鐵皮石斛多糖的提取工藝及對生物活性影響研究進展

喻明軍，向 敏，夏 勇，劉西嶺，李 濤，徐 娟

（1.亳州學院中藥學院，安徽亳州 236800；2.亳州學院生物與食品工程系，安徽亳州 236800；3.廬江縣天地禾生物技術有限公司，安徽廬江 231500）

0 引言

鐵皮石斛（Dendrobium officinale）屬于蘭科植物，在我國主要分布在安徽、浙江和廣西等地，自古被奉為“仙草”，藥用價值較高。多糖是鐵皮石斛的主要活性成分，具有抗氧化[1]、增強免疫[2]、降血糖[3]、降血壓[4]、抗炎[5]和抗癌[6-7]等功能。鐵皮石斛多糖含量高低是判斷鐵皮石斛品質的主要依據。近年來，對鐵皮石斛多糖的提取工藝和生物活性研究的報道日益增多，綜述近年來鐵皮石斛多糖提取工藝研究，為鐵皮石斛多糖的提取工藝研究方向提供參考。

1 鐵皮石斛多糖

鐵皮石斛多糖的含量與產地、加工方式和生長年限密切相關，不同部位的多糖含量差異性較大，其中莖的多糖含量最高，葉次之，花中含量最低[8]。有文獻研究表明，具有生理活性的鐵皮石斛多糖大多為O-乙酰化葡甘露聚糖，單元骨架通常為（1→4）、（1→3）或（1→6）連接的糖基殘基[9]。

O-乙?；细示厶堑慕Y構見圖1。

圖1 O-乙?；细示厶堑慕Y構

2 鐵皮石斛多糖提取

2.1 浸漬法

浸漬法是一種常用的提取方法，將藥材浸泡在溶劑中，在常溫或加熱條件下使所含有的有效成分被浸出。劉靜平等人[10]研究了熱水浸提鐵皮石斛多糖工藝，通過正交試驗得出的最佳提取條件為料液比1∶20，提取次數3次，提取溫度80℃，提取時間2 h。王培培等人[11]通過正交試驗得出最佳提取條件為料液比1∶40，提取溫度降低到70℃，提取次數2次，每次2 h，多糖提取率為31.6%。黃曉君等人[12]通過響應曲面法優化得到的最佳提取條件為料液比1∶30，提取溫度90℃，提取時間2 h，多糖提取率為30.56%。王建明等人[13]通過響應面法優化了浸取工藝，通過二次回歸模型響應面分析，得到鐵皮石斛多糖提取最佳工藝條件為料液比1∶75，常溫提取3次，每次2 h，鐵皮石斛多糖提取率為34.96%。肖胤等人[14]運用超聲粉碎-熱水浸提法提取鐵皮石斛多糖，正交試驗確定提取工藝最佳參數為料液比1:20，提取次數8次，每次0.5 h，提取率與王培培等人[11]試驗結果相似。影響浸漬提取收率的主要因素為料液比、提取溫度、提取時間和提取次數，其中料液比為關鍵因素。浸提法雖然簡單，但是提取次數較多，時間較長。

2.2 回流法

多糖回流提取以水為溶劑，在回流條件下進行提取。提取效率高于浸漬法，但溫度高可能會破壞有效成分。王琳等人[15]研究了回流法提取石斛鮮條的多糖工藝，通過響應面法優化得出最佳提取工藝條件為料液比1∶31.28，提取次數3次，提取時間3 h，多糖提取率為30.83%。黃麗等人[16]通過三因素正交法優化了得到最佳提取工藝條件為料液比1∶40，回流提取3次，提取時間2 h。

2.3 超聲法

超聲法是通過機械、熱學及空化等作用，加速有效成分進入溶劑，從而提高提取效率，節約了溶劑。葉余原[17]報道了超聲法提取鐵皮石斛多糖，通過正交試驗得到了最佳的超聲提取工藝為超聲頻率45 kHz，料液比10∶30，提取溫度50℃，提取時間1.5 h，多糖提取率為15.3%。韓冉等人[18]研究表明，超聲提取的最佳條件為超聲頻率24 kHz，25℃下超聲提取20 min，提取率為15.78%±0.072%，與葉余原報道的收率相似。邱現創等人[1]研究了低超聲波提取鐵皮石斛多糖，研究結果顯示，在超聲波功率250 W，料液比1∶50.26，在41.74℃下超聲28.65 min，鐵皮石斛多糖得率提高到25.39%，高于傳統熱水浸提法的18%。金蓉等人[19]的研究表明，常溫下100 W超聲提取3 min的鐵皮石斛多糖提取率高于傳統浸漬提取2 h的提取率，而在100℃，500 W下超聲提取3 min的提取率與回流提取2 h相當。Cui H Y等人[20]研究表明，鐵皮石斛超聲提取物的抗氧化活性弱于熱水提取法。這些研究表明超聲提取法的提取效率遠高于傳統浸漬法和回流提取法，但可能會降低提取物的生物活性。

2.4 微波法

微波能將能量穿透固體材料，直接作用植物細胞內，使細胞內溫度迅速上升，導致細胞壁破裂，加速有效成分轉移到溶劑中。因此，微波輔助提取是一種以較短的時間、較低的溶劑和能耗提取高產多糖的創新提取系統[21]。陳盛余等人[22]報道了微波輔助提取鐵皮石斛多糖的研究，對料液比、微波功率、提取時間和提取溫度因素進行了四因素三水平正交設計試驗，得到最佳提取工藝參數為料液比1∶45，微波功率900 W，提取溫度95℃，提取時間30 min，鐵皮石斛多糖的提取率為9.77%。尚喜雨等人[23]研究表明，在微波功率400 W，pH值8，料液比1∶50條件下，微波提取6 min，鐵皮石斛多糖提取率為17.48%。

2.5 酶法

在植物多糖的提取過程中，細胞壁和細胞間質是影響提取率和速率的關鍵因素。酶可以有效地破壞植物細胞壁，從而提高多糖的提取效率[24]。韓冉等人[18]研究了酶解提取石斛多糖工藝，最優提取條件為在60℃控制提取液pH值6.0，果膠酶質量濃度1 500 U/L下，石斛多糖得率為14.89%±0.053%。謝集照等人[25]研究了果膠酶、中性纖維素酶、β-葡聚糖酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、半纖維素酶和中溫α-淀粉酶對鐵皮石斛多糖提取率的影響，結果表明木瓜蛋白酶與α-淀粉酶按1∶2混合使用效果最好，控制酶解溫度55℃，pH值7，酶解時間3 h，鐵皮石斛多糖的提取率與《中國藥典》規定的鐵皮石斛多糖含量測定方法提取率基本一致。薛燕等人[26]也報道了使用復合酶提取鐵皮石斛多糖，將果膠酶、中性蛋白酶和纖維素酶兩兩組合來研究復合酶對鐵皮石斛多糖提取率的影響，結果表明中性蛋白酶與纖維素酶按照2∶1混合效果最佳，通過正交試驗得出最佳提取條件為復合酶濃度10%，料液比1∶120，pH值6.0，酶解溫度55℃，酶解時間3 h，多糖提取率為43.85%±1.8%。楊巖等人[27]報道了利用α-L-鼠李糖苷酶輔助提取鐵皮石斛多糖，在酶添加量為2.5%時多糖提取率達到最大值38.4%，優于不加酶處理的21.7%。唐政等人[28]研究表明，纖維素酶和果膠酶按照1∶1混合得到的復合酶，復合酶添加量1%，酶解液pH值6.5，在50℃下提取135 min,提取率達到41.33%。酶的種類、用量、酶解pH值、酶解溫度和時間都能影響多糖的提取率，其中酶種類為關鍵因素。

2.6 閃式提取法

閃式提取通過高速攪拌、振動和滲濾，將植物組織中的有效成分有效轉移出來，其具有溶劑用量小、提取時間短、提取效率高且不會破壞成分，目前在多糖提取中應用較多[29]。李貝貝等人[30]研究了閃式提取法提取鐵皮石斛多糖，正交法優化后的最佳工藝條件為料液比1∶30，浸泡30 min后，常溫提取3次，每次2 min，閃式提取器電壓控制在120 V左右，提取率達到31.45%。李嬌等人[31]研究表明，閃式提取2 min，鐵皮石斛多糖的提取率為24.05%，高于超聲提取20 min的18.75%和水提2 h的10.90%。閃式提取法提取石斛多糖具有時間短、收率高的特點，適合實驗室制備樣品。

2.7 凍融提取

凍融法是分解植物組織和細胞膜的一種有效且廉價的物理技術。植物樣品經凍融后，能夠增加細胞膜通透性，使細胞里的物質更快更徹底地流出[32-33]。譚青云等人[34]研究了凍融法提取鐵皮石斛多糖工藝，凍融3次，多糖提取率達到40%以上。Lian H等人[35]也報道了凍融法提取鐵皮石斛多糖，多糖提取率達到20.33%，高于熱水提取、微波熱水提取和酶輔助熱水提取，略低于超聲熱水提取的20.55%。

2.8 多種技術聯合提取法

在提取過程中常將多種提取方法聯合使用以提高提取率。廖霞等人[36]研究了酶提取法聯合微波輔助提取法提取鐵皮石斛多糖。將鐵皮石斛和果膠酶（2 500 U/g）在常溫下反應2 h，然后在微波輔助下提取鐵皮石斛多糖，在最佳條件下，鐵皮石斛的多糖提取率為29.40%，高于單獨酶法或微波輔助提取。

從植物中提取多糖需要遵循一系列程序，包括溶劑滲透、多糖溶解和擴散。溶劑滲透進入細胞和溶質擴散的改善是促進提取效率和提取率的關鍵因素。熱水提取可以很容易地加速多糖的擴散速率，一般提取率隨水溫度升高而提高。微波提取、超聲提取、酶法提取、閃式提取和凍融提取可以通過生物降解或機械破壞植物細胞壁，可以很大程度上促進多糖的溶解和擴散。

多糖提取機理見圖2，不同提取方法鐵皮石斛多糖提取率見圖3。

圖2 多糖提取機理

圖3 不同提取方法鐵皮石斛多糖提取率

圖3總結了不同提取方法鐵皮石斛多糖的提取率，從圖3中可以看出，酶法提取、凍融提取和閃式提取的收率相對較高；同種提取方法提取率的差異性可能是原料來源不同。

3 提取方式對鐵皮石斛多糖生物活性影響

不同提取方式提取的鐵皮石斛多糖生理活性有一定的差異性。譚青云等人[34]比較了傳統熱水提取法、超聲提取法、酶法提取、閃式提取法和凍融提取法提取的鐵皮石斛多糖對α-葡萄糖苷酶抑制活性影響，結果表明凍融提取的鐵皮石斛多糖活性最高，閃式提取次之，再次是超聲提取，酶法提取與傳統熱水提取活性相近?？赡艿脑蚴莾鋈谔崛∈窃诘蜏貤l件下進行，不經過加熱和機械等物料處理，以及酶解等化學處理，多糖的結構保持較好。Lian H等人[35]比較了熱水提取法、超聲提取法、微波熱水提取法、酶輔助熱水提取法、冷壓法和凍融法提取的鐵皮石斛多糖的抗氧化性能。凍融法提取的鐵皮石斛多糖的ABTS自由基去除性能和清除H2O2的能力最強，冷壓法次之，超聲提取的多糖略高于熱水提取，而微波提取的多糖抗氧化能力最弱。邱現創等人[1]的研究也表明超聲提取比熱水提取的多糖提取率提高了18%，時間縮短了75%，且沒有降低對1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基和羥自由基去除能力。

4 結語

鐵皮石斛多糖具有多種生理、藥理活性，具有降血糖、降血壓、抗氧化、調節免疫等作用，但是不同的提取方式對鐵皮石斛多糖提取率及活性影響較大。微波提取雖然速度快、提取率高，但多糖活性相對較低。酶法和超聲提取效率和得率相近，抗氧化活性能力也相似。凍融法提取的多糖能夠很好地保持原有結構，活性較好，是一種新的研究方向，但是凍融提取作為一種新的提取方式，目前還處在實驗室階段。閃式提取也能很好地保證鐵皮石斛多糖的活性，多糖提取率和速率也較超聲提取高，但該方法只適合實驗室使用。2種提取方法，如酶法-微波，聯合提取鐵皮石斛多糖比單一方法提取的提取率高。在研究鐵皮石斛多糖提取時，不僅要考慮提取率，更要考慮多糖的生理活性。