美拉德反应研究现状及对中药炮制和制剂工艺研究方法的影响_pdf

美拉德反应研究现状及对中药炮制和制剂工艺研究方法的影响周逸群1,2,5，贺福元1,2,3,5*，杨岩涛1,3,5，石继连1,2,5，邓凯文4，唐宇2,5，刘文龙1,2,51.湖南中医药大学药学院，湖南长沙2.中药药性与药效国家中医药管理局重点实验室，湖南长沙3.湖南中医药大学现代中药制剂制备技术与评价实验室，湖南长沙4.湖南中医药大学第一附属医院，湖南长沙5.湖南中医药大学中药超分子与数理特征化实验室，湖南长沙410208410208410208410208410007摘要：美拉德反应主要是羰基和氨基化合物之间发生的非酶促反应，也称为羰氨反应，广泛存在于食品加工中。“药食同源”的中药在加工炮制与制剂过程中，存在比食品加工更复杂的美拉德反应，攸关中药炮制与制剂产品的质量，会改变中药炮制及制剂成品的色泽、药味，会产生具有药理活性的新成分，是中药制剂呈“黑精”的重要原因，将对中药炮制与制剂质量产生重要影响，应对目前中药炮制与制剂的研究方法进行补充完善。从美拉德反应机制、历程、影响因素与生理作用等方面进行综述，根据“药食同源”论探讨中药炮制与制剂过程的美拉德反应及工艺研究方法。关键词：美拉德反应；中药炮制；中药药剂；超分子化合物；药食同源；黑精；药味中图分类号：R283.3文献标志码：A文章编号：0253-2670(2014)01-0125-06DOI:10.7501/j.issn.0253-2670.2014.01.024ResearchsituationofMaillardreactionanditsinfluenceonresearchmethodsforprocessingandpreparationprocessofChinesemateriamedicaZHOUYi-qun1,2,5,HEFu-yuan1,2,3,5*,YANGYan-tao1,3,5,SHIJi-lian1,2,5,DENGKai-wen4,TANGYu2,5,LIUWeng-long1,2,51.CollegeofPharmacy,HunanUniversityofChineseMedicine,Changsha410208,China2.PropertyandPharmacodaynamicKeyLaboratoryofTCM,StateAdministrationofTraditionalChineseMedicine,Changsha410208,China3.PharmaceuticalPreparationTechnologyandEvaluationLaboratoryofTCM,HunanUniversityofChineseMedicine,Changsha410208,China4.TheFirstAffinityHospital,HunanUniversityofChineseMedicine,Changsha410007,China5.SupramolecularMechanismandMathematic-PhysicsCharacterizationLaboratoryforChineseMateriaMedicine,Changsha410208,ChinaKeywords:Maillardreaction;processingofChinesemateriamedica;pharmaceuticsofChinesemateriamedica;supramoleculecompounds;medicinalandedible;mlanoidin;ingredientsinprescription中药来源于自然界，多以动植物的药用部位入药，均有食物的天然属性，俗称“药食同源”。由多个中药依中医基本理论遣方用药组成的中药复方从化学物质的存在形式上也具有“药食同源”性。中药需经炮制和制备成制剂方可临证治病救人，因此，要阐明中药复方配伍与作用机制，首先就要解决中收稿日期：2013-08-03基金项目：国家自然科学基金资助项目（81073142，81173558，81270055）；国家博士点基金项目（20124323110002）；湖南省自然基金重点资助项目（11JJ2055）；湖南省教育厅“十二五”药学重点学科资助作者简介：周逸群（1990—），女，湖南中医药大学2011级硕士研究生，主要从事中药制剂与炮制新技术的研究。Tel:[phone]E-mail:[e-mail]*通信作者贺福元（1965—），男，教授，博士生导师。Tel:(0731)538137213787213681E-mail:[e-mail]·126·中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第45卷第1期2014年1月药复方在炮制和制剂过程中的基本化学变化规律：是原成分的动态迁移为主还是化学反应为主？或两者兼有？这是保证中药制剂临床疗效稳定的最基本条件。众所周知，食品在加工过程中，还原糖类与蛋白质会产生美拉德反应（Maillardreaction），对食品的色泽、香味与营养产生重大影响，那与食品同源的药也会产生类似的反应，同时还有还原性的药物成分介入，因此可以预期中药在炮制加工与制剂过程中，定会产生比食品加工更为复杂的美拉德反应，将对中药复方制剂质量产生重大影响。基于此，本文对美拉德反应研究、在食品行业应用及生理活性研究的基本情况进行综述，然后预测中药炮制与制剂过程中可能存在的美拉德反应，并对中药炮制与制剂中美拉德反应的研究提出思路。1美拉德反应及研究现状生物——薛夫碱，再经过Amadori重排反应后，生成1-氨基-1-脱氧-2-酮糖，该反应是可逆的，在25℃时可自发进行[3]。（2）中间阶段：1-氨基-1-脱氧-2-酮糖可以通过3条路径进行反应[4]。①当pH≤7时，利于1,2-烯醇化。若参与反应的是戊糖，则Amadori重排反应的产物主要发生1,2-烯醇化而形成糠醛（furfural）；若参与反应的是己糖，则生成羟甲基糠醛（hydromethylfurfural，HMF），这一过程可看成糖类脱去3分子水生成糠醛衍生物，其中含氨基化合物先加成后脱除，相当于起催化剂的作用；②当pH＞7且温度较低时，利于2,3-烯醇化。1-氨基-1-脱氧-2-酮糖较易发生2,3-烯醇化而形成还原酮类（reductones），如乙酰基烯二醇。还原酮较不稳定，既有较强的还原作用，也可异构成脱氢还原酮1912年，法国化学家Maillard发现甘氨酸和葡（dehydroreductones），如1-甲基-2,3-二羰基化合物，萄糖混合加热的时候形成褐色物质，1953年Hodge等[1]把这个反应正式命名为美拉德反应，又称为非酶褐变（non-enzimicbrowning）。在日常生活中，美拉德反应随处可见。煮奶茶的香味、加热咖啡的芳香、烘焙糕点的诱人色泽和芳香，甚至于传统美食北京烤鸭的特殊风味等都来自这种反应。由此想到中药炮制与制剂过程中所产的“药香与黑精”，这一现象与美拉德反应不无关系，而美拉德反应产物又具有一定的生理活性，甚至毒性，因此研究中药炮制与制剂过程的美拉德反应对指导正确建立中药炮制、制剂及药理研究方法是不可或缺的重要内容。下面就从该反应的化学机制、历程、影响因素及生理活性方面的研究进行综述。这一过程含氨基化合物也起催化作用，帮助糖类脱去2分子水生成邻二羰基衍生物。③当pH＞7且温度较高时，利于裂解。1-氨基-1-脱氧-2-酮糖较易裂解产生很多高活性的中间体，如1-羟基-2-丙酮、丙酮醛、二乙酰基等。这些中间体还可继续参与反应，如脱氢还原酮易使氨基酸发生脱羧、脱氨反应形成醛类和α-氨基酮类，即Strecker降解反应。（3）终期阶段：包括环化、降解、重排、异构和进一步缩合等一系列反应，过程复杂，机制尚不清楚。主要是中间阶段的产物与胺类发生醛基-氨基等反应，最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质，统称为类黑素（mlanoidin）。1.2美拉德反应的影响因素1.1美拉德反应机制、历程与产物影响美拉德反应的因素很多，主要有糖类和氨基酸的结构，还有温度、反应时间、pH值、水分、高压、辐照等，前者主要影响美拉德反应产物的类型，后者通常是反应的动力学影响因素。1.1.1反应机制美拉德反应主要是氨基化合物（可来源于动植物中的有机胺、氨基酸、蛋白质等，还包括中药中的生物碱）和羰基化合物（如还原糖、脂质以及由此而来的含醛、酮、多酚、抗坏血酸、类固醇等，还包括中药中蒽酮、黄酮、环烯醚萜、挥发油及甾酮类）之间发生的非酶促反应，也称为羰氨反应[2]。1.2.1底物在美拉德反应中，参与反应的主要是还原糖和氨基酸，可以是双糖、戊糖和己糖。可用的双糖有乳糖和蔗糖；戊糖有木糖、核糖和阿拉伯糖；己糖有葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖等。据报道，五碳糖褐变速度是六碳糖的10倍，还原性单糖中五碳糖褐变速度排序为核糖＞阿拉伯糖＞木糖，六碳糖排序为半乳糖＞甘露糖＞葡萄糖。不同的糖与赖氨酸反应的活性次序为木糖＞半乳糖＞葡萄糖＞果糖＞蔗糖[4]。氨基酸的种类和浓度对美拉德反应的产物类型也有很重要的影响，不同种类的1.1.2反应历程Maillard在1912—1917年对美拉德反应做了卓有成效的研究，而后Hodge等将这个反应历程归纳成反应线路图，可概括为3个阶段。（1）开始阶段：含氨基化合物中的亲核性氮原子对含羰基碳化合物的羰基进攻，加成得到1个羟基胺（N-葡萄糖基胺），经脱水得到不稳定的亚胺衍中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第45卷第1期2014年1月·127·氨基酸在美拉德反应中可产生不同的风味物质，这一特点对食品工业意义重大，同样对中药炮制与制剂产品的质量影响很大。Mg2+比Ca2+抑制作用强，K+对美拉德反应影响较小。1.2.7辐照的影响以X、γ射线辐射灭菌是食品药品加工过程常用手段。近来研究表明，辐照也可引起美拉德反应[12]，但与加热条件下的反应有所1.2.2温度和时间一般在20～25℃条件下即可发生美拉德反应，其受温度的影响很大。温度越高，褐变速度越快。温度每提高10℃，反应速度大约增加3～5倍。如100℃反应2h得到的甘氨酸和葡萄糖的色度，在56℃条件下需要250h[5]。温度不仅影响反应的速度，而且影响反应物的浓度和它们之间的相互作用。Chen等[6]研究发现，温度为45℃时，葡萄糖反应的速度比半乳糖要快，产生的褐色物质要多，但是在60℃时，两者的情况相反。不同。原本在加热条件下不产生褐色色素的非还原糖、蔗糖在辐照条件下形成了褐色物质。此外，在热反应中，糖类影响反应速度的顺序是戊醛糖＞庚醛糖＞己酮糖＞双糖；而在辐照时，糖类影响反应速度的顺序为蔗糖＞果糖、阿拉伯糖、木糖＞葡萄糖。其原因可能是因为辐照释放出来的能量使糖苷键断裂，从而释放出羰基，进一步与氨基化合物发生反应。1.2.3反应体系中的pH值pH值可影响美拉德反2美拉德反应在食品行业中的应用美拉德反应是基于食品加工过程所发现的化学反应，目前也主要用于食品加工的色泽、香味与营养研究，医药行业研究较少，但有地黄炮制机制方面的研究报道。通过以下对食品色泽、香味与营养的影响分析，可推测该反应对中药炮制与制剂过程的影响。应的许多途径，因此对反应的速度有重要的影响。美拉德反应一般随着pH值的升高而加剧，对大多数美拉德反应来说，仅限于pH3～10。而pH值偏酸性时则会抑制美拉德反应的发生，偏碱性时会加速美拉德反应[7]。此外，反应体系的pH值对美拉德反应的产物类型也有着至关重要的影响。因为羰基和氨基随着体系氢离子浓度的变化会发生不同程度的离子化，而这些基团的离子化是非常关键的。羰-氨缩合具有依赖性，是非酶褐变的限速步骤。在酸性环境中，羰-氨的亲核加成比较困难，所以含氮物质的种类和产量都很低，但是易于发生糖的异构和脱水，产生糠醛类物质[8]。2.1对食品色泽的研究美拉德反应是食品色泽的重要来源之一。根据反应底物和加热时间及加热温度