黃精化學成分?生理功能及產業發展研究進展

楊冰峰 胥峰 李淑立 李立房 李立波 李仲芳 陶雪蓮

摘要 主要對黃精的化學成分、生理功能和產業發展現狀進行了闡述，并對其進行了展望，以期為黃精的全面開發利用提供理論依據。

關鍵詞 黃精;化學成分;生理功能;產業發展現狀

中圖分類號 R284? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）11-0008-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.11.003

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Research Advances on Chemical Composition， Physiological Function and Industrial Development of Polygonatum sibiricum

YANG Bing-feng， XU Feng， LI Shu-li et al

（Jiuyuan Zhangjiakou Food Co.， Ltd.， Zhangjiakou， Hebei 075000）

Abstract The chemical composition， physiological functions and industrial development of Polygonatum sibiricum were expounded， and its prospect was forecasted， in order to provide a theoretical basis for the comprehensive development and utilization of Polygonatum sibiricum.

Key words Polygonatum sibiricum;Chemical composition;Physiological functions;Industrial development status

黃精（Polygonatum sibiricum）又名仙人余糧、老虎姜、雞頭參、大黃精、姜形黃精，記載于《名醫別錄》[1]，為百合科（Liliaceae）黃精屬（Pilygonatum）多年生草本植物根莖的總稱[2]。黃精分為3個品種，分別是黃精（Polygonatum sibiricum）、滇黃精（P.kingianum）和多花黃精（P.cyrtonema），目前全球范圍內共有60多種，且大部分分布在北溫帶以及北亞熱帶，我國有39種左右，由于黃精對環境要求較高，適應性較差，主要生長在我國西南部和河北、內蒙古、陜西等地[2-3]。黃精是我國中藥的重要組成部分，同時也是藥食同源的材料，其歷史已有2 000多年，在古代被視為“長生不老和延年益壽”藥用植物，言其“久服輕身延年不饑”“血氣雙補之王”。《本草綱目》言其“得坤土之精，為補養中宮之勝品”[4]。李時珍《神仙芝草經》云：“黃精寬中益氣，使五臟調和，肌肉充盈，骨髓堅強，其力倍增，多年不老，顏色明顯，發白更黑，齒落更生”[5]。傳統中醫學認為黃精性平、味甘，無毒，歸脾、肺、腎經，具有補腎益精、滋陰潤燥的功效，用于治療腎虛虧損、肺虛燥咳、脾胃虛弱，病后體虛等[5]?，F代醫學研究證明，黃精含有眾多活性成分，如多糖、甾體皂苷、生物堿、黃酮、木質素、三萜皂苷、植物甾醇、揮發油等，其中多糖和皂苷類化合物為主要活性成分，具有抗氧化、抗疲勞、抗腫瘤、增強免疫力、提高記憶力、降血脂、降血糖、抗炎、抗病毒、抗菌等生理功能[6-7]。

黃精作為一種大宗藥材，其藥理活性已被研究證明具有眾多的生理功能，廣泛地運用于醫藥、食品、化妝品等行業，近年來逐漸被眾人所熟知，市場需求也在加大，但目前黃精原料大部分來源于野生資源，且野生黃精資源隨著不斷被掠奪式開采越來越少，人工種植尚未形成規模，遠遠無法滿足市場的需求，且人工種植的黃精藥理活性低于野生黃精。據調查，在黃精精深加工方面，雖然目前已開發出黃精系列產品，如黃精酒[8]、黃精茶[9]、黃精沖劑[10]、黃精口服液[11]、黃精膠囊[12]等，但大部分未形成產業，黃精的價值沒有體現出來，這使得黃精產業的發展受到了極大的制約。九垣張家口食品有限公司與北京中醫藥大學、張家口農業科學院等科研院所，在黃精規范種植、可追溯體系建設、食品安全體系建設、新產品研發等進行深入合作，為黃精產業發展打下堅實基礎。目前，九垣張家口食品有限公司已開發出黃精飲料、九蒸九制黃精制品、黃精口服液等產品，并已投入市場，獲得了良好的市場效應。筆者對黃精的化學成分、生理功能特性及栽培現狀等方面進行了闡述。

1 化學成分

黃精含有很多化學成分，主要有黃精多糖、皂苷、黃酮、生物堿類、木脂素類、揮發油、氨基酸等，其中黃精多糖、皂苷類是黃精中的主要成分，發揮黃精諸多藥理作用。

1.1 多糖類

黃精多糖含量較高，為4.47%～21.34%[13]。劉娜[14]采用水提醇沉法提取黃精多糖，利用Sevage試劑脫蛋白，利用活性炭脫色，然后對黃精粗多糖進行分離純化，得到4種組分，分別為PSP1、PSP2、PSP3、PSP4。Liu等[15]從黃精中分離純化得到2個中性多糖，分別為PSW-1a、PSW-1b-2。王艷等[16]通過堿提法、Sevag法脫蛋白得到水溶性粗多糖（PSP），又將PSP進一步分離純化得到純化品PSP-1a，其由半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、木糖、葡萄糖構成，所占百分比分別為 0.18%、1.50%、97.25%、0.77%、0.30%。王聰[17]通過對多花黃精的分離純化得到黃精多糖PCPs-1、PCPs-2、PCPs-3，其中PCPs-1、PCPs-2 由葡萄糖和半乳糖組成，PCPs-3主要由半乳糖組成。

1.2 皂苷類

黃精皂苷類主要包括甾體皂苷類和三萜皂苷類。據報道，目前黃精中有72個甾體皂苷[18]和12個三萜皂苷[19]。甾體皂苷類包括螺甾烷醇型、異螺甾烷醇型、呋甾烷醇型，其中螺甾烷醇型、異螺甾烷醇型是黃精甾體皂苷類成分中的主要成分，螺甾烷醇型C-25的構型為S，甲基位于直立鍵;異螺甾烷醇型C-25的構型為R，甲基位于平伏鍵，具有穩定的化學性質[19]。目前呋甾烷醇型甾體皂苷共發現29個，滇黃精含有14個，黃精含有15個，多花黃精未檢測到[18]。三萜皂苷類化合物包括2個烏蘇酸型五環三萜皂苷，分別為積雪草苷和羥基積雪草苷[20]，3個達瑪烷型四環三萜皂苷，分別為偽人參皂苷F11[21]、人參皂苷Rc[22]和人參皂苷Rb1[23]，7個齊墩果烷型五環三萜皂苷，分別為3β-羥基-（3→1）葡萄糖-（4→1）葡萄糖-齊墩果烷、3β-羥基-（3→1）葡萄糖-（4→1）葡萄糖-（28→1）阿拉伯糖-（2→1）阿拉伯糖-齊墩果酸、3β，30β-二羥基-（3→1）葡萄糖-（2→1）葡萄糖-齊墩果烷、3β-羥基-（3→1）葡萄糖-（2→1）葡萄糖-齊墩果酸[24]以及3種polygonoide C～E[25]。

1.3 黃酮類

黃精中含有大量的黃酮類化合物，主要分為3種結構，分別為查耳酮、二氫黃酮、高異黃酮[3]。其中高異黃酮為主要成分，且是黃精黃酮類化合物中特征性成分[26]。研究表明，目前已分離鑒定出3種高異黃酮類化合物，分別為4′，5，7-三羥基-6，8-二甲基高異黃酮[27]、2′，4′，5，7-四羥基-高異黃酮[28]、[（3R）-5，7-dihydroxy-8-methyl-3-（2′-hyroxy-4′-methoxybenzyl）chroman-4-one][29]。滕樹銳等[30]采用水提醇沉法對黃精黃酮綜合提取工藝進行優化，得出總黃酮含量為6.954%。Yu等[23]從滇黃精中提取出了新異甘草苷、甘草素、異甘草素、2，7-二羥基-3，4-二甲氧基異黃烷苷等黃酮類成分。

1.4 氨基酸及微量元素

黃精中含有豐富的氨基酸，種類多達18種，由10種非必需氨基酸和8種必需氨基酸組成，其中蘇氨酸和丙氨酸含量較為豐富[31]。黃趙剛等[32]分析了8個不同產地黃精的化學成分，發現不同產地之間的黃精化學成分含量差異很大，但均含有18種氨基酸，其中蘇氨酸、賴氨酸、甘氨酸、亮氨酸、精氨酸含量較多。王曙東等[33]分析了多花黃精的化學成分，并從中分離出16種氨基酸，如谷氨酸、天冬氨酸等，但未檢測出胱氨酸、半胱氨酸、色氨酸、鳥氨酸，同時檢測出18種無機元素，其中包含K、Mg、Ca、P等常量元素和 Fe、Zn、Sr、Ba、Ge、Mn等微量元素。

1.5 揮發性成分

高茜等[34]分析了黃精中的揮發性成分，發現其組成主要是烴類、萜類和醛酮類。王進等[35]采用水蒸氣蒸餾-氣質聯用法分離出51種黃精揮發性成分，采用吹掃捕集-熱脫附氣質聯用法分離出11種揮發性成分，并發現經過炮制的黃精揮發性成分含量明顯降低。吳麗群等[36]采用固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法分析了福建、貴州、河南等地黃精中的揮發性成分，發現不同地區之間黃精揮發性成分差異較大，福建地區鑒定出黃精揮發性成分31種，貴州和河南地區均鑒定出黃精揮發性成分35種，其中有相同部分也有不同部分。陳龍勝等[37]分析了9個不同產地多花黃精的揮發性成分，鑒定出67種揮發性化合物，且不同產地之間多花黃精揮發性成分差異較大。

1.6 其他成分

孫隆儒等[27]從黃精中分離純化出4種木質素化合物，分別為右旋丁香脂素-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、右旋丁香脂素、右旋松脂醇-O-β-D-吡喃葡萄糖基（6→1）-β-D-吡喃葡萄糖苷、鵝掌楸堿。目前研究表明，從黃精和多花黃精中已分離出18種生物堿類成分，分別為11種和7種，且生物堿主要類型有β-咔啉類、吲哚嗪酮類及酪胺類等[18]。黃精中含有甾醇類化合物，目前已分離得到4種化合物，分別為（22S）-cholest-5-ene-1，3，16，22-tetrol-1-O-α-L-rhamnopyranosyl-16-O-β-D-glucopyranoside[38]、β-谷甾醇[39-40]、胡蘿卜苷[41]、棕櫚酸-3-β-谷甾醇[40]。

2 生理功能

黃精有諸多的生理功能特性，如增強免疫力、延緩衰老、抗疲勞、提高記憶力、抗腫瘤、降血糖、降血脂、改善睡眠、抗菌消炎、抗病毒等功效，目前已被臨床所證實。

2.1 增強免疫力

華巖等[42]研究了黃精多糖對大鼠脾臟免疫功能的影響，結果顯示，黃精多糖能顯著緩解強迫運動引起的脾臟免疫功能低下，且能夠使大鼠脾臟的免疫功能恢復正常水平。徐維平等[43]研究了黃精總皂苷對大鼠免疫力的影響，結果證明黃精總皂苷可以顯著提高抑郁模型大鼠體質量增長率，同時可以提高其胸腺、脾臟指數及血清IgA、IgG、IgM和IL-2含量，達到增強慢性應激抑郁模型大鼠的免疫功能。傅圣斌等[44]通過提取黃精多糖，研究其對免疫缺陷小鼠的影響，結果表明，黃精多糖能夠提高免疫抑制小鼠的脾臟、胸腺指數和腹腔巨噬細胞吞噬雞紅細胞的吞噬率，從而增加小鼠的免疫力。鄧旭坤等[45]研究了黃精多糖對環磷酰胺誘導小鼠免疫抑制的影響，結果顯示，黃精多糖對小鼠脾細胞增殖有明顯促進作用，同時可以提高免疫力低下小鼠的脾臟和胸腺指數，增強巨噬細胞的吞噬能力，加快IL-6和TNF-α的分泌，說明黃精多糖對環磷酰胺致小鼠免疫功能下降有改善作用。Liu等[46]研究了黃精多糖對環磷酰胺誘導小鼠免疫抑制的保護作用，結果顯示，黃精多糖能夠保護環磷酰胺誘導小鼠的免疫功能不被破壞。傅圣斌等[47]對黃精多糖進行了提取，并研究了其免疫活性，結果表明，黃精多糖可以有效促進溶血素生成，增強免疫低下小鼠腹腔巨噬細胞的吞噬能力。

2.2 延緩衰老

原麗容等[48]通過測定·OH生成和對紅細胞膜破壞程度、肝勻漿脂質過氧化損傷等，結果表明，黃精多糖能夠顯著抑制·OH的生成和降低紅細胞破裂程度，且防止肝勻漿脂質發生過氧化反應，說明黃精多糖具有很強的抗氧化性。巫永華等[49]通過大孔樹脂純化黃精多酚，并對其抗氧化性進行分析，結果表明，黃精多酚具有很強的抗氧化能力，且純化后的黃精多酚抗氧化能力高于純化前的黃精多酚。宮江寧等[50]通過提取黃精多糖并對其抗氧化活性進行研究，結果顯示，黃精多糖清除自由基的能力依次為ABTS+·>·OH>DPPH·>O2-·，說明黃精多糖具有較強的抗氧化能力。Li等[51]對多花黃精的多糖進行了抗氧化性研究，結果表明，4種多花黃精醇不溶性提取物：稀堿可溶固體、螯合劑可溶固體、緩沖液可溶固體、濃堿可溶固體均具有抗氧化能力，其中稀堿可溶固體抗氧化活性最強。Debnath等[52]對黃精提取物的抗氧化性進行了研究，結果顯示，黃精提取物能有效清除DPPH、羥基自由基，且可以抑制iNOS和TNF-α蛋白的表達。

2.3 抗疲勞

楊顯輝等[53]對滇黃精總黃酮抗疲勞作用進行了研究，結果表明，黃精總黃酮可以顯著延長大鼠游泳力竭時間，同時提高大鼠肝組織中GSH-Px和骨骼肌SOD活性，且使MDA含量減少，說明黃精總黃酮對脂質過氧化具有抑制作用。陳靚雯等[54]研究了古法炮制多花黃精提取物對抗疲勞作用的機制，結果顯示，黃精多糖可以延長小鼠游泳時間、增加肝糖原含量、減少血清尿素氮和血乳酸含量，這表明黃精多糖對抗疲勞具有顯著效果。楊華杰等[55]對不同炮制的黃精進行抗疲勞研究，結果發現黃精各炮制品均能提高肝糖原含量，延長負重自由活動時間，說明黃精炮制品具有抗疲勞作用。馬懷芬等[56]研究了黃精多糖對抗疲勞的作用，結果顯示，黃精多糖可以顯著提高小鼠肝糖原水平，延長小鼠負重游泳時間。

2.4 提高記憶力

唐偉等[57]研究了黃精多糖對學習記憶能力的影響，結果表明黃精多糖能夠抑制尼氏體減少，降低海馬神經元損傷，提高慢性腦缺血大鼠的記憶能力。未小明等[58]通過對黃精影響AD模型大鼠學習記憶能力的研究發現，黃精可以顯著提高其學習記憶能力，這與調節α7 nAChR 表達有關。王威等[59]通過探討黃精的抗衰老作用機制發現，黃精多糖可以改善慢性腦缺血大鼠神經元結構，抑制前額皮質和海馬區Aβ1-42的蛋白表達，從而提高其學習記憶能力。王威等[60]研究發現黃精多糖能夠降低細胞結構紊亂，抑制前額皮質和海馬區PS-1蛋白表達，從而提高慢性腦缺血大鼠學習記憶能力。

2.5 抗腫瘤

Long等[61]研究了黃精多糖的抗癌機制，結果發現，黃精多糖對肺癌具有免疫作用，其作用機制是通過TLR4-MAPK/NF-κB 信號通路完成。Ma等[62]從黃精中提取得到甲基原薯蕷皂苷，并對其抗腫瘤機制進行了分析，結果顯示，甲基原薯蕷皂苷可以阻滯宮頸癌海拉細胞G2/M 期的周期，使其細胞內積累ROS，同時激活死亡受體途徑和促成線粒體途徑，誘導其凋亡，從而抑制宮頸癌海拉細胞的生長。龍婷婷[63]探討了黃精多糖抗腫瘤作用機制，證明了黃精多糖對抗腫瘤具有免疫調節作用，且其作用機制是通過TLR4-MAPK/NF-κB信號通路完成的。

2.6 降血糖

王藝[64]通過對黃精、滇黃精多糖進行提取，分析了其結構表征及降血糖機制，結果表明，黃精多糖可以降低臟器損傷程度，調節血糖代謝，從而降低血糖含量。龐紅霞等[65]優化了黃精皂苷提取工藝，并對黃精皂苷降血糖作用進行了評價，結果表明，黃精皂苷可以顯著降低用四氧嘧啶建立糖尿病小鼠的血糖。Zhai等[66]研究發現，黃精中的多酚類物質能夠減少鏈脲佐菌素誘導的小鼠血糖含量，具有降血糖功效。Yan等[67]通過研究滇黃精總皂苷和多糖對糖尿病大鼠腸道微生物的影響發現，滇黃精總皂苷和多糖可有效改善糖尿病大鼠的腸道菌群，且可以和短鏈脂肪酸進行交替，從而降低糖尿病大鼠血糖水平。Cai等[68]研究了黃精多糖降血糖機制，結果發現，黃精多糖通過調節Nrf2表達使3T3-L1脂肪細胞中的葡萄糖被攝取。

2.7 抗菌消炎

張建萍等[69]采用不同極性溶劑提取黃精活性成分，結果發現，生黃精提取物含量大于熟黃精提取物含量，抗細菌能力由強到弱依次為正丁醇相、乙酸乙酯相、水相、石油醚相，抗霉菌能力由強到弱依次為正丁醇相、水相、石油醚相、乙酸乙酯相，且抗細菌能力大于抗霉菌能力。鄭春艷等[70]研究了黃精多糖的抗菌消炎作用，結果表明，黃精多糖對白葡萄球菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等具有抑菌作用，同時可以減輕二甲苯引起小鼠的耳腫脹，具有消炎作用。曹冠華等[71]比較了生黃精與制黃精多糖的抗菌效果，結果發現，制黃精多糖對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌具有較強的抑菌作用，生黃精多糖對枯草芽孢桿菌具有較強的抑菌作用。蘇偉等[72]采用濾紙片抑菌圈法研究了黃精多糖的抗菌效果，結果顯示，黃精多糖具有一定的抑菌作用，其中對金黃色葡萄球菌的抗菌作用最強，對大腸桿菌的抗菌作用最弱。

2.8 其他作用

Yang等[73]通過研究黃精多糖降血脂和抗動脈粥樣硬化作用機制發現，其作用機制可能與調節主動脈形態、降低內皮細胞損傷程度和抑制泡沫細胞生成有關。王建忠等[74]通過研究黃精對非酒精性脂肪肝模型大鼠的護肝作用發現，黃精提取物可調節肝組織CYP2E1蛋白表達和血清氧化應激因子，從而達到保護肝組織形態、增強肝功能。Jo等[75]研究發現黃精能夠改善睡眠，這主要是由于黃精可以調節GABA A-R2和5-HT1A受體蛋白質和mRNA。成威等[76]研究了黃精多糖對癡呆小鼠海馬線粒體的影響，結果發現，黃精多糖可以增加線粒體密度，并降低線粒體損傷程度，說明黃精多糖具有防止老年癡呆的功效。黃鶯等[77]通過對抑郁模型大鼠進行黃精皂苷干預試驗發現，黃精皂苷可以調節體內微量元素，從而達到抗抑郁的作用。

3 產業發展現狀

黃精產地主要分布在河北、陜西、內蒙古等地，滇黃精產地主要分布在廣西、貴州、云南等地，多花黃精產地主要分布在安徽、浙江、湖南、貴州、云南等地[78]。黃精具有諸多的生理功效，一直以來備受關注，黃精藥材的來源一般為野生資源，但近幾年市場需求量逐漸增大，人工種植規模小，野生資源越來越少，黃精供給量遠遠無法滿足市場需求。目前，黃精種植規模小、科技含量不高、雜亂無章、質量低下、生產周期長、產量少等問題嚴重制約著黃精產業的發展，并針對黃精不同藥效均采用同一質量標準進行控制，這直接導致黃精藥材及相關產品的生產與市場藥效需求無法精準對接，無法實現黃精藥材質量升級和資源的充分利用。藥農種植黃精缺乏相關專業知識，疏于管理，憑借自己的經驗種植，濫用農藥、化肥，導致黃精連作現象嚴重、病蟲害增加、農藥殘留超標，使得黃精產量和質量下降，陷入惡性循環[5，79]。有學者對黃精種植技術進行了研究，薛詒安[80]介紹了黃精仿野生環境栽培技術，認為該技術是黃精種植技術中的重要技術。李謀德[81]研究了多花黃精林下栽培技術，包括土地選取、種植注意事項、田間管理、采收周期等，為黃精種植提供了參考。劉勇勇[82]通過試驗對多花黃精的種莖選擇和杉木林下種植技術進行了探討。但黃精種植技術并未普及，大部分藥農還是憑借經驗種植黃精，黃精產業的發展仍存在很多問題。

中藥材產業是河北省的支柱產業，其中雞頭黃精味道微甜，適宜開發成為食品，河北省為主要產地。九垣張家口食品有限公司已在河北省張家口市赤城縣雕鄂鎮椴木溝村發現了雞頭黃精的野生品種，公司依托張家口多處生態良好山地建設了黃精仿野生種植基地，分別有赤城縣黃精仿野生種植基地，投入200余萬元，占地20 hm2;宣化區河子西鄉黃精仿野生種植基地，投入150萬元，占地約13.33 hm2;萬全區萬全鎮黃精仿野生種植基地，投入1 000萬元，占地約66.7 hm2。同時公司與北京中醫藥大學、張家口農業科學院等科研院所，在黃精規范種植、可追溯體系建設、食品安全體系建設、新產品研發等進行深入合作，為黃精產業發展打下堅實基礎。

4 展望

黃精作為一種藥食同源的植物，其具有諸多的藥理活性，現已廣泛應用于食品、藥品、化妝品等領域。目前已開發出黃精飲片、黃精飲料、黃精速溶粉、黃精酒、黃精口服液、十一味黃精顆粒、黃精沖劑、當歸黃精膏、黃精保濕煥膚面膜、美白中藥面膜素等[83]，但大部分產品還處于初加工階段，產品普遍技術含量不高，研發水平低下，創新能力較弱。栽培種植方面，黃精種植規模普遍小，藥農缺乏相關專業知識，科技含量不高，質量低、產量少，生產周期長，針對不同藥效沒有相關質量標準控制。這些嚴重制約著黃精產業的發展，無法滿足市場的需求。加強對黃精進行規范化種植，對黃精藥效進行深入研究，開發黃精精深加工產品，使產品種類豐富，產品質量提高，產業結構完善，才能解決黃精產業中存在的諸多問題。因此，黃精產業具有廣闊的發展前景。

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