砂仁主要活性組分的研究進(jìn)展

黃國中，王琴，馬路凱，劉袆帆

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院輕工食品學(xué)院，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程創(chuàng)新研究院，廣東 廣州 510230）

砂仁，姜科草本植物砂的成熟果實(shí)，主要分布于中國廣東、云南等地，尤以廣東陽春質(zhì)量最佳。砂仁屬于藥食同源目錄資源，在國內(nèi)中草藥的市場中占據(jù)著重要的位置[1]，隨著人們對健康營養(yǎng)的尋求，其消費(fèi)量和年產(chǎn)量也逐年增加。砂仁市場需求量逐年增加的同時，關(guān)于砂仁活性成分[2]、生理功效及相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)已成為研究熱點(diǎn)，近十年來關(guān)于砂仁的研究[3]逐年增加，且多集中在食品和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。砂仁含有多種活性成分，主要包括多糖、黃酮和揮發(fā)油，本文對近年來砂仁主要活性成分的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為砂仁的研究及產(chǎn)品開發(fā)提供一定的幫助。

1 砂仁多糖研究

多糖是一種由單糖脫水縮合而成的物質(zhì)，廣泛存在于自然界不同植物中，具有抗腫瘤、降血糖、抗病毒、抗氧化以及提高免疫力等功效[4]，是一類具有重要生理功效的物質(zhì)，多糖還可以進(jìn)行分子修飾，且修飾過后活性提高[5]，國際上把21世紀(jì)稱之為多糖的世紀(jì)。砂仁中同樣富含多糖，有研究報(bào)道[6]其含量可達(dá)11.3%。砂仁多糖的研究也是目前砂仁活性物質(zhì)中研究較多的成分。

1.1 提取工藝和結(jié)構(gòu)解析

與其它植物源多糖如石斛多糖[7]、巴戟天多糖[8]和竹筍多糖[9]類似，關(guān)于提取工藝的研究也是砂仁多糖主要研究方向。在經(jīng)歷了最初的砂仁多糖成功提取[10]，目前研究多集中在提高提取率和提取效率等方面，樊亞鳴等[6]采用微波法優(yōu)化砂仁多糖的提取工藝，通過單因素和正交試驗(yàn)確定了多糖最佳提取工藝為液固比10∶1、微波功率600 W、提取溫度80℃、提取時間20 min，在此條件下提取率為11.3%。YAN等[11]比較了熱水提取、超聲輔助提取、微波輔助提取和酶輔助提取4種不同方法對砂仁多糖提取的影響，結(jié)果表明超聲輔助提取法是最佳的提取方法（提取率13.2%）。ZHANG等[12]采用Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化了砂仁粗多糖的提取工藝后采用二乙氨乙基纖維素-52和葡聚糖凝膠Sephadex G-100對粗多糖進(jìn)行純化得到純化多糖ASP-1、ASP-2和 ASP-3（得率分別為 12.26%、4.45%和3.17%）。樊亞鳴等[13]對純化后的砂仁多糖進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，發(fā)現(xiàn)砂仁主要含兩種多糖，其分子量分別為56 421及1 743，單糖組成為阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖及半乳糖（比例1.00∶0.68∶0.97∶0.86）。

截至目前，砂仁多糖的提取工藝還較為復(fù)雜，尤其是采取水溶液法提取的產(chǎn)物中雜質(zhì)含量高，急需研究新的提取方法，實(shí)現(xiàn)去除雜質(zhì)；此外現(xiàn)階段提取工藝所得多糖產(chǎn)率不高，急需高通量提取方法，進(jìn)而有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

1.2 砂仁多糖的活性研究

多糖是天然活性物質(zhì)之一，其中植源性多糖更是廣泛存在于自然界植物細(xì)胞當(dāng)中，對生物體的生理功效發(fā)揮重要作用，目前砂仁多糖的功能活性僅有少量報(bào)道。ZHANG等[12]發(fā)現(xiàn)砂仁多糖具有較好的自由基清除能力，顯著抑制丙二醛的生成，增強(qiáng)抗氧化酶活性，進(jìn)一步純化得到3個組分（ASP-1、ASP-2和ASP-3），其中ASP-3對HepG2肝癌細(xì)胞的生長有較強(qiáng)的抑制作用，這一研究表明砂仁多糖具有較好的抗氧化活性，未來可用于抗氧化藥物開發(fā)和食品開發(fā)中。ZHANG等[14]從雜交砂仁及其母本中分別提取水溶性多糖，發(fā)現(xiàn)二者具有相似的單糖組成和紅外光譜特征，且二者在免疫應(yīng)激方面沒有顯著差異。該研究結(jié)果表明雜交砂仁和純種砂仁的多糖結(jié)構(gòu)和活性相似，而雜交砂仁價格遠(yuǎn)低于純種砂仁，因此雜交砂仁可作為純種砂仁的小范圍替代品，進(jìn)行推廣栽培。

然而目前對于砂仁多糖的生物活性研究并不多見報(bào)道，其具體抗氧化[15]機(jī)理也未有權(quán)威的說法，因此，對砂仁多糖的生物活性進(jìn)行更深入的研究將具有深刻意義。

2 砂仁黃酮研究

黃酮類化合物是植物體內(nèi)常見的天然多酚抗氧化劑[16]，是目前備受關(guān)注的天然活性物質(zhì)之一。黃酮類[17]成分具有止咳、祛痰、平喘、抗菌的活性，護(hù)肝、解肝毒、抗真菌、治療急慢性肝炎、肝硬化等作用[18]。另有研究發(fā)現(xiàn)，黃酮類化合物具有不容忽視的抗氧化能力，且其抗氧化能力比維生素C要強(qiáng)[19]，對于一些因氧自由基損傷所引起的疾病可能有治療價值，對含脂食品的自動氧化的防止有一定的實(shí)用價值[20]。

2.1 提取工藝和結(jié)構(gòu)解析

砂仁中的黃酮類物質(zhì)于本世紀(jì)初成功提取，經(jīng)結(jié)構(gòu)鑒定主要為槲皮苷和異槲皮苷[21]。砂仁不同部位總黃酮含量存在差異，含量高低順序?yàn)椋悍N子團(tuán)＞果實(shí)＞果皮[22]，由于總黃酮的含量[23]與槲皮苷、異槲皮苷的含量有相同趨勢[24]，因此關(guān)于其提取工藝的研究多為總黃酮提取。

鐘旭美等[25]探討了甲醇體積分?jǐn)?shù)、提取時間和提取溫度3個單因素對總黃酮提取率的影響，采用Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化得到的最佳條件為提取時間101 min，提取溫度73℃，甲醇體積分?jǐn)?shù)85%，此時砂仁總黃酮的提取率為11.11%。在傳統(tǒng)提取工藝基礎(chǔ)上，王文杰等[26]選用乙醇作為提取溶劑，優(yōu)化得到的最佳條件為乙醇濃度80%，提取溫度60℃，液料比為1∶80，提取時間為2.5 h。此外采用乙醇提取還具有毒性較小，價格便宜，提取過程可同步去除親水性蛋白及水溶性雜質(zhì)。隨后，謝文健等[27]比較超聲處理、加熱回流提取、索氏回流提取3種不同方法對砂仁總黃酮的提取效果，發(fā)現(xiàn)不同方法對黃酮提取率的影響較小，從成本和操作便捷角度選用超聲提取方法。高林林等[28]在前人研究基礎(chǔ)上考察不同濃度乙醇對砂仁黃酮的提取效果，發(fā)現(xiàn)使用60%乙醇提取砂仁黃酮時得率最高（3.55 mg/g），經(jīng)AB-8大孔樹脂分離，得到純化后的砂仁黃酮（93.3%）為后續(xù)砂仁黃酮活性試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

由目前現(xiàn)有關(guān)于砂仁黃酮文獻(xiàn)中得知，黃酮含量與多糖相當(dāng)，但在優(yōu)化提取工藝方面的研究不夠深入，因此對砂仁黃酮提取工藝的研究仍將是研究熱點(diǎn)。

2.2 砂仁黃酮的活性研究

砂仁黃酮具有酚羥基結(jié)構(gòu)，具有一定抗氧化等功效。鐘旭美等[29]以1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基（DPPH·）和羥基自由基（·OH）體外清除能力評價砂仁黃酮抗氧化性，以維生素C為對照，研究了砂仁黃酮抗氧化性，結(jié)果表明砂仁黃酮對DPPH·和·OH清除率分別達(dá)約88%和80%，而維生素C對應(yīng)的數(shù)據(jù)均為約30%，說明砂仁黃酮具有較好的自由基清除能力；此外，其團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)砂仁黃酮對大腸桿菌和枯草芽孢桿菌均有一定抑制作用，其中對大腸桿菌抑制效果更明顯。除了抗氧化性和抗菌性，砂仁黃酮還具有一定抗腫瘤活性，高林林等[28]研究發(fā)現(xiàn)砂仁黃酮對小鼠移植腫瘤S180、H22具有一定的抑制作用。以上研究表明砂仁黃酮是一種具有潛在生理功效的活性物質(zhì)。

相較于砂仁多糖而言，目前關(guān)于砂仁黃酮活性的報(bào)道較少。黃酮是一大類物質(zhì)，目前砂仁中僅鑒定出槲皮素，是否還有其它黃酮類物質(zhì)目前仍處于未知，且現(xiàn)有研究所選用的多為黃酮粗提物，這對準(zhǔn)確界定砂仁黃酮的功能活性及作用機(jī)理將有一定的影響。在大健康時代背景下，對砂仁黃酮類物質(zhì)的提取、純化及活性機(jī)理等方面的研究將具有重要意義。

3 砂仁揮發(fā)油研究

揮發(fā)油是砂仁主要的藥效組分，具有抗?jié)?、抗炎、?zhèn)痛、止瀉、抗菌等廣泛的藥理作用[30]，特別是砂仁提取液具有緩解腹痛胃脹功效[31]，還可以增強(qiáng)胃消化[32]，改善脾胃虛寒[33]等癥狀。砂仁提取液中揮發(fā)油的主要有效成分為乙酸龍腦酯（25%～30%）[34]。然而揮發(fā)油穩(wěn)定性差，在制備與儲存過程中極易揮發(fā)、氧化和變質(zhì)，影響其安全性和有效性。為最大化保留砂仁揮發(fā)油的有效成分，改善其品質(zhì)，目前多采用環(huán)糊精包埋、微膠囊化等處理[35]。

3.1 提取工藝和結(jié)構(gòu)解析

砂仁揮發(fā)油是脂肪族、芳香族和含硫含氮化合物的總稱，其中以萜類[36]及其含氧衍生物為主，難溶于水，通常采用加壓熱水萃取[37]和有機(jī)溶劑進(jìn)行浸提。魏榮華等[38]在微波輔助條件下，采用不同溶劑萃取砂仁中揮發(fā)油，發(fā)現(xiàn)低極性低沸點(diǎn)的溶劑萃取效果較高，其中以乙醚效果最佳。樊亞鳴等[39]以乙醚為溶劑輔以微波加熱法對砂仁揮發(fā)油的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，最佳提取工藝為固液比1∶5，萃取溫度45℃，萃取時間180 s，此時得率為3.2%。王玲等[40]分別采用有機(jī)溶劑熱浸法、微波浸提法提取砂仁中的揮發(fā)性成分，發(fā)現(xiàn)兩種方法均能有效地提取砂仁揮發(fā)油，但微波浸提法提取率高（3.28%），且省時省力。張繼斌[41]對揮發(fā)油中乙酸龍腦酯成分的提取進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳提取條件是料液比為1∶15，浸泡時間30 min，提取時間6 h，此時得率為2.5%。陳河如等[42]采用液-液分級萃取分離砂仁揮發(fā)油中的不同極性成分，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對不同成分進(jìn)行分離和鑒定。發(fā)現(xiàn)液-液分級萃取可以將砂仁揮發(fā)油不同組分較好的分離，首次鑒定出2-甲基-3-丁烯-1-醇、吡喃、新二氫香葦醇、吉馬烯、β-倍半菲蘭烯、α-香檸醇等成分，為進(jìn)一步從砂仁中尋找潛在臨床先導(dǎo)化合物奠定一定基礎(chǔ)。砂仁揮發(fā)油中組成復(fù)雜，成分眾多。王玲等[40]發(fā)現(xiàn)砂仁揮發(fā)油主要化學(xué)成分為乙酸龍腦酯、樟腦、龍腦、古巴烯、匙葉桉油烯等。DAI等[43]對砂仁揮發(fā)油進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)主要為單萜烴（74.0%～89.7%）、含氧單萜烴（1.7%～5.8%）、倍半萜烴（4.6%～12.0%）和含氧倍半萜烴（0.6%～11.8%）。

就目前的研究中得知，砂仁揮發(fā)油是一類比較復(fù)雜的混合物[44]，但每個組分的揮發(fā)性存在差異，現(xiàn)階段缺乏簡單有效的提取工藝實(shí)現(xiàn)多組分的高效分離。

3.2 揮發(fā)油的活性研究

由于砂仁揮發(fā)油穩(wěn)定性差，不利于進(jìn)一步進(jìn)行活性機(jī)理的研究，因此需要運(yùn)用包埋技術(shù)[45]，將砂仁揮發(fā)油固定在一定范圍內(nèi)以提高其穩(wěn)定性，目前多采用羥丙基-β-環(huán)糊精[46-47]對揮發(fā)油進(jìn)行包埋，有研究證實(shí)砂仁揮發(fā)油可與β-環(huán)糊精形成穩(wěn)定包埋物[48]。砂仁揮發(fā)油經(jīng)包埋處理后，陳河如等[46]通過小鼠灌藥后扭體次數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)包埋物對冰醋酸所致小鼠疼痛有明顯的緩解作用。也有報(bào)道指出砂仁揮發(fā)油可對二甲苯致小鼠耳腫脹和卡拉膠所致大鼠足腫脹具有一定的抑制作用，其效果與吲哚美辛相當(dāng)[49]。CHEN 等[50]以2，4，6-三硝基苯磺酸誘導(dǎo)的炎癥性腸病大鼠為實(shí)驗(yàn)對象，研究了砂仁揮發(fā)油對T淋巴細(xì)胞免疫功能和腸道微生態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)砂仁提取物可預(yù)防腸道黏膜炎。由此可見砂仁揮發(fā)油對機(jī)體具有較為重要的功效。除此之外，還有研究發(fā)現(xiàn)砂仁揮發(fā)油具有驅(qū)蟲[51]的功效，這將對食品的貯藏起到關(guān)鍵性作用。然而，揮發(fā)油所含組分眾多，究竟是哪一種或哪幾種成分在發(fā)揮生理功效作用，目前尚未進(jìn)行深入探討[52]。因此對砂仁揮發(fā)油不同組分功效進(jìn)一步挖掘，明確砂仁揮發(fā)油的藥效具有重要意義。

4 總結(jié)與展望

本文介紹了著名中藥砂仁的主要活性成分多糖、黃酮和揮發(fā)油，并對其研究進(jìn)展進(jìn)行了歸納和分析。目前關(guān)于砂仁活性物質(zhì)的研究主要集中在揮發(fā)油，而有關(guān)砂仁多糖、黃酮等研究目前還鮮有報(bào)道，且現(xiàn)有研究多為提取工藝的優(yōu)化，缺乏對其相應(yīng)功能活性的深入研究，而且功能活性試驗(yàn)中所用樣品大多為未經(jīng)過純化處理的粗提物，這可能會對試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性造成一定影響。此外，對砂仁的其它組分如蛋白、多肽、生物堿等的報(bào)道也較為少見，因此，為全面認(rèn)知有“藥食同源”之稱的中藥砂仁，應(yīng)該繼續(xù)深入挖掘其不同組分的含量、功效及藥效機(jī)理。在追求大健康和食品安全的時代背景下，關(guān)于砂仁活性成分的綠色、快速、高效的提取工藝，以及潛在的構(gòu)效關(guān)系、功能活性仍將是未來的研究重點(diǎn)。