艾草的化学成分及其提取工艺研究

赵淑秀，刘青芝，穆向荣，薛菲，张雪，林永强，王义杰，郭东晓

(1.山东省食品药品检验研究院，山东省中药标准创新与质量评价工程实验室，山东 济南 250101；2.山东中医药大学，山东 济南 250355；3.蕲春唯艾科技有限公司，湖北 黄冈 435300)

艾草(ArtemisiaargyiLevl.et Vant.)又名香艾、艾蒿、家艾、医草等，为菊科蒿属多年生草本植物[1]。艾草的分布范围较为广泛，对气候、土壤等要求不高，在湿润的条件下长势较好[2-3]。艾草全草入药，具有温通经脉、排毒祛湿、散寒止痛、止血安胎、驱赶蚊虫、抑菌等作用。

艾叶的药用历史可追溯至《神农本草经》[4]，本书中记载了“白蒿”，经过专家考证白蒿即为艾叶。艾叶经过反复晒杵、捶打、粉碎、筛除杂质、粉尘后，可以得到软细如棉的物质即为“艾绒”。艾绒是制作印泥、艾条的原材料，同时也是灸法所用的主要材料，可以促进血液循环，有利于排泄湿气。艾的果实成熟后采摘即为艾实(艾子)，用于肾虚腰酸，增强人机体免疫力。艾草中含有多种化学成分，如以单萜类为主的挥发油成分，黄酮类、三萜类、酚类、多糖类以及部分微量元素。随着社会的发展和生活质量水平的提高，人们对于健康的重视程度也不断提升，从而艾草得到了更为广泛地应用。本文对艾草的化学成分种类及不同种类成分的提取方法进行了综述，以期能够为更合理有效地利用艾草提供参考。

1 挥发油类成分

艾草散发特殊的香气，主要是因为含有丰富的挥发油(艾草精油)。目前从艾草挥发油中已经分离提取出100多种化学成分，包括单萜、倍半萜(见表1)以及少量的酚类化合物[5-6]。

表1 艾草挥发油中主要成分结构类型

艾草挥发油类成分的提取方法包括水蒸气蒸馏法、超临界流体萃取法、微波提取法、超声提取法，其中最为常用的是水蒸气蒸馏法[7]。不同的提取方法得到的艾叶挥发油化学成分会有一定的差异。董岩等[8]采用蒸气回流法进行提取，应用毛细管气相色谱-质谱联用程序升温法进行分析，共鉴定57种成分，其中桉树脑含量最高(7.83%)。刘艺秀[9]以野艾蒿挥发油产率为指标，采用水蒸气蒸馏法对其提取分别进行单因素、正交试验，对其提取工艺进行优化，最终确定提取条件为：料液比1∶12，提取时间6 h，浸泡时间2.5 h，在该条件下，挥发油的平均提取率为1.0%。熊子文[10]分别采用同时蒸馏法和微波辅助法提取了野艾蒿的挥发油，并用GC-MS进行含量测定、结构鉴定。结果显示，两种提取方法提取的挥发油占野艾蒿鲜重的9.3%、9.6%。廖延智[11]采用超临界萃取法从安徽野生艾草中提取挥发油，然后通过气相色谱-质谱法对其化学成分进行分析鉴定，用峰面积归一化法测定其相对含量，最终共分离鉴定出50个成分，主要成分为1,2-苯二羧酸-2-乙基己基酯(17.8%)。

2 黄酮类成分

黄酮类成分是艾中另一类重要活性物质，从艾叶中分离得到多种黄酮类成分。在临床医疗中这类成分具有抗癌、抗氧化等多种药理作用。艾草中黄酮类成分的结构类型以黄酮、黄酮醇为主，也有少量二氢黄酮[5-6]，具体见表2。

表2 艾草中含有的黄酮类成分及其结构类型

艾叶黄酮类化合物提取方法主要包括煎煮或回流提取法、超声提取法、微波提取法。黄酮类成分多含酚羟基，易被氧化或与其他成分反应，所以超声和微波提取法更容易保留原植物成分。杨宇华等[12]采用超声提取法，利用响应面法优化其提取工艺，最佳提取条件为超声功率350 W、乙醇浓度43%、料液比1∶69、提取温度80 ℃、提取40 min，艾草总黄酮提取率可达18.62%。贾晓丽等[13]采用超声提取法，将野生艾草总黄酮用含水乙醇与季膦离子液体组成的混合溶剂进行提取，最优工艺条件为乙醇浓度78%、离子液体十二烷基三丁基溴化膦浓度0.20 mol·L-1、超声功率230 W、超声温度60 ℃、料液比1∶55、提取35 min，总黄酮的提取率为18.5%。试验证明在离子液体与含水乙醇混合溶剂和超声辅助提取法共同作用下，可明显促进艾草总黄酮的溶出，为艾草总黄酮的提取提供了新思路和方法。杨理萍等[14]以蕲艾为试验原料，采用微波辅助法提取总黄酮，并应用响应面分析法对其提取条件进行优化，得到最佳提取工艺为微波功率400 W、微波时间5 min、料液比1∶80，提取率可达14.3%。

提取后，可通过柱色谱等手段进一步提高含量。杨宇华等[15]考察了6种不同大孔吸附树脂填料的纯化效果，获得了最佳提取条件为采用AB-8大孔吸附树脂，上样液pH值为4，上样液浓度2.5 mg·mL-1，吸附温度20 ℃，上样速度1.5 mL·min-1，以80%乙醇洗脱，洗脱流速为1.5 mL·min-1。采用该方法，提取的总黄酮含量由36.1%上升至75.4%。该方法的优点：成本低、产品纯度高、树脂可再生、选择性好、工艺简单，利于实现大规模生产。

3 三萜类成分

艾草中含有大量的三萜类化合物，这类成分具有抗肿瘤、抗炎、抗病毒等作用[16]。其三萜类成分可以分五环三萜和四环三萜，五环类三萜有齐墩果烷型、乌苏烷型、羽扇豆烷型、木栓烷型等，四环类三萜有cycloartane型和达玛烷型[5-6]，结构类型比较丰富，具体见表3。

表3 艾草中含有的三萜类成分及其结构类型

三萜类成分结构较为稳定，不易被氧化，可以采用煎煮或回流提取等溶剂提取法，或微波提取、超声提取等。段丽萍等[17]考察了以超声辅助法提取艾叶总三萜的最佳工艺，在单因素的基础上，根据Box-Behnken试验设计原理，选取四因素三水平，以艾叶总三萜得率为响应值进行响应面分析。结果表明，超声辅助提取艾叶总三萜的最佳提取工艺参数为乙醇浓度72%，提取温度73 ℃，料液比1∶20，超声时间42 min，在该条件下，艾叶总三萜实际得率为6.51%。

4 酚类成分

酚类成分在自然界中广泛存在，是植物中一种常见的次级代谢产物。艾叶中含有多种酚类成分，具有抗氧化、抗癌、抗乙肝病毒等活性[18]。艾草中酚类成分主要是苯丙素类和一些简单的芳香酸(醛)类化合物[5-6,19]，具体见表4。

表4 艾草中含有的酚类成分及其结构类型

王小俊等[20]以80%甲醇提取，用UPLC-LTQ-Orbitrap-MS鉴定蕲艾中6种酚酸，通过质谱数据解析、对照品和文献对照，确定其成分为新绿原酸、绿原酸、隐绿原酸、异绿原酸A、异绿原酸B、异绿原酸C。于晓等[21]采用一测多评法同时测定艾叶中上述6种酚酸类成分含量，6批不同产地艾叶样品中上述6种成分含量分别为0.15～0.58、0.50～2.65、0.27～0.89、0.62～4.29、1.18～10.72、0.99～6.69 mg·g-1。段凯莉等[22]对比研究了河南南阳和新疆产艾叶中酚类成分的组成和含量，以60%乙醇为溶剂超声提取，HPLC法检测其组成，结果表明河南南阳、新疆艾叶分别检测出19种、14种酚类成分，总含量达13.4、9.8 mg·g-1。王永丽等[23]采用紫外可见分光光度法，测定了艾叶及其炮制品醋艾叶、艾炭、醋艾炭中总酚酸的含量，艾叶中总酚酸含量3.3%～4.8%，醋艾叶中总酚酸含量3.3%～5.0%，艾炭中总酚酸含量2.0%～3.8%，醋艾炭中总酚酸含量2.3%～3.9%，炒炭后酚酸含量显著降低。

5 多糖类成分

艾草中多糖类成分主要是酸性多糖，具有抗氧化、促进机体血液循环的作用，可以很好地提高机体抵抗力[24]。多糖类成分的传统提取主要应用溶剂提取法，包括水提法、酸提法、碱提法，现代提取方法包括酶提取法、微波提取法、超声提取法、高压脉冲提取法、超临界萃取法等。不同的提取方法、提取条件，多糖的提取率也不同。

沈霞等[25]采用热水浸提法提取艾叶多糖，分别考察水料比、温度、时间对于多糖提取率的影响，然后利用响应面分析法对浸提工艺条件进行优化，试验结果表明，最佳提取艾叶多糖工艺条件为浸提温度99 ℃、时间2.3 h、料液比1∶20，提取率为3.0%。刘军海等[26]采用回流热浸提取法，根据中心组合试验设计原理采用三因素三水平的响应面分析法对艾叶多糖的提取工艺进行优化，探究各工艺条件的影响因素，建立了响应值与各因素之间的数学模型，得出艾叶多糖浸提的最佳工艺条件为料液比1∶18、浸提温度97 ℃、浸提时间1.25 h、浸提3次，艾叶多糖的实际单次提取率为1.5%。熊曼萍等[27]采用超声-酶法提取艾叶多糖，以纤维素酶处理后的艾叶为原料，分别考察乙醇浓度、超声波处理时间、料液比3个因素对于艾叶多糖提取率的影响，通过正交优化试验获得最佳工艺条件为乙醇浓度80%、提取时间30 min、料液比1∶40，艾叶多糖提取率约为0.8%。与单一的超声波法提取相比，使用超声波酶法提取艾叶多糖的实际获得率提高56.8%。李宏睿等[28]采用超声辅助方法提取，以提取时间、料液比、超声时间、水浴温度4个单因素预试验结果为基础，采用正交试验方法对提取条件进行优化，结果显示水浴温度80 ℃、料液比1∶40、提取时间2.0 h、超声时间20 min条件下，提取效率最高。赵蔡斌等[29]采用微波辅助热水浸提法研究艾叶多糖的提取工艺，探索料液比、浸提温度、浸提时间和微波功率对艾叶多糖提取率的影响。试验结果表明，最佳浸提工艺为料液比1∶20、浸提温度85 ℃、浸提时间20 min、微波功率400 W。采用本试验方法和工艺条件，艾叶多糖提取率可达2.7%。

6 微量元素

靳然等[30]通过ICP-MS法，证实艾叶中含有Na、Mg、Al、K、Ca、Mn、Fe、Zn、Ba等金属元素。袁琳等[31]用火焰原子吸收光谱法、原子荧光光谱法测定了宜春艾草中Cu、Fe、Mn、Zn、Mg、Se元素的含量，测定结果为Cu 147.2 μg·g-1、Fe 152.3 μg·g-1、Mn 127.8 μg·g-1、Zn 118.8 μg·g-1、Mg 195.9 μg·g-1、Se 6.2 μg·g-1。余磊等[32]用火焰原子吸收光谱法检测江西赣州艾草中Fe、Zn、Mg、Ca 4种金属元素的含量，结果为Fe 203.6 μg·g-1、Zn 175.3 μg·g-1、Mg 294.7 μg·g-1、Ca 9 221.0 μg·g-1。熊子文[10]采用微波消解-ICP-AES测定野艾蒿茎叶中主要的金属元素含量，其中Ca 968.4 μg·g-1、Mg 323.6 μg·g-1、Fe 38.9 μg·g-1，Zn 10.9 μg·g-1。而一些重金属元素，如Cd和As等均在国家限定的标准以下，Pb、Cu等重金属则未检出。艾草的产地不同，其微量元素的含量差别不大[30]。

7 其他成分

除此上述成分外，艾草中还含有生物碱、蛋白质、纤维素等成分。

艾草作为我国常用的中药材之一，其药用历史悠久。艾灸是中医传统疗法，疗效确切。近年来，艾草化学组成引起广泛关注，目前已经进行了比较系统地研究，发现其化学成分种类丰富，结构多样。但是，对于艾草化学成分与其生物活性的关联性研究，特别是与中医传统疗效“温经止血，散寒止痛；外用祛湿止痒”的研究并不充分，需要进行更为深入地探索。