加工方式對黃精多糖的結構和活性影響的研究進展

吳偉菁，陳家鳳，趙海軍, ，黃俊鵬，黃寧煒，吳蘭蘭，趙海伊

（1.廈門醫(yī)學院，福建廈門 361023；2.廈門醫(yī)學院，天然化妝品福建省高校工程研究中心，福建廈門 361023；3.福建省食品微生物與酶工程重點實驗室，福建廈門 361018）

黃精為百合科植物，具有良好的保健功能。藥食同源目錄中收錄的黃精有3 種，分別為黃精（Polygonatum sibiricumRed.）、滇黃精（Polygonatum kingianumColl. et Hemsl）、多花黃精（Polygonatum cyrtonemaHua）。按形狀不同，習稱“雞頭黃精”、“大黃精”、“姜形黃精”。黃精的活性成分包括多糖[1-4]、皂苷[5]、黃酮[1,6]、多酚[7-10]等。生黃精辛辣，其生用對人咽喉有強烈的刺激性，易引發(fā)過敏反應，且生用補性較差，故黃精需要炮制后入藥或食用，以達到減毒增效和提質增效，且炮制后的黃精口感和質地均佳。但是熟黃精的活性成分發(fā)生顯著變化[11]。多糖是黃精中核心功能性成分，中國藥典僅對于多糖進行定量評價：生黃精多糖含量要求≥7%，炮制后的黃精多糖含量要求≥4%[12]。然而加工引起的黃精多糖含量的降低可能進一步引起多糖結構及生理活性的變化，但該問題并未引起重視，這也是黃精產(chǎn)業(yè)的瓶頸所在。因此，本文綜述黃精常用的加工方式以及加工對三個品種黃精中多糖的含量、結構及生理活性的影響，為黃精資源在加工中的高效利用和精準控制提供參考。

1 黃精的加工方式

黃精加工的初衷是去除“刺人咽喉”的不良反應。有研究說明，與生黃精相比，加工后的黃精可顯著降低溶血率，因此刺激性降低[13]。從古至今，黃精的炮制方法及工藝多樣，其炮制工藝經(jīng)歷生用→單蒸（出于《雷公炮制論》）→重蒸（出于《千金翼方》）→九蒸九曬（出于《食療本草》）的演變[11,14]。以“九蒸九制”為代表的反復蒸曬的方法是黃精沿用已久方法，也是現(xiàn)階段黃精研究采用的最普遍的加工方式。但《中國藥典》及各地的炮制規(guī)范中未收錄該方法。

如表1 所示，黃精的古今炮制法存在一脈相承的相似性，即蒸制是黃精的基本炮制方法[14]，單次蒸制時間一般為4～6 h。也有研究采用高壓蒸制來提高效率[15-18]。另外，還可采用燉煮的方式[17,19-20]。除此之外，《中國藥典》中黃精飲片經(jīng)典的炮制方法將黃精與黃酒拌勻后共同蒸制，俗稱酒制[12,17,20-24]。其他輔料還包括姜、黑豆、白酒、蜂蜜等[14,25]。為了保證黃精能長期保存，傳統(tǒng)黃精加工通過曬制來降低水分活度。但現(xiàn)代加工常采用烘箱烘干的方式。

目前黃精的加工工藝研究未成體系，但其原因是無可控的炮制工藝參數(shù)。另外，黃精炮制終點的判斷依靠主觀經(jīng)驗判斷。例如，藥典中黃精炮制終點描述為燉透或蒸透[12]，指標過于寬泛。因此，通過深入研究加工過程中黃精活性成分變化規(guī)律從而規(guī)范其工藝參數(shù)顯得尤為必要。

2 不同加工方式對黃精多糖含量的影響

目前加工方式對黃精中多糖含量的影響的研究多基于“九蒸九制”的方法?；诓煌绞剑ㄇ逭?、燉煮、酒蒸等）的反復處理均能引起黃精中多糖含量的急劇降低。多數(shù)研究中，熟黃精中多糖含量均降低近一半以上（表1）。其次，加以輔料對多糖的下降無影響，清蒸和酒制均可引起多糖含量隨著蒸制次數(shù)增加而下降[22]，并且最終多糖含量相近（清蒸：5.5%～6.9%，酒蒸：5.6%～6.5%）[24]。三類黃精中的多糖顯著下降多發(fā)生在前三蒸，隨后多糖含量穩(wěn)定。蒸制引起多糖含量下降可能與時間有關而非次數(shù)。以滇黃精為例，多糖下降發(fā)生在前48 h，隨后增加時間對多糖含量無影響[26]。因此，減少蒸制時間可有效減少多糖損失[27]。炮制引起的多糖損失與傳統(tǒng)認為的炮制補益且增強藥效存在差距[14]。相對于蒸制，黃精加工耗時最長的干燥對多糖的影響研究較少。如表1 所示，黃精干燥通常采用熱風干燥，溫度為45～70 ℃，烘干時間大多≥12 h。也有研究采用105 ℃烘干黃精[26]，但黃精多糖在高溫烘干中是否受到影響值得進一步研究。相比于熱風干燥，微波真空干燥更有利于保存多花黃精中多糖含量[28-29]，說明烘干的溫度對于黃精多糖的保留也很重要。

表1 不同加工方式對黃精中多糖含量的影響Table 1 Effects of different processing methods on polysaccharides content in Polygonatum spp.

綜上，不同加工方式均能引起黃精中多糖含量顯著下降，而未來的研究可以多糖含量為質量控制標準，明晰引起多糖下降的關鍵控制因素（溫度、水分、時間等）。同時，以水分活度為標準，控制烘干條件（方式、溫度、時間），以提高黃精的加工效率。

3 黃精多糖結構及其在加工中的變化

三類黃精（生品）多糖的結構有所不同（表2）。生多花黃精多糖以中性多糖為主的果聚糖[3,39-45]。也有報道多花黃精多糖的單糖組成以葡萄糖為主[45]，這與單糖檢測方法有關。果糖在檢測前處理（強酸水解）下，可以轉變?yōu)楦事短羌捌咸烟?，因此果糖無法被識別[46]。生雞頭黃精多糖是以半乳糖、甘露糖為主形成的中性多糖[22,47-54]。生滇黃精多糖是以葡萄糖為主形成的中性多糖[2]。三種不同來源黃精多糖的單糖組成有較大不同，因而三種黃精多糖指紋圖譜上存在差異[36,55]，可能對其活性功能有一定的影響。

表2 黃精多糖結構、活性及其在加工中的變化Table 2 Structure and bioactivity of polysaccharides from Polygonatum spp. and their changes during processing

熟黃精不僅多糖含量顯著降低，而還原糖、總體單糖含量顯著上升[23,26,56]，說明黃精多糖發(fā)生降解。有研究發(fā)現(xiàn)（如圖1 所示），在反復蒸制過程中，多花黃精多糖可先降解為寡聚糖，隨后進一步降解成單糖[18]。與此同時，黃精多糖中單糖組成結構上發(fā)生變化。首先，蒸制使得三類黃精的多糖從以中性多糖為主轉為含有酸性多糖。熟黃精多糖中半乳糖醛酸摩爾質量比增加至6.1%～41.4%[44,48,57-58]。其次，黃精多糖的單糖組成在蒸制中發(fā)生變化，生多花黃精多糖以果糖為主，占96.56%mol[39-40]，但熟多花黃精多糖中果糖摩爾質量占比降低至24.6%，半乳糖醛酸及半乳糖的摩爾質量比也分別增加至20.5%及41.4%[44]。雞頭黃精多糖隨著蒸制次數(shù)增加，甘露糖含量不斷下降（52.47%→18.86%），葡萄糖含量先降低后增加（36.84%→32.17%→52.20%），半乳糖及阿拉伯糖含量均增加（7.32%→21.77%及3.37%→7.58%）[32]。也有研究說明雞頭黃精多糖隨著蒸制次數(shù)增加，甘露糖的摩爾質量占比不斷下降（51.2%→17.5%），葡萄糖摩爾質量占比先增加后降低（21.4%→65.5%→46.5%），半乳糖的摩爾質量占比先降低后增加（26.9%→8.97%→30.1%），阿拉伯糖的摩爾質量占比在蒸制過程中有增有減，但熟雞頭黃精多糖中阿拉伯糖摩爾質量比例顯著高于生雞頭黃精多糖（0.46%（生黃精），5.89%（九蒸九制））[54]。

圖1 多花黃精多糖在“九蒸九制”過程中的變化[18]Fig.1 Changes of polysaccharides from Polygonatum cyrtonema Hua processed by different times of repeated steaming [18]

續(xù)表 2

但是，黃精多糖蒸制過程中降解的同時還發(fā)生了聚集。蒸制可導致三種黃精多糖分子量顯著增加[36,44,48,59]。生多花黃精多糖的分子量為2.09～8.5 kDa[3,39-40,45,60-61]。而蒸制6 h 后的多花黃精多糖中除了低分子量的組分（3.4～4.0 kDa）之外，還含有高分子量組分（1200～4400 kDa）[44]。另外，“九蒸九制”的多花黃精的多糖有2 個片段，分別為5.53 kDa及75.8 kDa，酒黃精多糖中有一個高分子片段76.4 kDa[61]。蒸制后的雞頭黃精分子量增加[44,48,54]。例如，酒蒸6 h 后的雞頭黃精多糖的分子量也從4.01 kDa 增加至14.2 kDa[48]。也有研究發(fā)現(xiàn)在“九蒸九制”過程中，雞頭黃精分子量從6.06 kDa 先增至10.3 kDa（一蒸），隨后降至4.63～5.10 kDa（二～四蒸），隨后分子量顯著增至44.3～75.3 kDa（五蒸～九蒸）[54]。與此同時，通過PCA 分類可得出，雞頭黃精（生品）多糖、一至四蒸的雞頭黃精多糖、五至九蒸的雞頭黃精多糖分別為三個品類的多糖[54]。滇黃精（生品）多糖分子量為14.05 kDa[2]，而滇黃精（飲片）多糖分子量為149.4 kDa[58]。有研究說明，滇黃精（生品）中多糖及八至九蒸的熟黃精中多糖分別為兩類多糖，而中間一至七蒸的熟黃精多糖差異較大，較為分散[36]。黃精多糖在蒸制過程分子量增加可能是由于多糖分子含有大量的羥基，由于分子間相互作用力，尤其是酸性多糖容易形成不同程度的聚集體，導致多糖分子量增加。

綜上，由于三種生黃精多糖結構上有較大區(qū)別，因而在研究中需要區(qū)別不同黃精品種。進一步，在加工過程中，三種熟黃精中多糖的結構與生黃精中多糖具有顯著差異。但目前仍然缺乏對加工過程黃精多糖的結構動態(tài)變化規(guī)律的系統(tǒng)解析，例如糖苷鍵斷裂的方式，多糖鏈組成及高級溶液構象等。

4 黃精多糖活性及其在加工中的變化

多糖的結構與功能有密切關系，黃精多糖在加工過程中結構的變化會影響其活性，如表2 所示。

4.1 抗氧化活性

研究發(fā)現(xiàn)，三類的生黃精多糖均具有抗氧化活性[45,52,57]，但與通用的陽性對照維生素C 相比，黃精多糖抗氧化活性較低[53,62]。雞頭黃精蒸制后，其多糖體外抗氧化活性隨著蒸制次數(shù)的增加呈現(xiàn)增加的趨勢[32,54]，尤其在第四蒸后顯著增加[54]?！熬耪艟胖啤边^程中的雞頭黃精多糖的抗氧化活性與其單糖組成相關，即雞頭黃精多糖的ABTS 自由基清除及羥自由基清除率與甘露糖摩爾質量占比成反比，與阿拉伯糖摩爾質量占比成正比，ABTS 自由基清除率與葡萄糖摩爾質量占比成正比[54]。不同干燥方法可改變黃精多糖的抗氧化活性，微波真空干燥法獲得的黃精的抗氧化活性顯著高于熱風干燥[28]。經(jīng)過不同處理（發(fā)酵、蒸、酒制）后的水提液體，發(fā)酵和蒸制后的樣品的DPPH 自由基清除率較生黃精樣品均提高，發(fā)酵和酒制后的樣品鐵離子還原能力顯著提高[38]。由于該研究采用水提液，而水提液中的其他物質也可能引起抗氧化活性的變化。另外，體外細胞研究表明黃精多糖能通過增強細胞內抗氧化活性，提高HT22 細胞的存活率，改善線粒體功能，從而保護細胞因H2O2引起的氧化損傷，其作用機制與激活SIRT1/AMPK/PGC-1α信號通路有關[63]。

4.2 降血糖

三類生黃精多糖均具有降血糖功效。市售雞頭黃精多糖不僅可降低STZ 誘導糖尿病大鼠的血糖，而且可限制視網(wǎng)膜病理性血管生成[64]。通過下調信號通路（Bax、EGF、p38、VEGF 和TGF-β）及上調Bcl-2 來抑制視網(wǎng)膜組織中細胞凋亡，進而減緩糖尿病引起的視網(wǎng)膜受損[64]。滇黃精多糖可以降低二型糖尿病大鼠的空腹血糖，調節(jié)腸道菌群，促進短鏈脂肪酸產(chǎn)生[65]。雞頭黃精多糖在體外模擬酵解過程中能夠顯著提高來源于二型糖尿病小鼠的腸道菌群的豐富度和多樣性[66]。多花黃精多糖能夠提高一型糖尿病大鼠生存率、降低空腹血糖，具有肝保護作用（降低炎癥因子）[67]。同時，多花黃精多糖能促進GLP-1生成，而GLP-1 與胰島功能、飲食控制、血糖穩(wěn)態(tài)、炎癥及心血管保護作用有關[39-40]。王艷芳[68]研究發(fā)現(xiàn)，高壓蒸制結合酒制后的滇黃精多糖也具有降低高脂小鼠血糖、空腹糖耐量、血清胰島素及胰島素抵抗的作用?？傊?，加工前后的黃精多糖均具有降血糖作用，其降血糖機制主要通過調節(jié)腸道菌群及改善胰島素功能。但是，目前尚缺乏生、熟黃精多糖之間的降血糖效果及機制差異上比較的研究。

4.3 改善脂肪代謝異常

生雞頭黃精多糖可通過AMPK 通路，調節(jié)脂肪代謝及炎癥反應從而改善高脂誘導的小鼠肥胖[69]。滇黃精多糖也可改善脂肪代謝異常[68,70-72]。生品及酒制滇黃精多糖均能通過改善線粒體功能而緩解高脂飲食誘導的非酒精性脂肪肝，其機制可能與增強線粒體的抗氧化應激、能量代謝、脂肪酸β-氧化以及抑制肝細胞凋亡有關。但酒制的滇黃精多糖在降低血清與肝臟脂質，提高線粒體能量代謝及抑制線粒體介導的肝細胞凋亡方面效果優(yōu)于生滇黃精多糖，而生滇黃精多糖抗氧化應激效果優(yōu)于加工后的滇黃精多糖的效果[71]。因而，生、熟黃精的多糖具有改善脂肪代謝異常的作用，二者在降血脂的機制上各有優(yōu)勢。

4.4 增強免疫力

生多花黃精多糖[3]、生、熟雞頭黃精多糖[47,49,73]在體內、體外實驗中具有顯著的提高免疫力的活性，但滇黃精的多糖研究較少。雞頭黃精（生品）的多糖可以通過多條通路（MR 及TLR4[49]、NF-κB/MAPK[47]）刺激RAW264.7 細胞的免疫活性，也可通過CR3 及TRL2 通路刺激NK 細胞活性[49]。另外，黃精（湖北）多糖可以提高環(huán)磷酰胺免疫抑制小鼠模型的脾臟指數(shù)、胸腺指數(shù)、促進溶血素形成、提高腹腔巨噬細胞吞噬功能[74]。黃精（延邊）多糖可以促進小鼠脾淋巴細胞產(chǎn)生IL-2 及IFN-γ；促進RAW264.7 巨噬細胞增殖、產(chǎn)生IL-6（白細胞介素-6，Interleukin-6）及TNF-α（腫瘤壞死因子-α，Tumor necrosis factor-α）、NO（一氧化氮，Nitric oxide）、提高iNOS mRNA 水平，從而提高免疫活性[75]。

加工可改變黃精多糖的免疫活性。研究表明，基于RAW264.7 細胞模型及動物模型，酒制雞頭黃精多糖的免疫刺激活性優(yōu)于生黃精多糖[48]。另外有研究表明，雞頭黃精（生品）多糖及雞頭黃精（酒制）多糖均具有免疫調節(jié)作用，分子量＜50 kDa 的組分是多糖的有效部位，且酒制后的黃精多糖抑制炎癥反應作用加強[27]。因此，雖然研究已報道酒制后黃精多糖具有比生黃精多糖更高的免疫刺激能力[48]，但是由于酒制黃精加入了黃酒，黃酒的作用值得單獨探究。不同炮制方式（四制及九制）黃精水提物對氣陰兩虛大鼠模型具有不同優(yōu)勢，四制黃精水提物調節(jié)血脂代謝改善體重方面最佳，而九制黃精水提物在改善肝功能，提高免疫球蛋白效果較為突出[23]。然而該研究采用水提物中可能還有其他的活性組分，需進一步明晰其多糖的實際貢獻。綜上，黃精中核心的多糖的免疫刺激活性在加工中的變化值得進一步明晰。

4.5 抗疲勞

三類生黃精多糖在動物模型上均具有顯著的抗疲勞效果，包括延長小鼠負重游泳時間、降低運動后的血清尿素氮、提高肝糖原[20,76-80]。其中，多花黃精多糖還能顯著降低負重游泳后的血乳酸含量[76]。但是，三種黃精（生品）多糖在抗疲勞效果無顯著差異。多花黃精的中性多糖組分PCP-1 的抗疲勞機制是通過osteocalcin 信號通路[43]。通過超高壓（293 MPa）提取的雞頭黃精（生品）多糖通過提高機體代謝與抗氧化能力，減少腓腸肌線粒體應激損傷實現(xiàn)抗疲勞功效[81]。

通過不同炮制方法（紋制、“九蒸九曬”、酒制）獲得的黃精粗多糖能夠提高小鼠負重游泳時間[82-84]。生黃精粗多糖比炮制后的樣品能顯著提高SOD 及降低MDA[82]。但也有研究表明多花黃精炮制品中多糖優(yōu)于生黃精中多糖，包括抗疲勞效果及組織中SOD 活力的提高，MDA 含量的降低，從而抗氧化程度增加[84]。但該研究采用水煎液體，未對多糖進行進一步純化分離，水提液中存在較多的其他物質，例如，多酚等可能對結果產(chǎn)生干擾。有研究表明，古法炮制后的黃精具有良好的抗疲勞效果[20]，但該研究未與生黃精進行比較，因此炮制方法對于黃精多糖的影響尚未明確。雖然研究表明生、熟黃精多糖在同等劑量下均具有抗疲勞效果[82-83]。但是，由于加工降低黃精多糖含量，多糖的降低對于其實際抗疲勞效果可能產(chǎn)生不利影響。

4.6 抑菌活性

采用分級提取的生多花黃精獲得的不同多糖均具有抑菌活性[85-88]。加工對于黃精的抑菌活性有一定的改變[16]。例如，高壓2 h 獲得熟黃精多糖對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑制效果較好，生黃精多糖則對枯草芽孢桿菌的抑制作用相對較強[16]。

4.7 其他活性

除上所述，黃精多糖還擁有多種生理活性，其中雞頭黃精多糖的研究較多。雞頭黃精多糖，通過增強免疫力（TLR4-MAPK/NF-κB 信號通路）從而抗肺腫瘤[73]。多花黃精粗多糖能夠體外抑制S180癌細胞及人乳腺癌細胞MCF-7，在體內具有抑制S180肉瘤的作用，其機制也是通過增強免疫力[89]。雞頭黃精多糖還可以提高D-半乳糖誘導衰老大鼠的學習和記憶能力，改善其腎臟組織的病變，通過Klotho-FGF23 內分泌軸，改善抗氧化，平衡鈣、磷代謝[90]。黃精多糖還具有提高阿爾茲海默病癥模型的學習記憶能力[91-92]。雞頭黃精多糖能夠通過抑制NGAL 或者KIM-1 mRNA的表達，抑制p38MAPK/ATF2 信號通路從而抑制TNF-α、IL-1β及IL-6 進而修復慶大霉素誘導的急性腎損傷[93]。雞頭黃精多糖對椎間盤退變大鼠髓核細胞凋亡、炎癥和氧化應激的保護作用[94]。雞頭黃精多糖還可以通過促進VEGF、骨鈣素表達抑制Col1a1、ACP5、CTSK 蛋白表達，促進大鼠脛骨骨折愈合[95]。

綜上，目前生、熟黃精多糖在不同的生物活性上各有優(yōu)勢。生黃精的活性研究較為充分，需要加強對熟黃精多糖的活性及機制研究，這對于黃精功能食品的開發(fā)利用尤為重要。進一步，系統(tǒng)比較加工對黃精多糖的生物活性的影響對于黃精加工的精準控制具有重要作用。

5 展望

綜上，基于文獻檢索，本文對黃精常用的加工方式進行綜述，分析目前加工存在的問題。進一步闡述加工方式對黃精中多糖含量、結構及活性的影響。已有研究已明確黃精在加工過程中發(fā)生多糖含量顯著下降，并且黃精多糖結構降解同時發(fā)生聚集，但引起多糖含量及結構變化的關鍵控制點尚不明確?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)加工可一定程度改變黃精多糖的生物活性，因此不可忽視加工對于黃精多糖構效關系的影響，但目前尚未開展深入研究。因此，解析加工過程中黃精多糖含量及多糖結構和活性的變化可幫助控制過度加工引起的黃精多糖含量的下降等不良影響。這些拓展研究將為黃精食品生產(chǎn)中精準控制及開發(fā)利用提供重要理論基礎和科學依據(jù)，對黃精產(chǎn)業(yè)規(guī)范化加工及其健康持續(xù)發(fā)展具有重要意義。