中藥多糖定性鑒別與糖譜的研究進展*

萬曉瑩，劉振麗，宋志前，彭詩濤，梁東蕊，寧張弛，王 淳

(中國中醫(yī)科學院中醫(yī)基礎(chǔ)理論研究所，北京 100700)

復方是中醫(yī)臨床用藥的主要形式，是依據(jù)君臣佐使等組方原則將不同單味中藥配伍而成的整體。中藥作為復方的原料，其質(zhì)量與中醫(yī)臨床療效密切相關(guān)[1]。中藥的真?zhèn)闻c質(zhì)量優(yōu)劣是影響復方臨床療效的重要因素[2-3]。因此，為保證中醫(yī)的臨床療效，通過科學合理的方法對復方中的單味中藥進行質(zhì)量評價，以嚴格控制原料藥的真?zhèn)魏唾|(zhì)量優(yōu)劣十分必要。

多糖是普遍存在于中藥中的一類化學成分，很多中藥如靈芝[4]、黃芪[5]和鐵皮石斛[6]等所含的多糖，是其發(fā)揮藥效作用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。多糖是由10個或10個以上的單糖聚合而成的天然高分子類成分[7]，具有提高免疫力、抗腫瘤、降血糖和抗氧化等多種活性[5-8]。因此，建立科學合理、切實可行的中藥多糖質(zhì)量評價方法，對于保障中藥質(zhì)量的穩(wěn)定可控、開發(fā)新藥和探究多糖生物效應及機制至關(guān)重要。除根據(jù)中藥自身的性狀和顯微特征進行的定性鑒別外，中藥所含化學成分和指紋圖譜的分析，是目前中藥質(zhì)量評價最常采用的方法[9-13]。目前國家標準在中藥多糖質(zhì)量評價方面還比較薄弱。《中華人民共和國藥典》2020版是采用理化法對中藥多糖進行定性鑒別，即通過多糖與堿性酒石酸銅試液反應生成紅色沉淀以確定中藥中是否存在多糖[14]，該方法因中藥成分復雜多樣而存在很多干擾因素，影響結(jié)果的準確性。此外，多糖生物活性還與其單糖組成、分子量及其分布等結(jié)構(gòu)因素密切相關(guān)[15]。因此，該方法并不能顯示中藥多糖的真實狀態(tài)。隨著檢測儀器的不斷發(fā)展，許多先進的儀器分析方法已用于中藥多糖定性鑒別和糖譜分析，本文對此進行了歸納總結(jié)分析。

1 中藥多糖定性鑒別

1.1 依據(jù)多糖分子量及其分布的中藥定性鑒別

中藥多糖大多屬于不同分子量分布范圍的混合物[16]，其分子量的表述方式有多種，包括重均分子量(Mw)、數(shù)均分子量(Mn)、黏均分子量(Mv)和Z均分子量(Mz)。文獻中報道的一般是Mw[17]。多糖分子量的傳統(tǒng)測定方法主要有滲透壓法、蒸氣壓法、端基法、光散射法、黏度法、超濾法、凝膠滲透色譜法、凝固點下降法。隨著分析儀器的發(fā)展，高效凝膠滲透色譜法(high performance gel permeation chromatography, HPGPC)、質(zhì)譜法(mass spectrum, MS)已成為目前最常用的方法，此外黏度法也有采用。

1.1.1 HPGPC法 HPGPC法是目前測定多糖分子量最常用的方法。它能克服凝膠滲透色譜法耗時長、操作繁瑣的缺點，被廣泛用于分析和制備分離水溶性多聚物、低聚物、多糖、核酸和蛋白質(zhì)等生物學物質(zhì)。HPGPC法是通過測定已知不同分子量的葡聚糖標準品在凝膠色譜柱的保留時間(tR)，繪制log Mw-tR標準曲線，然后根據(jù)多糖各色譜峰的tR，計算相應的Mw，以確定多糖分子量分布情況[18]。采用該方法測定，需要在分析前選擇葡聚糖標準品的類型，確定供試品溶液制備方法，選擇適宜的色譜柱、流動相和檢測器(見表1)。

表1 HPGPC法測定中藥多糖分子量及其分布的主要實驗條件

HPGPC法常用的葡聚糖標準品(表1示)，在不確定多糖結(jié)構(gòu)的情況下，有文獻同時采用2種標準品，以提高測定結(jié)果的準確性[18]。供試品溶液制備多采用水提醇沉法，也有采用超濾法對多糖進行分離后再測定[19]。采用的色譜柱多為不同截留分子量的凝膠色譜柱，如Agilent PL aquagel-OH 60、Agilent PL aquagel-OH 40、TOSOH TSK gel G4000 PWXL等。由于中藥多糖的分子量分布較廣，有時采用多個色譜柱聯(lián)用[20]，以實現(xiàn)全面表征多糖的分子量分布情況。常用的流動相為乙腈-水或無機鹽(如氯化鈉、硫酸鈉)水溶液。因多糖不具有紫外可見吸收，一般采用的檢測器有示差折光檢測器(refractive index detector, RID)、多角度激光散射檢測器(multi-angle laser light scattering detector, MALLS)、電霧式檢測器(charged aerosol detector, CAD)、蒸發(fā)光散射檢測器(evaporative light-scattering detector, ELSD)等，或采用多個檢測器聯(lián)用。王瑩等[19]采用Shodex HQ-803、HQ-804和HQ-806色譜柱串聯(lián)，0.2 mol/L氯化鈉水溶液為流動相，RID-MALLS檢測器測定三批靈芝提取物多糖的Mw。顏軍等[21]采用YMC Park-Diol200(300 mm×0.8 mm)色譜柱和RID檢測器，測得中性和酸性茯苓多糖的Mw分別為11721和44065。課題組前期發(fā)現(xiàn)，ELSD檢測器的靈敏度高于RID檢測器，且可采用梯度洗脫。但由于ELSD檢測器要求樣品需經(jīng)過霧化和蒸發(fā)等處理，其重復性低于RID檢測器。

1.1.2 MS法 MS法也可用于糖類分子量的測定。電子轟擊離子源(EI)-MS要求樣品易于氣化，而糖類成分不具有揮發(fā)性，極大地限制了其在糖類分析中的應用[15]。電噴霧(ESI)-MS對真空度要求不高，可用于液質(zhì)聯(lián)用，采用ESI-MS分析糖類時樣品不需要衍生化，就可得到準分子離子峰或者分子離子峰?；|(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS)是利用脈沖激光使基質(zhì)激發(fā)，使被測高分子樣品或生物大分子與基質(zhì)相互作用發(fā)生離子化，從而通過樣品離子的飛行時間測定其質(zhì)荷比的軟電離質(zhì)譜[22]。該方法測定時無需對樣品進行衍生化，且測定的分子量范圍寬，可測Mw高達6×105，碎片離子少，測定速度快，近些年已逐漸被用于多糖分子量分布范圍的測定[21-22]。MALDI-TOF-MS的檢測方式分為反射式測定和線性測定2種，反射式測定模式主要適用于相對分子質(zhì)量較小的聚糖測定，線性模式主要適用于相對分子質(zhì)量較大的多糖[22]。應根據(jù)所檢測樣品的性質(zhì)，選用適宜的檢測模式。程安媛等[22]采用2,5-二羥基苯甲酸(DHB)為基質(zhì)，測得天然白及多糖的Mw分布范圍為6×104～3×105。

1.1.3 黏度法 黏度法通過測定聚合物溶液的黏度，可提供黏均分子量信息，常用于測定高分子的分子量，其適用的Mv范圍為1×104～1×107[23]。對于分子結(jié)構(gòu)相同的高分子聚合物而言，其特性黏度僅與其分子量有關(guān)。相對分子質(zhì)量與特性黏度關(guān)系可用Mark-Houwink方程來確定[24]。如孫秀艷等[25]采用黏度法測定麥冬多糖及其水解產(chǎn)物的Mv為66836.5和39474.5。

1.2 依據(jù)多糖的單糖組成的定性鑒別

不同中藥多糖的單糖組成不同，單糖組成分析是研究多糖結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及構(gòu)效關(guān)系的基礎(chǔ)，是評價中藥多糖質(zhì)量的重要內(nèi)容。其研究中主要包括多糖水解的方法和條件、衍生化方法和單糖檢測方法。從這3個方面對實驗條件進行優(yōu)化，可提高多糖單糖組成分析的準確性。

1.2.1 多糖的水解 要確定多糖的單糖組成，首先需先將多糖水解成單糖。常用的水解方法主要有酸水解法和酶解法，此外還有氧化降解法、超聲降解法、輻射降解法等。

酸水解法是采用強酸性試劑催化多糖水解，如鹽酸(HCl)溶液/鹽酸甲醇(HCl/CH3OH)溶液、硫酸(H2SO4)溶液、三氟乙酸(TFA)溶液等。多糖水解程度受水解條件影響，水解時需對酸濃度、水解時間、水解溫度等進行考察。和法濤等[26-27]分別采用HCl溶液和H2SO4溶液對猴頭菇多糖進行水解，考察了酸濃度、水解時間、水解溫度對多糖水解的影響。結(jié)果顯示，以HCl溶液和H2SO4溶液為介質(zhì)，猴頭菇多糖水解的最佳酸濃度均為2 mol/L，反應時間均為5 h，HCl溶液水解溫度90 ℃略高于H2SO4溶液水解溫度80 ℃，且兩者水解程度差異無統(tǒng)計學意義。多糖水解時，如果水解條件溫和，多糖不易水解完全，殘留不溶物較多，可能導致二糖與單糖圖譜重疊影響測定結(jié)果。而水解條件過于劇烈，降解出的單糖在酸性條件下易發(fā)生脫水或脫羧產(chǎn)生糠醛類副產(chǎn)物，同樣影響測定結(jié)果的準確性[28]，因此預實驗時需要優(yōu)化水解條件。

酶解法是采用糖苷酶對待測多糖進行定位水解，其專屬性較酸水解高且條件溫和。如Deng Y等[29]在測定太子參中水溶性非淀粉多糖的單糖組成時，采用果膠酶、纖維素酶、內(nèi)阿拉伯聚糖酶和內(nèi)切-1,4-β-D-半乳聚糖酶的混合溶液40 ℃過夜處理。

氧化降解法、超聲降解法、輻射降解法也有被報道。如朱振元等[30]分別采用30% H2O2、2 U/mL 高溫淀粉酶和超聲波處理古尼蟲草菌絲多糖，結(jié)果顯示超聲法降解的古尼蟲草菌絲多糖產(chǎn)物分子量低于其他2種方法。肖凌云等[31]對比了HCl、TFA、H2O2、超聲波和果膠酶降解黃芪-枸杞復合多糖的效果，結(jié)果表明H2O2法和超聲法所獲得的特征峰信息較少且處理過程繁瑣，果膠酶因其酶促反應的特征專一性，得到的降解產(chǎn)物也較少。同為化學降解法，TFA法的單糖組分多于HCl法且特征峰易于辨認。李兆龍等[32]采用電子束輻照和敏化劑協(xié)同的方法降解殼聚糖，降解過程中吸收劑量、敏化劑的加入與否、敏化劑濃度和敏化劑類型等因素對多糖降解效果產(chǎn)生影響。隨著吸收劑量的增加，多糖的降解效果增加。敏化劑的加入，可促進自由基產(chǎn)生，加速糖苷鍵的斷裂，而氧化還原敏化體系比單純敏化體系降解效果更好。

1.2.2 單糖的衍生化方法 圖1示，多糖水解后的單糖不具有紫外與熒光吸收[33]，因此采用高效液相色譜法(high performance liquid chromatography, HPLC)聯(lián)用UV-Vis檢測器或熒光檢測器(FLD)測定時，需對單糖進行衍生化處理，使其成為具有紫外或熒光吸收的衍生物。

HPLC法采用的衍生化分為柱前衍生和柱后衍生。柱前衍生化法可相對自由地選擇反應條件和衍生化試劑，不受反應動力學限制，衍生化的副產(chǎn)物可進行預處理以降低或消除其干擾，可允許多步反應的進行且不需要復雜的儀器設(shè)備，但形成的副產(chǎn)物可能影響色譜的分離，容易引入雜質(zhì)或干擾峰或造成樣品損失。柱后衍生法產(chǎn)生的副產(chǎn)物對色譜分離影響較小，被分析的樣品可在其原有的形式下進行分析，但其需要額外的設(shè)備，對儀器要求較高，反應器造成峰展寬使分辨率降低，過量的試劑會對測定造成干擾。目前的衍生物主要為伯氨基衍生物和對氨基苯甲酸乙酯衍生物(PMP衍生物),常用的衍生化試劑有1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮(PMP)、2-氨基吡啶(2-AP)、對氨基苯甲酸酯、8-萘胺-1,3,6-三磺酸(ANTS)、苯甲酰氯等。實驗室最常用的為PMP試劑，因其能同時測定酸性、中性和堿性多糖[28]。

單糖亦不具有揮發(fā)性[33]，因此采用氣相法(gas chromatography, GC)測定多糖的單糖組成時，常對單糖進行硅烷化或乙酸酯化處理，使其成為易揮發(fā)且對熱穩(wěn)定的衍生物。目前的衍生物主要有糖的三甲基硅醚衍生物或糖腈乙酸酯衍生物、糖醇乙酸酯衍生物、糖的三氟乙酸酯衍生物等。硅烷化常用的衍生化試劑包括六甲基二硅氮烷、三甲基氯硅烷等，但硅烷化容易產(chǎn)生衍生物的異構(gòu)體，使色譜圖出現(xiàn)多個峰，影響測定結(jié)果的準確性。為避免產(chǎn)生衍生物的異構(gòu)體，多采用衍生為乙酸酯的方法[34]。乙酸酯化常用的衍生化試劑有鹽酸羥胺、硼氫化鈉、醋酐和三氟醋酸酐等，反應溶劑多為吡啶和四氫呋喃。

1.2.3 單糖組成檢測方法 圖2示，單糖組成檢測的基本步驟和方法。

注：A.HPLC法；B. GC法；a.伯氨基衍生物；b.PMP衍生物；c.糖腈乙酸酯衍生物；d.糖醇乙酸酯衍生物；e.三氟乙酸酯衍生物圖1 多糖的單糖衍生化原理

圖2 多糖的單糖組成分析步驟與方法

(1)GC法：GC法是較早用于分析多糖單糖組成的檢測方法，方法靈敏度高，各單糖的色譜峰的分離度良好。但GC法只適合測定中性多糖，不適宜測定糖醛酸及N-乙酰氨基糖的檢測，原因是酸性多糖中的糖酸酸一經(jīng)水解釋放，容易發(fā)生內(nèi)酯化，其內(nèi)酯化程度難以重復，使測定結(jié)果重復性低[35]。若待檢測的天然糖類物質(zhì)中含有糖醛酸或N-乙酰氨基糖，則需要首先將其羧基還原成羥基，進行衍生化處理后再進行分析或采用較短的氣相色譜柱進行檢測。GC法測定多糖的單糖組成，常用的檢測器包括氫火焰檢測器(flame ionization detector, FID)、MS。劉源才等[35]采用糖腈乙酸酯法對水解后的枸杞多糖進行衍生化，經(jīng)GC-FID法測定，確定枸杞多糖的中性多糖組成包括鼠李糖、阿拉伯糖、木糖等6種單糖。現(xiàn)也有文獻采用GC-MS法聯(lián)用測定多糖的單糖組成，通常以氦氣為載氣，以EI為質(zhì)譜的離子源。如夏和先等[36]采用GC-MS法分析了不同種源的太子參多糖的單糖組成。

(2)HPLC法：HPLC法是測定多糖單糖組成的常用方法之一，較GC法更適用于單糖組成較為復雜的多糖檢測。傳統(tǒng)HPLC法使用最多的是鍵合相硅膠柱，如C18柱。但糖類是多羥基類成分，分子極性大，在鍵合相硅膠柱上不能有效的保留，導致保留時間短、分離效果差。現(xiàn)多用氨基柱分離多糖，但某些還原糖易與固定相上的氨基發(fā)生化學反應產(chǎn)生席夫堿，縮短柱的使用壽命，且氨基柱的流動相平衡時間長，不適用于大量樣品的快速分析。目前基于離子交換、空間排阻、配位交換、分配吸附等多種分離原理的新型糖分析柱也日益應用廣泛，如Sugar S系列、Sugar KS系列、Asahipak GS-220HQ、Asahipak NH2P系列色譜柱等。

表2示，HPLC法檢測單糖時，常用檢測器主要有VWD、FLD、RID、ELSD、CAD、電化學檢測器(electrochemical detector, ECD)、二極管陣列檢測器(diode array detector, DAD)。根據(jù)所用檢測器的不同，可分為衍生化后測定和直接測定2種情況。一是聯(lián)用VWD或FLD時，水解后的單糖需衍生化處理才能被測定，此法可檢測酸性、中性和堿性多糖的單糖組成[29]，但用于酮糖測定的衍生化法很少；二是聯(lián)用RID、ELSD、ECD、CAD時，可無需對單糖進行衍生化[37]。胡坪等[33]采用HPLC-ELSD法直接測定麥冬多糖的單糖組成，并與HPLC-VWD法進行對比，以確證測定結(jié)果的準確性，結(jié)果顯示2種方法結(jié)果一致。

表2 HPLC法聯(lián)用的各檢測器特征比較

(3)IC法：離子色譜法(ion chromatography, IC)是一種新型液相色譜技術(shù)，基于離子型化合物中的離子成分，可與離子柱表面的帶電荷基團發(fā)生可逆性交換的原理，實現(xiàn)各化合物的分離。多糖水解后可直接通過IC法測定其單糖組成[37]。于青等[38]采用IC法測定靈芝孢子粉多糖的單糖組成，色譜柱為CarboPac PA10，流動相為2.5 mmol/LKOH溶液，檢測器為積分脈沖安培檢測器(integrated pulsed amperometric detector, IPAD)。

(4)TLC法：薄層色譜法(thin layer chromatography, TLC)測定單糖組成時，多糖水解后無需衍生化，因此也被用于中藥多糖的定性鑒別。TLC法常用薄層板為硅膠G板[39]和微晶纖維素板[40-41]、活性炭層析柱[42]，常用展開劑和顯色劑見圖2。鄧勇等[40]采用纖維素薄層板測定不同蟲草多糖的單糖組成，以乙酸乙酯-吡啶-醋酸-水(7.0∶3.0∶0.2∶1.4)為展開劑，以苯胺-鄰苯二甲酸為顯色劑，在410 nm波長處進行薄層掃描，顯示不同種類的蟲草多糖單糖組成相同，但單糖比例存在差別。TLC法對單糖分離度低，實驗條件如溫度、濕度、操作者的實驗水平等，對實驗結(jié)果的影響較大。

(5)HPCE法：高效凝膠電泳法(high performance capillary electrophoresis, HPCE)因操作簡單、所需樣品用量少和分離效率高，已逐步被用于測定中藥多糖的單糖組成。陳傳平等[43]運用HPCE法分析金櫻子多糖的單糖組成，背景電解質(zhì)為硼酸緩沖液，分離電壓為20 kV，檢測波長為250 nm，結(jié)果顯示金櫻子多糖由木糖等6種單糖組成。

2 中藥多糖糖譜的建立方法

中藥多糖的糖譜是通過多批次中藥多糖分析而獲取的共性信息建立的圖譜。目前主要以多糖整體結(jié)構(gòu)特征和單糖組成為依據(jù)建立糖譜。

2.1 以分子量及其分布為依據(jù)的糖譜

依據(jù)多糖整體結(jié)構(gòu)特征的糖譜建立主要包括光譜法與色譜法。光譜法主要采用紅外法(ion chromatography, IC)和近紅外法(near infrared ray, NIR)，色譜法主要采用HPGPC法，這些技術(shù)方法可以獲取多糖的結(jié)構(gòu)信息。如對10批次江西決明子多糖進行IR測定，通過統(tǒng)計分析顯示，10批次樣品的IR譜相似度在0.935～0.998之間，提示樣品多糖官能團差異小，可快速鑒別其產(chǎn)地[44]。

2.2 以單糖組成為依據(jù)的糖譜

依據(jù)多糖單糖組成的糖譜建立主要采用HPLC法。如采用HPLC法測定黃精多糖的柱前衍生物糖譜，結(jié)果顯示10批黃精中有10個共有峰，其中7個共有峰代表的單糖被鑒別，圖譜相似度>0.99，顯示該方法能較好地評價黃精多糖的質(zhì)量[45]。

除了單味中藥，糖譜也用于復合中藥多糖的質(zhì)量分析。肖凌云等運用HPLC法成功建立了黃芪-枸杞復合多糖的糖譜，10批次樣品的相似度>0.9，說明復合多糖經(jīng)過降解也能通過柱前衍生圖譜對其進行質(zhì)量評價[46]。

3 小結(jié)

多糖普遍存在于中藥中，是中藥的有效成分之一。多糖的結(jié)構(gòu)是其生物活性的基礎(chǔ)，但多糖結(jié)構(gòu)復雜，分子量分布較廣等特點加大了質(zhì)量控制的難度。本研究對中藥中多糖的定性鑒別和糖譜的建立方法進行了述評。除常用的TLC法和HPLC法，MS、HPCE和IC等具有高靈敏度的分析儀器也已用于中藥多糖的定性鑒別。糖譜法的運用已成為多糖質(zhì)量控制的熱點。多種分析方法或檢測器的聯(lián)用，提高了檢測的靈敏度和準確性，從而為中藥多糖的質(zhì)量控制提供了可靠平臺，為保障中醫(yī)臨床療效提供了技術(shù)支撐。