黄精主要生物活性物质的初提取与益生元作用研究现状

黄 镭，文俊仁，文 静

（1. 武汉设计工程学院食品与生物科技学院，湖北武汉 430205；2. 华中农业大学食品科技学院，湖北武汉 430070；3. 湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，湖北 武汉 430070；4. 石河子大学食品学院，新疆石河子 832000）

0 引言

黄精（Polygonatum sibiricum，PS） 俗称鸡头参、老虎姜，是一类多年生百合科黄精属中药材的统称[1]。黄精的药用价值首次在中国晋代由陶弘景记载于《名医别录》[2]中，具有调节脾胃功能、治疗风湿等作用；《道藏·神仙芝草经》首次提出黄精具有抗衰老能力；现代医学认为，黄精具有强化免疫、稳定血糖血脂、抗氧化、抗炎等效果。甚至可作为应急口粮[3]（辟谷黄精）。在2020 年出版的《中华人民共和国药典》 （简称药典） 中刊发了3 种目前证明具备疗效的黄精属植物，分别为黄精（Polygonatum sibiricumRed）、多花黄精（Polygonatum cyrtonemaHua）、滇黄精（Polygonatum kingianumColl.et Hemsl）[4]，其中又以安徽九华山黄精最为著名，在国内各地均有其即食制品的销售，甚至在民间有着“北人参，南黄精”的说法。但黄精对口腔、食道等黏膜结构的组织具有刺激性，并不适合生食[5]。为了有效利用这一植物资源，学术界目前对此方向开展了广泛研究并取得了丰硕的成果。以黄精中两大主要生物活性成分——黄精多糖（PSP）、多酚（PSO） 的提取及PSP 的益生元作用进行阐述，并对其未来的发展方向进行展望，以期为黄精的基础研究与应用提供新的切入点和思路。

1 黄精中主要有效成分的提取

黄精主要生物活性物质的提取方案与结果比较见表1。

表1 黄精主要生物活性物质的提取方案与结果比较

由表1 可知，目前对于黄精中生物活性物质提取已综合了各学科的成果。按其原理可分为化学萃取法（常规固液萃取法[16]、低共熔溶剂提取法[16]）、物理破碎法（超高压破碎法、减压抽提法、闪式提取法、超声-微波辅助法）、生物法（酶法提取、微生物发酵法），其中超声与微波通常联合使用，也有部分研究将其与酶法进行协同以提高得率。此外，上述大多提取方法（除微生物发酵法外） 制备的粗提液为黄精多糖、多酚等混合物。因此若需要得到较纯的提取物，目前多利用多糖与多酚在溶解性上的差距进行分离纯化，即利用有机溶剂提取多酚并沉淀多糖，分相萃取后有机相冻干后得多酚；无机相用Sevege 试剂除蛋白后离心，取上清液冻干后得多糖[17]。此类纯化法在国内文献中已有具体介绍[18]，故不在此详细讲述。

1.1 化学萃取法

此类工艺是目前最为普遍的植物中活性物质提取法，即利用提取对象溶解性的差异而使其溶出，常见的有水提法[7]和醇沉法[19]。其中，水提法虽较为安全，但因水的高沸点导致提取温度偏高，易对多糖结构产生破坏。王毅等人[6]以温度80 ℃，料液比1∶20，提取时间2 h，重复提取3 次，粗黄精多糖的提取率为19.87%；与周东月等人[20]通过正交试验优化醇沉法后的粗多糖得率相差7.7%，且抗氧化活性显著增强。此外，由于多糖与多酚在极性上的不同，一次醇提可同时浸出两类物质，利于工业生产。综上可见，化学萃取法无需特殊设备即可获得较高的提取量，但都具备提取温度高、处理时间长、溶剂消耗量大等缺点。

为了消除水提法的上述缺陷，目前可采取低共熔溶剂法提取黄精多糖。唐兰芳等人[16]使用尿素给出氢键，氯化胆碱作为氢键受体，以摩尔比2∶1 混合于水中制备低共熔溶剂。该类物质相较于水具备更低的沸点与较高的溶解性，而粗多糖得率提高了70.6%，其纯化多糖的ORAC，FRAP 值，ABTS 自由基清除率都有着显著增强。但此法因其溶剂极佳的溶解性，导致体系中杂质溶出而使纯化多糖的得率略低于水提法。

1.2 物理破碎法

该方法虽作用方式各异，但主要原理均为利用各类物理效应破坏植物细胞结构或降低溶液沸点以溶出活性物质，处理过程无需加热，因此极其适合多糖、多酚这一类热敏成分的提取。王敏[15]采用超高压技术制备黄精多糖，将原料粉碎后过60 目筛，以料液比1∶21，在压力315 MPa 下保压9.5 min，其粗多糖得率为20.03%±0.31%。杨军宣等人[21]优化了减压工艺提取多糖，相较于水提法得率增加了20%，且处理时间大幅缩短。闪式提取法的原理是依靠刀片旋转而产生机械剪切力在短时间内将样品粉碎至微粒，显著提高了活性物质的溶出率。崔婧等人[9]以料液比1∶20，提取电压100 V 重复提取3 次（40 s/c）后其黄精皂苷提取量为38.92±0.67 mg/mL，相较醇沉法提高150.26%，此法同样适用于多酚的提取。此外，超高压微射流技术（DHPM）[11]因其与闪式提取法相似的原理也可用于多糖提取。目前，超声-微波辅助法多与酶法协同使用以提高得率，后续会进行详细介绍，此处只分析超声与微波的处理效果。董琪等人[10]采用超声法提取黄精多糖，经过正交试验优化后提取率10.48%；胡芳等人[22]利用微波辅助法制备粗多糖，最终得率为11.82%。此外，超声-微波双辅助法近年来也运用于多种植物活性物质的提取，效果显著[13]，但目前未见应用于黄精多糖的提取，因此可进行深入研究。

综上所述，此类方法均具有提取率高、处理速度快、提取物活性高等特点。但除超声、微波辅助法外，上述工艺体系大都需要耐压容器或其他特种设备，造成加工成本偏高，因而目前仍处于在实验室阶段而待进一步优化。

1.3 生物法提取

1.3.1 酶法提取

酶解法提取是目前黄精多糖、多酚类物质提取中常用的工艺体系，其特点在于酶的专一性可防止提取物分解而导致活性下降。苑璐等人[23]采用正交法优化纤维素酶和蛋白酶复合体提取黄精多糖工艺，在pH 值5.0，酶解温度50 ℃，料液比1∶20 的条件下以纤维素酶∶木瓜蛋白酶= 3∶7（g∶dL） 构成复合酶系，酶解2 h 后沸水浴浸提。最终得率可达21.55%，高于单酶法提取率12.06%，也是溶剂提取法的2.75 倍。

超声微波辅助法与酶法复合的工艺近年来也用于提取黄精粗多糖，可有效降低酶解时间。巫永华等人[24]采用正交试验对此法进行优化，得到纤维素酶添加量0.85%，酶解温度60 ℃，处理时间20 min 的最佳工艺参数，最终多糖得率17.53%而优于前文中所提及的单一酶法结果，且具备显著的体外降脂性能。此外，将此法中的单一酶系替换为上述复合酶系后可能会进一步提高得率，具备研究价值。

1.3.2 微生物发酵法

部分微生物在发酵过程中会释放胞外酶，其在分解细胞组织的同时也会对多糖、多酚等活性物质具有生物转化作用[25]，增强益生功能。杨婧娟等人[5]利用凸圆灵芝固态发酵黄精制备粗多糖，最终多糖得率为140 mg/mL，且有效增强了其体外抗氧化能力；包智影等人[14]使用植物乳杆菌液态发酵黄精制备粗多糖，通过响应面优化后最佳工艺为原料添加量4%，发酵时间26 h，葡萄糖添加量0.4%，接种量7%，最终得率为33.11%。可见，发酵法在黄精多糖、多酚提取上的应用拥有广阔的发展前景。

2 黄精多糖的益生作用

2.1 免疫强化作用

黄精多糖通过多重途径强化免疫。Liu N 等人[26]发现，黄精多糖在小鼠体内与溶血素的形成有关，原因在于其可增强RAW264.7 巨噬细胞的清除活性，增强免疫作用；深入研究发现PSP 对环磷酰胺（CTX）的减毒作用，其机理为PSP 可以逆转CTX 诱导小鼠中T，B 淋巴细胞产生的低免疫应答能力与胸腺、脾脏异常指标。华岩等人[27]研究了PSP 对小鼠力竭模型免疫强化作用，结果显示其具有增强免疫淋巴细胞增殖、提高巨噬细胞吞噬活性、促进CD3+，CD4+，CD8+细胞数量提高、恢复脾脏免疫功能等作用。此外，Shu G 等人[28]对PSP 在成鸡免疫模型中的作用说明其可通过增进白介素IL-2，IL-6，干扰素γ 表达。进一步临床研究发现，PSP 能够通过提高红细胞膜上C3b 受体对糖皮质激素（GC） 的敏感性，进而有效治疗原发性儿童肾病综合征（INS）[29]。综上所述，黄精多糖在体内调节细胞、淋巴、脏器等，以提高机体的免疫能力。

2.2 稳定血糖血脂

杨明琛等人[30]通过模拟小鼠消化酵解过程发现PSP 可显著改善其肠道菌群的多样性与相对丰度，参考Ma Q T 等人[31]研究可认为PSP 对于治疗2 型糖尿病具有辅助作用。通过建立小鼠1 型糖尿病模型，王秋丽等人[12]观测到多花黄精多糖可增强转录IRS-1的mRNA 表达。孔暇等人[32]对鼠中PSP 的降脂作用进行了深入研究，认为其可能通过增强肝脏中部分遗传因子的表达与蛋白质活性，例如调控PPAR-α和PPAR-β 的敏感性、PPAR-γ 和SREBP-1c 的表达，或抑制TNF-α，IL-6 等炎症因子的合成以达到降脂的作用。

2.3 抗氧化与抗炎作用

黄精多糖通常具有较强的清除自由基能力与剂量-效应关系。Li X J 等人[33]通过NMR 分析后认为，组成PSP 的低聚糖对同一自由基的清除能力并不相同，其原因可能是糖苷键、结构的差异造成了性质的改变。为了进一步研究其特性，张玉琴等人[34]用H2O2为氧化剂构建HT22 细胞体外损伤模型，发现PSP 介入后该细胞活性增强且完整度提高。深入分析认为PSP 主要抑制凋亡基因的表达，在降低Bax 含量的同时提高Bcl-2 的合成与Nrf2 通路来部分实现对缺血性脑卒中的预防。此外，在PSP 对小鼠肠炎模型作用的研究中，薛学彬等人[35]认为此类物质可通过拮抗炎症因子的合成（MDA、MPO） 并增加抗氧化剂的合成（SOD） 以降低结肠的氧化损伤、减轻症状，其作用强弱在于PSP 对NF-κB 通路的抑制强度。此外，PSP 对大鼠急性肾损伤模型具有较强保护作用[36]，这可能是通过下调p38 MAPK/ATF2 通路和对IL-6，IL-1β、TNF-α 合成的抑制作用实现。

2.4 黄精多糖的其他益生元作用

PSP 除上述生物活性外，还具有增强记忆、抗骨质疏松、抗肿瘤、抗心肌损伤与抑菌作用。

黄精多糖的其他益生元作用见表2。

表2 黄精多糖的其他益生元作用

3 结语

如今，黄精中活性物质提取方法的研究已取得较大进展，但仍存在不足。例如，针对PSP 提取的研究不少，但PSO 的浸提方案研究只集中于超声、微波辅助法与部分酶法；物理破碎法虽高效，却因其需要特种设备而难以推广；微生物发酵法制备PSP的生物转化机制尚属未知，这些问题均制约着黄精多糖、多酚高效提取法的开发。因此，可考虑从以下角度进行研究：①利用现有提取方案制备PSO，并筛选与其适配的工艺；②对溶剂提取法进行改良，比如选择低共熔溶剂法或双水相萃取法提取，以降低工艺设备的要求而便于工业生产；③将发酵法制备的PSP 通过柱层析与膜分离技术进行纯化，利用核磁共振光谱测定其结构与组分，并与溶剂提取法制得的多糖进行比对，分析其结构变化造成活性改变的可能性。

黄精多糖目前已证明具有极其广泛的益生元作用，其依靠较强的自由基清除能力、上调酶活与基因表达，控制细胞代谢与凋亡的机制，从而达到强化免疫、预防糖尿病、降脂、抗炎、抑菌等目的。虽然上述益生元特性在体外与小鼠模型中被证实，但仍缺乏对PSP 作用与代谢机制研究与临床试验的结果。因此，在后续研究计划中，可进行PSP 制剂在抗衰老、抗肿瘤、抗疲劳、增强记忆力等保健食品中应用的研究。也可考查将其作为糖尿病、骨质疏松、高血脂等疾病治疗过程中补剂的可行性。此外PSP 良好的清除自由基能力使其作为抗氧化添加剂于油脂中。还应注意的是，多酚通常具有抑菌与抗氧化能力，但目前罕见此类特性的详细报道，也可作为一研究方向。