中藥皂苷的提取及其在化妝品中的研究進展

王德嫻，胡新月，翁學煌，宋麗雅*

（1.北京工商大學北京植物資源研究與開發重點實驗室，北京 100048； 2.福建省源容生物科技有限公司，福建 三明 365000）

皂苷，又稱皂素，是由皂苷元（基本結構為甾體或三萜類） 和糖、糖醛酸或無機酸形成的苷類化合物，多存在于單子葉植物和雙子葉植物中，如油豆科、薔薇科、葫蘆科、莧科、無患子科等，在一些海洋生物中也可被發現，如海參、海星等。皂苷具有抗炎、抗腫瘤、抗菌、抗病毒、護肝、降低血清膽固醇等作用，被廣泛應用于藥品和食品等產業中。中藥皂苷獨特的結構使其具有良好的起泡性與去污能力，在古代就被廣泛用于日常洗滌中，如常用的皂莢、無患子等。而在現代化妝品中，中藥皂苷也多用于潔面乳、洗發水、沐浴露等產品中。此外，化妝品中常用的中藥皂苷有人參皂苷、大豆皂苷、三七皂苷、積雪草皂苷、茶皂苷等，這些皂苷具有抗炎、美白、抗衰老等多種功效。目前中藥皂苷的功效并未得到完全開發，且中藥皂苷種類繁多、資源廣泛，但應用在化妝品中的種類較少，仍有許多具有良好功效的中藥皂苷尚未在化妝品中得到開發應用。本文綜述了中藥皂苷的性質、結構、提取方法，深入挖掘其抑菌、美白、抗衰老、抗炎等多種適用于化妝品的功效，以期為其在化妝品中的應用拓寬方向。

1 中藥皂苷概述

1.1 皂苷的性質及基本結構 中藥皂苷分子量較大，多為淺黃棕色或棕色無定形粉末，少數為結晶體。皂苷主要結構包括皂苷元和糖鏈，組成皂苷常見的糖有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖等，中草藥中存在的皂苷多由多分子糖或糖醛酸與皂苷元組成。許多中藥皂苷中含有多個糖基，極性大，易溶于水、含水稀醇、熱乙醇等，幾乎不溶或難溶于乙醚、丙酮等極性小的溶劑。

皂苷可根據皂苷元結構不同分為三萜皂苷和甾體皂苷，三萜皂苷主要有四環三萜和五環三萜類。三萜皂苷在植物中的占比較高，主要是由30 個碳原子組成的四環三萜或五環三萜化合物與糖鏈結合而成，其中四環三萜型皂苷主要有羊毛甾烷型、達瑪烷型、葫蘆烷型，五環三萜皂苷主要有齊墩果烷型、羽扇豆烷型。常見的有人參皂苷、三七皂苷、桔梗皂苷、大豆皂苷、甘草皂苷等。甾體皂苷是27 個碳原子組成的甾體化合物與糖鏈結合的皂苷，其基本的碳架結構有螺旋甾烷及其異構體異螺旋甾烷，常見的甾體皂苷有百合皂苷、薯蕷皂苷、麥冬皂苷等。

1.2 中藥皂苷的構效關系 中藥皂苷的結構對其生物活性影響較大，如皂苷元的類型、糖基數目、種類、連接位置等。研究表明，皂苷糖基數目減少會使其生物活性增強。Ju 等［1］發現當皂苷元上的糖基數目減少時，桔梗苷的生物活性提高。去糖基化桔梗苷的對脂氧合酶的抑制活性（抗炎活性）、2，2-二苯基-1-苦基肼（DPPH） 自由基的清除能力和酪氨酸酶抑制活性（美白效果） 均高于前體桔梗苷。然而，去糖基化可能會導致皂苷抗菌活性的降低，Saha 等［2］分離得到無患子三萜皂苷MI-I 和MI-Ⅲ，其抗真菌活性都隨著C-28 糖苷部分的去除而降低，進一步去除C-3 位的糖元部分導致活性完全喪失。C3-OH 基團的酯化作用導致抑菌活性的變化，?；溳^長的皂苷酯比鏈較短的皂苷酯具有更好的抗真菌活性。因此，可以通過對中藥皂苷的結構修飾使其活性增強以滿足應用需求。

2 提取方法

2.1 溶劑提取法 中藥皂苷的提取溶劑一般為水或有機溶劑，有機溶劑主要包括甲醇、乙醇等。楊務彬［3］通過單因素試驗及Box-Behnken 響應面法優化地膚子總皂苷的提取工藝，最佳條件為乙醇體積分數71%，提取時間33 min，液料比44 ∶1，此時總皂苷的得率為（7.69±0.28）%。水提法具有成本低、污染小等優點，但是皂苷的純度低，溶劑用量大且難以精制，有機溶劑比水提法的提取率高，但是容易造成污染。

近年來，離子液體被應用于天然產物的提取，離子液體是一種新型綠色溶劑，主要由有機陽離子和有機或無機陰離子組成［4］。胡獻躍等［5］采取響應面法優化超聲輔助提取續斷皂苷提取工藝，最佳條件為離子液體（ ［BMIM］BF4） 濃度0.905 6 mol/L，料液比1 ∶9.03，提取時間77.8 min，續斷皂苷Ⅵ提取率為99.68%。離子液體具有穩定性高、不易揮發，溶解性強，綠色環保等優點，但其在中藥皂苷提取中的應用較少，具有較好的應用前景。

2.2 輔助提取法 溶劑提取法具有設備簡單、操作方便，成本低等優點，但存在提取時間長，產品純度低，經濟效益不高等問題。一般在提取時采用輔助措施以提升中藥皂苷得率，如酶法、超聲輔助法、微波輔助法、超臨界流體等。

2.2.1 超聲輔助提取 超聲輔助提取利用超聲作用促進有效成分與溶劑之間的傳遞，同時保護有效成分的活性，提高有效成分的提取率。孫艷等［6］采用超聲波法對榛蘑總皂苷提取工藝進行優化，最佳條件為乙醇體積分數85%、料液比1 ∶ 27、提取時間13 min，榛蘑總皂苷得率達到22.91%。陳美玲等［7］采用普通回流和超聲輔助的方法提取酸棗仁中的棗仁皂苷A，結果表明超聲提取法的提取量比普通回流提取法高14.25%，可以極大地提高皂苷得率。超聲輔助提取具有簡便、提取率高、綠色環保的優點，但此方法提取成本較高，超聲有效作用范圍小，不適用于工業化生產。

2.2.2 微波輔助提取 微波技術被廣泛應用于天然活性成分的提取，在工業化應用上也極具潛力。微波加熱使植物細胞內的極性物質產生大量熱量，導致細胞內和細胞壁水分流失出現空隙便于溶劑進入細胞內溶解并釋放有效成分。楊潔等［8］采用單因素試驗結合響應面法對藜麥皮總皂苷微波輔助提取工藝進行優化，最佳條件為乙醇體積分數68%，微波功率455 W，料液比1 ∶32，微波時間10 min，提取次數2 次，該條件下藜麥皮總皂苷得率為26.329 mg/g。微波提取投資少、適用范圍廣、溶劑用量少，可被用于皂苷提取以提高得率，是極具潛力的皂苷提取方法。

2.2.3 酶法輔助提取 酶法輔助提取也是提高天然產物活性成分得率的常用方法，主要用到纖維素酶、果膠酶、蛋白酶等。酶作用于植物原料使得細胞壁內的蛋白、果膠等被去除，使得目標物得到純化。幾種酶復合使用通常比單種酶的作用效果更好，所以在植物提取過程中通常使用復合酶制劑。余美瓊等［9］利用纖維素酶和果膠酶復合制劑輔助提取無患子皂苷，通過單因素及四因素三水平正交實驗，確定最佳條件為果膠酶-纖維素酶（3 ∶1），酶解時間120 min，酶解溫度50 ℃，pH 值4.0，在該條件下無患子總皂苷的提取率可達19.44%。酶法輔助提取具有操作時間短、成本低、作用條件溫和等優點。

2.2.4 其他 除了以上提到的方法，還有其他方法可被應用于中藥皂苷的提取，如超臨界流體提取法、加壓提取法等，超臨界流體萃取技術是一種新型分離技術，即利用處于溫度高于臨界溫度、壓力高于臨界壓力的熱力學狀態的流體作為萃取劑，從液體或固體中萃取出特定成分。CO2是常用的萃取劑，但其具有非極性和相對分子質量低的特點，因此，提取皂苷時必須向CO2中添加大量極性改性劑。

表1 總結了中藥皂苷常用的提取方法，每種方法各有優缺點，在提取過程中往往可以采取多種方法聯用以提升皂苷得率［3，6，8-13］。劉金璐等［14］采用回流提取法、微波提取法、酶解提取法、微波協同酶提取法、微波協同表面活性劑提取法對刺玫果總皂苷進行提取，結果發現較優的提取方法為微波協同酶提取法，其最佳條件為料液比1 ∶36，酶解時間2 h，酶解溫度70 ℃，乙醇體積分數55%，微波時間8 min，微波溫度60 ℃，微波功率600 W，刺玫果總皂苷提取量達到31.47 mg/g。

表1 中藥皂苷提取方法比較

3 中藥皂苷適用于化妝品的功效

3.1 乳化清潔 皂苷苷元具有親脂性，而糖鏈具有親水性，所以皂苷類物質是天然的表面活性劑，具有良好的起泡性，去污能力強，這一特性使得皂苷可應用于洗護產品中。臨界膠束濃度（CMC） 是比較各種表面活性劑界面活性的參數，CMC 值越低通常代表表面活性越高［15］。周禮彬［16］將川滇無患子總皂苷與常用的7 種表面活性劑（LAS、APG-1214、1831、AOS、K12、ALS、AES） 進行乳化性的比較和泡沫性能的評價，結果顯示，總皂苷的乳化力穩定性及乳化力測定值均高于其余7 種表面活性劑，總皂苷的乳化穩定時間高達37 min 14 s，乳化力可達到35.97%?；瘜W合成的表面活性劑雖然具有良好的乳化效果，但是多數是石油基產品，生物降解性差，長期使用易給環境造成壓力，且對皮膚的刺激性強。天然表面活性劑符合綠色化學的發展理念，將成為未來表面活性劑發展的重要方向。中藥皂苷刺激性小，泡沫穩定性強，容易降解、有良好的配伍性，可作為乳化劑廣泛應用于洗發水、沐浴露等洗護產品中。

3.2 抑菌 許多中藥皂苷具有良好的抑菌作用，通常對革蘭氏陽性菌的抑制作用強于革蘭氏陰性菌，對真菌的抑制效果更好［17］。Asati 等［18］從洋金鳳中分離得到的皂苷對大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌均具有較好的抑制效果，其中對枯草芽孢桿菌的抑制作用最好。Hu 等［19］從無患子中分離得到皂苷對白色念珠菌、紅毛癬菌均具有較好的抑制作用，MIC 值為8 μg/mL。同時，中藥皂苷對一些皮膚條件致病菌具有良好的作用，將這一特點應用于化妝品中有助于維持皮膚穩態。痤瘡丙酸桿菌是引發痤瘡的重要誘因，Wei 等［20］研究發現，無患子皂苷A 和B 對痤瘡丙酸桿菌具有較好的抑制作用，其機制為皂苷可使痤瘡丙酸桿菌細胞表面疏水性增加并且降低細胞膜流動性。馬拉色菌的過度增殖會導致脂溢性皮炎等問題，防止馬拉色菌的過度增殖，有助于改善頭皮環境，維持頭皮健康。Choudhary 等［21］從紅花籽油中分離得到的皂苷對糠秕馬拉色菌的具有較強的抗真菌活性。皂苷添加到化妝品中可以減少化學防腐劑的添加量，使得產品更加溫和且不易產生耐藥性，其對痤瘡丙酸桿菌、糠秕馬拉色菌的抑制作用還顯示出良好的抗痤瘡和護發功效，可應用于祛痘類化妝品和控油洗發水中。

中藥皂苷的抑菌機制主要包括（1） 破壞細胞壁膜，使得細胞內溶物流出導致細胞死亡； 如皂苷可以通過抑制麥角甾醇的合成使真菌細胞壁合成受阻而達到抑菌目的［22］。（2） 與菌體蛋白發生作用，使得蛋白質的合成量降低或者影響代謝酶活性。（3） 與菌體遺傳物質發揮作用，造成細胞不可逆死亡。Vartika 等［23］探究了馬鞭草皂苷對痤瘡丙酸桿菌、鼠短桿菌、表皮葡萄球菌的抑制作用及機理，結果表明馬鞭草皂苷對3 種菌株均具有良好的抑制作用，細胞內溶物、AKP 酶、可溶性蛋白的泄露表明馬鞭草皂苷使得細胞通透性增加，內溶物流出導致細胞死亡； 通過掃描電子顯微鏡和投射顯微鏡可以觀察到細胞變形，細胞膜的完整性被破壞。目前，許多中藥皂苷具體的抑菌機制仍不清楚，這也限制了其在化妝品中的應用，因此，中藥皂苷抑菌機制的研究具有重要意義。

3.3 抗炎 皮膚炎癥會造成皮膚屏障損壞，引起脫皮、泛紅、肌膚敏感等一系列皮膚問題，中藥皂苷可以通過抑制促炎性細胞因子水平發揮抗炎作用。馮秋瑜等［24］采用佛波酯致小鼠耳腫脹模型評價山茶油皂苷體內抗炎作用，結果表明山茶油皂苷能降低小鼠耳厚度，并且能夠改善耳組織中炎癥細胞浸潤，降低腫瘤壞死因子（TNF-α）、白細胞介素-6 （IL-6）、白細胞介素-1β （IL-1β） 水平。

研究表明，中藥皂苷主要通過核轉錄因子-κB （NFκB） 和絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs） 途徑對炎性細胞因子的表達進行調節［25］。Toll 樣受體（TLR4） 在先天免疫的啟動中起著至關重要的作用，TLR4 與髓樣分化因子2（MD2） 形成異二聚體，用于識別和啟動LPS。一旦LPS 與MD2 結合，TLR4-MD2 復合物形成二聚化，激活NF-kB 和MAPK 信號通路，導致炎癥因子的表達。Xu 等［26］發現人參皂苷Ro 與TLR4/MD2 復合物的LPS 結合位點對接，通過抑制LPS 結合TLR4 抑制NF-κB 和MAPKs 信號通路的激活。NF-κB 是炎癥反應的經典通路，首先細胞外刺激激活IκB激酶（IKK） 將IκBα 從NF-κB 上脫離下來從而激活NFκB。隨后RelA （p65） 和p50 二聚體被激活，與靶基因的啟動子區域結合，導致一連串促炎性因子轉錄。MAPKs 通路主要有ERK、p38、JNK，特別是p38 途徑，是炎性介質合成的主要途徑之一，被認為是抗炎藥物的重要靶點。劉文彬等［27］建立了以脂多糖（LPS） 誘導RAW264.7 細胞的炎癥模型，探究三七皂苷FC 的抗炎能力。結果顯示三七皂苷能夠降低NF-κB （p65 核異位） 和MAPK （JNK、p38、ERK） 的磷酸化水平，抑制促炎因子TNF-α、IL-6、誘導型一氧化氮合酶（iNOS）、IL-1 mRNA 表達，阻礙巨噬細胞向M1 表型極化，改善LPS 誘導的巨噬細胞炎癥反應，從而發揮抗炎、抗凋亡的作用。除了提到的NF-κB 和MAPK 通路，中藥皂苷還可以通過其他通路緩解炎癥反應，如JAK、LXRα-ABCA1、PI3K/Beclin-1/Bcl-2 通路等。詳見圖1。

圖1 中藥皂苷抑制LPS 引起的炎癥反應的相關通路

3.4 抗衰老 皮膚長期暴露于外界環境中，如光照、輻射、污染等，會導致自由基的大量生成，可引起蛋白質、脂質、碳水化合物的氧化損傷，基質金屬蛋白酶（MMPs）活性升高，造成皮膚衰老。中藥皂苷主要從3 個方面發揮抗衰老作用，（1） 調節MMPs 和膠原蛋白，武子超等［28］制備二醇型人參皂苷W/O 納米乳并研究其抗衰老機制，動物實驗結果中使用人參皂苷納米乳的小鼠羥脯胺酸、Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原、基質金屬蛋白酶抑制劑TIMP-1、TIMP-2 水平升高，基質金屬蛋白酶1 （MMP-1） 活性降低，表明人參皂苷納米乳能通過抑制皮膚內膠原蛋白分解，提高皮膚中膠原蛋白表達，起到抗皮膚衰老功效。（2） 對細胞的保護和修復作用，Lee 等［29］研究了人參提取物對UVB 照射的表皮角質形成細胞和真皮成纖維細胞的保護作用，人參提取物通過降低乳酸脫氫酶釋放減少了UVB 誘導的細胞損傷，且人參提取物可以恢復因UVB 誘導的細胞抗凋亡基因表達（Bcl-2、Bcl-xL） 的下調，表明人參提取物具有抗凋亡作用。同時，人參提取物可以誘導膠原基因表達和抑制UVB 暴露引起的基質金屬蛋白酶-1 基因表達，從而直接或間接地增加前膠原蛋白的生成。（3） 抗氧化作用，直接清除自由基或提升抗氧化酶活性［30］。張璐［31］測定洋槐花總皂苷的抗氧化能力，當洋槐花總皂苷質量濃度為5 g/L 時，ABTS＋自由基、羥自由基、DPPH 自由基、超氧陰離子清除率分別為86.11%、82.92%、67.93%、29.19%，表明洋槐花總皂苷具有較好的抗氧化能力。因此，皂苷可以通過不同的作用機制發揮抗衰老功效，可用于抗衰老化妝品的研發中。

3.5 美白 皮膚美白的途徑主要包括抑制黑色素的合成，阻止黑素小體向角質形成細胞的轉移及黑素小體的降解排出等，中藥皂苷可以通過抑制黑色素的合成而達到美白的效果。酪氨酸酶（TYR） 在黑素的合成中起著重要作用，黑色素細胞產生的酪氨酸在TYR 的作用下經過一系列復雜的反應形成黑色素，因此對TYR 的抑制效果成為了評價樣品美白活性的重要指標。許多研究均報道了桔梗皂苷的美白效果，馬馨桐等［32］通過不同提取分離技術得到的桔梗萃取物Ⅻ對TYR 的抑制率達到97.71%，經過檢測發現萃取物中皂苷含量最高。小眼畸形相關轉錄因子（MITF） 是黑色素合成調節網絡的中心樞紐，調節黑素母細胞和黑色素細胞的存活、增殖、分化，同時也調控編碼特定黑素生成酶，如TYR、酪氨酸酶相關蛋白1 （TRP-1）、酪氨酸酶相關蛋白2 （TRP-2） 等。李萍等［33］研究表明，藜麥皂苷可以通過抑制MITF 及TYR 蛋白表達來抑制TYR 活性并降低黑色素的合成。Yang 等［34］發現大豆皂苷Ag 可以抑制α-黑素細胞刺激激素（α-MSH） 誘導B16 小鼠黑色素瘤細胞合成黑素，其機制為大豆皂苷Ag 劑量依賴性地抑制TRP-2 表達。此外，大豆皂苷Ag 在25～100 μmol/L 范圍內對B16 細胞沒有產生毒性，表明其是一種安全美白皮膚的成分。何海鷗等［35］制作了添加不同濃度的人參莖葉二醇組皂苷的美白霜并進行研究，結果顯示，當配方中皂苷僅為0.02%時，志愿者在連續使用56 d 后，皮膚的黑色素含量降低了16.6%，具有非常明顯的美白效果。中藥皂苷抑制黑色素合成的機制見圖2。

圖2 中藥皂苷抑制黑色素合成的機制

3.6 其他 一些中藥皂苷對于促進頭發生長，頭發護理及改善頭皮環境具有良好的效果，如人參皂苷、知母皂苷、三七總皂苷等［36-37］。Xiao 等［38］研究發現，90 名受試者使用含0.5%知母皂苷BⅡ的頭皮護理液28 d，每7 d 評估受試者毛囊氫化可的松水平、脫發數量、頭發光澤水平等相關指標。結果發現，使用頭皮護理液的受試者毛囊氫化可的松水平降低，頭發脫落數量減少，光澤水平增加，頭皮屑水平降低，因此含有知母提取物的頭皮護理液可能有助于減少脫發和改善頭皮健康。

中藥皂苷還具有良好的保濕作用。Takeda 等［39］研究發現，番茄籽皂苷能夠升高與表皮水合作用有關的蛋白表達，包括絲聚蛋白（FLG）、總苞蛋白（IVL）、神經酰胺合成酶。Ratz-?yko 等［40］評價了含有不同濃度積雪草提取物的化妝品（水包油乳液、乳霜和水凝膠） 的體內保濕性能，結果表明5%積雪草提取物對皮膚水化、減少表層水分散失和表皮屏障功能的作用最好。5%積雪草提取物的乳劑和水凝膠使皮膚水化率分別提高了25%、22%，使經皮水分散失值分別降低了18%、15%。

常見中藥皂苷的功效及機制見表2。

表2 常見中藥皂苷的功效及機制總結

4 結語與展望

近年來，關于化妝品添加劑的安全性問題的報道不斷增加，如化學防腐劑可能會引起皮膚敏感等問題。消費者對化妝品安全性的關注度逐漸提升，天然來源的植物原料更符合人們對綠色、安全、溫和化妝品的追求。中藥皂苷是重要的天然活性成分，來源廣泛，刺激性小，具有抑菌、抗炎、抗衰老、美白、保濕等功效。中藥皂苷資源豐富，充分開發其生物活性，增加其在化妝品中的應用，可以廣泛提升其應用價值和經濟價值。目前皂苷在化妝品中的應用較為局限，許多其他的功效未得到充分的開發。但是，隨著化妝品的不斷發展，未來中藥皂苷將會在化妝品行業中發揮更大的優勢與功能。