中药皂苷的提取及其在化妆品中的研究进展

王德娴，胡新月，翁学煌，宋丽雅*

（1.北京工商大学北京植物资源研究与开发重点实验室，北京 100048； 2.福建省源容生物科技有限公司，福建 三明 365000）

皂苷，又称皂素，是由皂苷元（基本结构为甾体或三萜类） 和糖、糖醛酸或无机酸形成的苷类化合物，多存在于单子叶植物和双子叶植物中，如油豆科、蔷薇科、葫芦科、苋科、无患子科等，在一些海洋生物中也可被发现，如海参、海星等。皂苷具有抗炎、抗肿瘤、抗菌、抗病毒、护肝、降低血清胆固醇等作用，被广泛应用于药品和食品等产业中。中药皂苷独特的结构使其具有良好的起泡性与去污能力，在古代就被广泛用于日常洗涤中，如常用的皂荚、无患子等。而在现代化妆品中，中药皂苷也多用于洁面乳、洗发水、沐浴露等产品中。此外，化妆品中常用的中药皂苷有人参皂苷、大豆皂苷、三七皂苷、积雪草皂苷、茶皂苷等，这些皂苷具有抗炎、美白、抗衰老等多种功效。目前中药皂苷的功效并未得到完全开发，且中药皂苷种类繁多、资源广泛，但应用在化妆品中的种类较少，仍有许多具有良好功效的中药皂苷尚未在化妆品中得到开发应用。本文综述了中药皂苷的性质、结构、提取方法，深入挖掘其抑菌、美白、抗衰老、抗炎等多种适用于化妆品的功效，以期为其在化妆品中的应用拓宽方向。

1 中药皂苷概述

1.1 皂苷的性质及基本结构 中药皂苷分子量较大，多为浅黄棕色或棕色无定形粉末，少数为结晶体。皂苷主要结构包括皂苷元和糖链，组成皂苷常见的糖有葡萄糖、半乳糖、鼠李糖等，中草药中存在的皂苷多由多分子糖或糖醛酸与皂苷元组成。许多中药皂苷中含有多个糖基，极性大，易溶于水、含水稀醇、热乙醇等，几乎不溶或难溶于乙醚、丙酮等极性小的溶剂。

皂苷可根据皂苷元结构不同分为三萜皂苷和甾体皂苷，三萜皂苷主要有四环三萜和五环三萜类。三萜皂苷在植物中的占比较高，主要是由30 个碳原子组成的四环三萜或五环三萜化合物与糖链结合而成，其中四环三萜型皂苷主要有羊毛甾烷型、达玛烷型、葫芦烷型，五环三萜皂苷主要有齐墩果烷型、羽扇豆烷型。常见的有人参皂苷、三七皂苷、桔梗皂苷、大豆皂苷、甘草皂苷等。甾体皂苷是27 个碳原子组成的甾体化合物与糖链结合的皂苷，其基本的碳架结构有螺旋甾烷及其异构体异螺旋甾烷，常见的甾体皂苷有百合皂苷、薯蓣皂苷、麦冬皂苷等。

1.2 中药皂苷的构效关系 中药皂苷的结构对其生物活性影响较大，如皂苷元的类型、糖基数目、种类、连接位置等。研究表明，皂苷糖基数目减少会使其生物活性增强。Ju 等［1］发现当皂苷元上的糖基数目减少时，桔梗苷的生物活性提高。去糖基化桔梗苷的对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） 均高于前体桔梗苷。然而，去糖基化可能会导致皂苷抗菌活性的降低，Saha 等［2］分离得到无患子三萜皂苷MI-I 和MI-Ⅲ，其抗真菌活性都随着C-28 糖苷部分的去除而降低，进一步去除C-3 位的糖元部分导致活性完全丧失。C3-OH 基团的酯化作用导致抑菌活性的变化，酰基链较长的皂苷酯比链较短的皂苷酯具有更好的抗真菌活性。因此，可以通过对中药皂苷的结构修饰使其活性增强以满足应用需求。

2 提取方法

2.1 溶剂提取法 中药皂苷的提取溶剂一般为水或有机溶剂，有机溶剂主要包括甲醇、乙醇等。杨务彬［3］通过单因素试验及Box-Behnken 响应面法优化地肤子总皂苷的提取工艺，最佳条件为乙醇体积分数71%，提取时间33 min，液料比44 ∶1，此时总皂苷的得率为（7.69±0.28）%。水提法具有成本低、污染小等优点，但是皂苷的纯度低，溶剂用量大且难以精制，有机溶剂比水提法的提取率高，但是容易造成污染。

近年来，离子液体被应用于天然产物的提取，离子液体是一种新型绿色溶剂，主要由有机阳离子和有机或无机阴离子组成［4］。胡献跃等［5］采取响应面法优化超声辅助提取续断皂苷提取工艺，最佳条件为离子液体（ ［BMIM］BF4） 浓度0.905 6 mol/L，料液比1 ∶9.03，提取时间77.8 min，续断皂苷Ⅵ提取率为99.68%。离子液体具有稳定性高、不易挥发，溶解性强，绿色环保等优点，但其在中药皂苷提取中的应用较少，具有较好的应用前景。

2.2 辅助提取法 溶剂提取法具有设备简单、操作方便，成本低等优点，但存在提取时间长，产品纯度低，经济效益不高等问题。一般在提取时采用辅助措施以提升中药皂苷得率，如酶法、超声辅助法、微波辅助法、超临界流体等。

2.2.1 超声辅助提取 超声辅助提取利用超声作用促进有效成分与溶剂之间的传递，同时保护有效成分的活性，提高有效成分的提取率。孙艳等［6］采用超声波法对榛蘑总皂苷提取工艺进行优化，最佳条件为乙醇体积分数85%、料液比1 ∶ 27、提取时间13 min，榛蘑总皂苷得率达到22.91%。陈美玲等［7］采用普通回流和超声辅助的方法提取酸枣仁中的枣仁皂苷A，结果表明超声提取法的提取量比普通回流提取法高14.25%，可以极大地提高皂苷得率。超声辅助提取具有简便、提取率高、绿色环保的优点，但此方法提取成本较高，超声有效作用范围小，不适用于工业化生产。

2.2.2 微波辅助提取 微波技术被广泛应用于天然活性成分的提取，在工业化应用上也极具潜力。微波加热使植物细胞内的极性物质产生大量热量，导致细胞内和细胞壁水分流失出现空隙便于溶剂进入细胞内溶解并释放有效成分。杨洁等［8］采用单因素试验结合响应面法对藜麦皮总皂苷微波辅助提取工艺进行优化，最佳条件为乙醇体积分数68%，微波功率455 W，料液比1 ∶32，微波时间10 min，提取次数2 次，该条件下藜麦皮总皂苷得率为26.329 mg/g。微波提取投资少、适用范围广、溶剂用量少，可被用于皂苷提取以提高得率，是极具潜力的皂苷提取方法。

2.2.3 酶法辅助提取 酶法辅助提取也是提高天然产物活性成分得率的常用方法，主要用到纤维素酶、果胶酶、蛋白酶等。酶作用于植物原料使得细胞壁内的蛋白、果胶等被去除，使得目标物得到纯化。几种酶复合使用通常比单种酶的作用效果更好，所以在植物提取过程中通常使用复合酶制剂。余美琼等［9］利用纤维素酶和果胶酶复合制剂辅助提取无患子皂苷，通过单因素及四因素三水平正交实验，确定最佳条件为果胶酶-纤维素酶（3 ∶1），酶解时间120 min，酶解温度50 ℃，pH 值4.0，在该条件下无患子总皂苷的提取率可达19.44%。酶法辅助提取具有操作时间短、成本低、作用条件温和等优点。

2.2.4 其他 除了以上提到的方法，还有其他方法可被应用于中药皂苷的提取，如超临界流体提取法、加压提取法等，超临界流体萃取技术是一种新型分离技术，即利用处于温度高于临界温度、压力高于临界压力的热力学状态的流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取出特定成分。CO2是常用的萃取剂，但其具有非极性和相对分子质量低的特点，因此，提取皂苷时必须向CO2中添加大量极性改性剂。

表1 总结了中药皂苷常用的提取方法，每种方法各有优缺点，在提取过程中往往可以采取多种方法联用以提升皂苷得率［3，6，8-13］。刘金璐等［14］采用回流提取法、微波提取法、酶解提取法、微波协同酶提取法、微波协同表面活性剂提取法对刺玫果总皂苷进行提取，结果发现较优的提取方法为微波协同酶提取法，其最佳条件为料液比1 ∶36，酶解时间2 h，酶解温度70 ℃，乙醇体积分数55%，微波时间8 min，微波温度60 ℃，微波功率600 W，刺玫果总皂苷提取量达到31.47 mg/g。

表1 中药皂苷提取方法比较

3 中药皂苷适用于化妆品的功效

3.1 乳化清洁 皂苷苷元具有亲脂性，而糖链具有亲水性，所以皂苷类物质是天然的表面活性剂，具有良好的起泡性，去污能力强，这一特性使得皂苷可应用于洗护产品中。临界胶束浓度（CMC） 是比较各种表面活性剂界面活性的参数，CMC 值越低通常代表表面活性越高［15］。周礼彬［16］将川滇无患子总皂苷与常用的7 种表面活性剂（LAS、APG-1214、1831、AOS、K12、ALS、AES） 进行乳化性的比较和泡沫性能的评价，结果显示，总皂苷的乳化力稳定性及乳化力测定值均高于其余7 种表面活性剂，总皂苷的乳化稳定时间高达37 min 14 s，乳化力可达到35.97%。化学合成的表面活性剂虽然具有良好的乳化效果，但是多数是石油基产品，生物降解性差，长期使用易给环境造成压力，且对皮肤的刺激性强。天然表面活性剂符合绿色化学的发展理念，将成为未来表面活性剂发展的重要方向。中药皂苷刺激性小，泡沫稳定性强，容易降解、有良好的配伍性，可作为乳化剂广泛应用于洗发水、沐浴露等洗护产品中。

3.2 抑菌 许多中药皂苷具有良好的抑菌作用，通常对革兰氏阳性菌的抑制作用强于革兰氏阴性菌，对真菌的抑制效果更好［17］。Asati 等［18］从洋金凤中分离得到的皂苷对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌均具有较好的抑制效果，其中对枯草芽孢杆菌的抑制作用最好。Hu 等［19］从无患子中分离得到皂苷对白色念珠菌、红毛癣菌均具有较好的抑制作用，MIC 值为8 μg/mL。同时，中药皂苷对一些皮肤条件致病菌具有良好的作用，将这一特点应用于化妆品中有助于维持皮肤稳态。痤疮丙酸杆菌是引发痤疮的重要诱因，Wei 等［20］研究发现，无患子皂苷A 和B 对痤疮丙酸杆菌具有较好的抑制作用，其机制为皂苷可使痤疮丙酸杆菌细胞表面疏水性增加并且降低细胞膜流动性。马拉色菌的过度增殖会导致脂溢性皮炎等问题，防止马拉色菌的过度增殖，有助于改善头皮环境，维持头皮健康。Choudhary 等［21］从红花籽油中分离得到的皂苷对糠秕马拉色菌的具有较强的抗真菌活性。皂苷添加到化妆品中可以减少化学防腐剂的添加量，使得产品更加温和且不易产生耐药性，其对痤疮丙酸杆菌、糠秕马拉色菌的抑制作用还显示出良好的抗痤疮和护发功效，可应用于祛痘类化妆品和控油洗发水中。

中药皂苷的抑菌机制主要包括（1） 破坏细胞壁膜，使得细胞内溶物流出导致细胞死亡； 如皂苷可以通过抑制麦角甾醇的合成使真菌细胞壁合成受阻而达到抑菌目的［22］。（2） 与菌体蛋白发生作用，使得蛋白质的合成量降低或者影响代谢酶活性。（3） 与菌体遗传物质发挥作用，造成细胞不可逆死亡。Vartika 等［23］探究了马鞭草皂苷对痤疮丙酸杆菌、鼠短杆菌、表皮葡萄球菌的抑制作用及机理，结果表明马鞭草皂苷对3 种菌株均具有良好的抑制作用，细胞内溶物、AKP 酶、可溶性蛋白的泄露表明马鞭草皂苷使得细胞通透性增加，内溶物流出导致细胞死亡； 通过扫描电子显微镜和投射显微镜可以观察到细胞变形，细胞膜的完整性被破坏。目前，许多中药皂苷具体的抑菌机制仍不清楚，这也限制了其在化妆品中的应用，因此，中药皂苷抑菌机制的研究具有重要意义。

3.3 抗炎 皮肤炎症会造成皮肤屏障损坏，引起脱皮、泛红、肌肤敏感等一系列皮肤问题，中药皂苷可以通过抑制促炎性细胞因子水平发挥抗炎作用。冯秋瑜等［24］采用佛波酯致小鼠耳肿胀模型评价山茶油皂苷体内抗炎作用，结果表明山茶油皂苷能降低小鼠耳厚度，并且能够改善耳组织中炎症细胞浸润，降低肿瘤坏死因子（TNF-α）、白细胞介素-6 （IL-6）、白细胞介素-1β （IL-1β） 水平。

研究表明，中药皂苷主要通过核转录因子-κB （NFκB） 和丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs） 途径对炎性细胞因子的表达进行调节［25］。Toll 样受体（TLR4） 在先天免疫的启动中起着至关重要的作用，TLR4 与髓样分化因子2（MD2） 形成异二聚体，用于识别和启动LPS。一旦LPS 与MD2 结合，TLR4-MD2 复合物形成二聚化，激活NF-kB 和MAPK 信号通路，导致炎症因子的表达。Xu 等［26］发现人参皂苷Ro 与TLR4/MD2 复合物的LPS 结合位点对接，通过抑制LPS 结合TLR4 抑制NF-κB 和MAPKs 信号通路的激活。NF-κB 是炎症反应的经典通路，首先细胞外刺激激活IκB激酶（IKK） 将IκBα 从NF-κB 上脱离下来从而激活NFκB。随后RelA （p65） 和p50 二聚体被激活，与靶基因的启动子区域结合，导致一连串促炎性因子转录。MAPKs 通路主要有ERK、p38、JNK，特别是p38 途径，是炎性介质合成的主要途径之一，被认为是抗炎药物的重要靶点。刘文彬等［27］建立了以脂多糖（LPS） 诱导RAW264.7 细胞的炎症模型，探究三七皂苷FC 的抗炎能力。结果显示三七皂苷能够降低NF-κB （p65 核异位） 和MAPK （JNK、p38、ERK） 的磷酸化水平，抑制促炎因子TNF-α、IL-6、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、IL-1 mRNA 表达，阻碍巨噬细胞向M1 表型极化，改善LPS 诱导的巨噬细胞炎症反应，从而发挥抗炎、抗凋亡的作用。除了提到的NF-κB 和MAPK 通路，中药皂苷还可以通过其他通路缓解炎症反应，如JAK、LXRα-ABCA1、PI3K/Beclin-1/Bcl-2 通路等。详见图1。

图1 中药皂苷抑制LPS 引起的炎症反应的相关通路

3.4 抗衰老 皮肤长期暴露于外界环境中，如光照、辐射、污染等，会导致自由基的大量生成，可引起蛋白质、脂质、碳水化合物的氧化损伤，基质金属蛋白酶（MMPs）活性升高，造成皮肤衰老。中药皂苷主要从3 个方面发挥抗衰老作用，（1） 调节MMPs 和胶原蛋白，武子超等［28］制备二醇型人参皂苷W/O 纳米乳并研究其抗衰老机制，动物实验结果中使用人参皂苷纳米乳的小鼠羟脯胺酸、Ⅰ型胶原、Ⅲ型胶原、基质金属蛋白酶抑制剂TIMP-1、TIMP-2 水平升高，基质金属蛋白酶1 （MMP-1） 活性降低，表明人参皂苷纳米乳能通过抑制皮肤内胶原蛋白分解，提高皮肤中胶原蛋白表达，起到抗皮肤衰老功效。（2） 对细胞的保护和修复作用，Lee 等［29］研究了人参提取物对UVB 照射的表皮角质形成细胞和真皮成纤维细胞的保护作用，人参提取物通过降低乳酸脱氢酶释放减少了UVB 诱导的细胞损伤，且人参提取物可以恢复因UVB 诱导的细胞抗凋亡基因表达（Bcl-2、Bcl-xL） 的下调，表明人参提取物具有抗凋亡作用。同时，人参提取物可以诱导胶原基因表达和抑制UVB 暴露引起的基质金属蛋白酶-1 基因表达，从而直接或间接地增加前胶原蛋白的生成。（3） 抗氧化作用，直接清除自由基或提升抗氧化酶活性［30］。张璐［31］测定洋槐花总皂苷的抗氧化能力，当洋槐花总皂苷质量浓度为5 g/L 时，ABTS＋自由基、羟自由基、DPPH 自由基、超氧阴离子清除率分别为86.11%、82.92%、67.93%、29.19%，表明洋槐花总皂苷具有较好的抗氧化能力。因此，皂苷可以通过不同的作用机制发挥抗衰老功效，可用于抗衰老化妆品的研发中。

3.5 美白 皮肤美白的途径主要包括抑制黑色素的合成，阻止黑素小体向角质形成细胞的转移及黑素小体的降解排出等，中药皂苷可以通过抑制黑色素的合成而达到美白的效果。酪氨酸酶（TYR） 在黑素的合成中起着重要作用，黑色素细胞产生的酪氨酸在TYR 的作用下经过一系列复杂的反应形成黑色素，因此对TYR 的抑制效果成为了评价样品美白活性的重要指标。许多研究均报道了桔梗皂苷的美白效果，马馨桐等［32］通过不同提取分离技术得到的桔梗萃取物Ⅻ对TYR 的抑制率达到97.71%，经过检测发现萃取物中皂苷含量最高。小眼畸形相关转录因子（MITF） 是黑色素合成调节网络的中心枢纽，调节黑素母细胞和黑色素细胞的存活、增殖、分化，同时也调控编码特定黑素生成酶，如TYR、酪氨酸酶相关蛋白1 （TRP-1）、酪氨酸酶相关蛋白2 （TRP-2） 等。李萍等［33］研究表明，藜麦皂苷可以通过抑制MITF 及TYR 蛋白表达来抑制TYR 活性并降低黑色素的合成。Yang 等［34］发现大豆皂苷Ag 可以抑制α-黑素细胞刺激激素（α-MSH） 诱导B16 小鼠黑色素瘤细胞合成黑素，其机制为大豆皂苷Ag 剂量依赖性地抑制TRP-2 表达。此外，大豆皂苷Ag 在25～100 μmol/L 范围内对B16 细胞没有产生毒性，表明其是一种安全美白皮肤的成分。何海鸥等［35］制作了添加不同浓度的人参茎叶二醇组皂苷的美白霜并进行研究，结果显示，当配方中皂苷仅为0.02%时，志愿者在连续使用56 d 后，皮肤的黑色素含量降低了16.6%，具有非常明显的美白效果。中药皂苷抑制黑色素合成的机制见图2。

图2 中药皂苷抑制黑色素合成的机制

3.6 其他 一些中药皂苷对于促进头发生长，头发护理及改善头皮环境具有良好的效果，如人参皂苷、知母皂苷、三七总皂苷等［36-37］。Xiao 等［38］研究发现，90 名受试者使用含0.5%知母皂苷BⅡ的头皮护理液28 d，每7 d 评估受试者毛囊氢化可的松水平、脱发数量、头发光泽水平等相关指标。结果发现，使用头皮护理液的受试者毛囊氢化可的松水平降低，头发脱落数量减少，光泽水平增加，头皮屑水平降低，因此含有知母提取物的头皮护理液可能有助于减少脱发和改善头皮健康。

中药皂苷还具有良好的保湿作用。Takeda 等［39］研究发现，番茄籽皂苷能够升高与表皮水合作用有关的蛋白表达，包括丝聚蛋白（FLG）、总苞蛋白（IVL）、神经酰胺合成酶。Ratz-Łyko 等［40］评价了含有不同浓度积雪草提取物的化妆品（水包油乳液、乳霜和水凝胶） 的体内保湿性能，结果表明5%积雪草提取物对皮肤水化、减少表层水分散失和表皮屏障功能的作用最好。5%积雪草提取物的乳剂和水凝胶使皮肤水化率分别提高了25%、22%，使经皮水分散失值分别降低了18%、15%。

常见中药皂苷的功效及机制见表2。

表2 常见中药皂苷的功效及机制总结

4 结语与展望

近年来，关于化妆品添加剂的安全性问题的报道不断增加，如化学防腐剂可能会引起皮肤敏感等问题。消费者对化妆品安全性的关注度逐渐提升，天然来源的植物原料更符合人们对绿色、安全、温和化妆品的追求。中药皂苷是重要的天然活性成分，来源广泛，刺激性小，具有抑菌、抗炎、抗衰老、美白、保湿等功效。中药皂苷资源丰富，充分开发其生物活性，增加其在化妆品中的应用，可以广泛提升其应用价值和经济价值。目前皂苷在化妆品中的应用较为局限，许多其他的功效未得到充分的开发。但是，随着化妆品的不断发展，未来中药皂苷将会在化妆品行业中发挥更大的优势与功能。