黄酮类化合物(flavonoids)是一类具有2-苯基色原酮(2-phenyl-chromones)结构的植物次级代谢产物，在植物界广泛存在。其在植物体内通常与糖类结合形成配基形式的苷类，少部分以游离态的苷元形式存在。黄酮类化合物不仅在植物的生长发育中起着重要作用，而且还具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗氧化自由基、抗炎镇痛、抗癌、抗衰老、抗心脑血管疾病、抗辐射、保肝和治疗骨质疏松等药理活性^[1]。因此，黄酮类化合物的研究一直是国内外生物类和医药类研究的热门课题。

1 黄酮类化合物的结构类型和理化性质 1.1 黄酮类化合物的结构类型

黄酮类化合物最早是指包括黄酮同分异构体及其氢化还原产物在内的一系列以2-苯基色原酮为母核结构的化合物，目前泛指由中央三碳联结两个具有酚羟基苯环的一系列化合物。该类化合物以C6-C3-C6结构为基础，根据三碳键(C3) 的氧化程度和构象的差别分为以下几类：黄酮、黄酮醇、黄烷酮(二氢黄酮) 、黄烷酮醇(二氢黄酮醇) 、异黄酮、异黄烷酮(二氢异黄酮) 、查耳酮、二氢查耳酮、黄烷、黄烷醇及其他黄酮类等^[2]。

1.2 黄酮类化合物的理化性质

室温下，黄酮类化合物多为固体结晶，少部分为粉末状固体。部分含有手性碳结构的化合物具有旋光性，如黄烷酮、黄烷酮醇、黄烷和黄烷醇等。多数黄酮类化合物因其内部构象存在交叉共轭体系，因而在自然光下具有颜色，如黄酮、黄酮醇及其苷类多为淡黄色或黄色，异黄酮为淡黄色，查耳酮为黄色或橙黄色等。

黄酮苷元一般与水的亲和性较差，易溶于甲醇、乙醇、乙醚和乙酸乙酯等有机溶剂或稀碱液。而黄酮苷一般与水、甲醇、乙醇和乙酸乙酯等溶剂的亲和性较好，在乙醚、三氯甲烷、苯等有机溶剂中较难溶解。因化合物分子中存在弱酸性的酚羟基，故可溶于稀碱液中。分子结构中含有3-羟基、5-羟基或邻二羟基的黄酮类化合物可与乙酸镁、乙酸铅、二氯氧化锆或三氯化铝等试剂发生络合反应。

2 黄酮类化合物的药理学活性 2.1 抗菌、抗病毒活性

黄酮类化合物具有广谱的抗菌、抗病毒功效。研究发现，黄酮类化合物对皮肤癣菌、念珠菌、曲霉菌、肝炎病毒、疱疹病毒、HIV、柯萨奇病毒、流感病毒、呼吸道合胞病毒、腺病毒、冠状病毒、登革热病毒和脊髓灰质炎病毒等都有较好的抑制活性。其作用机制主要是通过抑制细菌DNA旋转酶，改变细胞质膜的选择透过性，影响细菌代谢，降低病毒聚合酶活性，阻碍病毒核酸转录，抑制病毒衣壳蛋白的结合等发挥抗菌、抗病毒功效。2015年吴梅姐等^[3]通过体外抗菌实验发现，大米草总黄酮对铜绿假单胞菌有良好的抗菌活性。

2.2 抗癌、抗肿瘤活性

黄酮类化合物抗癌、抗肿瘤的作用机制是通过激活肿瘤细胞坏死因子，诱导肿瘤细胞凋亡，抑制致癌因子的活性，影响癌细胞中信号传递，干扰癌细胞周期，促进抗癌基因的表达等发挥作用^[4]。2015年李辉敏等^[5]通过刺头复叶耳蕨总黄酮体外抗肿瘤活性实验发现，刺头复叶耳蕨中的总黄酮可使肝癌细胞Hep G2凋亡。

2.3 抗氧化自由基活性

临床研究发现，许多疾病的产生都与机体内存在大量有害氧化自由基有关。黄酮类化合物作为一种天然的抗氧化剂，近年来被人们广泛研究。其抗氧化自由基的作用机制与酚类物质(BHT和BHA等)相似，都是与自由基结合，起到抗氧化作用。黄酮类化合物可与脂类物质反应，将氢转移给脂类物质自由基后自身形成稳定的酚基自由基，从而抑制氧化反应的继续进行^[6]。2015年蒙萍等^[7]通过对大苞雪莲总黄酮体外抗氧化活性实验发现，其总黄酮能够有效地清除ABTS⁺、DPPH^·、^·OH、NO和O^2－·等自由基，具有较强的体外抗氧化活性。2015年卢化等^[8]研究发现，银木总黄酮对DPPH^·、^·OH和O^2－·自由基具有较强的清除活性。

2.4 抗心脑血管疾病活性

黄酮类化合物抗心脑血管疾病的疗效已得到世界公认，其抗病机制主要是通过有效抑制心脑血管中血小板的聚集、降低血清胆固醇含量、改善心脑血管供血、保护中枢神经系统等作用来实现的^[9]。2015年耿玮峥等^[10]对天山花楸(Sorbus tianschanica L.)叶总黄酮的药理实验表明，天山花楸叶总黄酮可明显改善离体心脏心肌缺血症状，对心肌细胞组织有良好的保护作用，可明显降低实验体血清中的NO含量。

2.5 抗骨质疏松活性

骨质疏松症是一个备受关注的健康问题。研究发现，黄酮类化合物具有抗骨质疏松的活性，其作用机制是降低破骨细胞内Ca²⁺的浓度，提高成骨细胞Osterix基因的表达，促进其增殖、分化和矿化，影响细胞内信号转导，抑制破骨细胞分化，从而治疗骨质疏松^[11]。2015年李洋等^[12]用不同浓度骨碎补总黄酮干预体外培养的MLO-Y4细胞，实验结果表明，骨碎补总黄酮能明显促进MLO-Y4细胞的增殖和分化，并对该细胞的凋亡有抑制作用。

2.6 抗辐射活性

天然辐射防护剂一直是人们研究的热门课题。近年来研究发现，黄酮类化合物具有明显的抗辐射作用，其主要作用机制是保护对放射高敏感的造血组织和免疫系统，抑制脂质过氧化，清除机体内大量有害自由基，降低辐射对DNA分子的损伤等^[13]。2015年张晓娟等^[14]研究发现，阿曼托双黄酮(amentoflavone, AF)对小鼠骨髓细胞的辐射损伤有防护作用。

此外，黄酮类化合物还有保肝、降血压血脂、镇咳化痰、抗衰老、提高机体免疫力和解痉等作用。随着人们对黄酮类化合物的不断深入研究，更多新的药理活性也将被应用到生物医药领域中。

3 黄酮类化合物的分离提纯与鉴定 3.1 提取方法

3.1.1 溶剂提取法

溶剂提取法是黄酮类化合物的常用提取方法，包括水提取法、碱水提取法和有机溶剂提取法等。水提取法适用于亲水性黄酮类化合物的提取，如水溶性黄酮苷类。但该方法提取效率低，提取液中杂质较多，分离提纯较为困难，故不常用。大多数黄酮类化合物含有弱酸性酚羟基，易溶于碱性水溶液，因此在提取黄酮类化合物时可用碱水浸提，如NaOH水溶液和饱和石灰水等。

有机溶剂提取法是黄酮类化合物常用的提取方法。主要是利用相似相溶原理，根据化合物极性，选择合适的有机溶剂。例如，乙醚、氯仿和乙酸乙酯等可用于提取极性较小的黄酮类苷元，甲醇、乙醇和丙酮等可用于提取极性相对较大的黄酮类化合物。2015年王丽霞等^[15]对乙醇浸提蓖麻饼粕总黄酮工艺进行优化，在乙醇浓度为70%、最佳料液比为1∶25、温度为75℃的条件下，提取3h，总黄酮提取率达到2.50%。

3.1.2 超声辅助提取法

超声辅助提取法主要是利用超声波的破壁能力，其原理是利用超声波破坏植物细胞壁和细胞膜等结构，使细胞内物质溶出，通过震动加快溶质扩散，使有效成分快速溶解。具有能耗低、效率高和不破坏黄酮类化合物分子结构等优点，作为一种常用的辅助手段，被广泛应用。2015年孙琼等^[16]采用超声辅助提取杏鲍菇中的黄酮类化合物，实验结果显示，在料液比为1∶40的条件下，用浓度为80%的乙醇，在温度为80℃，超声时间为100min时，黄酮类化合物提取率达到2.92%。

3.1.3 超临界流体萃取法

超临界流体萃取法是利用超临界流体的密度与其溶剂化能力的关系进行的，该方法的基本原理是通过改变温度和压力，影响超临界流体对黄酮类化合物的溶解度，实现萃取能力。在超临界状态下，通过降温、增压，使物料中黄酮类化合物溶于超临界流体，分离后，通过升温降压的方式改变超临界流体的密度，使有效成分析出，若有效成分不止一种，还可采用逐级升温降压的方式，使有效成分分步析出。此方法具有安全、高效、无污染等优点。2015年李晨晨等^[17]通过比较超临界CO₂流体萃取和乙醇浸提两种方法对粗蜂胶中黄酮成分的提取率，发现超临界萃取所得产物率明显高于乙醇一次浸提的产物率。

3.1.4 酶解法

酶解法也称为酶辅助法，常与溶剂提取法联用。酶解法的基本原理是利用酶破坏细胞壁，使细胞质溶出，分解蛋白质、淀粉和果胶等杂质，提高目标成分的提取率。此方法具有提取率高、目的性强、操作简便等优点，在黄酮类化合物的提取中被广泛应用。2015年李育峰等^[18]利用酶解法提取杏仁种皮中的黄酮类化合物，实验结果显示，在料液比为1∶40的条件下，用浓度为0.6%的果胶酶对底物酶解90min，再用浓度为80%的乙醇在50℃下提取30min，黄酮类化合物提取率达到24.5mg/g。

3.1.5 其他方法

除上述方法外，植物黄酮类化合物的提取方法还包括半仿生法、微波提取法、双水相萃取法等，在研究过程中，要根据植物中黄酮类化合物的种类及其在植株体内的结合方式，选择适当的提取方法，以达到最佳提取效果。此外，适当的方法配合使用，可改善植物中黄酮类化合物的提取率，如超声-酶法^[19]、微波-水浴法^[20]、双水相-超声耦合^[21]等。

3.2 纯化方法

3.2.1 柱层析法

柱层析法又称为柱色谱法，是利用样品在流动相和固定相中不同成分的分配系数不同来实现分离纯化的一种方法。该方法因其纯化效率高、操作简便、能耗低等优点，被广泛用于工业生产。柱层析法最常用的固定相吸附剂为聚酰胺树脂、硅胶和大孔树脂等，其中大孔树脂最为常用。大孔树脂为多孔结构，其表面具有可与黄酮类化合物中酚羟基结合的极性基团。2015年程灏旻等^[22]利用大孔树脂分离提纯血橙皮中的黄酮类化合物。实验结果显示，大孔树脂纯化能力优于聚酰胺树脂，经大孔树脂纯化的黄酮类化合物，其纯度可从6.00%提高到23.32%。

3.2.2 高速逆流色谱法

高速逆流色谱法是一种液相色谱分离方法，其流动相和固定相都为液体，即在螺旋管中使两种相对移动、互不相容的相充分混合，利用各组分在不同相中分配系数不同实现提纯目的。此方法具有操作简便、快速高效、制备量大、无不可逆吸附等优点，被广泛用于天然物质的分离纯化。2015年孙常磊等^[23]利用高速逆流色谱技术分离纯化灯盏细辛中的黄芩素、芹菜素、槲皮素和木犀草素，实验结果显示，经纯化后各组分纯度分别达到94.6%、97.5%、98.2%和92.5%。

3.2.3 膜分离法

膜分离法是一种利用薄膜的孔径大小不同来实现不同分子大小物质分离的方法，包括纳滤、微滤、超滤和反渗透等，其中最常用的膜分离法为超滤法。此方法具有操作简便、安全高效、低能耗等优点。2015年韩伟等^[24]利用超滤-纳滤技术分离提纯金毛狗脊中总黄酮，实验结果显示，经提纯后的总黄酮浓度提高了2.19倍，纳滤回收率达到68.29%，截留率达到53.92%。

此外，黄酮类化合物的纯化方法还有梯度pH萃取法、活性炭吸附法、金属络合剂沉淀法等^[25]。

3.3 鉴定方法

3.3.1 化学方法

化学方法鉴定黄酮类化合物的结构，一般是通过分子中部分官能团的显色反应、分子元素分析、理化性质测定和降解反应原理反推出原底物的分子结构。此方法操作复杂、不良反应多、分析耗时较长，而且很难准确推断出复杂分子的结构。该方法在化合物结构鉴定方面仅起到指导作用。

3.3.2 物理方法

波谱鉴定法是化合物分子结构鉴定的常用物理方法，包括质谱法(MS)、二维核磁共振法(2D-NMR)、核磁共振碳谱法(¹³C NMR)、核磁共振氢谱法(¹H NMR)、红外光谱法(IR)和紫外-可见光谱法(UV-VIS)等。利用核磁共振及光谱技术可在不破坏化合物结构的情况下，确定其分子构型。再结合化合物单晶的X射线衍射图谱(XRD图谱)确定化合物的空间结构^[26]。

4 生产工艺中存在的主要问题及解决方法

黄酮类化合物的开发和临床应用中，因其水溶性较低、副产物毒性较大、肌体吸收差等缺点，导致研发和制剂困难。针对上述缺点，目前国内外大多采用化学合成和生物转化两种方法对黄酮类化合物进行结构修饰。

4.1 化学合成法

化学合成法是目前最常用的化合物分子结构修饰方法，具有控制简便、反应路线清晰、修饰种类多、省时省力等优点，被广泛用于药物制剂中。2011年张骥等^[27]通过定量结构-活性关系(QSAR)模型，用化学合成法对木犀草素的C8和C5′位进行结构修饰，研究结果显示，在木犀草C8位连结-NHCH₃基团，C5′位连结-CH₂OH基团后，使其分子的最低空分子轨道能量增加，有效的提高了木犀草素的生物活性。

4.2 生物转化法

生物转化法主要是利用自然界天然存在的酶对黄酮类化合物进行结构修饰，改善其构效关系，提高其水溶性和生物利用率。生物转化法可以减少化学合成修饰构象复杂的天然黄酮类化合物，但存在的反应过程复杂、不良反应多、副产物毒性较大和产率低等缺点，近期成为人们研究的热点。生物转化法主要包括去糖基化、羟基化、糖苷化、甲基化和成环等方法。此外，随着基因工程和代谢组学的不断发展，人们将黄酮类化合物合成基因导入微生物，利用微生物代谢，合成所需黄酮类化合物，通过酶的修饰改变其构效关系，从而实现目标产物的批量生产^[28]。

5 展望

黄酮类化合物研究在80多年的发展历程中已经取得了丰硕的科研成果，大量黄酮类化合物药物制剂投入临床应用，说明这项技术在逐步走向成熟。探索新型黄酮类化合物、明确其抗病机制，通过结构修饰增强其生物活性和利用率，发展新型提取和分离提纯技术，采用多种方法明确其构效关系，优化黄酮类化合物生产工艺等，将是植物黄酮类化合物研究的未来发展方向。

虽然目前黄酮类化合物的研究还存在诸多问题，但随着新理论、新技术、新方法的不断完善，将会有更多新型黄酮类化合物应用到生物医药和食品卫生领域。在未来的发展中，植物黄酮类化合物的研究必定会在合成生物新药、推动医学发展等方面做出巨大贡献。