马铃薯茎叶中茄尼醇提取技术研究进展

童　丹, 韩黎明

(甘肃中医药大学定西校区 定西师范高等专科学校,甘肃 定西 743000)

综述与专论

马铃薯茎叶中茄尼醇提取技术研究进展

童丹, 韩黎明

(甘肃中医药大学定西校区 定西师范高等专科学校,甘肃 定西 743000)

摘要：从马铃薯茎叶中提取茄尼醇是其资源化利用的有效途径。国内外学者分别采用溶剂提取、皂化、结晶等步骤从马铃薯叶中提取茄尼醇，采用微波辅助萃取、超临界CO2萃取、反相超临界CO2萃取、溶剂与分子蒸馏技术组合提取、纤维素酶和脂肪酶双酶偶联的酶解技术从马铃薯茎叶废弃物中提取、纯化茄尼醇，并对茄尼醇进行了抗衰老、抗氧化、抑菌活性、免疫组化研究。本文综述了利用马铃薯茎叶提取茄尼醇主要途径、国内外研究现状、相关技术及科技成果，为开展相关研究提供参考借鉴。

关键词：马铃薯茎叶；资源化利用；茄尼醇；生产技术；发明专利；科技成果

马铃薯(Solanum tuberosum.L)是全球第四大粮食作物。马铃薯茎叶是马铃薯种植的地上部分，每种植1 hm2马铃薯可产出15 t茎叶，资源量大，营养成分丰富，具有较高的利用价值。但是因为马铃薯茎叶龙葵素含量高、适口性差、含糖少、水分多、难于保存、不易青贮等本身存在的一些限制性因素，导致其可利用性有限，长期以来未能得到合理利用，造成资源浪费。国内外对于马铃薯茎叶利用的研究较少，利用处理方法主要为青贮和有效成分研究，从马铃薯茎叶中提取茄尼醇是其资源化的重要途径。

茄尼醇(Solanesol，分子式为 C45H74O)属长链半萜烯醇化合物，又称九聚异戊二烯伯醇，具有独特的链状隔离多烯结构。茄尼醇具有抗菌、消炎、抗溃疡和治疗心血管疾病等作用，可以做为很多药物合成的重要原料，在生物化学中有着非常重要的作用。在医学上应用广泛，是泛醌类药物中间体不可替代的成分，是合成维生素K2的侧链和辅酶Q10以及合成抗过敏药物、抗溃疡药物、降血脂药物和抗癌药物(抗癌增效剂SBD)不可替代的天然原料。目前世界许多发达国家已生产和应用的辅酶Q10，依赖高纯度的茄尼醇作原料。日本每年生产辅酶Q10 100多t，需要茄尼醇150 t以上。欧洲、北美及其他地区都有不同规模的辅酶Q10生产，同样要求纯度高、价格低廉的茄尼醇。质量分数在95 %以上的茄尼醇的市场价格快速上涨。茄尼醇主要存在于茄科植物中，如烟叶、茄子叶、马铃薯叶、桑叶等，其结构独特，除由植物叶片中提取之外，化学合成方法十分繁琐，难以工业化合成。从植物茎叶中提取，是当前获得茄尼醇的最低廉、最简单、最快捷的方法。国际上茄尼醇精制技术基本上由日本和美国公司垄断，其高纯度茄尼醇制备工艺为世界领先水平，但相关报道极少。国内茄尼醇精制工艺的研究相对落后，效率低下，产品远远不能满市场需求，云南、山东等省曾先后建立了若干茄尼醇粗品厂(含量在20%以下)，但工艺落后，消耗烟叶和有机溶剂的量十分庞大，对环境造成很大污染，不利于经济的可持续发展。国内高纯度茄尼醇生产技术落后，探索新的节能、环保、高效的工艺技术及生产原料生产茄尼醇具有良好的应用前景。

1马铃薯茎叶成分研究

关于马铃薯茎叶成分研究，Toyoda等首次从马铃薯茎叶中分离出了合成辅酶Q10的重要原料25个碳的萜化合物茄尼醇。Karim等对不同品种马铃薯的地上与地下部分中氨基酸等成分进行了分析比较。Lyon等用高效液相色谱分析了马铃薯茎叶提取物中的绿原酸的含量。Lewis等报道了马铃薯叶和花中的色素，黄酮类以及酚酸等物质的分析研究。Szafranek研究了各种马铃薯叶的倍半萜分布及含量。Nikolic等研究了马铃薯茎叶中茄碱的酶促转化动力学。Im等利用色谱质谱技术测定了马铃薯茎叶中酚类化合物的含量，其中绿原酸及其异构体含量占总含量的96%～98%。高敏等采用高效液相色谱法对我国东北地区茄科植物废弃物马铃薯、茄子、番茄和辣椒的叶片中茄尼醇进行了定性和定量分析。马君义等、杨玲娟等、沈建伟等分别通过柱色谱法从马铃薯叶的提取物中分离提纯了茄尼醇，并以HPLC、RP-HPLC法测定了茄尼醇的含量，确定了茄尼醇的柱色谱优化条件。侯雨佳等利用HPLC研究了马铃薯叶中茄尼醇含量与生育期及品种的关系。吕萌等利用酶解方法提取马铃薯茎叶中油脂。罗爱花等用乙醇-乙酸法提取，利用HPLC法测定了不同马铃薯品种茎叶中的α-茄碱含量。

陆占国等采用顶空-固相微萃取(HS-SPME)、水蒸汽蒸馏法、超声波辅助-溶剂(乙醚)萃取法、微波辅助-溶剂萃取法等不同方法对成熟期前期、成熟期马铃薯茎叶的挥发性成分进行萃取，得到了以芳香族化合物和倍半萜为主要成分的马铃薯茎叶挥发精油，得率为0.5%(W/W)。并用气相-质谱法(GC-MS)对获得的精油进行了成分分析，检测出81种成分，以Halo法测定精油的抗菌活性。该挥发油对亚硝酸钠具有明显的清除作用，对致癌物质N-二甲基亚硝胺(NDMA)的生成具有明显的阻碍作用，对DPPH自由基具有显著的消除作用，对几种常见微生物具有明显的抑菌活性。可直接作为香料原料使用，也可以作为抗氧化剂以及致癌物质生成的阻碍剂。

2马铃薯茎叶中茄尼醇提取技术研究

国内外学者分别采用溶剂提取、皂化、结晶等步骤从马铃薯叶中提取茄尼醇，采用微波辅助萃取、超临界CO2萃取、反相超临界CO2萃取、溶剂与分子蒸馏技术组合提取、纤维素酶和脂肪酶双酶偶联的酶解技术从马铃薯茎叶废弃物中提取、纯化茄尼醇。

2.1溶剂法

王发森等用溶剂从马铃薯叶中得到马铃薯叶的提取物，经皂化得到非皂化物，然后用不同溶剂分相，经短的硅胶柱分离富集茄尼醇，最后用重结晶法进行纯化制备茄尼醇。夏士朋以马铃薯叶和废弃烟叶为原料，以6#溶剂油为提取剂，采用多级罐式提取工艺流程，提取液经浓缩回收溶剂得浸膏，即茄尼醇粗品，然后将粗品进行皂化反应，使用不同比例的甲醇-丙酮混合溶剂进行两次除杂精制，最后通过乙腈两次重结晶，得到90%以上高纯度的茄尼醇产品。扈建民使用溶剂从马铃薯叶中提取茄尼醇，包括溶剂反复提取、碱性物质溶液皂化、分离得茄尼醇粗品、粗品溶剂溶解、层析法纯化五个步骤。周长新〗介绍了一种从烟叶、马铃薯叶、桑叶及蚕砂中提取高纯度茄尼醇的方法，茄尼醇以低极性有机溶剂提取，适当浓缩后直接加一定浓度的醇碱皂化，经过冷却除去杂质再经分步冷冻结晶即可得到高纯度的茄尼醇。

2.2萃取法

祖元刚等选用马铃薯茎叶为原料，采用匀浆萃取、脂肪酶水解，对射流空化等技术对马铃薯茎叶中的茄尼醇进行高效提取，再通过对射流空化液液萃取、聚酰胺固相萃取、连续中压柱层析、重结晶等方法进一步纯化茄尼醇，制备出90%以上的茄尼醇精品。Asahina等报道了一种从马铃薯叶中提取茄尼醇的工艺，采用有机溶剂萃取马铃薯叶中的脂肪物质，再将萃取液中的有机溶剂蒸发，皂化脂肪物质，萃取分离皂化与非皂化物，对非皂化物进行分子蒸馏，在180～240℃下收集含茄尼醇部分，并采用分步结晶法对其进一步提炼制得茄尼醇。6 000 g干燥马铃薯叶片经上述操作后茄尼醇总收量为90g，得率为15%。

2.3微波法

Chen等进行了微波辅助提取马铃薯茎叶中茄尼醇的优化研究。陈桐等以干燥马铃薯叶为原料，经微波提取、动态皂化、硅胶柱色谱分离结合重结晶，可制得97.0%以上高纯度茄尼醇。并用高效液相色谱法和反相高效液相色谱法测定其含量。不同溶剂提取所得样品含量有差异，用乙醇提取马铃薯茎叶中的茄尼醇效果较好。张继等系统进行了高含量茄尼醇马铃薯品种的筛选，以乙酸乙酯和95 %乙醇为溶媒，利用绿色、节能、高效的微波辅助萃取技术提取并结合反相超临界CO2萃取技术纯化茄尼醇，采用动态皂化、大孔树脂柱色谱分离纯化与结晶、重结晶等工艺获得了纯度大于95%的高纯度茄尼醇，形成了可供产业化生产高纯度茄尼醇的成套技术资料。

2.4超微回流提取法

胡江涌采用超微回流提取方法提取马铃薯叶中的茄尼醇，用高速逆流色谱(HSCCC)对粗提物中的茄尼醇进行分离纯化。

2.5索氏提取法

马君义等分别以石油醚、乙醇、醋酸乙酯为为溶媒，采用索氏提取法提取、微波辅助萃取，通过正交试验优化了从马铃薯茎叶中提取茄尼醇的最佳料液比、提取时间、提取温度及微波功率。

3茄尼醇抗氧化、抑菌活性研究

陈保汉采用琼脂扩散法和两倍稀释法考察了茄尼醇对多种标准菌株和临床分离菌株的抗菌活性。茄尼醇对被测菌株中的大肠埃希氏菌(E. Coli)、铜绿假单胞菌(P.Aeruginosa)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、草分枝杆菌(Mycobacterium phlei)具有显著的抗菌活性，而对枯草杆菌(Bacillus subtilis)和环状芽孢杆菌(Bacillus circulans Jordan)活性较弱。

张继等进行了茄尼醇的抗衰老、抗氧化以及免疫组化实验研究，药理研究以小白鼠为实验动物，通过建立动物模型，灌服茄尼醇，进行了相关生理指标的测定分析。在茄尼醇的体外抗氧化实验研究中，主要考察了清除超氧阴离子、清除羟自由基和抑制脂质过氧化作用的检测；在茄尼醇对D-半乳糖致衰老小鼠的的抗衰老实验研究中，主要通过诱饵迷宫测定小白鼠的行为能力以及肝脏、大脑和血清中的超氧化物歧化酶(SOD)，丙二醛(MDA)，一氧化氮(NO)等指标考察其抗衰老作用；免疫组织化学的研究方面，主要进行了小白鼠大脑海马区的细胞凋亡基因Bax，Bcl-2以及C-fos表达的研究，以上研究结果表明茄尼醇具有较强的抗衰老、抗氧化能力，该研究扩大了茄尼醇的应用范围。

4结语

目前，我国虽然是世界上马铃薯种植生产大国，但马铃薯综合利用水平却远远落后于发达国家。由于缺乏综合利用意识及技术水平的限制，大量副产物被遗弃或仅是在很低水平上的回收利用，造成资源浪费。

马铃薯茎叶中含有丰富的有用物质，具有开发利用价值。马铃薯茎叶提取茄尼醇研究已经成为一个研究热点，国内外都展开了大量的研究，但在研究的深度和广度上我国和发达国家还有很大差距，具体表现在研究成果，特别是市场上相关产品还很少，许多制备技术还在实验或者中试阶段，实现工业化生产还需要进一步研究。

随着我国马铃薯产业化发展的速度和规模提升，马铃薯茎叶利用问题必将得到我国马铃薯科学研究者的高度重视。将马铃薯茎叶进行有效的回收处理，并通过提取茄尼醇等深加工技术，不仅可以变废弃物为有用资源，还可以带来可观的经济效益，同地解决环境污染问题，具有显著的经济和社会效益，研究及应用前景十分广阔。对马铃薯茎叶进行低成本、环境友好的高效生物转化，是今后马铃薯资源化利用的主要方向。

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The Research Progress on the Solanesol Extraction Technique from Potato Stems and Leaves

TONG Dan, HAN Li-ming

(DingxiCampus,GansuUniversityofTraditionalChineseMedicine/DingxiTeachersCollege,DingxiGansu743000)

Abstract:Extracting solanesol from potato stems and leaves is an effective way of resourceful utilization. Domestic and overseas scholars used the methods of solvent extraction, saponification and crystallization ect. to extract the solanesol. They also used microwave-assisted extraction, supercritical CO2 extraction, reversed supercritical CO2 extraction, combination of solvent and molecular distillation extraction and the link-coupled enzymolysis of cellulose and lipase to extract and purify solanesol from the castoff of potato stems and leaves. They both made some research of anti-aging, antioxidation, bacteriostatic activity and immunohistochemistry about the solanesol. The main ways, domestic and overseas research status, the related techniques and scientific and technological achievements of solanesol extraction from potato stems and leaves were summarized in this paper, so as to provide reference for concerned studies.

Key words:potato stems and leaves; resourceful utilization; solanesol; manufacturing techniques; scientific and technological achievements

[收稿日期]2015-09-17

[基金项目]甘肃省高等学校研究生导师项目(121901)。

[作者简介]童丹(1975-)，女，甘肃会宁人，硕士，讲师，研究方向为分析化学及马铃薯质量检测。

[中图分类号]S 859.79

[文献标识码]A

[文章编号]1004-6704(2016)01-0036-04