黃芩多糖提取純化、結(jié)構(gòu)及生物活性研究進(jìn)展

劉鵬 李金香 冷敦鵬 李華 趙姍姍 高艷 孟凡云

摘 要：黃芩是一種具有悠久歷史的中草藥，屬于唇形科黃芩屬植物，其富含黃酮、黃芩素、多糖等多種生物活性物質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)中醫(yī)。其中多糖是黃芩中最重要的生物活性物質(zhì)之一，多糖具有廣泛的藥理作用和生物活性功能，如增強免疫、抗炎、抗病毒、抗腫瘤，抗氧化等特性。不同提取工藝對黃芩多糖的結(jié)構(gòu)、生物活性有一定影響。本文綜述了近年來黃芩多糖提取工藝、結(jié)構(gòu)以及生物活性的最新研究進(jìn)展，為后期研究黃芩多糖提供有益參考。

關(guān)鍵詞：黃芩多糖；提取工藝；分離純化；結(jié)構(gòu)分析；生物活性

中圖分類號：S816.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-1085（2024）06-0060-07

黃芩，唇形科植物，其干燥的根部常被用作中藥材，是傳統(tǒng)中醫(yī)的常用藥材之一，黃芩被廣泛應(yīng)用于中醫(yī)領(lǐng)域及現(xiàn)代醫(yī)藥領(lǐng)域。黃芩中含有多糖、黃酮、揮發(fā)油等多種成分，具有多種藥理作用[1-2]。在中醫(yī)臨床上主要用于濕熱痞滿、瀉痢、黃疸、肺熱咳嗽、癰腫瘡毒等病癥[3-4]。

黃芩多糖是從黃芩根部提取的一種天然多糖，具有多糖結(jié)構(gòu)。它具有抗氧化、清除自由基、抗炎、抗腫瘤、阻止鈣離子通道、抗病毒、抗過敏等多種作用，近年來成為研究的熱點[5-8]。隨著對黃芩多糖研究的深入，在工業(yè)化生產(chǎn)中黃芩多糖提取率不高、提取出的黃芩多糖純度不高以及結(jié)構(gòu)未知等諸多問題引起相關(guān)學(xué)者關(guān)注。因此，本文旨在綜述黃芩多糖提取方法、分離純化、結(jié)構(gòu)解析以及生物學(xué)活性等方面的研究現(xiàn)狀，對未來深入研究黃芩多糖提供理論依據(jù)。

1? 黃芩多糖的提取

要深入研究黃芩多糖的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和活性功能，最重要的是選擇合適且高效的提取方法，目前常用的提取方法包括水提醇沉法、微波輔助提取法、酸堿提取法、超聲波輔助提取法等[9-11]。

1.1? 水提醇沉法

水提醇沉工藝是一種傳統(tǒng)的提取方法，利用相似相溶原理，將藥材與水按比例煮沸，使多糖破壁溶解于水中[12]。此方法操作步驟簡單，提取設(shè)備成本低、易操作。劉鵬等[13]采用水提醇沉工藝，利用單因素試驗和響應(yīng)面法優(yōu)化出合適的提取工藝參數(shù)，實驗結(jié)果表明，在合適的提取條件下，即提取溫度98 ℃、提取時間138 min、液料比為12.40：1（mL/g）、提取次數(shù)為4次，黃芩多糖的提取率為12.23%。何雯娟[14]采用正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計對水提醇沉提取工藝參數(shù)進(jìn)行二次回歸優(yōu)化，在液料比為35：1（mL/g）、提取溫度為85 ℃、提取時間為1 h 40 min的條件下，黃芩多糖的提取率為4.76%。王鑫瀅[15]采用水提醇沉工藝，通過單因素和正交實驗優(yōu)化出最佳提取工藝條件，即液料比為20：1（mL/g）、提取時間為1 h、乙醇濃度為85%、提取溫度為60 ℃，獲得的黃芩多糖提取率為19.77%。崔莉等[16]通過單因素和響應(yīng)面法，優(yōu)化出最佳提取黃芩多糖工藝參數(shù)，即提取時間4.3 h、提取溫度93 ℃、液料比24：1（mL/g），黃芩多糖得率達(dá)到6.45%。雖然傳統(tǒng)的水提醇沉法，操作步驟簡單，提取設(shè)備成本低、易操作，但存在著乙醇試劑消耗量大、耗時長、提取率低等不足，實際生產(chǎn)中常常與其他輔助提取方法相結(jié)合來提高多糖提取率。

1.2? 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取法是把提取的溶液引入超聲波，由于超聲波的振動會導(dǎo)致介質(zhì)細(xì)胞破碎、凝聚、切割，提取液在超聲波的作用下，會使植物細(xì)胞壁破碎導(dǎo)致細(xì)胞中有效成分溶出速度加快，能夠提高有效成分的析出效率[17]。楊波等[18]通過單因素和正交試驗得到最佳超聲提取法工藝條件為：提取溫度為60 ℃、提取時間為40 min、液料比20：1（mL/g），黃芩多糖得率為3.67%。李海平等[19]采用超聲提取法提取黃芩粗多糖，利用單因素和Box-Benhnken實驗設(shè)計優(yōu)化最佳提取條件，結(jié)果表明，在最佳的提取條件下超聲時間30 min、超聲溫度60 ℃、超聲功率755 W，黃芩粗多糖提取率為12.95%。朱智勇等[20]通過采用正交實驗優(yōu)化出黃芩多糖最佳提取工藝參數(shù)，結(jié)果表明在提取溫度65 ℃、提取時間1 h、液料比10：1（mL/g）時黃芩多糖得率為3.40%。

1.3? 微波輔助提取法

微波輔助提取法利用300～300 000 MHz的電磁波，其強大的穿透力使能量能穿透細(xì)胞壁，將能量轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生高壓并破裂，從而使多糖溶解在提取物中[21]。金迪[22]通過微波輔助技術(shù)提取黃芩多糖，采用單因素和正交試驗優(yōu)化提取黃芩多糖的工藝參數(shù)，優(yōu)化結(jié)果為：液料比34：1（mL/g），提取溫度91 ℃，提取時間100 min，在最佳工藝參數(shù)條件下，黃芩多糖提取率達(dá)到89.97%。何強等[23]通過微波提取法提取黃芩多糖，黃芩多糖的提取率為5.45%。李平等[24]分別利用水提醇沉法、微波提取法及超聲波提取法對黃芩多糖進(jìn)行提取，結(jié)果表明，微波提取法提取黃芩多糖的提取率最高，達(dá)到7.26%；其次是超聲波提取法，提取率為5.27%；最低為水提醇沉法，提取率為3.20%。微波輔助提取具有快速、高效、提取率高、加熱均勻等優(yōu)點，但同時也要注意微波提取法操作過程可能更為復(fù)雜，同時高電磁波會導(dǎo)致物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化、較低的容量等一系列缺點。

2? 黃芩多糖的分離純化

通過不同提取工藝得到的多糖通常含有雜質(zhì)，主要包括蛋白質(zhì)、色素等。這些雜質(zhì)可能會影響黃芩多糖的結(jié)構(gòu)和生物活性，從而對多糖的深入研究產(chǎn)生影響。去除雜質(zhì)的主要方法包括使用有機試劑（如乙醇、石油醚、無水乙醚）進(jìn)行脫脂，采用過氧化氫脫色法以及使用三氯乙酸和Sevag法進(jìn)行脫蛋白[25]。雜質(zhì)去除后，多糖中仍混有不同分子量和不同結(jié)構(gòu)的多糖組分。為了進(jìn)行后續(xù)試驗，需要進(jìn)行分離和純化。一般采用的分離純化方法有醇沉分級沉淀法、柱層析和膜過濾法[26]。例如Hui等[27]通過采用DEAE-52和Sephadex G-100柱色譜法對黃芩多糖進(jìn)行分離純化，得到分子量為91156的阿拉伯半乳聚糖SBP-1。崔莉[28]通過采用DEAE-52纖維素離子交換柱層析、Sephadex G- 100凝膠柱層析后得到5個黃芩多糖SP1-1、SP2-1、SP2-2、SP3-1、SP3-2。Olennikov等[29]通過使用離子交換（DEAE纖維素）和凝膠滲透色譜（Sephacryl 300-HR，Sephadex G-200）從黃芩根中分離純化出水溶性多糖。

3? 黃芩多糖的結(jié)構(gòu)解析

黃芩多糖結(jié)構(gòu)的不同會影響多糖的生物學(xué)活性。對多糖的結(jié)構(gòu)特征研究，解析其分子量、單糖組成、糖苷鍵（α或β型）、糖環(huán)的種類、多糖鏈構(gòu)象、多糖鏈的骨架和分支的連接位點、多糖殘基的修飾等是必不可少的過程[30]。對于多糖結(jié)構(gòu)的研究，通常采用化學(xué)分析法和儀器分析法，常用的化學(xué)分析方法包括部分酸水解、完全酸水解、高碘酸氧化、Smith降解、甲醇解、乙酰解和甲基化衍生等。而儀器分析方法主要有紅外光譜、高效液相色譜、高效凝膠滲透色譜、高效陰離子色譜、氣相色譜、質(zhì)譜、核磁共振等[31]。Olennikov等[32]通過試驗對黃芩多糖WSPS'-3結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，研究發(fā)現(xiàn)WSPS'-3由葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖以1：1.5：2.8的比例組成，分子量（MW）為35 kDa，通過乙?；囼炑芯堪l(fā)現(xiàn)，WSPS'-3-1為黃芩多糖WSPS'-3主要的成分，甲基化試驗證明WSPS'-3-1主鏈由（1→6）結(jié)合的吡喃半乳糖組成，側(cè)鏈由位于C-2和C-3上的阿拉伯糖和部分乙?；陌肴樘菤埢M成。Hui等[27]從黃芩中純化得到阿拉伯半乳聚糖SBP-1，利用高效液相色譜、紅外光譜、氣相色譜-質(zhì)譜、一維和二維核磁共振對分離純化后的黃芩多糖SBP-1結(jié)構(gòu)進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)黃芩多糖SBP-1主要由阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖組成，摩爾比為1.0：5.9：1.1，分子量為91156。SBP-1的骨架主要由→1）-α-D-Glcp-（4→1）-α-D-Glcp-（3→1）-α-D-Galp-（4→組成，分支結(jié)構(gòu)由→2）-α-L-Araf-（1→，→3）-β-D-Glcp-（1→和α-D-Glcp-（1→組成，其末端殘基為α-L-Araf-（1→和α-D-Glcp-（1→。Olennikov等[33]通過水提醇沉從黃芩中提取黃芩多糖WSPS，利用乙醇分級沉淀法分離出五種組分WSPS'-1、WSPS'-2、WSPS'-3、WSPS'-4和WSPS'-5，通過凝膠色譜表明，WSPS'-1、WSPS'-2、WSPS'-3在分子量（MW）上為均相，分子量分別為23、27和35 kDa；而WSPS'-4和WSPS'-5為非均相，各自包含兩種分子量分別為11和22 kDa，且在混合物中的比例分別是14：7和3：5。Olennikov等[29]從黃芩中分離純化出SbRP-1多糖水解物，研究發(fā)現(xiàn)SbRP-1多糖水解物主要含有葡萄糖、半乳糖醛酸、半乳糖、阿拉伯糖和甘露糖，比例為33.5：3.0：2.4：1.8：1，凝膠色譜顯示SbRP-1是非均相的。

在多糖的研究中，多糖的生物活性受到多個重要因素的影響，包括其組分、分子量構(gòu)型、碳鏈構(gòu)型以及糖苷鍵類型。這些因素與多糖的藥理作用緊密相關(guān)。因此，未來的研究應(yīng)當(dāng)深入探討多糖結(jié)構(gòu)修飾與生物活性之間的關(guān)聯(lián)。

4? 黃芩多糖的生物活性功能

4.1? 抗氧化活性

黃芩多糖在抗氧化方面表現(xiàn)出色，具有較強的抗氧化活性，黃芩多糖主要可以幫助清除自由基，減少氧化，保護(hù)細(xì)胞免受損傷，通過調(diào)節(jié)氧化還原平衡和激活抗氧化酶等途徑發(fā)揮其抗氧化作用[5]。金迪等[34]通過研究得出黃芩多糖對DPPH自由基、超氧陰離子自由基和羥自由基均有較好的清除能力，其中對超氧陰離子的清除效果最佳。Hui等[27]通過采用DEAE-52和G-100柱色譜法從黃芩中純化出黃芩多糖SBP-1，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)SBP-1濃度達(dá)到4 mg/mL時，對ABTS、DPPH、羥基和超氧自由基的清除率均超過60%。劉夢杰等[35]研究指出，黃芩多糖明顯增強小鼠血清、肝臟、脾臟和腎臟中GSH-Px和SOD的活性，同時減少MDA的含量。李國峰等[36]在小鼠試驗中，研究發(fā)現(xiàn)黃芩多糖能夠顯著提高小鼠腦、肝中的超氧化物歧化酶（SOD）和還原型谷胱甘肽（GSH），降低丙二醛（MDA）的含量。

4.2? 免疫活性

黃芩多糖最主要的藥理作用是免疫調(diào)節(jié)。大量研究發(fā)現(xiàn)，多糖主要通過作用于免疫器官、激活免疫系統(tǒng)發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。金迪等[22]通過動物試驗研究黃芩多糖的免疫調(diào)節(jié)活性，結(jié)果顯示，黃芩多糖能顯著增加小鼠胸腺、脾臟重量，增加小鼠血清中IgG、IgA含量、血清中補體的含量、血清中溶菌酶活性，這說明黃芩多糖能夠增強機體免疫功能。梁英等[37]通過動物試驗探討黃芩多糖對免疫調(diào)節(jié)活性影響，研究發(fā)現(xiàn)黃芩多糖組與對照組相比能顯著增加小鼠胸腺指數(shù)、脾臟指數(shù)，可顯著增加小鼠血清中IgA、IgM的含量。何雯娟等[38]通過在肉雞飼料中添加不同水平的黃芩多糖發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，添加100 mg/kg組的肉雞胸腺指數(shù)、脾臟指數(shù)和法氏囊指數(shù)在1～3周齡時最高，各項免疫器官指數(shù)后期的效果明顯好于前期，其中在飼料中添加黃芩多糖200 mg/kg為最好。

4.3? 生產(chǎn)性能

梁英等[39]研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加200 mg/kg和400 mg/kg的黃芩多糖能夠顯著提升肉仔雞的體重、降低料重比，其中200 mg/kg的添加量對肉仔雞的生長性能作用最明顯。何雯娟等[40]研究結(jié)果表明，黃芩多糖作為飼料添加劑，分別添加200 mg/kg、400 mg/kg組和對照組相比，添加200 mg/kg組能顯著提高肉仔雞平均日增重、飼料轉(zhuǎn)化率，這與梁英的研究結(jié)果基本一致，表明黃芩多糖作為飼料添加劑可以促進(jìn)肉仔雞的生長。

4.4? 抗炎、抗病毒

崔莉[28]研究表明，黃芩多糖SP1-1能夠顯著降低UC小鼠的疾病活動指數(shù)（DAI）和過氧化物酶（MPO）活性，同時降低血清和結(jié)腸組織中炎癥因子（如IL-1、IL-18和TNF-α）的表達(dá)水平。此外，黃芩多糖SP1-1還能夠減緩巨噬細(xì)胞的浸潤，降低DSS誘導(dǎo)的UC小鼠腹腔巨噬細(xì)胞中cleaved caspase-1的表達(dá)。劉大偉[41]研究發(fā)現(xiàn)，純化后的黃芩多糖對三株試驗菌具有不同程度的抑制作用，其中對大腸桿菌的抑制活性最強，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及枯草桿菌的最小抑菌濃度分別為0.625、0.625、1.25 mg/mL。張道廣等[42]研究結(jié)果顯示，黃芩多糖對豬生殖和呼吸系統(tǒng)綜合征病毒在傳代細(xì)胞系Marc-145細(xì)胞中的增殖具有抑制作用，隨著黃芩多糖濃度的增加，蝕斑形成數(shù)減少，感染病毒的細(xì)胞死亡率降低，顯示黃芩多糖能夠在細(xì)胞水平抑制病毒增殖。李平等[24]研究結(jié)果顯示，黃芩多糖顯著抑制胃癌細(xì)胞MGC80-3的增殖，引起細(xì)胞形態(tài)的改變，通過Western blot檢測發(fā)現(xiàn)，IKK β和procaspase 3的表達(dá)升高均隨黃芩多糖濃度升高而表達(dá)增強，此外，還注意到LC3 B和LC3 A比值以及cleave-caspase 3和pro-caspase 3的比值與黃芩多糖濃度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。Xiaona Z [43]利用MTT法比較了黃芩總多糖（SPSt）和黃芩多糖組分SPS50、SPS60、SPS70和SPS80對NDV細(xì)胞感染力的影響，研究發(fā)現(xiàn)在多糖組中SPS80在三種樣品添加模式下，SPS80的病毒抑制率分別達(dá)到44.68%、75.31%和30.46%，這一發(fā)現(xiàn)表明黃芩多糖具有顯著的抗病毒活性。綜上所述，未來可以將黃芩多糖作為一種有潛力的抗病毒藥物進(jìn)行開發(fā)和利用。

4.5? ?其他生物學(xué)功能

大量研究發(fā)現(xiàn)，黃芩多糖還具有抗疲勞、抑制α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶活性達(dá)到降血糖的作用。王鑫瀅[15]研究顯示黃芩多糖能延長小鼠負(fù)重游泳時間，提高肝糖原、肌糖原含量，降低血清尿素氮濃度，提高血清乳酸脫氫酶活性，具有抗疲勞效果。Hui等[27]采用水提醇沉工藝從黃芩中提取純化出黃芩多糖SBP-1，研究表明黃芩多糖SBP-1濃度達(dá)到4 mg/mL時，能夠有效抑制α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶，從而達(dá)到降血糖的作用。

5? 結(jié)語

近年來，盡管黃芩多糖在生物活性方面表現(xiàn)出色，但其藥理學(xué)機制和結(jié)構(gòu)活性關(guān)系仍處在研究的初級階段，需要更多的深入研究來揭示其潛在的作用機制和應(yīng)用價值。在黃芩多糖的藥物轉(zhuǎn)化和臨床應(yīng)用上還面臨一系列挑戰(zhàn)，包括生產(chǎn)工藝優(yōu)化、劑型研發(fā)、藥物安全性評估等。仍有許多問題需要解決，如黃芩多糖主要作用機制還不完全清楚，其在動物體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)代謝和藥動學(xué)特性也需要進(jìn)一步研究。此外，黃芩多糖的開發(fā)和應(yīng)用還面臨著一些技術(shù)挑戰(zhàn)，如提高其純度和穩(wěn)定性，改善其口服生物利用度等。因此，未來的研究方向應(yīng)著重在深入探索其藥理作用和解決技術(shù)難題上，進(jìn)一步探索黃芩多糖的潛力和應(yīng)用價值。

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Research Progress on Extraction，

Purification， Structure， and Biological Activity of Scutellaria Baicalensis Polysaccharides

LIU Peng1，LI Jinxiang1，LENG Dunpeng1，LI Hua1，ZHAO Shanshan2，

GAO Yan2，MENG Fanyun3

（1.Qingdao Zhongren Animal Pharmaceutical Co.， Ltd， Qingdao 266329， China;

2.Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Jiaozhou 266300， China;

3.Jiaoxi Animal Health and Product Quality Workstation， Qingdao 266300， China）

Abstract：Scutellaria baicalensis is a Chinese herb with a long history， belonging to the genus Scutellaria of the family Lamiaceae， which is rich in flavonoids， baicalin， polysaccharides and other biologically active substances， and is widely used in traditional Chinese medicine.Among them， polysaccharides are one of the most important bioactive substances in Scutellaria baicalensis， and polysaccharides have a wide range of pharmacological and bioactive functions， such as immune-enhancing， anti-inflammatory， antiviral， antitumor， and antioxidant properties.Different extraction processes of Scutellaria baicalensis polysaccharide have certain effects on the structure and biological activity of Scutellaria baicalensis polysaccharide. Therefore， this paper describes the latest research progress on the extraction process， structure and bioactivity of Baicalin polysaccharides in recent years， which will provide a useful reference for the study of Baicalin polysaccharides at a later stage.

Keywords： scutellaria baicalensis polysaccharide; extraction process; separation and purification; structural analysis; biological activity