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天山雪莲(Saussurea involucrata)收载于《中华人民共和国药典》(2010年版一部),是一种濒危珍稀药用植物,其药理作用有抗炎镇痛、抗衰老及抑制癌细胞增生等。科研工作者们一直将雪莲植物保护及活性成分的筛选视为研究热点,但对雪莲植物资源的质量评价及活性成分的分离制备研究较少;现存提取工艺产率低、能耗高、缺乏完善的提取过程动力学研究;随着野生雪莲资源的日渐萎缩,种植雪莲能否替代野生品种,对其资源质量评价、成分分析及生物活性等尚缺乏系统研究,这些问题都严重阻碍了雪莲植物资源的合理开发及可持续发展。本文以野生和种植的天山雪莲为对象,借助中药指纹图谱、超声提取、大孔树脂及高速逆流分离等技术,系统研究了雪莲植物资源的质量评价方法、生物活性成分的提取与分离工艺,旨在为雪莲资源的综合利用奠定理论基础。本文主要研究内容包括:
(1)雪莲质量评价体系的建立与指标性成分含量测定
以天山雪莲为研究对象,收集了22个不同产地样品。采用高效液相色谱法对雪莲中的绿原酸、黄酮类等成分进行HPLC指纹图谱分析,获取了反映雪莲化学成分的色谱峰数据。选择推荐品雪莲建立HPLC指纹图谱的共有模式,计算样品与共有模式的相似度,根据相似度结果对雪莲的质量进行评价。收集不同生长期的种植雪莲苗,根据建立的指标性成分含量测定方法,评价雪莲种植过程中次生代谢产物的积累状况并指导雪莲的采收。
(2)超声提取雪莲黄酮过程动力学与提取工艺优化
以雪莲黄酮为目标成分,以Fick定律为基础建立植物有效成分超声提取动力学模型,从实验和模型角度对超声强化雪莲植物资源提取的传质动力学进行了研究。
以绿原酸、紫丁香苷和芦丁3种雪莲中的代表性化合物的提取率为指标,采用响应面分析法对野生雪莲的超声强化乙醇提取工艺进行了系统的研究,并建立了提取效果预测模型。通过方差检验分析,证明了该模型具有较好的精确度、拟合度和响应性,通过实验验证预测值与实验值相差较小,可以用来对实验结果进行预测。
考察了乙醇提取后的雪莲残渣超声提取多糖的工艺条件,采用响应面设计方法对多糖提取的过程进行了优化,并建立了多糖提取的预测模型。
(3)从种植雪莲中提取、纯化雪莲总黄酮的研究
雪莲中黄酮类化合物的最佳提取工艺为:物料粉碎为60目,乙醇浓度为60%,提取温度25℃,超声功率为900W,液固比25.5:1,提取时间为33min。验证实验提取率平均值为52.95mg/g,与预测值基本吻合,说明该模型具有较好的可预测性。实验筛选了X-5大孔吸附树脂进行纯化,黄酮初始浓度为0.55mg/mL上柱,依次用30%的乙醇2Bv(Bedvolume)、80%的乙醇溶液5BV以2mL/min的流速进行洗脱,收集的洗脱液跟踪检测后合并。富集的黄酮含量达81.5%,黄酮回收率为83.6%。
(4)高速逆流色谱法分离纯化雪莲中的活性化合物
采用乙酸乙酯:正丁醇:水=3:2:5溶剂体系,从种植雪莲中分离得到3种化合物,分别为紫丁香苷(Syringin)、芦丁(Rutin)、高车前素(Hispidulin),HPLC峰面积归一法计算其纯度分别为95.73%、97.56%、93.28%。在野生雪莲的逆流色谱分离中,采用正己烷:乙酸乙酯:甲醇:水=2:3:0.5:4、正己烷:乙酸乙酯:甲醇:水=1:6:1.5:7.5与正丁醇:乙酸乙酯:水=1.5:3.5:5等溶剂体系,分离得到6个化合物(异槲皮素、紫丁香苷、芦丁、槲皮素、高车前素和一未鉴定化合物)。
(5)雪莲多糖的分离纯化与结构研究
经超声水提、乙醇沉淀、脱蛋白、脱色、透析得到雪莲水溶性多糖粗品CPS和WPS,用DEAE-cellulose柱进行柱层析分离,依次用0~1.0mol/L的NaCl溶液各200mL洗脱,收集主要洗脱峰,得CPS1-2、CPS2-3和WPS2-2、WPS3-4、WPS4-2等5种纯化多糖。并对多糖的分子量、单糖组成及红外光谱特征等进行了研究。
(6)雪莲成分抗氧化活性研究
对野生雪莲和种植雪莲中的黄酮、多糖等10种不同成分进行了体外抗氧化活性测定。雪莲黄酮和雪莲多糖的体外抗氧化实验结果表明,对·OH、DPPH、·O2-清除作用明显,且具有较好的还原力,且随着质量浓度的升高而升高。