黃芪多糖提取工藝研究進(jìn)展

梁子敬，張景艷，蘇貴龍，張 凱，王 磊，王旭榮，張 康，李建喜

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所/甘肅省中獸藥工程技術(shù)研究中心，甘肅蘭州 730050)

黃芪(RadixAstragalus)又名綿芪，為豆科黃芪屬多年生草本植物，分為膜莢黃芪和內(nèi)蒙古黃芪兩種，主要產(chǎn)于內(nèi)蒙古、甘肅、黑龍江和山西等地。黃芪用于藥食兩用迄今已有2 000多年的歷史，最早的記載見(jiàn)于《馬王堆帛書五十二病方》，如針對(duì)疽病治療的方劑中就添加了黃芪。黃芪是百姓經(jīng)常食用的中藥材，民間流傳“常喝黃芪湯，防病保健康”的順口溜，由此可見(jiàn)，常以水煮的方式提取其內(nèi)有效成分供食用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)黃芪的化學(xué)成分、藥理活性做了大量的研究，發(fā)現(xiàn)黃芪中含有多糖、蛋白質(zhì)、氨基酸、黃酮等成分，其中多糖成分是主要的生物活性成分之一[1]。黃芪多糖(Astragaluspolysaccharides)主要由葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖和半乳糖組成，其具有降血糖[2]、抗腫瘤[3]、提高免疫力[4]、抗衰老和抗氧化[5]等作用，特別以免疫調(diào)節(jié)功能最為突出[6]。同時(shí)，由于人們對(duì)化學(xué)合成藥物毒副作用及殘留的認(rèn)識(shí)提高，黃芪多糖以獸藥原料、針劑、口服液、飼料添加劑等多種形式，被廣泛地應(yīng)用于畜禽的保健和臨床治療中。目前，有關(guān)黃芪多糖的提取工藝有很多報(bào)道，諸如熱水浸提法和纖維素酶解法等傳統(tǒng)溶劑法、酶解法，但是隨著科技日益發(fā)展，更有效更簡(jiǎn)單的提取方法也隨之出現(xiàn)。有鑒于此，筆者對(duì)近年來(lái)黃芪多糖這一活性成分的提取工藝進(jìn)行匯總整理，旨在為黃芪多糖進(jìn)一步的研究和生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

1 溶劑法

溶劑法是指根據(jù)黃芪中不同成分在不同試劑中溶解度大小的差異，選取對(duì)多糖成分溶解度相對(duì)較大，對(duì)其他雜質(zhì)成分溶解度相對(duì)較小，且不與多糖成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的合適溶劑，將多糖成分從黃芪組織內(nèi)部溶解出來(lái)的方法。目前已應(yīng)用于黃芪多糖提取的溶劑法包括熱水浸提法、堿提法及堿醇提取法等。

1.1 熱水浸提法

黃芪多糖是極性的大分子化合物，根據(jù)其性質(zhì)常用水進(jìn)行提取。將粉碎后的黃芪干粉加入燒杯等容器中，加入一定體積的純水，并在相應(yīng)溫度下放置于水浴鍋中一定時(shí)間，離心收集上清后可對(duì)藥渣反復(fù)水煮以獲取盡可能多的多糖。該方法雖耗時(shí)較長(zhǎng)，但由于操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本相對(duì)較低，藥液澄明度明顯提高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。該方法對(duì)多糖提取率影響的因素主要有處理時(shí)間、處理溫度及料液比等，許多研究人員對(duì)此做了大量的相關(guān)試驗(yàn)。趙鳳春等對(duì)黃芪多糖的熱水浸提法進(jìn)行了工藝優(yōu)化試驗(yàn)，結(jié)果表明，對(duì)于上述提及的3個(gè)主要因素，處理溫度對(duì)多糖得率和純度的影響最大，其次分別為料液比和處理時(shí)間。最終得出熱水浸提法優(yōu)化后的工藝條件為：處理時(shí)間4 h，處理溫度90℃，料液比為1∶5(g/mL)，多糖得率和純度分別為5.31%和56.32%。孫卉等[7]對(duì)熱水浸提法提取黃芪多糖進(jìn)行了正交試驗(yàn)優(yōu)化，得出最優(yōu)提取工藝：處理時(shí)間3 h，處理溫度100℃，料液比1∶45(g/mL)。由此得出，在對(duì)黃芪多糖提取效果影響的因素中，較優(yōu)的處理溫度約在90℃～100℃，處理時(shí)間約在3 h～4 h，而料液比的變動(dòng)幅度較大，有進(jìn)一步驗(yàn)證的必要性。

1.2 堿提法

多糖是黃芪根中纖維質(zhì)的主要組成成分，纖維質(zhì)的溶脹和溶解性大小對(duì)多糖提取率的影響很大，而纖維質(zhì)在堿性溶液中的溶脹和溶解性會(huì)增大，可明顯提高黃芪多糖的提取率。李紅民等分別采用熱水浸提法、氧化鈣水溶液提取法和碳酸鈉水溶液提取法提取黃芪粗多糖，通過(guò)苯酚-硫酸法測(cè)定多糖含量，結(jié)果表明采用熱水浸提法、氧化鈣水溶液提取法和碳酸鈉水溶液提取法提取的黃芪粗多糖提取率分別為3.6%、11.7%、5.7%，其中氧化鈣水溶液提取的粗多糖提取率最高，由此推測(cè)黃芪多糖適合用較弱的堿溶液進(jìn)行提取。賀義恒等經(jīng)試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)氧化鈣水溶液法提取黃芪多糖得率優(yōu)于熱水浸提法。

1.3 堿醇提取法

由于醇溶液的滲透作用較強(qiáng)，易使植物細(xì)胞壁破裂，且纖維質(zhì)在堿溶液中的溶脹和溶解性會(huì)增大，使得其內(nèi)多糖盡可能多的溶解至溶劑中，因此在堿和醇溶液的協(xié)同作用下黃芪多糖的滲透率明顯提高，極大地減少了黃芪多糖在藥材中的殘留，以此達(dá)到提高黃芪多糖提取率的目的。田洛等采用堿醇提取法提取黃芪多糖，結(jié)果表明該方法能明顯地提高多糖提取率，是堿提取法多糖提取率的2.63倍，是熱水浸提法提取率的3.53倍。金芬芬等運(yùn)用熱水浸提法、醇提取法、堿提取法和堿醇提取法進(jìn)行對(duì)黃芪多糖提取率影響的試驗(yàn)，提取率分別為2.81%、3.62%、7.64%、9.74%，其中堿醇提取的黃芪多糖提取率最高，表明堿醇提取法優(yōu)于熱水浸提法、堿提法，能明顯提高黃芪多糖的提取率。

2 酶解法

由于植物細(xì)胞壁是由半纖維素、果膠化合物和糖蛋白嵌入的纖維素組成的剛性骨架。因此分別選用纖維素酶催化纖維素分解為葡萄糖、纖維二糖和高葡萄糖聚合物，選用果膠酶能夠分解果膠化合物和果膠，選用β葡萄糖苷酶能夠分解β-1,4-糖苷鍵糖，使得細(xì)胞內(nèi)的活性多糖等成分能夠釋放出來(lái)，溶解于溶劑中使得提取率提高。常用的酶有纖維素酶、淀粉酶等，有時(shí)將多種酶混合使用效果也很好[8]。

2.1 纖維素酶解法

該法采用纖維素酶提取黃芪多糖，進(jìn)而提高多糖得率。張嘉怡等[9]通過(guò)正交試驗(yàn)得出纖維素酶提取工藝的優(yōu)化條件：料液比1∶12(g/mL)，處理時(shí)間90 min，處理溫度100℃，水提3次，最終得出多糖提取率4.76%，相較于傳統(tǒng)熱水浸提法提高了54.05%。魏鳳玉等[10]采用纖維素酶解法提取黃芪多糖，采用掃描電鏡觀察其酶解后的黃芪殘?jiān)砻娼Y(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)纖維素酶只破壞細(xì)胞壁，降低內(nèi)部多糖擴(kuò)散的阻力，因此提高了黃芪多糖的傳質(zhì)速率和有效擴(kuò)散系數(shù)。閆巧娟等[11]通過(guò)對(duì)黃芪原糖、傳統(tǒng)工藝藥渣和酶處理藥渣進(jìn)行掃描電鏡觀察，結(jié)果表明，纖維素酶處理后的藥渣，其內(nèi)部附著物較少，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較清晰。

2.2 其他酶解法

葡萄糖氧化酶能夠使黃芪多糖的提取率顯著提高，并采用響應(yīng)面進(jìn)一步優(yōu)化提取工藝，優(yōu)化后的提取條件為：3%酶量，處理時(shí)間3.4 d，處理溫度56.9℃，pH 7.8，提取率達(dá)29.96%[12]。有時(shí)使用2種以上的酶按一定的比例對(duì)多糖進(jìn)行提取，提取率常常高于單一酶解法。

3 物理法

隨著科技的日益進(jìn)步，越來(lái)越多的新技術(shù)和儀器設(shè)備被用于黃芪多糖等中藥材活性成分的提取，極大地提高了所需成分的提取率。相比于應(yīng)用廣泛的溶劑法和酶解法，采用微波法、超聲波法和高壓脈沖法等物理法輔助提取具有節(jié)能、高效等優(yōu)點(diǎn)。

3.1 微波輔助提取法

微波是一種非電離輻射，通過(guò)離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)使得分子運(yùn)動(dòng)，從而提高溶劑的滲透，能夠提高提取率并獲得高生物活性的提取物[13-14]。相比于傳統(tǒng)提取技術(shù)，其有更高的回收率、操作時(shí)間短、使用溶劑量少并且能夠保持抗氧化活性的優(yōu)點(diǎn)。陳玉霞等[15]對(duì)黃芪多糖分別采用熱水浸提法和微波提取法進(jìn)行提取，多糖提取率分別為4.47%和4.50%，含量分別為29.40%和31.25%。在多糖提取的實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常將微波法與酶解法結(jié)合使用，董玲玲等[16]采用微波法結(jié)合纖維素酶解法，對(duì)黃芪多糖的提取工藝參數(shù)進(jìn)行研究，得出較優(yōu)工藝參數(shù)為：酶解時(shí)間為60 min，酶料比為57.6∶1(U/g)，液料比1∶10(g/mL)，功率為480 W，微波處理時(shí)間為8 min，提取次數(shù)為2次，多糖得率達(dá)88.40%，多糖提取率達(dá)16.07%，表明此法較傳統(tǒng)熱水浸提法具有高效節(jié)能、明顯提高提取率和純度等優(yōu)點(diǎn)，是較為理想的方法。

3.2 超聲波輔助提取法

應(yīng)用超聲波機(jī)，基于超聲波的空化作用引起植物細(xì)胞壁破裂的原理，從而增強(qiáng)固體和溶劑之間的接觸面積，提高多糖的得率。孫英華等[17]采用超聲波提取法提取黃芪多糖，表明此法可縮短提取時(shí)間并提高提取效果。但處理時(shí)間不能太長(zhǎng)，不然超聲波將會(huì)使黃芪多糖發(fā)生斷裂，使得其提取率降低。影響超聲波輔助法多糖提取率的因素主要有處理時(shí)間、處理溫度、功率和料液比。李利紅等[18]應(yīng)用超聲波輔助提取法對(duì)黃芪多糖進(jìn)行提取工藝的優(yōu)化試驗(yàn)，結(jié)果表明，處理時(shí)間對(duì)多糖提取率影響最大。

除此之外，超聲波與不同方法的協(xié)同提取也能提高黃芪多糖的提取率。杜廣芬等[19]應(yīng)用超聲波法結(jié)合微波法對(duì)黃芪多糖進(jìn)行提取，結(jié)果表明超聲波-微波協(xié)同提取法對(duì)黃芪多糖的提取率較熱水浸提法、超聲波法和微波法有明顯的提高，而且得出其優(yōu)化的工藝條件為：處理時(shí)間150 s，功率120 W，料液比1∶25(g/mL)。在多糖提取的實(shí)際應(yīng)用中，也經(jīng)常將超聲法與酶解法結(jié)合使用，賁永光等[20]采用超聲法結(jié)合纖維素酶解法提取黃芪總多糖，通過(guò)單因素試驗(yàn)得出影響提取率大小的因素依次為超聲時(shí)間、超聲溫度、酶量和料液比，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化后的提取工藝條件為超聲時(shí)間30 min，超聲溫度40℃，酶量10 mg和料液比1∶20(g/mL)，總糖量提取率24.12%，較傳統(tǒng)熱水浸提法有高效節(jié)能、提取率高的優(yōu)點(diǎn)。

3.3 高壓脈沖法

指在常溫條件下，對(duì)原料液施加100 mPa～1 000 mPa的流體靜壓，溶劑滲透到固體原料的內(nèi)部，保持壓力一定時(shí)間后，使得有效成分達(dá)到溶解平衡后迅速卸除壓力，有效成分?jǐn)U散到提取溶劑中，進(jìn)而完成整個(gè)提取過(guò)程。相較于傳統(tǒng)方法，其有能夠提取高純度的提取物、提取時(shí)間短和能耗低等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)于此法的技術(shù)工藝優(yōu)化。王再幸等采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)提取方法得出影響因素的大小依次為電場(chǎng)強(qiáng)度、液料比、脈沖數(shù)。劉春娟等采用均勻設(shè)計(jì)法，經(jīng)優(yōu)化后，該法的工藝參數(shù)為：處理時(shí)間為5 h，保壓時(shí)間為2 min，壓力為350 mPa，液料比為1∶60(g/mL)。

3.4 組織破碎提取法

此法依托閃式提取器實(shí)現(xiàn)提取效果。依靠高速機(jī)械剪切力和超動(dòng)分子滲透技術(shù)，在室溫及溶劑存在下，僅需數(shù)10 s就可以將物料破碎至細(xì)微顆粒，并使得有效成分迅速達(dá)到組織內(nèi)外平衡，通過(guò)過(guò)濾達(dá)到提取目的。該法具有高效節(jié)能、環(huán)保及保證成分穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。該法提取效率較傳統(tǒng)提取方法有明顯提高，陳艷蕊等對(duì)黃芪多糖采用閃式提取法，進(jìn)行單因素試驗(yàn)后，通過(guò)多糖得率確定提取工藝。結(jié)果表明，通過(guò)該法提取黃芪多糖，得率較堿提法增加了約30%，達(dá)到123.46 mg/g，并確定該法的提取工藝：處理溫度為65℃，處理時(shí)間為2 min，料液比為1∶10(g/mL)，乙醇濃度為50mL/L，電壓為200 V，pH為10。

4 結(jié)語(yǔ)

目前應(yīng)用于黃芪多糖的提取工藝主要還是以傳統(tǒng)的熱水浸提法、酶解法為主，近年逐步興起的微波輔助提取法、超聲波輔助提取法和組織破碎提取法等新技術(shù)提取工藝以及將酶解法和物理法結(jié)合提取的工藝，在提高多糖提取率、純度和減少能源消耗、保持生物活性等方面較傳統(tǒng)溶劑法和酶解法等提取工藝有明顯地改進(jìn)。盡管傳統(tǒng)溶劑法有耗時(shí)、溫度過(guò)高易使成分失活的弊端，但由于成本、操作性的考慮，在中藥材提取方法的選擇和應(yīng)用上，還是以傳統(tǒng)提取方法為主，可以預(yù)測(cè)未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間不會(huì)有大的改觀。

隨著提取工藝不斷的進(jìn)步，以及設(shè)備成本的降低、可操作性方便等趨勢(shì)的發(fā)展，關(guān)于黃芪多糖等中藥材有效活性成分的提取涌現(xiàn)出新的工藝，來(lái)滿足中藥成分的研究需要，如生物發(fā)酵[21]，納濾提取[22]，近期研究還發(fā)現(xiàn)，在黃芪根進(jìn)行物理粉碎的過(guò)程中由于溫度的上升，直接影響黃芪粉的質(zhì)量和溶解度，而液氮可以降溫，能夠有效保留黃芪粉的原色，并改善溶解性，輔助于酶解法后使得黃芪多糖提取率增加10.5%[23]。本文通過(guò)針對(duì)于黃芪多糖提取工藝研究報(bào)道的羅列和比較，希望能夠帶給相關(guān)研究人員一些可參考的提取方法，為黃芪多糖的開發(fā)應(yīng)用提供技術(shù)支持，從而加快中藥及其有效成分在畜禽綠色健康養(yǎng)殖中的推廣與應(yīng)用，提升我國(guó)畜禽產(chǎn)品的品質(zhì)。

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