日至11月30日产自江苏淮阴的水烛香蒲叶中黄酮类成分异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷和异鼠李素-4′-O-葡萄糖苷的含量进行分析,结果表明10月底采收的水烛香蒲叶中黄酮类成分含量最高[30],见图5。
图5 不同采收时间水烛香蒲叶中黄酮苷类成分的含量
3.2 资源利用效率提升研究
3.2.1 药材深加工与产品开发 香蒲属植物中的化学成分主要是黄酮类化合物,其中以黄酮醇型化合物异鼠李素为苷元的异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷和香蒲新苷为主要成分。尽管异鼠李素在植物中较为常见,但这两种黄酮苷在自然界中存在并不广泛,仅在金盏花Calendulaofficinalis、锦鸡儿Caraganasinica等少数植物中发现[31]。香蒲属植物具有保护血管内皮细胞、影响血液流变性、改善微循环的作用,这与其中所含有的以异鼠李素为主要母核的化学成分紧密相关,有望进一步开发成药物。蒲黄经乙醇提取,大孔树脂纯化得到的总黄酮部位可以降低犬冠脉结扎后心肌缺血的程度,减少梗死范围和增加冠脉流量,用于防治心肌缺血等心血管疾病[32];由蒲黄提取物与红花提取物制备的药物可用于心脑血管疾病的治疗[33];由蒲黄提取物与红景天提取物可制备增加冠脉血流量,用于冠心病、心绞痛等疾病的药物[34];由蒲黄提取物、姜黄提取物及多糖等组成的食品,营养丰富,且具有辅助降血脂的功能[35]。
3.2.2 资源性化学成分转化率提升研究
3.2.2.1 香蒲花粉破壁对提取的影响 香蒲花粉有花粉壁,对其中化学成分的提取造成了影响。花粉经破壁处理后可降低提取能耗,提高提取效率[36],结果见表2。
3.2.2.2 超临界萃取法提取香蒲花粉中的黄酮类物质 以异鼠李素-3-O-新橙皮苷转移率为指标,考察超临界萃取蒲黄中黄酮化合物工艺,结果表明最佳工艺条件为压力20 MPa,温度40 ℃,夹带剂为药材2.0倍量的95%乙醇提取时提取效率高、速度快,异鼠李素-3-O-新橙皮苷转移率最高可达78.3%[37]。
表2 破壁对香蒲花粉中资源性化学成分提取率的影响
3.2.2.3 微波提取法提取蒲黄中黄酮类物质 以总黄酮和异鼠李素-3-O-新橙皮糖苷含量为考察指标,采用超微粉碎技术与微波提取工艺相结合的方法,提取蒲黄中黄酮类成分,结果表明,微波提取蒲黄超微粉的最佳条件为加醇量18倍,乙醇浓度70%,微波功率540 W,加热时间8 min。此时不仅有助于提取,而且能对花粉细胞壁造成破坏,有利于提高提取效率[38]。
3.3 非药用部位的资源化利用研究
3.3.1 香蒲叶的资源化利用 随着世界范围内能源和资源的日益紧缺,新型材料尤其是天然纤维材料的研发和应用愈发引人关注。香蒲属植物叶中含有大量纤维,在新型植物纤维的应用领域具有良好前景。香蒲叶经过脱胶处理后,长度165 mm,细度10.9 tex,纤维强度52 cN/tex。得到的植物纤维可制备强化板材。除此以外,香蒲叶还可用于编织手包、提蓝、坐垫等工艺品[39]。
3.3.2 香蒲花序、全草的资源化应用 成熟的雌花序称蒲棒,可蘸油或不蘸油用以照明,雌花序上的毛称蒲绒,几乎为纯纤维,常用作枕絮。香蒲全草由于纤维含量较高,纤维质量较好,可用于造纸原料。香蒲与蚕丝等制备的香蒲被具有清香、防蚊等功效[40]。经过备料、预处理、蒸煮、洗料、打浆、精制、漂白、烘干等步骤处理后,可制得以香蒲为原料的粘胶纤维用浆粕,解决了当前粘胶纤维原料短缺现状[41]。
3.4 产业化过程中产生的香蒲药渣的资源化利用研究
3.4.1 香蒲属植物对水体中有害物质的吸收作用 香蒲属植物可用于防治污染,但是被植物吸收的各种重金属、有机物在植物生长停滞期又会释放到水体中,造成二次污染。所以,及时地收割香蒲植物,并充分利用其废弃物是十分重要的资源利用方向。香蒲植物的全草可用于制炭,所得活性炭比表面积可达1279 m2·g-1,对孔雀石绿的吸附力可达197.94 mg·g-1[42]。香蒲厌氧发酵的工艺条件为固体浓度6%,沼气累积产气量可达6482 mL[43]。
3.4.2 香蒲属植物对化学制药排放物吸收的动态过程 化学制药工业在生产的过程中会排放对水体环境造成污染的化学物质,对人类和动物的健康造成巨大的威胁。宽叶香蒲能对水中的制药排放物双氯芬酸进行吸收,并且依靠糖基转化酶进行代谢,从而减少污染,其中根部的吸收和代谢功能最强[15]。
3.4.3 宽叶香蒲对污水中重金属的去除率 随着工业化进程的发展,重金属排放数量急剧增多,重金属排放污染物一旦进入食物链会对人类和动物造成严重影响。香蒲属植物可以有效地吸收水体中的重金属如铅、铜、铬等,从而起到保护环境的作用,不同重金属的去除率见图6,而香蒲属植物的根及地下部分对重金属吸收能力最强[13]。
图6 宽叶香蒲对水体中不同重金属的去除效率图
4 讨论与展望
香蒲属植物是常见水生植物,具有耐盐、易生长的特性。该属植物的花粉为药用部位,具有活血化瘀、降血脂等功效,而且在食品、饮料中也有应用前景。香蒲叶可制作各种工艺品,香蒲全草可广泛应用于肥料、材料等工农业生产领域,资源性应用优势明显。特别是目前随着工业化进程的不断发展,水体污染严重,水生植物的防污、治污、治盐能力尤其受到重视[44-45],香蒲属植物资源利用路径见图7。但是,随着经济建设的发展,目前适于香蒲生长的浅水、沼泽面积不断缩小,香蒲这一优质水生资源面临减少的危险;另一方面,如何充分利用香蒲属植物,将现有野生资源优势转化为产业资源成果,仍是今后香蒲属植物资源利用的主要策略和研究方向。
图7 香蒲属植物资源循环利用及再生产业发展路径
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StudyonChemicalResourcesandStrategyUtilizationofAquaticMedicinalPlantsfromGenusTypha
CHENPeidong,YANHui,TAOWeiwei,DINGAnwei*
(NationalandLocalCollaborativeEngineeringCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrializationandFormulaeInnovativeMedicine,andJiangsuCollaborativeInnovationCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrialization,NanjingUniversityofChineseMedicine,Nanjing210023,China)
The genus typha is a series common aquatic plants,and the pollen of the plants is named puhuang,which is commonly used in clinical with the effect of removing blood stasis.In addition to medicine,typha plants have been widely used in food,beverage,health care products,materials,agriculture,industry,and have a unique application value in water environmental protection for decreasing heavy metals and organic pollution in lakes,reservoirs,ponds,closed or semi closed water in bays.The chemical resources and the strategy utilization of genus typha were discussed in this study.
Typha;aquatic plants;chemical resources;strategy utilization
2015-05-04)
国家公益性行业科研专项(201407002);江苏高校优势学科建设工程资助项目
*
丁安伟,教授,研究方向:中药炮制与质量控制;E-mail:awding105@163.com
10.13313/j.issn.1673-4890.2015.7.004