黃芪甲苷提取分離實驗應用于高職生物學教學的探討*

顏珊珊 羅 艷 盧豆豆 梁俊玉

（西北師范大學生命科學學院 甘肅蘭州 730070）

黃芪（Astragalus）藥用歷史悠久，古有“補藥之長”之稱，為歷代中醫最常用的中藥之一。近年來，國內外學者對黃芪的化學組成、藥理活性進行了較為廣泛的研究。成分分析表明，黃芪內含有甲苷、多糖、三萜、黃酮等成分。藥理實驗及臨床報道表明，黃芪在免疫調節、抗腫瘤、抗病毒、糖尿病、延緩衰老等方面具有重要作用［1］。據統計，以黃芪為原料的中成藥達200 多種，是我國出口的商品之一［2］。因此，對黃芪的各成分進行分析具有指導性意義。

黃芪甲苷Astragaloside IV 作為中藥黃芪的主要有效成分，可改善心肺功能、降低血壓、保護肝臟、增強免疫力、抗疲勞、抑制病毒繁殖和腫瘤生長［3］。本次教學主要以膜莢黃芪或蒙古黃芪為原材料，將黃芪甲苷提取分離技術作為職業院校生物學實驗的內容進行嘗試，證實黃芪甲苷的提取分離在實驗教學中的各環節均具有可控性，學生可順利完成實驗并得到較好的實驗結果，利于實驗課堂教學目標的有效達成。

1 黃芪甲苷的研究價值

黃芪為膜莢黃芪或者蒙古黃芪的干燥根，又名綿芪，隸屬于豆科黃芪屬，該屬絕大多數植物具有藥用價值［4-5］。

黃芪甲苷是一種從黃芪中提取的高純度藥物。黃芪的主要有效成分包括黃芪多糖、黃酮、萜類等物質［4］，其中黃芪多糖的主要有效成分是多糖和黃芪苷。黃芪苷又分為黃芪苷Ⅰ、黃芪苷Ⅱ、黃芪苷Ⅳ，生物活性最好的是黃芪苷Ⅳ，即黃芪甲苷。黃芪甲苷不僅具有黃芪多糖的作用，還具有一些黃芪多糖無法比擬的作用，其藥效強度是常規黃芪多糖的2 倍多，抗病毒作用更是黃芪多糖的30 倍［6-9］。由于含量少、效果好，黃芪甲苷更是有“超級黃芪多糖”之稱［10］。本次實驗教學以純度為98%的黃芪甲苷為對照品，采用水飽和正丁醇與氨水提取分離黃芪甲苷，HPLC-ELSD 法檢測黃芪中甲苷的分離效果。

2 黃芪甲苷提取分離實驗教學設計

2.1 教學目標

1）知識目標：①通過查閱相關資料，對中草藥黃芪和黃芪甲苷的藥用價值產生濃厚的學習興趣；②掌握黃芪甲苷提取分離的原理，明確實驗中的操作步驟、關鍵環節和注意事項；③能解釋黃芪甲苷提取分離過程中各種現象產生的原因。

2）能力目標：①學會并注重高效液相色譜儀（HPLC-ELSD）、旋轉蒸發儀等實驗設備的使用及注意事項；②掌握分液漏斗分離的原理，并能對黃芪甲苷進行萃取分離。

3）情感態度與價值觀目標：對中草藥黃芪及黃芪中各有效成分的藥用價值產生濃厚興趣。

2.2 教學活動組織 實驗教學活動開始前，教師整理并分發實驗資料。為了達到更好的實驗教學效果，教師應依據學生不同年齡階段特征或者成績，合理分組，每組6 人左右。同時，各組選出組長，負責每組的實驗進度安排與督查，并將最終的實驗結果向教師匯報。

在實驗教學活動中，每組成員必須全部參與活動，親自操作，互學互助。教師觀察并對學生的實驗操作過程進行點評與指導。

實驗教學活動結束后，各組匯報實驗結果，并進行小組間討論與反思。教師提出意見與點評。

2.3 實驗教學進程及安排

2.3.1 材料與儀器

試劑：黃芪甲苷對照品（純度為98%）、色譜純乙腈和甲醇、分析純甲醇、超純水、水飽和正丁醇（正丁醇∶水=700∶300，靜止過夜后取上層溶液使用）、20%氨水。

儀器：高效液相色譜儀、旋轉蒸發儀、水浴鍋、分液漏斗、粉碎機。

材料準備：本實驗選用的黃芪為豆科植物蒙古黃芪Astragalus membranaceus（Fisch.）Bge.var.mongholicus（Bge.）Hsiao 或膜莢黃芪Astragalus membranaceus（Fisch）Bge.的干燥根。取適量黃芪，放入50℃的恒溫烘箱中，除去水分（直至烘干前后質量相差不到0.1 g）。用粉碎機將黃芪粉碎，備用。

2.3.2 高效液相色譜操作說明

1）上樣前：①制備流動相：在A、B、C 3 個瓶中分別裝入色譜甲醇、色譜乙腈、超純水。所有流動相必須先經過抽濾，再超聲40 min，目的是除去雜質和氣泡；②制備清洗液：在專門清洗的瓶中裝入色譜甲醇-超純水（10∶1）；③裝柱：按照箭頭指示方向裝好柱子；④設置條件：乙腈-水（35∶65）為流動相，流速為1 min／mL，柱溫為30℃，氣化與霧化溫度為50℃，進樣量為20 μL。

2）上樣中：調整基線（即從0 開始），注射樣品（樣品不能含有氣泡），并對樣品命名。

3）上樣后：樣品結束后，將流動相改為甲醇－水（50∶50）沖洗柱子，直至在純甲醇沖洗，流速為0.6 min／mL 時，泵壓＜50 Mpa，代表柱子沖洗干凈，實驗結束。

2.3.3 實驗操作步驟與流程［11］

1）色譜條件與系統適用性實驗：以十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑；以乙腈-水（35∶65）為流動相；蒸發光散射檢測器檢測。

2）對照品溶液的制備：取黃芪甲苷對照品適量，精密稱定，加入甲醇制成每l mL 含0.5 mg 黃芪甲苷的對照溶液，即得。

3）實驗樣品溶液的制備：取本品中粉末約4 g，精密稱定，置索氏提取器中。加入40 mL 甲醇，冷浸過夜，再加甲醇適量，加熱回流4 h，提取液回收溶劑并濃縮至干，殘渣加水10 mL，微熱使溶解。用水飽和的正丁醇振搖提取4 次，每次40 mL，合并正丁醇液，用氨試液充分洗滌2 次，每次40 mL，棄去氨液，正丁醇液蒸干。殘渣加水5 mL 使溶解，放冷。通過D101 型大孔吸附樹脂柱（內徑為1.5 cm，柱高為12 cm），以水50 mL 洗脫，棄水液，再用40%乙醇30 mL 洗脫，棄洗脫液，繼用70%乙醇80 mL 洗脫，收集洗脫液，蒸干。殘渣加甲醇溶解，轉移至5 mL 量瓶中，加甲醇至刻度，搖勻，即得。

4）測定法：分別精密吸取對照品溶液，實驗樣品溶液各20 μL，注入高效液相色譜儀。

2.3.4 實驗結果分析與討論 實驗結束后，在教師組織下，學生進行黃芪甲苷專題討論，并書寫實驗報告。討論主要集中在2 個方面，一是評價用HPLC-ELSD 法檢測出的黃芪甲苷提取分離效果；二是匯總實驗過程中的主要易錯操作環節及注意事項。最終由教師點評各小組實驗結果及表現。

2.4 實驗結果與分析

2.4.1 實驗結果 黃芪甲苷在提取分離過程中對溫度、濕度的要求并不苛刻，一般實驗室都能達到。只要在實驗教學過程中，學生能嚴格按照教師的要求規范操作，注意實驗操作的關鍵環節及注意事項，一般都能得到較好的實驗結果，標準品見圖1。實驗結果表明，黃芪甲苷出峰時間在40 min左右。

本次實驗中，全班共36 人，分成6 人一組。其中有4 個小組都得到了較好的實驗結果（圖2），黃芪甲苷在40 min 左右的時間點出峰，單峰且色譜峰型尖銳對稱，明顯與其他雜質分離。剩余2 組的實驗出現問題（圖3），出現平峰，原因是最終定容的體積不同，濃度過大。

2.4.2 實驗注意事項分析

1）黃芪甲苷對照品溶液必須在48 h 內使用。

2）索氏提取過程中，第2 次加入的分析純甲醇量要盡量多些，以防在80℃的水浴鍋蒸發下，溶劑難以回流。回流速度控制在1～2 s／滴。學生在操作過程中，要盡量控制平行樣的流速保持一致，減少誤差。

3）使用分液漏斗時，溶液要充分搖勻。如果力度過小，溶液不能分布均勻，分層不明顯；如果力度過大，溶液容易出現乳化現象，靜止時間需延長，以便分層明顯。

4）使用D101 型大孔樹脂前，要先用無水乙醇浸泡一夜。第2 天，裝柱過程中，先用去離子水將D101 型大孔樹脂沖至無乙醇味，柱高55 cm 左右。

5）用濾紙包裹黃芪樣品置于索氏提取器中，要包裹適當。不要裹得過于嚴實，以防甲醇回流中，不能將樣品中間的部分沖洗干凈。同時，也不能包裹得過于松散，避免樣品漏出濾紙，堵塞回流。

6）在2 次使用分液漏斗時，要注意區別分離后的上下層溶液。第1 次，將樣品與40 mL 水飽和正丁醇置于分液漏斗中，上下搖勻后，上層為正丁醇，下層為多糖與蛋白質。第2 次，將合并的正丁醇和氨試液置于分液漏斗中搖勻，上層為正丁醇與甲苷，下層為氨試液。

3 實驗教學活動總結與反思

目前高職院校主要以學生專業技能的掌握為導向，注重學生的實踐操作能力培養。高職院校教師應根據學生所處的不同年齡階段，選擇合理的教學方式，因材施教。

3.1 合理組織實驗教學，注重以學生為中心的教學方式 為更好地組織與安排生物學實驗課程，在實驗教學活動開展前，教師應依據學生各方面特點進行有效分組，提前講述實驗內容，合理安排實驗的準備工作。同時，每組選出組長，對整個小組的實驗分工進行安排。實驗過程中，教師要密切關注學生操作過程中的表現，對學生實驗中的不當操作進行糾正，對學生在實驗中遇見的問題進行點撥與引導。各小組可針對本組中存在的問題進行討論與建議。最后，教師依據各組實驗結果及表現進行評價，提出意見與建議。

3.2 重視因材施教，培養小組合作意識 本次實驗教學活動內容多且繁瑣，持續時間較長。為更好地達到實驗課堂的教學目標，教師應當因材施教，促成小組合作，互相幫助。高職學生對于提取分離較為陌生，采用實驗方式更加通俗，易于理解與掌握。同時實驗離不開各小組成員的協作，例如高效液相流動相的制備與黃芪樣品的處理，需要小組成員全部參與到實驗中，共同完成實驗內容，體驗參與實驗的樂趣。

3.3 激發學生思維碰撞，培養發現、解決問題能力 在實驗教學過程中，學生進行自主交流，思維碰撞，教師輔助、引導學生反復深入思考，例如“高效液相實驗結果獲得平峰的原因是什么？”不拘泥于教材內容，激發學生的多向思維，培養學生發現問題、解決問題的能力。