黄精多糖提取工艺及功能作用研究进展

贾宇涵，吴澎，郗良卿，李晓彤

(山东农业大学 食品学院 山东省高校食品加工技术与质量控制重点实验室，山东 泰安 271018)

黄精属于百合科黄精属草本植物，又名鸡头黄精、老虎姜、黄鸡菜、笔管菜、鸡爪参，中国药典收载的品种主要包括黄精、滇黄精和多花黄精[1]。而不同基原与产地黄精的生物活性物质质量存在较大的差异，其中野生多花黄精的多糖含量最高，且分布最广，资源最丰富[2，3]。黄精性味甜且具有多种有益于人体健康的功能作用，将黄精多糖提取出来作为添加剂加入到食品中，可起到既调节食品风味又增加食品营养功能的作用。

1 黄精多糖的研究现状

现代研究表明，黄精中起主要作用的功能成分是黄精多糖[4]，在抗氧化、降血糖、抗菌、提高免疫功能及改善记忆力等方面有较好的功效[5-7]。目前，黄精多糖的研究方向主要有以下3个方面：化学组成测定、提取工艺优化以及黄精多糖的功能作用和营养价值分析。

1.1 黄精多糖的组成

黄精多糖的测定方法主要是硫酸蒽酮法和硫酸苯酚法，得出的测量结果均是黄精粗多糖的含量，将粗多糖分离纯化后即可进行黄精多糖的组分分析[8]。方园等[9]经DEAE-cellulose、Sephacryl-S400、Sephadex G-100柱层析，分离得到黄精多糖PSP I，其主链由β-(1→2)键相连的果糖构成。王聪[10]从多花黄精中分离得到PCPs-1、PCPs-2、PCPs-3等多糖成分，其中PCPs-1、PCPs-2主要是葡萄糖和半乳糖2种组分，PCPs-3主要含有半乳糖。张庭廷等[11]在对黄精多糖的研究中发现九华山多花黄精多糖为杂多糖，相对分子量是8912，组成为果糖∶葡萄糖为8.7∶1。

1.2 黄精多糖的提取工艺研究

1.2.1 水提醇沉法

李丽等[12]选取料液比、提取时间、提取温度、提取pH为影响因子，进行4因素3水平正交试验。试验结果得出提取黄精多糖的最优工艺是在料液比为1∶20，提取温度80 ℃，提取pH 7的条件下提取2 h，此时黄精多糖的得率为8.925%。分析试验数据显示，料液比对黄精多糖提取效果的影响作用最高，pH值的影响作用最低。徐兵兵等[13]考察了料液比、提取温度、提取时间对黄精多糖提取效果的影响，并设计了正交试验，得到以水为溶剂提取黄精多糖的最优工艺条件是：料液比1∶20，提取温度80 ℃，提取时间2 h，黄精多糖提取率为27.43%。王笑月等[14]设计单因素及正交试验，确定最佳的多糖提取工艺，在温度为50 ℃，时间为2.5 h，料液比为1∶90(g/mL)时，多糖含量为(3.90±0.01)mg/g。在这种以热水为溶剂的提取方法中，料液比对提取结果的影响作用极显著。

1.2.2 碱水提取法

碱提法是利用碱液可解除细胞壁分子之间相互作用，从而破坏细胞壁，使有效成分溶出细胞，达到提取多糖的效果。赵瑞萌等[15]采用碱提法对黄精多糖的提取工艺进行优化，得出最佳工艺条件为：药材粒度60目，碱液3%，固液比1∶15，黄精多糖的提取率是11.89%。碱法提取过程简便，易取得纯度较高的样品，但稀碱液易破坏多糖中的糖苷键，使多糖水解。

1.2.3 酶解法

酶解法是利用相对应的酶破坏细胞壁结构，从而使有效成分更易溶出细胞。李智慧等[16]在提取黄精多糖实验中添加纤维素酶，得到的最优提取工艺为纤维素酶用量∶黄精质量1∶200，酶解时间120 min，酶解温度49 ℃，酶解pH 4.6，在此条件下黄精多糖得率为(16.3±0.5)%。杨德等[17]采用Box-Behnken设计方法，将酶解温度、酶添加量、酶解时间和料液比作为影响提取效果的考察因素，设计4因素3水平响应面试验，最终结果表明酶法提取黄精多糖最优工艺为酶解温度54.8 ℃、酶添加量3%、酶解时间99 min、料液比1∶22.4(g/mL)。苑璐等[18]采用复合酶解法优化黄精多糖提取工艺，得到最优酶用量配比为纤维素酶∶木瓜蛋白酶为3∶7，酶解最佳条件为pH值5.0、酶解温度50 ℃、料液比1∶20、加酶量为1.5 g/dL，酶解2 h，沸水浸提2 h，在此工艺条件下，黄精多糖提取率可达21.55%。根据实验结果，复合酶法的提取率优于单一酶法，利用酶法提取多糖，复合酶可提取出更高多糖量，但不同的酶类有不同的最适温度和最适pH，不同的加酶方法可能会对实验结果产生不同的影响。酶解法可提高提取效率，缩短提取时间。

1.2.4 闪式提取法

闪式提取法具有提高工作效率，保护提取过程中的有效成分，强化提取等优点[19]。徐蔚等[20]探究了将闪式提取法应用于黄精多糖提取的最佳提取工艺，采用L9(34)正交试验法，试验结果显示，物料粒度对提取效果的影响作用最为显著，料液比次之，提取时间的影响最低，最佳提取条件为物料粒度40目、料液比1∶10、提取时间1 min。陈艳等[21]探究了料液比、提取电压和提取时间对闪式提取法提取黄精多糖的影响，优化得到了最佳的提取条件为料液比1∶18(g/mL)、提取电压50 V、提取时间40 s。结果表明提取1次时，其提取率可达14.99%。闪式提取法是一种高效制备黄精多糖的方法，具有一定的应用价值。

1.2.5 超声波辅助提取法

超声波辅助提取法较之传统提取方法可以有效缩短提取时间，提高提取效率，减少溶剂用量，增加有效成分得率等[22]，且超声提取在通常情况下可在常温条件进行，能避免高温时可能存在对有效成分的破坏[23]。骆文灿[24]采用超声波辅助进行长梗黄精多糖提取，采用响应面法优化提取工艺，实验得出最佳提取工艺条件为超声功率150 W，超声时间60 min，液料比18∶1，提取温度73 ℃，结果表明长梗黄精多糖的实际得率为16.59%。陶涛等[25]在探究黄精多糖的提取实验中利用超声波与纤维素酶协同作用，并将料液比、提取时间、超声温度、超声功率、pH值作为影响提取结果的考察因素，实验结果得出最优提取工艺为纤维素酶与底物质量比1%，pH值5.0，超声功率300 W，提取时间40 min，超声温度55 ℃，在此条件下多糖得率是39.36%。

1.2.6 微波辅助提取法

微波辅助提取技术通过微波破坏植物细胞的细胞膜和细胞壁，从而使有效成分加快溶出。李志涛等[26]采用L9(34)正交试验优化微波辅助提取黄精多糖，最佳提取条件为物料粒度0.150 mm，料液比1∶30(g/mL)，微波辐照功率350 W，微波辐照时间2 min，此条件下多糖得率为10.57%。胡芳等[27]以黄精多糖含量为指标，使用单因素和正交试验优化多糖提取工艺，将固液比、微波功率、提取时间作为考察对象，得出最佳工艺：黄精除杂后的粉末浸泡60 min后，以50∶1的固液比、微波功率450 W处理5 min，提取率为11.82%(n=5)。而且该工艺具有稳定性好、操作简单、省时、低耗等特点。

1.2.7 超声波-微波协同法提取法

超声波-微波协同法提取法将超声波和微波2种技术相结合，充分利用超声波及微波优点，实现了在一般实验环境下对黄精多糖快速、高效的提取，且对提取过程中多糖的破坏程度小。周桃英等[28]通过单因素与正交试验优化其提取工艺，主要考察了微波功率、提取时间以及料液比等影响因素，得到超声波-微波协同法提取黄精的最佳工艺条件为超声功率50 W、超声频率40 kHz、料液比1∶32、微波功率300 W、提取时间80 s，该条件下黄精多糖提取率为11.19%。

1.3 黄精多糖的功能作用

1.3.1 降血糖作用

Xie等[29]通过实验表明黄精多糖对α-葡萄糖苷酶具有很强的抑制作用，降糖作用良好。张忠英等[30]在观察黄精多糖对糖尿病、心肌病、大鼠心肌纤维化影响的实验中发现黄精多糖对大鼠糖尿病心肌损伤具有一定的保护作用。王艺等[31]发现黄精多糖对由链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病大鼠存在保护作用，可抑制胰岛细胞凋亡，从而显著降低血糖，减少糖尿病并发症的发生。贾璐等[32]利用高脂饲料建立了小鼠高血糖模型，通过黄精多糖对该模型的干预，显示黄精多糖可以降低高血糖小鼠空腹血糖值、空腹胰岛素水平，同时提高胰岛素受体的表达，并对高血糖环境下的高氧化应激状态有一定的抑制作用。

1.3.2 抗氧化、延缓衰老作用

骆文灿[33]对果蝇繁殖能力、体内脂褐素(LT)含量、过氧化氢酶(CAT)的酶活进行了考察，检验长梗黄精多糖的抗氧化能力。实验结果显示，1.6%的长梗黄精多糖可降低果蝇体内的LT含量，并提高CAT活性，增强果蝇的抗氧化能力。杨华杰等[34]在对不同黄精炮制品的研究中发现，黄精各炮制品提取液均可提高小鼠体内超氧化物歧化酶(SOD)水平，降低丙二醛(MDA)水平。薛学彬等[35]进行体外抗氧化实验，结果证明黄精多糖可抑制羟自由基的产生及对红细胞的破坏，并且减缓肝匀浆脂质过氧化过程。马怀芬等[36]在黄精多糖对心脏重塑小鼠心脏组织中ICAM-1、VCAM-1蛋白表达的影响实验中，发现黄精多糖可增强血清中的SOD活性，减少MDA含量，表明黄精多糖具有抗氧化的作用。

1.3.3 抗菌作用

研究表明黄精多糖可抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和藤黄球菌的生长，且效果显著。胡骄阳等[37]发现多花黄精的石油醚提取物对水果采后4种不同病原菌存在抑制效果，在浓度为5.0 g/L时对苹果炭疽病菌抑制效果最佳。郑春艳等[38]在黄精多糖的抑菌效果研究中发现，黄精多糖可抑制大多数细菌、放线菌和单细胞真菌的生长作用，且高浓度时抑菌效果与多糖浓度呈正相关作用。

1.3.4 免疫调节作用

研究表明黄精多糖对由环磷酰胺所致免疫抑制小鼠可提高免疫功能[39]。傅圣斌等[40]探究了黄精多糖对免疫抑制小鼠免疫功能的影响作用，建立环磷酰胺小鼠实验模型，实验结果显示黄精多糖可显著提高溶血素的含量，显著提高小鼠腹腔巨噬细胞吞噬鸡血细胞的效果，改善实验小鼠的免疫功能。卜红南[41]考察了黄精多糖的免疫调节作用，设计了小鼠腹腔巨噬细胞吞噬实验和小鼠胸腺、脾脏指数实验，结果表明黄精多糖具有明显的免疫增强作用。

1.4 黄精多糖在食品中的应用

由于黄精多糖具有多种功能性作用，因此黄精多糖在食品方面的应用受到了广泛的关注，梁安怡[42]以黄精和糯米为主要材料设计了一款发酵型黄精米酒产品，增加了米酒的口感及营养价值，丰富了米酒的种类，其抗氧化能力是浸提型的2倍。李锦松等[43]研制了一款黄精黄酒，在实验中优化了制作工艺，结果证明加入黄精有助于增加产酒率，并提升黄酒的抗氧化能力。随人们生活质量的提高，健康食品的发展市场越来越大，黄精的抗氧化、降糖降脂、提高免疫力等作用与人们密切联系。朱建平等[44,45]将黄精制作成酸奶并进行了配方筛选，探究了其降脂作用，实验结果显示食用黄精酸奶的降脂作用优于单纯食用黄精药液。于向荣等[46]以赤霞珠为主要原料，辅以黄精、枸杞等生产了一款干红葡萄酒，研制的葡萄酒在保持口感上佳的基础上又增加了营养功能。李安等[47]采用Box-Behnken响应面法优化制作工艺和配方筛选，研发了一款黄精发酵功能饮料。在黄精食品的加工中一般是将黄精制作成浸提液或者干燥打粉，再加入到食品中，可较便利地将黄精多糖添加到食品中，以增加食品的营养性与功能性。

2 黄精多糖研究存在的问题

尽管目前对于黄精已经开展了大量的研究，但是仍有许多问题尚未解决，有待进一步的研究。

(1)黄精多糖因种类、生存环境不同，其化学组成存在较大差异，缺少系统的整理分析。

(2)黄精多糖的功能作用十分广泛，但由于多糖的结构复杂，导致质量标准不易控制，再加上结构测定及合成有自身的难度和特殊性等诸多因素，极大地增加了多糖的研究难度。

(3)近年来，黄精多糖提取方法的发展从较传统的溶剂萃取法到酶解法，到能够缩短提取时间、可强化提取的闪式提取法，以及到超声波和微波辅助提取法。总体来说，黄精多糖的提取方法越来越高效、快速、稳定，但是黄精多糖的得率还有待提高。

黄精多糖是黄精生理活性物质中的重要成分，其存在的问题是影响和制约黄精开发的重要影响因素之一，提高黄精多糖的提取率，可降低其生产成本，有利于产品的开发。而继续深入探究黄精多糖的作用机理可开发出更多不同类别黄精多糖产品，从而充分发掘黄精的利用价值。

3 黄精多糖研究前景展望

为解决黄精多糖研究存在的诸多问题，以及增加其综合利用的市场价值，对黄精多糖的研究需要关注以下几个研究方向：

(1)探究黄精的不同资源，对不同品种的黄精成分进行系统的研究。

(2)研究多糖与其他成分之间的协调作用，单一的多糖成分有时未必能发挥最好的作用。深入研究黄精的保健功能，明确其功能因子及作用机理，拓宽黄精多糖的用途。

(3)提高黄精多糖的产率，使多糖的使用向产业化的方向发展。

(4)增加黄精多糖的市场利用率，将黄精多糖开发成具有不同功能的营养产品。

黄精是我国药食同源的传统中药材，含有的多糖成分是使其具有诸多保健功能的主要原因。现今人们对保健越来越重视，对健康的呼声也越来越高，且我国人口老龄化程度和患高血脂、糖尿病的人数也在持续升高，因此增加黄精多糖的产率，并将黄精多糖开发出适宜该人群食用的功能性食品就显得迫在眉睫。而在食品中加入黄精来调节食品的风味及增加食品的功能性，一方面有利于增加黄精的利用途径，另一方面也将为日后黄精的深入研究奠定基础。本文对近年来国内外黄精多糖的相关研究论文进行了系统的梳理分析，加以总结概括，提出存在的问题，并指出今后的研究方向，以期为黄精进一步的深入研究提供参考。