综述：皂苷提取技术、功能特性及工业应用的研究进展

这篇综述系统梳理了皂苷（Saponins）在提取技术、功能特性和工业应用领域的最新进展。文章详细对比了传统提取方法（浸渍、索氏提取）与绿色技术（UAE、MAE、SFE、DES）的优劣，阐述了皂苷的分子异质性（三萜/甾体皂苷）及其在食品乳化剂、药物递送（Adjuvant）、抗炎（NF-κB通路）和抗癌（PI3K/Akt/mTOR通路）等领域的应用潜力，为开发可持续生物活性化合物提供了重要参考。

　　

引言

皂苷（Saponins）是一类具有"皂样"特性的两亲性糖苷化合物，其名称源自拉丁语"sapo"（肥皂）。这类化合物广泛分布于植物界（如豆科、薯蓣科）和海洋生物（如海参、海绵）中，结构上可分为三萜皂苷（30碳骨架）和甾体皂苷（27碳骨架）。独特的"亲水糖基+疏水苷元"结构使其兼具表面活性和生物活性，近年来在食品、医药和环保领域展现出巨大潜力。

分子异质性与生物合成

皂苷的生物合成依赖于甲羟戊酸（MVA）和甲基赤藓糖醇磷酸（MEP）两条代谢途径，最终通过糖基转移酶（UGTs）修饰形成活性分子。三萜皂苷（如齐墩果烷型）主要存在于双子叶植物，而甾体皂苷（如螺甾烷型）则富集于单子叶植物。海洋皂苷（如海参皂苷）常带有硫酸酯基团，表现出特殊的抗凝血和抗肿瘤活性。

提取技术革新

传统提取方法（浸渍、回流提取）因效率低、溶剂消耗大，正被绿色技术取代：

• 超声辅助提取（UAE）：利用空化效应破坏细胞壁，使苜蓿皂苷得率提升60%，时间缩短至30分钟
• 深共熔溶剂（DES）：胆碱乳酸体系对三七皂苷的提取效率比乙醇高27%，且溶剂可循环5次
• 超临界CO₂萃取：50℃/30MPa条件下茶皂苷提取率达89.21%，保留热敏性成分
• 发酵辅助提取：用栓菌NSJ105发酵人参可使皂苷产量提升至2.365 mg/mL

功能特性与机制

皂苷的生物活性与其结构密切相关：

• 抗炎：通过抑制NF-κB和iNOS，如黄芪皂苷降低IL-6、TNF-α水平
• 抗肿瘤：诱导铁死亡（Ferroptosis）和自噬，三七皂苷能抑制肝癌细胞迁移
• 代谢调节：阿克替皂苷D（100 mg/kg）通过AMPK通路改善胰岛素抵抗
• 免疫增强：人参皂苷Rg6提升疫苗效价，与铝佐剂协同增强抗体反应

工业应用突破

1. 食品工业：

   • 茶皂素-玉米蛋白复合物制备的Pickering乳液可替代动物脂肪，使牛肉汉堡脂肪含量降低22%
   • 皂树皂苷（Quillaja）的临界胶束浓度（CMC=0.15 g/L）优于吐温80，适用于饮料泡沫稳定

2. 医药领域：

   • 皂苷纳米载体（如双5-HT修饰纳米粒）通过调节丙氨酸代谢缓解过敏性鼻炎
   • 3D打印支架负载皂苷促进血管内皮化，减少颈动脉支架术后炎症

3. 环境修复：

   • 甜菜皂苷提取物对石油污染土壤的修复效率达90.4%
   • 茶皂素泡沫对放射性表面污染物的去污率超91%

安全与挑战

尽管FAO/WHO规定皂树皂苷安全摄入量（ADI）为0.1 mg/kg/天，但部分皂苷（如甘草酸）高剂量可能引起高血压。未来研究需关注：

• 结构-活性关系的AI预测模型构建
• 口服生物利用度提升技术（如纳米包裹）
• 性别差异毒性机制（雌性大鼠对藜麦皂苷更敏感）

结论

从传统肥皂替代品到多功能生物活性剂，皂苷正经历从经验利用到精准应用的转变。随着绿色提取技术的成熟和作用机制的阐明，这类"绿色黄金"在可持续农业、精准医疗和生态修复领域将开辟更广阔的应用前景。