天然产物绿原酸、槲皮素、白藜芦醇、单宁酸等提取及合成

1，绿原酸
（1）结构式：
![](/media/202403/2024-03-29_205504_727637.png)
CAS：327-97-9
绿原酸是金银花的主要抗菌、抗病毒有效药理成分之一。半水合物为针状结晶（水）。110 ℃变为无水化合物，熔点208℃。25℃水中溶解度为4%，热水中溶解度更大。可溶于甲醇、乙醇，微溶于水、醚、乙酸乙酯，在氯仿、苯中溶解度较差。
（2）制备方式：
（a）天然提取法：
水提法、有机溶剂浸提法、酶解法、超临界流体萃取法、微波辅助法、超声波辅助法等多种方法从含有绿原酸的植物中提取；
（b）化学合成法：
![](/media/202403/2024-03-29_205454_354350.png)
（3）来源：杜仲科植物杜仲Eucommia ulmoides Oliv. 的叶，忍冬科植物忍冬、红腺忍冬、山银花或毛花柱忍冬Lonicera dasytyla Rehd.的干燥花蕾或带初开的花，蔷薇科植物英国山楂的果实，千屈菜科植物千屈菜花，无患子科植物坡柳，水龙骨科植物欧亚水龙骨根茎，马鞭草科植物假败酱根，十字花科植物卷心菜茎、叶，蓼科植物扁蓄全草，茜草科植物篷子菜全草，忍冬科植物蒴翟全草。旋花科植物红薯的叶。茜草科植物小果咖啡、中果咖啡及大果咖啡的种子。菊科植物牛蒡的叶和根。
（4）应用：绿原酸具有广泛的生物活性，现代科学对绿原酸生物活性的研究已深入到食品、保健、医药和日用化工等多个领域。绿原酸是一种重要的生物活性物质，具有抗菌、抗病毒、增高白血球、保肝利胆、抗肿瘤、降血压、降血脂、清除自由基和兴奋中枢神经系统等作用。
# 2，槲皮素
（1）槲皮素结构：
![](/media/202403/2024-03-29_205432_815646.png)
CAS：117-39-5
黄色针状结晶, 槲皮素属黄酮类化合物，多以甙的形式存在，经酸水解可得到槲皮素。 二水合物为黄色针状结晶（稀乙醇），在95-97°C成为无水物，熔点314°C（分解）。能溶于冷乙醇（1:290），易溶于热乙醇（1:23），可溶于甲醇、乙酸乙酯、冰醋酸、吡啶、丙酮等，不溶于水、苯、乙醚、氯仿、石油醚等，碱性水溶液呈黄色，几乎不溶于水，乙醇溶液味很苦。
（2）制备方法：
（a）天然提取法：
以芦丁、槐米为原料的酸水解法，芦丁加入10%的硫酸，水解制得槲皮素。或者芦丁加入甲醇溶液，在浓盐酸作用下，水解制备，经反复结晶获得较高纯度的槲皮素。
（b）微生物发酵法：

![](/media/202403/2024-03-29_205423_520094.png)
以苦荞为原料制备槲皮素，利用特异活性的青霉菌作为发酵工程菌种进行发酵工艺构建。制备过程如下图：
（c）生物合成法：

![](/media/202403/2024-03-29_205413_258862.png)
以苯丙氨酸作为初始前体，在酵母中添加植物外源基因，即来自杨树的 PAL，来 自 大 豆的 C4H、4CL、 CHS、 CHI、 F3H、 F3'H 和来自马铃薯的FLS，实现槲皮素的生物合成，产量为0.38 mg/L。
Ververidis F. Metabolic engineering of the complete pathway leading to heterologous biosynthesis of various flavonoids and stilbenoids in Saccharomyces cerevisiae[J]. Metab. Eng., 2009, 11 (6): 355-366.
在生产对香豆酸的大肠杆菌中添加6种植物来源的生物合成酶（即 F3'5'H-CPR，4CL, CHS, CHI, FHT, FLS）实现了槲皮素的生物合成
Yan Y, Koffas M A G, Leonard E. Functional expression of a P450 flavonoid hydroxylase for the biosynthesis of plant-specific hydroxylated flavonols in Escherichia coli[J]. Metab. Eng., 2006, 8(2): 172-181
在链霉菌中，使用来自荚膜红细菌的酪氨酸氨裂合酶 （TAL） 进行异源生物合成，将 L-Tyr直接转化为对香豆酸，同时引入荷兰芹来源的柚皮素3-双加氧酶（N3DOX）合成二氢山柰酚，最后通过来自拟南芥的F3'H和FLS1首次在链霉菌中实现了槲皮素的全合成，产量为0.599 mg/L
Marín L, Gutiérrez-del-Río I, Entrialgo-Cadierno R, et al. De novo biosynthesis of myricetin, kaempferol and quercetin in Streptomyces albus and Streptomyces coelicolor[J]. PLoS One, 2018, 13(11): e0207278
在谷氨酸棒状杆菌中，以咖啡酸作为前体，分别表达来自荷兰芹的 4CL，矮牵牛的 CHS、CHI和F3H以及来自非洲黑杨的FLS实现槲皮素的生物合成， 浓度达到10 mg/L。
Kallscheuer N, Vogt M, Bott M, et al. Functional expression of plant-derived O-methyltransferase, flavanone 3-hydroxylase, and flavonol synthase in Corynebacterium glutamicum for production of pterostilbene, kaempferol, and quercetin[J]. J. Biotechnol., 2017, 258: 190-196
在工程酵母中将拟南芥来源的C4H和细胞色素P450还原酶 (ATR2) 配 合 使用，并过表达来自长春花的CPR和矮牵牛的细胞色素P450黄酮类单加氧酶(FMO)的融合蛋白 CPR-FMO，可以提高类黄酮的生产代谢能力，使得槲皮素的产量达到20.38 mg/L。
Rodriguez A, Strucko T, Stahlhut S G, et al. Metabolic engineering of yeast for fermentative production of flavonoids[J]. Bioresource Technology, 2017, 245: 1645-1654.
3、来源：
存在于许多植物的花、叶、果实中，多以甙的形式存在，如芦丁（芸香甙），槲皮甙，金丝桃甙等植物中含量较高。槲皮素是一种生物活性黄酮醇，主要存在于洋葱、苹果、 浆果和西兰花等经常食用的植物性食物中。许多中草药如槐米、侧柏叶、高良姜、款冬花、桑寄生、三七、银杏等均含此成分，其中槲皮素在槐花米中含量高达4%左右。存在于壳斗科植物伊比利亚栎Quercus iberica 皮和叶，小檗科植物红八角莲，金丝桃科植物红旱莲（湖南连翘），夹竹桃科植物红麻叶。
4、应用：
槲皮素具有较好的祛痰、止咳、平喘作用，用于治疗慢性支气管炎；具有抗氧化及清除氧自由基功能，具有保护心血管、预防冠心病、防治心肌缺血再灌注损伤、降胆固醇、降血脂、扩张冠状动脉、抗衰老、抗血栓等作用；此外槲皮素还具有消炎、抗过敏、镇定、抗菌、抗病毒、抗纤维化、免疫调节、抗肿瘤、预防癌症等作用。
# 3，白藜芦醇
（1）物化性质
结构式：

![](/media/202403/2024-03-29_205329_074837.png)

CAS:501-36-0
白藜芦醇无味、白色晶体，难溶于水，易溶于乙醇，丙酮等有机溶剂。熔点253-255℃。分子量228.24 ，紫外吸收波长：286nm（顺式），304nm（反式）。稳定性较差，遇三氯化铁-铁氰化钾溶液呈蓝色，遇氨水等碱性溶液显红色。白藜芦醇对光不稳定。
（2）制备方法：
（a）天然提取法：
白藜芦醇广泛存在自然界中，虽然在众多植物中均有，但白藜芦醇的含量不超过0.3%，植物提取法难以形成产业化，生产能力较小。
（b）生物合成法：
酶法1：通过 4-香豆酰辅酶 A 连接酶(4CL)和芪合酶(STS) 合成白藜芦醇；

![](/media/202403/2024-03-29_205316_159860.png)
2003年，Backer 等第一次报道了把来源于杂交杨树的连接酶编码基因(4CL216)和葡萄白藜芦醇合酶基因(vst1)共表达在酿酒酵母中，该酵母具有代谢对香豆酸的能力，通过培养后检测得到 1.5 μg/L 的白藜芦醇。
Jvw B, Go A, Mg V D M M, et al. Metabolic engineering of Saccharomyces cerevisiae for the synthesis of the wine-related antioxidant resveratrol. FEMS Yeast Research, 2003, 4(1): 79-85.
2006年，Watts等在大肠杆菌中共表达含有拟南芥 4CL1基因的重组载体和含有花生 STS 基因的重组载体，在培养基中添加对香豆酸前体，白藜芦醇产量为 104.5 mg/L。
Watts K T, Lee P C, Schmidt-Dannert C. Biosynthesis of plant-specific stilbene polyketides in metabolically engineered Escherichia coli. BMC Biotechnology, 2006，6(22): 1-12.
酶法2:

![](/media/202403/2024-03-29_205258_306729.png)
张春枝等从虎杖中提取的虎杖苷，加入来源于 Aspergillus oryzae sp. 100 的 β-葡萄糖苷酶粗酶液(5 U/mL)，60 ℃反应4 h后白藜芦醇的浓度为22.5 g/L。
Chen M, Li D, Gao Z Q, et al. Enzymatic transformation of polydatin to resveratrol by piceid-beta-d-glucosidase from Aspergillus oryzae. Bioprocess and Biosystems Engineering, 2014, 37(7): 1411-1416.
（c）化学合成法：
Witting法：

![](/media/202403/2024-03-29_205242_814390.png)
以３,５-二羟基甲苯作为起始原料，经羟基保护、溴化制得Witting盐，与４-甲基硅氧基苯甲醛反应，再脱保护得到白藜芦醇。
Witting-Homor法：

![](/media/202403/2024-03-29_205232_733778.png)
Perkin法：

![](/media/202403/2024-03-29_205220_454449.png)
以3,5-二异丙氧基苯甲醛为起始原料，经缩合，异构化，脱保护合成了白藜芦醇。
Heck法：

![](/media/202403/2024-03-29_205209_348749.png)
以二羟基苯甲酸为起始原料，经过乙酰化、氯代，Heck反应，脱保护制备得到白藜芦醇。
（3）来源
白藜芦醇是多酚类化合物，主要来源于花生、葡萄(红葡萄酒)、虎杖、桑椹等植物，在大多数植物中均存在，但含量较低。
（4）应用
白藜芦醇主要是属于多酚类物质中的一类，它通常是作为一种植物抗毒素而存在，其本身具有强效的抑菌作用，在抗氧化延缓细胞衰老方面有着显著的效果，同时还具有抗肿瘤、抗炎、抗过敏、抗心血管疾病、保护神经系统等药理活性可以应用于医药行业，对于人类疾病治疗的研宄具有很高的价值。

# 4，单宁酸
![](/media/202403/2024-03-29_205100_896583.png)
（1）结构与性质：
丹宁酸；鞣酸；没食子鞣酸；CAS：1401-55-4
单宁酸不是单一的化合物，化学组成比较复杂，大致分为两种：缩合单宁酸，通过碳-碳键与儿茶酚或苯三酚结合；水解单宁酸，分子中具有酯键，是葡萄糖的没食子酸酯。单宁酸是由五倍子中得到的一种鞣质。为黄色或淡棕色轻质无晶性粉末或鳞片；无臭，微有特殊气味，味极涩。溶于水（250 g/L）及乙醇，易溶于甘油，几乎不溶于乙醚、氯仿或苯。其水溶液与铁盐溶液相遇变蓝黑色，加亚硫酸钠可延缓变色。
（2）制备方法
主要为天然提取法，从五倍子中进行有机溶剂乙醚抽提，浸出液用重亚硫酸钠漂白，回收乙醚，即成医药用单宁。
（3）来源
单宁存在于多种树木（如橡树和漆树）的树皮的果实中，含量达50%~70%。其化学组分随原料来源而异。
（4）应用
单宁酸可用作食品抗氧化剂，用作水基钻井液的降黏剂、降滤失剂、能改善滤饼质量，可用于医药、墨水、印染、皮革和冶金等工业以及水处理中，也可以用作低度酒、果酒的澄清剂，皮革鞣制剂。

# 5，没食子酸
（1）结构：
![](/media/202403/2024-03-29_205035_501928.png)
CAS：149-91-7
没食子酸为白色或浅褐色针状结晶或粉末（由无水甲醇和氯仿中结晶），溶解性为1g溶于87ml水、3ml沸水、6ml乙醇、100ml乙醚、10ml甘油及5ml丙酮。几乎不溶于苯、氯仿及石油醚。
（2）制备方法
（a）化学法：
酸水解法主要为单宁水解制备得到没食子酸，分为一步法与两步法。区别在于是否浸提单宁这一步。
碱水解法是原料浸提液即单宁水溶液在碱性条件下水解， 然后用酸中和酸化即生成没食子酸。
（b）生物法：
发酵法是利用微生物在含单宁水溶液中进行发酵， 以单宁中的葡萄糖作碳源， 供微生物生长繁殖。微生物经诱导产生的生物酶， 对单宁产生催化水解作用。存在的主要问题：生物酶的形成和单宁的水解在同一反应容器中进行， 过程条件难以达到最佳状态， 致使反应周期增长，单宁水解不完全，残留单宁达15%-20%。
酶法主要为乙酰基水解酶，即单宁酶，属于孢外诱导的酰基水解酶，能高效、专一、定向裂解单宁分子中的酯键、缩酚键和糖苷键，使之生成没食子酸。在适当条件下，多种霉菌与诱导物单宁作用，都能生成单宁酶。一般采用的菌株为黑曲霉。
（3）应用：
没食子酸具有抗炎、抗突变、抗氧化、抗自由基等多种生物学活性； 同时没食子酸具有抗肿瘤作用，可以抑制肥大细胞瘤的转移，从而延长生存期，也是相对适宜的杀锥虫候选药物，对肝脏具有保护作用。
# 6，没食子酸丙酯
（1）结构：
![](/media/202403/2024-03-29_205009_553522.png)
CAS：121-79-9
没食子酸丙酯为白色至浅褐色结晶粉末，或微乳白色针状结晶。无臭，微有苦味，水溶液无味。高温下升华，溶于乙醇、丙醇、乙醚、氯仿，微溶于水。与铜、铁离子发生作用产生紫色或暗绿色。没食子酸丙酯比较稳定，遇铜、铁等金属离子发生呈色反应，变为紫色或暗绿色，有吸湿性，对光不稳定，耐高温性差。
（2）制备方法
（a）化学法：
主要通过没食子酸与丙醇发生酯化反应制备。将正丙醇与没食子酸在硫酸催化下，加热到120℃进行酯化，然后用碳酸钠中和，去除溶剂，用活性炭脱色，最后用蒸馏水或乙醇水溶液进行重结晶，可制得成品。
（b）生物法：
酶法主要通过单宁直接与丙醇发生酯交换反应生产没食子酸丙酯与葡萄糖，主要为改造后的单宁酶。
（3）应用：
没食子酸丙酯作为抗氧化剂，可用于食用油脂，油炸食品，干鱼制品，油炸食品，方便面，速煮米、果仁罐头、腌腊肉制品。没食子酸丙酯作为脂溶性抗氧化剂，适宜在植物油脂中使用。如对稳定豆油、棉籽油、棕榈油、不饱和脂肪及氢化植物油有显著效果。没食子酸丙酯与增效剂结合使用时其抗氧化作用会更佳，并且于丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯混合使用效果也是比单独使用要好。