虫草素

1.前言
蛹虫草为我国传统药用大型真菌，其药用活性成分主要为虫草素。

其作为冬虫夏草的替代品之一，虫草素含量较冬虫夏草高约3到6倍。

据研究，虫草素有着重要的药用功效和生化用途，因为具有较大的开发利用前景。

虫草素的分子式为C10H13O3N5，分子量为251.24，且能溶于水及热乙醇、甲醇，不溶于苯、乙醚、氯仿。

目前虫草素纯品在国际市场上的价格约为1500美元/g，其经济效益非常可观，故其提取、分离、纯化的方法很值得研究。

2 人工蛹虫草及虫草素介绍
2.1人工蛹虫草
蛹虫草是一种具有滋补作用的中药和营养品，其所含的虫草素、虫草多糖具有独特的药理及保健作用。

蛹虫草人工栽培成功以来药理和毒理等方面的研究得到了广泛的进展。

研究表明人工蛹虫草和冬虫夏草有着极相似的作用，无毒副作用。

近年来，随着人们对人工蛹虫草的滋补保健功效和多种药用价值的认识，其开发利用研究倍受关注，并在药理、有效成分等方面取得了很大的进展。

2.2虫草素
虫草素具有抗病毒、抑菌、明显抑制肿瘤生长，与环磷酰胺有明显的协同作用，并有降血糖的作用。

虫草素的分子式为C10H13O3N5，分子量为251.24，且能溶于水及热乙醇、甲醇，不溶于苯、乙醚、氯仿，紫外光的最大吸收波长为259nm。

2.3 虫草素的结构
Cuningham[1]等首次从蛹虫草中分离出虫草素，采用紫外光谱特征进行鉴定，确定最大吸收波长。

同时，用其半宽度、波峰与波谷的比值确定为核苷类化合物。

Frederiksen[2]等从蛹虫草培养基中分离出虫草素采用红外光谱进行了分析确定。

陈顺志[3]等也才用了紫外和红外光谱对从蛹虫草固体培养基分离出的新化合物进行了结构鉴定，结果与虫草素的文献报道一致。

同时，还应用了超导核磁共振法进行了分析，进一步确定其为虫草素结构如下：
O N N
N N NH 2
H H OH H
H
CH 2H
HO
3 虫草素的提取技术
3.1 水提法
钟艳梅[4]等以人工蛹虫草固体培养残基为原料，采用索氏提取法提取：准确称取处理好的样品各10g ，共4分，分别加入水、75%乙醇、95%乙醇、和无水乙醇做提取剂，在沸水浴中抽提8小时，收集提取液，除杂、浓缩，离子交换柱分离，收集洗脱液，分别用红紫酸胺反应定性定量鉴定虫草素的含量。

发现虫草素得率分别为：0.0122%、0.0078%、0.0053%和0.0052%。

车振明[5]对人工蛹虫草子实体及培养基中虫草素进行提取、纯化及纯度鉴定。

结果，经过对蛹虫草子实体及培养基的粉碎、石油醚脱脂、80-85℃水浴12小时、调节等电点沉淀、732-NH 4离子交换树脂的分离、浓缩、4℃下低温结晶，可得到一定纯度的虫草素晶体。

3.2 超临界萃取法
超临界流体萃取技术是近年来迅速发展被人们所认知，而称之为“绿色分离”的一种新型分离技术。

CO 2作为最常用的超临界流体，具有操作温度低、分离效率高，无毒、无溶剂残留、无二次污染等优点，较之于传统提取方法，超临界CO 2萃取克服了前者提取时间长、温度高、系统开放等缺点，可同时萃取出较多的极性组分，非常适合于生物资源有效成分的提取分离。

陈顺志[6]以食用真菌虫草或北虫草人工培养后的发酵物为原料，采用超临界技术萃取有效成分，同时结合常规方法除去杂质、浓缩、结晶获得虫草素，并对虫草素的紫外与红外光谱特征与标准品进行了验证，表明所提取结晶纯度大于98%。

3.3 酶法提取
在中药提取过程中，溶剂需要克服来自细胞壁及细胞间质的传质阻力。

选用合适的酶对中药材进行预处理，能分解构成细胞壁的纤维素、半纤维素、及果胶，
从而破坏细胞壁的结构，产生局部的坍塌、溶解、疏松，减少溶剂提取时来自细胞壁和细胞间质的阻力，加快有效成分溶出细胞的速率，提高提取效率，缩短提取时间。

而且反应条件温和，产物不易变性，降低成本，环保节能。

谢红旗[7]研究UPLC测定虫草素的方法及酶法提取蛹虫草中虫草素的工艺条件。

对酶种类、酶用量、酶解温度、酶解时间、酶解pH值进行考察，确定最佳提取工艺。

结果，中性蛋白酶提取蛹虫草中虫草素的最佳工艺为：酶用量1.5%，酶解温度50℃，酶解pH值5.5，酶解时间60min。

该工艺条件下，虫草素提取得率为0.732%，与未加酶的热水浸提相比，虫草素提取得率增加6.2倍。

3.4 超声法提取
超声法提取虫草素的原理是超声波在液体中产生冲击波和射流破坏细胞和细胞膜结构，从而有助于虫草素的释放与溶出，同时超声波的热效应时水温基本保持恒定，对原料有水浴作用。

因此，超声法大大缩短了提取时间，提高了虫草素的提取率和原料的利用。

黄子琪[8]就超破碎法用于蛹虫草菌丝体中虫草素提取时应采取的工艺条件进行研究。

采用单因素分析和正交设计实验分别研究各因素对虫草素提取得率的影响。

当以提取溶剂为水：乙醇（1:1，v/v）、pH=7.0、功率600W、提取时间35min 的条件进行提取时，虫草素的提取得率最高。

3.5 微波提取法
微波提取技术是利用频率为300-300,000MHz的电磁波辐射提取，在交频磁场、电场作用下，提取物内的极性分子取向随电场方向改变而变化，从而导致分子旋转、振动或摆动，加剧反应物分子运动及相线间的碰撞频繁率，使分子在极短时间内达到活化状态，比传统加热更均匀、高效。

周英彪[9]以蛹虫草固体培养残基为原料，正交试验确定微波加热提取虫草素的最佳工艺。

结果，微波提取虫草素的最佳条件是微波强度P50，固液比1:20，提取时间2min，提取次数2次，微波提取液经2次制备型高效液相色谱分离纯化后虫草素纯度达到95.2%。

夏敏[10]对蛹虫草固体培养物中的虫草素进行微波提取，用HPLC法测定提取液中的虫草素含量，通过正交试验，确定了微波提取虫草素的最佳条件为：提取液用量10ml，固液比1:20，中火处理3min，样品中虫草素的测定值达12.16mg/g。

4 虫草素的纯化技术
Cunningham[11]等首先报道了从被冬虫夏草培养液中分离虫草素。

他们以培养液滤液经Dowex-I-CL-1离子交换树脂柱和活性炭柱层析，得到虫草素单体。

韦会平[9]等采用连续逆流提取、732阳离子交换树脂柱层析和结晶三步从蛹虫草大米培养基中提取虫草素，对每一步的工艺参数进行了系统优化，得到虫草
素产品的纯度达98.0%以上。

钟运俊[12]等以虫草素的吸附与解析特性为指标，筛选不同树脂；采用结晶法成功的获得虫草素晶体并对其纯度进行鉴定。

结果发现，D001大孔强酸离子交换树脂吸附量、吸附率最高，直接洗脱后纯度可以达到80%左右，适合虫草素的纯化；重复结晶得到虫草素晶体纯度达到98%以上。

He Ni[13]等利用一种新型柱层析的方法从蛹虫草液体培养基中提取和纯化虫草素，该方法提取率高，纯化效果好，虫草素纯度达到98%，且所耗溶剂量最小，可以用来定量分析从液体培养基中提取的虫草素含量。

根据文献，柱层析法是现在应用最广的虫草素纯化方法。

该法工艺流程比较简单，所得虫草素的纯度高，有较高的工业应用价值，其缺点在于提取率较低，因此，筛选吸附能力较强及吸附量较多的树脂是这种方法能否得到应用的关键。

5 虫草素的研究展望
由于虫草素具有明显的药理活性，已有不少以虫草素为主的保健品、保健食品、化妆品、药品投放市场，并引起国内外专家的重视。

据报道，在美国已将虫草素作为抗癌、抗病毒新药进入临床使用。

然而由于其成分复杂，有效成分低，大大影响了该药的临床疗效以及市场的进一步扩大。

因此，提取和纯化虫草素已成为相关机构争相研究的重要方向。

随着研究的深入虫草素的商业价值更是不可估量。

6 选题依据及意义
蛹虫草是一种名贵的中药和高级滋补品，性味甘平，益肺肾，补精髓，止血化痰，具有重要的药用价值。

为了满足社会需求，近年来，对人工蛹虫草的培养研究及其提取产物的研究与开发得到重视。

着眼于充分利用资源，本课题以人工蛹虫草子实体作为研究对象，探讨从中提取虫草素的工艺条件。

根据虫草素的分子量和化学性质，研究分离和纯化的影响因素，为从人工蛹虫草子实体中分离、提纯虫草素的工业化生产提供理论依据及实验基础。

目前，随着生活节奏的加快和思想观念的转变，人们越来越注重自身保健，人工蛹虫草的主要有效成分虫草素在医药市场前景良好。

同时随着人工培养蛹虫草产业规模的不断扩大，企业对于如何将培养过程中的产物变废为宝、提高投入与产出的比例的需求越来越迫切，因此该研究课题具有良好的市场基础和开发前景，其产业化必然会带来良好的社会效益、经济效益和环境效益。