黄芪多糖提取工艺研究进展

梁子敬，张景艳，苏贵龙，张 凯，王 磊，王旭荣，张 康，李建喜

(中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所/甘肃省中兽药工程技术研究中心，甘肃兰州 730050)

黄芪(RadixAstragalus)又名绵芪，为豆科黄芪属多年生草本植物，分为膜荚黄芪和内蒙古黄芪两种，主要产于内蒙古、甘肃、黑龙江和山西等地。黄芪用于药食两用迄今已有2 000多年的历史，最早的记载见于《马王堆帛书五十二病方》，如针对疽病治疗的方剂中就添加了黄芪。黄芪是百姓经常食用的中药材，民间流传“常喝黄芪汤，防病保健康”的顺口溜，由此可见，常以水煮的方式提取其内有效成分供食用。近年来，国内外学者对黄芪的化学成分、药理活性做了大量的研究，发现黄芪中含有多糖、蛋白质、氨基酸、黄酮等成分，其中多糖成分是主要的生物活性成分之一[1]。黄芪多糖(Astragaluspolysaccharides)主要由葡萄糖、鼠李糖、阿拉伯糖和半乳糖组成，其具有降血糖[2]、抗肿瘤[3]、提高免疫力[4]、抗衰老和抗氧化[5]等作用，特别以免疫调节功能最为突出[6]。同时，由于人们对化学合成药物毒副作用及残留的认识提高，黄芪多糖以兽药原料、针剂、口服液、饲料添加剂等多种形式，被广泛地应用于畜禽的保健和临床治疗中。目前，有关黄芪多糖的提取工艺有很多报道，诸如热水浸提法和纤维素酶解法等传统溶剂法、酶解法，但是随着科技日益发展，更有效更简单的提取方法也随之出现。有鉴于此，笔者对近年来黄芪多糖这一活性成分的提取工艺进行汇总整理，旨在为黄芪多糖进一步的研究和生产应用提供参考。

1 溶剂法

溶剂法是指根据黄芪中不同成分在不同试剂中溶解度大小的差异，选取对多糖成分溶解度相对较大，对其他杂质成分溶解度相对较小，且不与多糖成分发生化学反应的合适溶剂，将多糖成分从黄芪组织内部溶解出来的方法。目前已应用于黄芪多糖提取的溶剂法包括热水浸提法、碱提法及碱醇提取法等。

1.1 热水浸提法

黄芪多糖是极性的大分子化合物，根据其性质常用水进行提取。将粉碎后的黄芪干粉加入烧杯等容器中，加入一定体积的纯水，并在相应温度下放置于水浴锅中一定时间，离心收集上清后可对药渣反复水煮以获取尽可能多的多糖。该方法虽耗时较长，但由于操作简单，运行成本相对较低，药液澄明度明显提高等优点，得到了广泛的应用。该方法对多糖提取率影响的因素主要有处理时间、处理温度及料液比等，许多研究人员对此做了大量的相关试验。赵凤春等对黄芪多糖的热水浸提法进行了工艺优化试验，结果表明，对于上述提及的3个主要因素，处理温度对多糖得率和纯度的影响最大，其次分别为料液比和处理时间。最终得出热水浸提法优化后的工艺条件为：处理时间4 h，处理温度90℃，料液比为1∶5(g/mL)，多糖得率和纯度分别为5.31%和56.32%。孙卉等[7]对热水浸提法提取黄芪多糖进行了正交试验优化，得出最优提取工艺：处理时间3 h，处理温度100℃，料液比1∶45(g/mL)。由此得出，在对黄芪多糖提取效果影响的因素中，较优的处理温度约在90℃～100℃，处理时间约在3 h～4 h，而料液比的变动幅度较大，有进一步验证的必要性。

1.2 碱提法

多糖是黄芪根中纤维质的主要组成成分，纤维质的溶胀和溶解性大小对多糖提取率的影响很大，而纤维质在碱性溶液中的溶胀和溶解性会增大，可明显提高黄芪多糖的提取率。李红民等分别采用热水浸提法、氧化钙水溶液提取法和碳酸钠水溶液提取法提取黄芪粗多糖，通过苯酚-硫酸法测定多糖含量，结果表明采用热水浸提法、氧化钙水溶液提取法和碳酸钠水溶液提取法提取的黄芪粗多糖提取率分别为3.6%、11.7%、5.7%，其中氧化钙水溶液提取的粗多糖提取率最高，由此推测黄芪多糖适合用较弱的碱溶液进行提取。贺义恒等经试验也发现氧化钙水溶液法提取黄芪多糖得率优于热水浸提法。

1.3 碱醇提取法

由于醇溶液的渗透作用较强，易使植物细胞壁破裂，且纤维质在碱溶液中的溶胀和溶解性会增大，使得其内多糖尽可能多的溶解至溶剂中，因此在碱和醇溶液的协同作用下黄芪多糖的渗透率明显提高，极大地减少了黄芪多糖在药材中的残留，以此达到提高黄芪多糖提取率的目的。田洛等采用碱醇提取法提取黄芪多糖，结果表明该方法能明显地提高多糖提取率，是碱提取法多糖提取率的2.63倍，是热水浸提法提取率的3.53倍。金芬芬等运用热水浸提法、醇提取法、碱提取法和碱醇提取法进行对黄芪多糖提取率影响的试验，提取率分别为2.81%、3.62%、7.64%、9.74%，其中碱醇提取的黄芪多糖提取率最高，表明碱醇提取法优于热水浸提法、碱提法，能明显提高黄芪多糖的提取率。

2 酶解法

由于植物细胞壁是由半纤维素、果胶化合物和糖蛋白嵌入的纤维素组成的刚性骨架。因此分别选用纤维素酶催化纤维素分解为葡萄糖、纤维二糖和高葡萄糖聚合物，选用果胶酶能够分解果胶化合物和果胶，选用β葡萄糖苷酶能够分解β-1,4-糖苷键糖，使得细胞内的活性多糖等成分能够释放出来，溶解于溶剂中使得提取率提高。常用的酶有纤维素酶、淀粉酶等，有时将多种酶混合使用效果也很好[8]。

2.1 纤维素酶解法

该法采用纤维素酶提取黄芪多糖，进而提高多糖得率。张嘉怡等[9]通过正交试验得出纤维素酶提取工艺的优化条件：料液比1∶12(g/mL)，处理时间90 min，处理温度100℃，水提3次，最终得出多糖提取率4.76%，相较于传统热水浸提法提高了54.05%。魏凤玉等[10]采用纤维素酶解法提取黄芪多糖，采用扫描电镜观察其酶解后的黄芪残渣表面结构，发现纤维素酶只破坏细胞壁，降低内部多糖扩散的阻力，因此提高了黄芪多糖的传质速率和有效扩散系数。闫巧娟等[11]通过对黄芪原糖、传统工艺药渣和酶处理药渣进行扫描电镜观察，结果表明，纤维素酶处理后的药渣，其内部附着物较少，网状结构较清晰。

2.2 其他酶解法

葡萄糖氧化酶能够使黄芪多糖的提取率显著提高，并采用响应面进一步优化提取工艺，优化后的提取条件为：3%酶量，处理时间3.4 d，处理温度56.9℃，pH 7.8，提取率达29.96%[12]。有时使用2种以上的酶按一定的比例对多糖进行提取，提取率常常高于单一酶解法。

3 物理法

随着科技的日益进步，越来越多的新技术和仪器设备被用于黄芪多糖等中药材活性成分的提取，极大地提高了所需成分的提取率。相比于应用广泛的溶剂法和酶解法，采用微波法、超声波法和高压脉冲法等物理法辅助提取具有节能、高效等优点。

3.1 微波辅助提取法

微波是一种非电离辐射，通过离子迁移和偶极子转动使得分子运动，从而提高溶剂的渗透，能够提高提取率并获得高生物活性的提取物[13-14]。相比于传统提取技术，其有更高的回收率、操作时间短、使用溶剂量少并且能够保持抗氧化活性的优点。陈玉霞等[15]对黄芪多糖分别采用热水浸提法和微波提取法进行提取，多糖提取率分别为4.47%和4.50%，含量分别为29.40%和31.25%。在多糖提取的实际应用中，经常将微波法与酶解法结合使用，董玲玲等[16]采用微波法结合纤维素酶解法，对黄芪多糖的提取工艺参数进行研究，得出较优工艺参数为：酶解时间为60 min，酶料比为57.6∶1(U/g)，液料比1∶10(g/mL)，功率为480 W，微波处理时间为8 min，提取次数为2次，多糖得率达88.40%，多糖提取率达16.07%，表明此法较传统热水浸提法具有高效节能、明显提高提取率和纯度等优点，是较为理想的方法。

3.2 超声波辅助提取法

应用超声波机，基于超声波的空化作用引起植物细胞壁破裂的原理，从而增强固体和溶剂之间的接触面积，提高多糖的得率。孙英华等[17]采用超声波提取法提取黄芪多糖，表明此法可缩短提取时间并提高提取效果。但处理时间不能太长，不然超声波将会使黄芪多糖发生断裂，使得其提取率降低。影响超声波辅助法多糖提取率的因素主要有处理时间、处理温度、功率和料液比。李利红等[18]应用超声波辅助提取法对黄芪多糖进行提取工艺的优化试验，结果表明，处理时间对多糖提取率影响最大。

除此之外，超声波与不同方法的协同提取也能提高黄芪多糖的提取率。杜广芬等[19]应用超声波法结合微波法对黄芪多糖进行提取，结果表明超声波-微波协同提取法对黄芪多糖的提取率较热水浸提法、超声波法和微波法有明显的提高，而且得出其优化的工艺条件为：处理时间150 s，功率120 W，料液比1∶25(g/mL)。在多糖提取的实际应用中，也经常将超声法与酶解法结合使用，贲永光等[20]采用超声法结合纤维素酶解法提取黄芪总多糖，通过单因素试验得出影响提取率大小的因素依次为超声时间、超声温度、酶量和料液比，通过正交试验优化后的提取工艺条件为超声时间30 min，超声温度40℃，酶量10 mg和料液比1∶20(g/mL)，总糖量提取率24.12%，较传统热水浸提法有高效节能、提取率高的优点。

3.3 高压脉冲法

指在常温条件下，对原料液施加100 mPa～1 000 mPa的流体静压，溶剂渗透到固体原料的内部，保持压力一定时间后，使得有效成分达到溶解平衡后迅速卸除压力，有效成分扩散到提取溶剂中，进而完成整个提取过程。相较于传统方法，其有能够提取高纯度的提取物、提取时间短和能耗低等优点。针对于此法的技术工艺优化。王再幸等采用正交试验设计提取方法得出影响因素的大小依次为电场强度、液料比、脉冲数。刘春娟等采用均匀设计法，经优化后，该法的工艺参数为：处理时间为5 h，保压时间为2 min，压力为350 mPa，液料比为1∶60(g/mL)。

3.4 组织破碎提取法

此法依托闪式提取器实现提取效果。依靠高速机械剪切力和超动分子渗透技术，在室温及溶剂存在下，仅需数10 s就可以将物料破碎至细微颗粒，并使得有效成分迅速达到组织内外平衡，通过过滤达到提取目的。该法具有高效节能、环保及保证成分稳定的优点。该法提取效率较传统提取方法有明显提高，陈艳蕊等对黄芪多糖采用闪式提取法，进行单因素试验后，通过多糖得率确定提取工艺。结果表明，通过该法提取黄芪多糖，得率较碱提法增加了约30%，达到123.46 mg/g，并确定该法的提取工艺：处理温度为65℃，处理时间为2 min，料液比为1∶10(g/mL)，乙醇浓度为50mL/L，电压为200 V，pH为10。

4 结语

目前应用于黄芪多糖的提取工艺主要还是以传统的热水浸提法、酶解法为主，近年逐步兴起的微波辅助提取法、超声波辅助提取法和组织破碎提取法等新技术提取工艺以及将酶解法和物理法结合提取的工艺，在提高多糖提取率、纯度和减少能源消耗、保持生物活性等方面较传统溶剂法和酶解法等提取工艺有明显地改进。尽管传统溶剂法有耗时、温度过高易使成分失活的弊端，但由于成本、操作性的考虑，在中药材提取方法的选择和应用上，还是以传统提取方法为主，可以预测未来很长一段时间不会有大的改观。

随着提取工艺不断的进步，以及设备成本的降低、可操作性方便等趋势的发展，关于黄芪多糖等中药材有效活性成分的提取涌现出新的工艺，来满足中药成分的研究需要，如生物发酵[21]，纳滤提取[22]，近期研究还发现，在黄芪根进行物理粉碎的过程中由于温度的上升，直接影响黄芪粉的质量和溶解度，而液氮可以降温，能够有效保留黄芪粉的原色，并改善溶解性，辅助于酶解法后使得黄芪多糖提取率增加10.5%[23]。本文通过针对于黄芪多糖提取工艺研究报道的罗列和比较，希望能够带给相关研究人员一些可参考的提取方法，为黄芪多糖的开发应用提供技术支持，从而加快中药及其有效成分在畜禽绿色健康养殖中的推广与应用，提升我国畜禽产品的品质。

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