甜菜碱的提取纯化及活性研究进展

姜枚辰，张得钧

(青海大学生态环境工程学院，青海 西宁 810016)

甜菜碱首先发现于欧洲，主要存在于甜菜糖的糖蜜中，故而称之为甜菜碱(betaine)。甜菜碱是具有 R-(CH3)2N+CH2COO-结构化合物的总称，又称三甲胺乙内酯或甜菜素，是一种季胺型水溶性生物碱，在自然界中广泛存在，因最初从甜菜中提取而得名[1]。甜菜碱味甜，常温下为白色结晶，结晶呈鳞状或棱状，易吸潮，极易溶于水，易溶于甲醇，溶于乙醇，难溶于乙醚，非常耐热、耐酸和耐碱，加热至310 ℃左右分解，具有高度生物兼容性。近年来，有许多关于甜菜碱的研究报告，为阐明相关研究方向，本文综述了甜菜碱的制备方法和生理活性，具有新颖性，信息性和方向性。

1 甜菜碱的提取纯化

甜菜碱的制备方法有两种：一种是从植物中提取；另一种是通过化学合成得到[2]。目前天然甜菜碱大部分来自甜菜制糖废液，其中的甜菜碱含量可达3%，糖蜜中可达8%[3]。

研究发现，甜菜制糖废液在搅拌的情况下加入过量氯化钙，趁热过滤，在滤液中加入一定的盐酸后，再经结晶、分离、干燥，即得纯度为98%的甜菜碱[4]。该法耗时较长，酸碱用量大，但操作简单，有一定的工业化价值。

孙杨静[5]通过对苏青树脂的预处理得到Ca2+、K+、Na+型3种苏青树脂，并对甜菜蜜糖进行了分离。结果显示Ca2+型树脂的分离效果最好，可以很好地将甜菜碱与蜜糖中的其他组分分离，得到较高纯度的甜菜碱。在这个过程中，未添加酸或碱，对环境更加友好，但分离过程中需进行多次纯度测定，给工业化生产带来一定难度。我国早在70年代便从废蜜中以离子交换树脂法成功提取甜菜碱[6]。刘新亚等[7]对该法进行了改进，将稀释过的制糖废液流经阳离子交换树脂充分对其成分进行吸附，再用稀氨水进行洗脱，洗脱液再流经阴离子交换树脂后，对流出液进行浓缩、结晶、过滤制得甜菜碱。上述过程中，酸或碱的反复使用产生了更多的废液，但由于其方法成熟，操作简单，成本低，有利于工业化，逐渐成为获取甜菜碱的首选方法。

2 甜菜碱的测定方法

甜菜碱的测定方法很多，常用方法有非水滴定法、化学法、比色法、重量法等，近几年随科技发展高效液相等方法也被广泛使用于甜菜碱的测定中。

非水滴定即在非水溶剂中进行的滴定分析方法[8]。盐酸甜菜碱在冰醋酸溶剂中与醋酸汞作用，形成甜菜碱醋酸盐。齐永秀等[9]采用非水滴定法以结晶紫为指示剂，以出现蓝绿色为终点，用标准高氯酸溶液进行滴定对盐酸甜菜碱进行了测定，通过公式计算可以得出甜菜碱的含量。该法操作简便，重现性好，对仪器要求低。

吴燕等[10]使用比色法对甜菜碱进行了检测，该法需先用酸性雷氏盐预处理样品，用乙醚淋洗沉淀、丙酮溶解，于525 nm处测定吸光度值。该方法线性关系良好，能快速准确的测定甜菜碱含量，对仪器要求较低，有较好的推广意义。

薄层色谱法是最简单的色谱技术之一[11]。谭亮等[12]以雷氏盐对供试液进行预处理，以丙酮-无水乙醇-甲酸为展开剂，碘化铋钾试液为显色剂，530 nm为检测波长，625 nm为参比波长。结果显示斑点清晰，方法简便准确，重复性好，适用于测定甜菜碱的含量。

在一定pH值溶液中，甜菜碱可以和四苯硼钠定量生成白色沉淀，该反应为定量反应，通过称量沉淀的质量即可计算出样品中甜菜碱的含量。胡彩虹等[13]使用该法对饲料中甜菜碱的含量进行了测定，认为该法具有较好的回收率和重现性。

甜菜碱是一种生物碱，可以使用高效液相色谱仪进行检测，但由于甜菜碱结构简单，属末端吸收，可采用SCX阳离子交换柱进行检测，检测条件为柱温40 ℃，流速1.0 mL·min-1，流动相为磷酸二氢钾溶液，流速1.0 mL·min-1，检测波长191 nm，进样量20 μL[14]；也可采用NH2柱进行检测，检测条件为乙腈-水(85∶15)，柱温30 ℃，检测波长200 nm，流速1.0 mL·min-1，进样量20 μL[15]。结果显示，在对供试样品进行预处理后这两种检测方式均呈现出良好的重现性和准确性，方法简单、快速、准确，值得推广和应用。

除以上介绍之外，也可采用高效液相色谱法串联质谱法[16]，HPLC-ELSD法对甜菜碱进行测定[17]。

3 甜菜碱药理活性

甜菜碱是重要的人类营养物质，能被迅速吸收并用作渗透剂和甲基源，有助于维持肝脏、心脏和肾脏的健康[18-19]，甜菜碱具有的优良药理活性，吸引了众多研究人员的注意。

3.1 对心血管系统的作用 作为甲基供体和抗氧化剂甜菜碱在左旋多巴诱导的高同型半胱氨酸血症和大鼠肾脏中的氧化应激中起作用，高半胱氨酸甲基化形成甲硫氨酸的替代途径是由甜菜碱高半胱氨酸甲基转移酶催化的，这种酶在甲硫氨酸过量时报告其活性增加，由膳食胆碱衍生的甜菜碱是此反应中的甲基供体，补充性口服甜菜碱可降低血浆同型半胱氨酸浓度[20]。长期服用甜菜碱可以有效抑制健康男性和女性中血浆同型半胱氨酸的含量，从而有效降低血浆浓度，保护并改善心血管系统[21]。

3.2 对肝脏和胃肠道的作用 甜菜碱可以降低血浆内毒素的水平,对内质网应激反应起到一定的拮抗作用,还可以调节肝脏中的巨噬细胞的极化状态，对肝脏起到保护的作用[22]。甜菜碱可以防治非酒精性肝损伤，其机制可能是降低高同型半胱氨酸血症,改善肝组织脂质过氧化。研究发现甜菜碱可以改善非酒精性肝炎患者的血清转氨酶水平并使患者组织学水平得到明显改善，这使得甜菜碱可能成为治疗非酒精脂肪肝性肝炎的新药[23]。

甜菜碱能起到保护稳定肠道功能的作用。甜菜碱能够增加十二指肠上皮淋巴细胞数量并增强吞噬细胞功能[24]。除了增加白细胞的数目外,巨噬细胞增强单核白细胞趋化性和NO的释放或许可以解释感染球虫时添加甜菜碱能够降低肠道损伤的现象，还能提高长吻鱼危鱼肠道和肝胰脏中的蛋白酶活性，促进肠道生长和改善肠道功能[25]。

3.3 渗透调节作用 甜菜碱具有良好的渗透压调节作用，在脊椎动物体内甜菜碱可以被巨噬细胞和肾脏细胞大量吸收来抵抗外界渗透压的改变[26]，不仅如此，甜菜碱还可以保护微生物免受到外界的渗透压激变影响。研究表明甜菜碱可以弥补肾脏细胞电解质和尿素紊乱造成的渗透压失衡，可以有效抵抗肝脏中因胆酸盐引起的细胞凋亡[27]。甜菜碱可以能减弱高渗胁迫，有效缩短迟滞期，提高耐盐能力，可以有效保护细菌，提高微生物的活性，对微生物发酵等方面具有重要的意义[28]。

3.4 抗肿瘤作用 甜菜碱可以促进HepG2细胞基因组范围DNA甲基化的表达，并对人肝癌细胞HepG2的生长起到了抑制的作用，阻滞细胞进入G2/M期进而诱导细胞凋亡[29-30]。研究发现甜菜碱可以对实验性S180小鼠的肿瘤细胞的生长产生抑制作用，并且这种抑制呈现出一定的量效关系，研究人员发现对小鼠进行甜菜碱给药时血清乳酸脱氢酶、醛缩酶的活力明显下降，同时S180荷瘤小鼠的糖代谢过程受到了抑制，这可能是甜菜碱潜在的抗肿瘤作用的机制之一[31]。

3.5 个人护理方面的应用 目前甜菜碱作为两性表面活性剂被大量用于洗涤剂及化妆品中，且使用量逐年增长[32]。甜菜碱具有优良的钙皂分散能力，可以增强织物的渗水性和透水性，提高肥皂对金属离子耐受力，进而增加肥皂的清洁能力[33]。不仅如此研究表明甜菜碱还具有优良的发泡能力，耐油耐盐能力良好，具有优良的发展前景。

甜菜碱相比于其他表面活性剂而言有着优良的抗钙镁离子能力，且刺激性较低，使其在化妆品方面有着巨大的优势，近年来许多国际知名品牌化妆品中都添加有甜菜碱成分[34]。甜菜碱可以降低硅油对表面活性剂发泡能力的影响，且由于甜菜碱属于两性化合物，能够与多种氨基酸类物质形成特殊的亲和力和吸附性，从而对皮肤有着良好的保护作用；不仅如此，甜菜碱还具有优良的保湿活性，研究表明甜菜碱具有可以在短期内加强皮肤的屏障作用，降低皮肤表层水分散失的功能[35]。甜菜碱的优良性状，在个人护理市场上必然将有广阔的前景

4 展望

甜菜碱作为优良的甲基供体和渗透调节剂，对人体的健康具有重要的意义。越来越多的研究发现，甜菜碱在防治肝病，心血管等方面具有很大的开发潜力，这为甜菜碱用于临床治疗、提高生物利用率提供了一定的理论依据。但目前的研究还存在一定的问题，比如：工业提纯甜菜蜜糖废液成本远远高于合成甜菜碱的成本，合成甜菜碱与天然甜菜碱药理活性方面的区别尚不明确。期待随着研究的深入，甜菜碱的应用能够得到更广阔的空间。

甜菜碱一些药理活性的相关机制尚不明确，应该进一步从分子水平对甜菜碱的药理作用进行研究。现天然甜菜碱的主要来源是甜菜制糖废液，天然甜菜碱对生物机体的影响仍需要详细研究。