黄芪中黄芪多糖的提取工艺研究进展

宫安东，宋梦鸽，王高瞻，郜 振，雷银玉，孙美鹤

(1. 信阳师范学院 生命科学学院，河南 信阳 464000； 2. 河南黑马动物药业有限公司，河南 禹州 461670)

0 引言

黄芪(Astragaluslicentianus)为草本、稀为小灌木或半灌木植物，属于双子叶植物纲豆科黄耆属，是一种比较常见的中药材植物，主要分布于我国的东北、华北及西北地区，耐旱耐寒，在全国各地均可栽种。作为常用传统中药，黄芪的药用价值极高，具有降低血压、增强免疫力、补气健脾、抗菌消炎等功效。此外，黄芪也是民间常用的食材，具有补气养血、提高免疫力等功效。

黄芪中含有多糖、皂甙、氨基酸等多种化学成分，其中以黄芪多糖的应用研究报道最多。黄芪多糖是黄芪中的一种重要活性成分，是黄芪干燥根提取物中的主要成分，呈棕黄色粉末，主要由葡聚糖和杂多糖组成，具有抑菌、抗炎、利胆、保肝和免疫调节的作用[1]。另外，有相关研究表明黄芪多糖能显著降低糖尿病大鼠的血糖和血脂水平，改善胰岛素耐受性，减轻糖尿病并发症[2]。目前，工业生产中的黄芪多糖多从黄芪中提取而来，迄今为止，应用的黄芪多糖提取方法多样，主要有温水提醇沉法、碱溶提取法、碱醇提取法、酶辅助提取法、超声波提取法和生物发酵提取法等。工业生产中上述方法均有使用，然而，各提取方法的优势与不足，以及不同提取方法的优劣比较，尚未有研究揭示。为进一步比较不同提取工艺的优劣，筛选高效的黄芪多糖提取工艺，提升产业化应用，本文对现有的黄芪多糖提取工艺进行综述，并分析不同提取流程，比较分析不同工艺的提取效率，明确最优的提取工艺，研究结果将为黄芪多糖工业生产中提取工艺的再优化提供参考。

1 温水提醇沉法

温水提醇沉法操作简单，所需试剂常见易得，提取流程简便，是生产黄芪多糖比较常用的方法。该方法首先将黄芪碾碎制成粉末，然后加入适当比例的水在适宜温度下煎煮，离心后于上清液中加入无水乙醇析出沉淀，将沉淀干燥后得到粗多糖。

杜国丰等[3]利用温水提醇沉法，比较在不同的提取时间、提取温度、料液比条件下，黄芪多糖的提取效率。结果显示在一定范围内，随提取温度的升高、料液比的提升和提取时间的延长，黄芪多糖的提取量逐步攀升，当提取时间为2.5 h，提取温度为90 ℃，料液比为1∶8时，多糖提取量较高，此后提取量有所下降。权彦等[4]采用三因素三水平的试验，发现在温度100 ℃、水提取2 h、加入乙醇体积分数为90%时，黄芪多糖的提取率最高，黄芪多糖粗提物的含量为42.9 mg/g，提取率为4.29%，纯度为31.2%。综上所述，适当的高温处理，增加提取时间和提取液比率，在一定程度上可以提升黄芪多糖的提取率。但针对不同的黄芪植株品种，其最优的提取温度存在差异，主要原因可能与黄芪植株的品种特性有关，不同地域、不同品种的黄芪植株在细胞结构与组成上存在差异，是导致最佳提取温度差异的主要因素。水提醇沉法因其安全、成本低而成为植物组织中提取多糖最常用的方法[4]，但是该方法多糖提取率低，杂质含量高，提取时间长，多糖结构可能被高温破坏，从而影响药效。此方法在工业化生产中会导致黄芪材料大量浪费，并且需要消耗大量燃料进行煎煮。

2 碱溶提取法

黄芪多糖主要存在于黄芪干燥根茎中，而黄芪细胞壁的成分主要为纤维素，因此，黄芪多糖的提取率与纤维素的溶解性有关。碱溶提取法利用这一特点，将温水提醇沉法中的水换成弱碱溶液。由于黄芪细胞壁中的纤维素在碱性环境中产生溶胀作用，溶解性显著增加，并且纤维之间的酯键更容易发生断裂，使得细胞壁的破损程度加深，进而使更多的多糖从细胞中流出，提高了多糖的提取率[6]。

金芬芬等[7]用pH值为9～10的NaOH弱碱溶液对黄芪药材进行浸提，最终黄芪多糖的平均提取率为7.64%。刘永录等[8]分别用NaOH和CaO调制pH值为12的碱水提取黄芪多糖，最终黄芪多糖提取率分别为7.73%和7.12%。总的来说，碱溶提取法中黄芪多糖的提取率明显高于温水提醇沉法，具有一定的提取优势。该方法与温水提醇沉法具有操作简单、成本低廉等同样的优点，然而，提取过程中，该方法提取废液中富含碱性物质，不易过滤及浓缩，大规模使用易造成环境污染。

3 碱醇提取法

碱醇提取法是在弱碱存在的基础上添加5%乙醇，回流提取之后浓缩，再用95%乙醇醇沉，是在碱溶提取法的基础上加入少量乙醇以提高提取率。在碱性条件下，更多的多糖得以游离并被提取出来，而醇的加入能使多糖的渗透作用增强。在碱与醇的共同作用下，多糖渗透率增加，多糖残留量降低，回收率提高[9]。

田洛等[10]将5%乙醇溶液用NaOH调节pH值到12，用于黄芪茎叶中多糖的提取，结果发现黄芪多糖含量为89.7 mg/g，提取率为8.97%。金芬芬等[7]将黄芪药材置于50～60 mL pH值为12的5%醇液中，加热回流2～3 h，醇沉之后得到黄芪多糖粗品，平均提取率为9.74%。由此可知，碱醇提取法中黄芪多糖的提取率大约为9%～10%，是温水提醇沉法的2倍，与碱溶提取法相比，多糖提取率更高。碱、醇共同作用，更好地促进纤维素的降解，提升植物细胞壁的破碎程度，而且有机试剂乙醇的添加，有利于极性污染物的吸附、蛋白类物质的沉淀，再次提升了黄芪多糖的提取率。该方法虽然提升了黄芪多糖的提取率和提纯度。但从根本而言，该方法需要大量使用酸和碱，且对生产设备要求较高，仍然无法排除废弃物中碱和有机试剂的污染。

4 酶辅助提取法

黄芪多糖位于黄芪植物细胞内部，提取过程中需要破碎细胞壁，而黄芪细胞壁的主要成分为纤维素。因此在黄芪多糖的提取过程中，有研究尝试利用生物酶(纤维素酶)降解细胞壁中的纤维素和半纤维素，使黄芪细胞的细胞膜暴露在外，细胞内溶物更易流出，提升黄芪多糖的提取率。酶辅助法能有效破损黄芪细胞壁，提高黄芪多糖的渗出量，进而提高提取率。同时酶辅助提取法可以采用混合酶处理，如纤维素酶和蛋白酶的同时作用，能够帮助分解黄芪细胞中动物不易消化的大分子多糖和蛋白质，将其降解成易于肠道吸收的小分子物质，能够提高黄芪多糖的纯度和药效[11]。

徐艳等[12]通过控制水浴温度、水浴时长、酶的加入量等条件来研究酶辅助条件下黄芪多糖的提取率，发现将药材在80 ℃条件下水浴1.5 h后加入20 mL 2 g/L的纤维素酶时，黄芪多糖的提取率最高，为9.27%。陈学伟等[13]先利用纤维素酶预处理黄芪材料，再用水提醇沉法提取黄芪多糖，发现在75 ℃条件下加入0.8%的纤维素酶酶解120 min时效果最佳，最终黄芪多糖的提取率为9.78%。CHEN等[14]研究发现葡萄糖氧化酶对黄芪多糖具有更高的提取率，在3.0%的酶处理黄芪3.44 d，处理温度为56.9 ℃，提取溶剂的pH值为7.8时，黄芪多糖提取率为29.96%±0.14%，提取效率显著提高。酶的使用代替了酸碱溶液对于纤维素的溶解，更为环保。此外，酶的作用条件温和，不会破坏多糖的结构，耗能小，最终多糖提取率较高。但是由于生物酶反应条件苛刻，需要严格的生化条件，而且酶的获取成本高，使用过程中易失活，难以短期实现工业化的应用，但随着生物技术的发展，开发新型耐高温、易储藏的生物酶已逐步成为可能，也是目前阶段急需解决的核心问题，对该方法的工业化应用，具有重要意义。

5 超声波提取法

超声波是一种频率很高的声波，其频率通常在20 000 Hz以上。超声波可以利用能量使物体发生剧烈震动，从而使物体分解成极细小的颗粒。根据这一原理可以将超声波作用于黄芪组织或细胞，超声波能将黄芪细胞的细胞壁和细胞膜震碎，使细胞内溶物流出，从而提高黄芪多糖的提取率。利用超声波提取黄芪多糖时，首先将黄芪碾碎成粉末，再加入一定量的去离子水混合，经过一定频率的超声波处理后除去蛋白质，离心后醇沉即可获得粗多糖。

吴铭等[15]利用超声波提取黄芪多糖，发现当固液比为1∶20、超声功率为65 W、温度为60 ℃的条件下超声提取12 min时提取率最高，为8.75%。张洪波等[16]利用超声波仪对黄芪叶细粉进行多糖提取，结果发现黄芪多糖的平均提取率为7.9%。刘杨等[17]发现，超声时间为70 min时多糖提取率最高，而随着超声时间的延长，多糖提取率逐渐下降，这可能是由于超声时间太长导致多糖的分子结构被破坏，从而使提取率下降。还有研究者发现[18]超声波提取黄芪多糖的最佳工艺条件为：在超声功率为250 W的条件下提取90 min，提取温度为80 ℃。总的来说，超声波提取法的黄芪多糖提取率大约为8%～9%，与酶辅助法和碱醇提取法相比,效果相当，是温水提醇沉法的2倍。超声波处理，有利于植物组织的均匀分散，酶解处理，可以提升细胞壁的溶解率，如果将超声波提取法与酶辅助提取法二者的优势相结合，能否会再度提升黄芪多糖的提取率，有待于进一步研究。

6 生物发酵提取法

近年来，利用生物发酵技术提取黄芪多糖的方法受到广泛关注。生物发酵技术主要是利用微生物对黄芪细胞的细胞壁进行消化破碎，使细胞内的黄芪多糖流出。微生物的个体小，繁殖能力强，对细胞壁的破碎效果显著，能明显提高植物中纤维素和木质素的降解率[19]，并且将许多动物不能直接吸收的生物大分子转化为小分子物质，增强药效。发酵后的药渣还可以制成饲料，使黄芪成分得到充分利用。

尚利明等[20]将黄芪通过非解乳糖链球菌FGM进行发酵提取，发现在温度为39 ℃、接菌量5%、pH值为5.4、培养时间为48 h条件下多糖产量最高。陈婕等[21]将非解乳糖链球菌FGM经紫外线照射后筛选到一株突变菌株，发现使用突变菌株发酵提取黄芪多糖时发酵产物中多糖含量为235.51 mg/g，提取率为23.55%。苏贵龙等[22]分别测定了FGM菌株发酵前后黄芪水溶液中黄芪多糖的含量，发现发酵后黄芪根、一年生茎、两年生茎、一年生叶、两年生叶的发酵液中粗多糖含量分别增加了177.46%、227.27%、207.11%、170.61%、182.28%，多糖溶出量得到了大大提高。李建喜等[23]对黄芪进行多批次发酵实验，结果发现黄芪发酵液中多糖含量高达70.88%±10%。由此可见，生物发酵提取法具有高效的黄芪多糖提取率，与酶辅助提取相比，不需要严格的条件控制，与常规的温水提醇沉法、碱醇提取法、碱溶提取法等相比，不会产生大量的工业废弃物，且产生的药渣可作为有机饲料使用，具有更好的发展前景。

7 展望

黄芪多糖是黄芪中一种重要的药用活性成分，具有提高人体免疫力、抗氧化和抗病毒等功效[24]，其高效提取是目前工业生产中的重要研究内容。传统的温水提醇沉法中黄芪多糖的提取率不高，并且多糖的纯度也较低，用这种方法提取黄芪多糖容易造成原材料的浪费，并且需要较高的能量和高温环境，资源消耗大。而碱溶提取法、碱醇提取法、酶辅助提取法和超声波提取法等方法虽然提高了提取效率和多糖纯度，但是都具有资源消耗大，成本高昂、易造成环境污染等缺点。此外较高的温度处理、酸性或碱性极端条件等均可能对黄芪多糖的理化性质和生物活性造成潜在影响。

与传统的提取工艺相比，生物发酵提取法的多糖提取率远远超过碱醇提取法、超声波提取法等常规方法，且具有操作简单、投入成本低、不破坏黄芪多糖结构、发酵废弃物利用率高等优点。微生物的作用条件温和，繁殖迅速，对储存环境要求不高，在工业生产中具有较好的应用前景。然而，生物发酵法提取黄芪多糖尚属于研究阶段，黄芪多糖提取效率难以保持稳定，不同研究者得出的多糖提取率存在明显差异。其主要原因可能是采用的发酵微生物菌株不同，不同的微生物菌株，其增殖速率、产代谢酶活性、发酵培养条件等均存在显著差异，最终导致较高的提取效率差异。因此如何稳定微生物发酵提取黄芪多糖的效率，是生物发酵提取法面临的首要问题。

微生物发酵提取法在黄芪多糖的提取中具有显著优势，为进一步推动其产业化应用，笔者认为仍需从以下方面开展研究：(1)筛选具有高效降解黄芪细胞壁活性的微生物菌株，提高细胞破碎程度；(2)优化微生物发酵黄芪培养条件，确定最适发酵条件；(3)针对不同活性微生物，建立不同的黄芪发酵和多糖提取流程标准，提高发酵稳定性；(4)微生物发酵提取法与常规方法可以联合应用，最大限度地提高提取工艺。上述研究内容的完成，将进一步完善黄芪多糖的提取效率，提高稳定性，对工业生产具有重要意义。