人參中總皂苷提取工藝研究

李 偉

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物與農(nóng)業(yè)學(xué)院，湖北 黃岡 438002）

人參（Panax ginseng C. A. Mey），亦名黃參、血參。為五加科植物的干燥根和根莖。人參素有百草之王的美譽(yù)，是我國(guó)重要的名貴中藥材之一，秦漢時(shí)代的《神農(nóng)本草經(jīng)》將人參列為藥中極品，有“人參主補(bǔ)五臟，明目益智，久服輕身延年”之功效，歷代中醫(yī)對(duì)人參的功效都非常推崇，《神農(nóng)本草經(jīng)》是現(xiàn)存最早的中藥學(xué)專著，記載著中國(guó)4000年前就已經(jīng)形成的人參藥用的精髓：“人參，味甘微寒，主補(bǔ)五臟，安精神，定魂魄，止驚悸，除邪氣，明目，開心益智。久服，輕身延年?！?/p>

人參的化學(xué)成分極為復(fù)雜，隨著醫(yī)藥分離純化技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)科研人員已經(jīng)從人參中分離出來39種人參單體皂苷。

1 人參植物學(xué)特征及其藥用價(jià)值和有效成分

人參為多年生宿根草本，人參主根高30~60厘米，肥厚，肉質(zhì)，黃白色，圓柱形或紡錘形，下面稍有分枝；根狀莖（蘆頭）短，直立，人參莖直立，圓柱形，不分枝；一年生植株莖頂只有一葉，葉具三小葉，俗名“三花”。人參復(fù)葉掌狀，小葉3~5片，中間3片近等大，有小葉柄；小葉片橢圓形或微呈倒卵形，長(zhǎng)4~15厘米，寬2~6.5厘米，先端漸尖，基部楔形，邊緣有細(xì)鋸齒，上面脈上散生少數(shù)剛毛，下面無毛，最下1對(duì)小葉甚小，無小葉柄。

《中國(guó)藥典》（2020年版一部）記載，人參功能與主治包括了：大補(bǔ)元?dú)?，?fù)脈固脫，補(bǔ)脾益肺，生津養(yǎng)血，安神益智。用于體虛欲脫，肢冷脈微，脾虛食少，肺虛喘咳，津傷口渴，內(nèi)熱消渴，氣血虧虛，久病虛羸，驚悸失眠，陽痿宮冷[1]。

研究表明，人參的有效成分主要包括了多種皂苷類，包括了人參皂甙(Gi-nsenoside)Ro、Ra、Rb1、Rb2、Rb3、Rc、Rd、Re、Rf、20-葡萄糖-Rf、Rg1、Rg2、Rg3及Rh等14種[2]。

2 人參皂苷研究現(xiàn)狀分析

截止2021年12月31日，對(duì)中國(guó)知網(wǎng)進(jìn)行檢索，檢索條件：(主題=人參皂苷提取，或者 題名=人參皂苷提取，或者v_subject=中英文擴(kuò)展(人參皂苷提取,中英文對(duì)照)，或者 title=中英文擴(kuò)展(人參皂苷提取,中英文對(duì)照)) (模糊匹配); 數(shù)據(jù)庫：文獻(xiàn)，跨庫檢索。

檢索得到文獻(xiàn)總數(shù)：563篇。具體分析如圖1：

從圖1可以看出，對(duì)于人參皂苷提取研究論文自1998年開始起步到2003年開始迎來第一波研究高峰，至2021年底經(jīng)過了5個(gè)快速增長(zhǎng)期，分別是2005年，2010年，2013年，2017年和2019年?？梢灶A(yù)測(cè)未來對(duì)人參皂苷的研究將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。

圖1 人參皂苷提取論文發(fā)表年度分布圖

圖2 主題分布共線矩陣分析圖

圖3 主題分布年度交叉分析圖

圖4 研究層次分析圖

圖5 研究類型分布圖

從圖2、圖3可以看出，對(duì)人參研究?jī)?nèi)容分布非常廣泛，自2017年開始，每年的研究論文數(shù)維持在25篇左右，研究的主題主要包括了人參皂苷、固相萃取、機(jī)制研究、人參皂苷Rb1等領(lǐng)域，但研究重點(diǎn)是人參皂苷提取與含量測(cè)定，占比達(dá)到了76.92%。

從圖4、圖5數(shù)據(jù)顯示，對(duì)人參皂苷的研究主要以應(yīng)用基礎(chǔ)研究為主，占比達(dá)到了63.27%。

圖6 人參皂苷提取文獻(xiàn)來源分布圖

從圖6表明，人參皂苷提取研究主要集中在我國(guó)北方，特別是吉林大學(xué)和吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)、長(zhǎng)春中醫(yī)藥大學(xué)，總占比超過了39.5%。

3 人參皂苷提取工藝研究

目前人參皂苷一般提取方法包括了水提取法，有機(jī)溶劑提取法，滲漉法，蒸餾法，超聲提取法和超臨界流體萃取法等。

3.1 水提取法

水提取法是最傳統(tǒng)的中藥提取方法，主要是利用水作為提取溶劑，將人參粉碎后加熱至合適的溫度進(jìn)行反復(fù)多次提取。

廣東藥學(xué)院陳阿麗[3]等研究人員在2009年對(duì)人參皂苷水提法進(jìn)行了系統(tǒng)性的優(yōu)選試驗(yàn)，分別以加水量、提取次數(shù)和提取時(shí)間進(jìn)行了正交試驗(yàn)，結(jié)果表明：加水量對(duì)人參皂苷提取由極顯著影響，提取次數(shù)和提取時(shí)間有顯著影響。最佳的提取條件為料液比1:8，煎煮2次，每次1h，人參皂苷轉(zhuǎn)化率為86.57%，轉(zhuǎn)化率穩(wěn)定且最高。

本方法的優(yōu)點(diǎn)是提取溶劑簡(jiǎn)單環(huán)保，提取設(shè)備要求不高，成本低廉，方法非常簡(jiǎn)單，適用于對(duì)熱不敏感的藥物提取。缺點(diǎn)是收率低，時(shí)間長(zhǎng)，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對(duì)熱不穩(wěn)定的藥物無法使用此方法提取。

3.2 有機(jī)溶劑提取法

有機(jī)溶劑提取法主要是依據(jù)相似相容的原理，利用有機(jī)溶劑浸泡中藥材而使藥材中的有效成分溶解浸出，達(dá)成提取的目的，此法的主要影響因素包括了溶劑量、提取溫度、提取時(shí)間和提取次數(shù)等。傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑包括了甲醇、乙醇、乙醚等。

吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)張春紅[4]等研究人員在2003年以人參總皂苷得率為考察指標(biāo)，對(duì)影響人參皂苷提取工藝的因素進(jìn)行了正交試驗(yàn)。研究結(jié)果表明各因素對(duì)提取效果的影響程度為:溶劑量>溫度>時(shí)間；有機(jī)溶劑提取人參皂苷最佳工藝參數(shù)為：溶劑量為浸提物的10倍、提取溫度60℃、浸提時(shí)間2h?？傇碥盏氖章蚀蠹s在8.33%。

吉林工商學(xué)院劉長(zhǎng)姣[5]等研究人員在2019年利用纖維素酶-乙醇結(jié)合法提取人參總皂苷。通過單因素試驗(yàn)考察提取體系 pH、纖維素酶添加量、乙醇濃度、酶解溫度、料液比、提取時(shí)間和提取次數(shù)對(duì)人參總皂苷提取率的影響。利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到最優(yōu)提取條件：提取溫度50℃、提取次數(shù)2 次，pH5.0、乙醇濃度40%，酶添加量為1.5%、固液比為 1∶12、提取時(shí)間為 2h。在最優(yōu)條件下，纖維素酶-乙醇結(jié)合法提取人參總皂苷的得率為 2.73%。

本法的優(yōu)點(diǎn)有原料利用率較高，可以多次溶劑提取，并且節(jié)約溶劑，索氏提取器完成一次溶劑提取后，揮發(fā)的提取溶劑經(jīng)過冷凝管冷凝回流，重新進(jìn)入提取容器，溶劑需求量小。缺點(diǎn)是提取時(shí)間長(zhǎng)，索氏提取器每次處理的原料量十分有限，不適合工業(yè)提取。

3.3 超聲波提取法

水提取收率較低，水溶性雜質(zhì)變多，且水不易存放，容易產(chǎn)生霉變。機(jī)溶劑提取法提取溶劑主要有甲醇、乙醇和正丁醇等，無論使用甲醇還是乙醇都對(duì)各種有機(jī)物質(zhì)都有較高的溶解度，導(dǎo)致提取液中有機(jī)雜質(zhì)多，產(chǎn)品色澤較深，人參總皂苷的純度較低，同時(shí)甲醇乙醇的極性中等，而人參皂苷的極性很高，由于有機(jī)溶劑極性的關(guān)系，導(dǎo)致使用甲醇或者乙醇的提取率較低，為了解決上述問題，提高提取率，于是人們嘗試使用超聲波提取法進(jìn)行人參總皂苷的提取。

吉林化工學(xué)院李飛[6]、吉林工商學(xué)院侯麗麗[7]等科研人員總?cè)藚⒃碥盏暮繛轫憫?yīng)值, 考察纖維素酶和果膠酶添加量、料液比、酶解溫度、酶解時(shí)間、酶解 pH、超聲時(shí)間、超聲功率等因素對(duì)人參皂苷提取率的影響。以單因素試驗(yàn)得到的結(jié)果為基礎(chǔ), 通過響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì), 優(yōu)化人參總皂苷的提取工藝。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)料液比為1︰23.4 (g/mL), 酶解時(shí)間為55 min, 超聲時(shí)間為25 min 時(shí)人參皂苷的含量有最大值，人參皂苷含量為0.0458（g/g），提取率為4.58%。

超聲波提取屬于常溫提取的方法，不需要加熱，超聲波提取是物理過程，整個(gè)浸泡提取過程中沒有化學(xué)反應(yīng)，有效的避免了人參皂苷在提取的過程中由于高溫或者化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致失活，有效成分流失的現(xiàn)象。同時(shí)，超聲波浸泡提取時(shí)間短，只需要30-60min即可，節(jié)省了提取時(shí)間，提升了提取效率。超聲波提取的主要缺點(diǎn)是噪音污染較大，原料處理量少，不適合工業(yè)生產(chǎn)。

3.4 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法（supercritical fluid extraction, SFE）是利用超臨界流體為溶劑，從固體或液體中萃取出某些有效組分，并進(jìn)行分離的一種方法。

河南科技大學(xué)羅登林[8]、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)樊紅秀[9]等科研人員探討超聲波對(duì)超臨界CO2萃取 (SCE)的影響,考察了在不同萃取溫度、萃取壓力、萃取時(shí)間和流體流量下 ,有、無超聲時(shí)超臨界CO2萃取人參皂苷的萃取率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在萃取溫度為50℃、萃取壓力為30MPa，萃取時(shí)間為4 h , CO2流量為 2.5 L/h，分離溫度和壓力分別為 55℃和 5 M Pa的優(yōu)化條件下, SCE的人參皂苷萃取率達(dá) 8.06%；在萃取溫度、壓力和時(shí)間分別為40℃、25 M Pa和4 h , CO2流量為3.0 L /h，分離溫度和壓力分別為 55℃和 5 M Pa ,超聲功率密度、頻率和輻照方式分別為100 W /L、20k Hz 和 6s/6s 的優(yōu)化條件下，超聲強(qiáng)化超臨界CO2萃?。║SCE）的人參皂苷萃取率達(dá)13.20% 。

超臨界流體萃取法具有以下優(yōu)點(diǎn):工藝流程較為簡(jiǎn)單，萃取效率高，無有機(jī)溶劑殘留，產(chǎn)品質(zhì)量好，無環(huán)境污染。缺點(diǎn)是二氧化碳-超臨界流體萃取法較適合于親脂性、相對(duì)分子量較小的物質(zhì)萃取，超臨界流體萃取法設(shè)備屬高壓設(shè)備，投資較大。

表1 常用人參皂苷提取工藝參數(shù)對(duì)照表

4 結(jié)語

由于人參皂苷有特殊藥理作用,因此對(duì)人參皂苷提取工藝的改良,提升人參皂苷的提取效率,是一項(xiàng)重要且長(zhǎng)期的研究工作。傳統(tǒng)的提取方法設(shè)備成本低廉，操作簡(jiǎn)單，但是存在提取時(shí)間長(zhǎng)，提取效率低；需要用到大量的化學(xué)試劑，容易造成環(huán)境污染[10]；加熱提取法中一些對(duì)熱不穩(wěn)定的成分和易揮發(fā)的成分容易被破壞和丟失，導(dǎo)致提取物中有效成分的種類不全面。隨著中藥現(xiàn)代化的發(fā)展，生物酶提取法，微波超聲輔助提取法，超臨界流體萃取法等現(xiàn)代化分離純化工藝的優(yōu)化和改進(jìn)，人參皂苷不論是提取效率還是提取物的種類都有顯著的提升，最終環(huán)保、安全高效的提取工藝會(huì)更好的促進(jìn)人參皂苷的進(jìn)一步開發(fā)和利用，這為我國(guó)人參皂苷的進(jìn)一步研究和人參皂苷產(chǎn)品種類提供了參考。