不同提取方法對黃芪提取液活性成分及抗氧化性的影響

姜莉，王成，邢穎，徐懷德

（西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100）

黃芪為豆科植物蒙古黃芪或夾膜黃芪的干燥根，為我國著名的常用滋補中藥材，2018年國家衛(wèi)生健康委員會將黃芪納入藥食同源物質(zhì)目錄進行全國推廣。黃芪富含多糖、三萜皂苷、黃酮等多種活性成分，具有降血糖、保護肝臟、調(diào)節(jié)免疫等多種生理活性[1-2]。研究表明，黃芪可用于改善人體免疫系統(tǒng)，對于心血管疾病和腎臟等疾病的治療也有一定作用[3-5]。

目前，有關黃芪的研究主要集中在活性成分的提取及活性分析方面。天然產(chǎn)物提取常用的方法有超聲輔助提取法、酶解提取法、亞臨界水提取法等，不同提取方法原理不同，目標產(chǎn)物得率、結構、活性等方面也存在較大差異。為了彌補各提取技術的不足，提高提取效率，各方法聯(lián)合協(xié)調(diào)使用可發(fā)揮技術優(yōu)勢，如亞臨界水法與超聲輔助提取法或酶解提取法聯(lián)用、加速溶劑萃取法與超聲輔助提取法聯(lián)用等。胡雙飛等[6]采用超聲耦合亞臨界水法提取螺旋藻活性多肽中發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合提取得到的目標產(chǎn)物提取得率更高，活性更好。而有關不同提取方法對黃芪中活性成分影響的研究較少，因此本文以黃芪總皂苷、總黃酮、多糖、體外抗氧化能力、美拉德反應程度及提取殘渣微觀結構為考察指標，對比了不同提取方法對黃芪活性成分和抗氧化性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃芪（陜西省榆林市子洲縣、三年生栽培黃芪）：市售。干燥的黃芪根經(jīng)粉碎機粉碎，過40目篩，篩下物用自封袋包裝后保存于干燥器中，備用。黃芪根切成2 mm厚的薄片用于水磨法提取。

黃芪甲苷、黃芪皂苷Ⅰ、黃芪皂苷Ⅱ、毛蕊異黃酮、毛蕊異黃酮苷、芒柄花黃素對照品：上海源葉生物科技有限公司；纖維素酶（4 000 U/g）、甲醇、正丁醇、氨水、苯酚、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl radical，DPPH）、2，2'-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸[2，2'-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid），ABTS]、2，4，6-三吡啶基均三嗪、維生素 C（vitamin C，VC）、福林酚試劑、九水合硝酸鋁：西隴科學股份有限公司。以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

FCFSK-0.5L高溫高壓反應釜：鄭州予華儀器制造有限公司；SB-500DTY超聲波多頻清洗機：寧波新芝生物科技股份有限公司；HH-2A電熱恒溫水浴鍋：北京科偉永興儀器有限公司；DM-ZF-105分離式磨漿機：滄州利達民用機械廠；UV-1700紫外可見分光光度計、QP2010 Ultra氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀：日本島津公司；S-4800N掃描電子顯微鏡：日本日立公司；LC-2010AHT高效液相色譜儀：美國Waters公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 提取方法

亞臨界提取組（S）：稱取黃芪粉8.00 g，置于高溫高壓反應釜中，加入376 mL蒸餾水，密封反應釜，通入氮氣，排氣5 min后，于180℃條件下提取23 min，提取液過濾后，濾渣重復提取，合并兩次濾液，待用。

超聲輔助提取組（U）：參照于?，幍萚7]的方法，略作改動。稱取黃芪粉末3.00 g，加60 mL蒸餾水超聲提取80 min，提取液過濾后，濾渣重復提取1次，合并兩次濾液，待用。

酶解提取組（E）：參照呂鳳嬌等[8]的方法，略作改動。稱取黃芪粉末5.00 g，加入30 mL pH值為4.5的磷酸緩沖液，后加入纖維素酶0.05 g，充分振蕩后，于55℃水浴2.5 h，過濾，濾渣重復提取。

水磨提取組（G）：取黃芪切片10.0 g，加入60 mL蒸餾水，于40℃浸泡6h，磨漿機研磨，過濾，濾渣重復提取。

超聲輔助-亞臨界提取組（U-S）：先利用超聲提取條件進行提取，再利用亞臨界提取條件下進行提取。

酶解輔助-亞臨界水法提取組（E-S）：先利用酶解提取條件進行提取，再利用亞臨界提取條件進行提取。

水磨-亞臨界提取組（G-S）：先利用水磨提取條件進行提取，再利用亞臨界提取條件進行提取。

1.3.2 黃芪總皂苷測定

樣品溶液的制備：等量正丁醇對提取液萃取3次，合并正丁醇液，飽和氨溶液洗滌2次，再用正丁醇飽和的水溶液洗滌2次，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀移除正丁醇，殘渣用適量甲醇溶解，定容，即得黃芪總皂苷樣品。

黃芪總皂苷提取得率測定：參考張勁松等[9]的測定方法，采用香草醛-高氯酸比色法測定黃芪總皂苷得率，按式（1）計算。

黃芪單體皂苷測定：黃芪總皂苷提取液經(jīng)真空冷凍干燥后得到凍干粉，凍干粉用甲醇溶解后得到待測樣品溶液。采用高相液相色譜法，同時參考王偉等[10]的方法，并稍作修改。色譜柱：Phenomenex C18（250 mm×4.6 mm，5 μm），流動相為乙腈-水（40∶60，體積比）。 流速為1.0 mL/min，漂移管溫度95℃，進樣體積10 μL。以峰面積的常用對數(shù)為縱坐標，濃度為橫坐標建立標準曲線，采用外標兩點法對數(shù)方程計算含量，計算方法如式（2）。

式中：C為由標準曲線對數(shù)方程得出的樣品溶液中黃芪甲苷的濃度，μg/mL；V為樣品的體積，mL；R為對照品的純度，% ；W為樣品的稱樣量，g。

1.3.3 黃芪總黃酮測定

樣品溶液的制備：取提取液20 mL轉(zhuǎn)移至100 mL分液漏斗，加入20 mL水飽和的正丁醇充分振搖萃取，重復3次，合并正丁醇液后，通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干溶劑，殘渣用適量甲醇溶解，定容。

黃芪總黃酮測定：參考張勁松等[9]的測定方法，采用氯化鋁-亞硝酸鈉比色法測定黃芪總黃酮提取得率，按式（3）計算。

黃芪單體黃酮測定：黃芪黃酮提取液經(jīng)真空冷凍干燥后得到凍干粉，凍干粉用甲醇溶解后得到待測樣品溶液。采用高效液相色譜法參考王波等[11]的方法進行測定。 色譜柱：Agilent C-C18（250 mm×4.6 mm，5 μm），流動相為乙腈（A）、0.1% 磷酸水溶液（B），梯度洗脫，洗脫條件為：0～50 min，35% A；50 min～51 min 15% A；51 min～60 min 15% A。流速為1.0 mL/min，柱溫30℃，紫外檢測波長254 nm，進樣體積為10 μL。采用面積外標法分別計算樣品中毛蕊異黃酮、毛蕊異黃酮苷和芒柄花素的含量，按式（4）計算。

式中：A1為樣品溶液中單體黃酮峰面積；A0為對照品峰面積；W1為樣品稱樣量，g；W0為對照品稱樣量，μg；V1為樣品的體積，mL；V0為對照品的體積，mL；K為對照品的純度，% 。

1.3.4 黃芪多糖含量測定

樣品溶液的制備：取提取液5 mL于10 mL離心管中，加無水乙醇2.7 mL，充分振蕩，于4℃冷藏放置12 h后，離心，取沉淀用5 mL無水乙醇洗滌，繼續(xù)離心，沉淀加蒸餾水溶解，置于25 mL容量瓶中，定容，即得待測樣品。

黃芪多糖測定：參考葉迎[12]的測定方法，采用苯酚-硫酸比色法測定黃芪多糖得率，按式（5）計算。

1.3.5 黃芪提取液體外抗氧化能力測定

DPPH自由基清除力測定：參考Chang等[13]的方法，并略作改動，結果以每克干物質(zhì)中VC的含量表示。

ABTS+自由基清除力測定：參考Kim等[14]的方法，并略作改動，結果以每克干物質(zhì)中VC的含量表示。

鐵離子還原能力測定：參考Jeong等[15]的方法，并略作改動。結果以每克干物質(zhì)中VC的含量表示。

1.3.6 美拉德反應水平

參考胡云峰等[16]的方法，并略作改動。取不同提取方法得到的提取液適量，置于10 mL離心管中，向各離心管中分別加入一定量蒸餾水，使提取液黃芪原料濃度一致，在波長420 nm處測定吸光度，吸光度即為美拉德反應水平。

1.3.7 提取殘渣微觀結構

將提取后的黃芪殘渣置于60℃烘箱中烘干，取少量干燥殘渣均勻地鋪于導電膠上，壓平，并用離子濺射儀在樣品表面蒸鍍一層鉑金膜。測定時將樣品置于掃描電子顯微鏡的樣品室中，設定電壓5 kV，放大倍數(shù)500～5 000，觀察黃芪精粉顆粒微觀結構。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0進行數(shù)據(jù)處理和分析，采用Origin進行作圖，每組含量以平均值±標準差形式表示。

2 結果與分析

2.1 不同提取方法對黃芪皂苷得率的影響

不同提取方法對黃芪總皂苷得率的影響如圖1所示。

圖1 不同提取方法對黃芪總皂苷得率的影響Fig.1 Effects of different extraction methods on the yield of total saponins of Astragalus radix

由圖1可知，單一提取法中，亞臨界和超聲輔助提取黃芪總皂苷提取得率較高，分別為1.91% 和1.70% ，水磨提取次之，提取得率為1.36% ，酶解提取得率最低，為0.96% 。黃芪皂苷穩(wěn)定性較好，亞臨界提取溫度可達180℃，高溫高壓使水分子極性變小、熱運動加劇，從而提高總皂苷得率；超聲輔助提取的超聲波空化效應和熱效應也會對黃芪細胞壁結構產(chǎn)生強烈破壞，促進皂苷類化合物的溶出。聯(lián)合提取法中超聲輔助-亞臨界提取的總皂苷提取得率最高，為3.71% ，酶解輔助-亞臨界和水磨-亞臨界提取中得率為2.92% ，這可能與超聲波的空化效應和纖維素酶對黃芪細胞壁的降解共同作用有關[17]，在這些雙重作用下，黃芪細胞結構被破壞地更加徹底，從而加速了黃芪皂苷類物質(zhì)的溶出，提高了黃芪總皂苷的得率。

黃芪甲苷、黃芪皂苷Ⅰ和黃芪皂苷Ⅱ是黃芪中最重要的3種單體皂苷，其中黃芪甲苷作為黃芪特征性成分之一，也是黃芪質(zhì)量控制的標記化合物。不同提取方法對3種黃芪單體皂苷含量的影響如表1所示。

表1 不同提取方法對黃芪單體皂苷的影響Table 1 Effect of different extraction methods on monomer saponins of Astragalus radix

表1結果表明，超聲輔助-亞臨界提取、水磨和水磨-亞臨界提取中黃芪甲苷的含量較高，水磨-亞臨界提取中黃芪皂苷Ⅰ含量最高，亞臨界提取、超聲輔助和酶解輔助-亞臨界提取中未檢測出黃芪皂苷Ⅰ。酶解輔助-亞臨界提取中黃芪皂苷Ⅱ含量最高，酶解輔助和水磨提取中未檢測出黃芪皂苷Ⅱ。從黃芪甲苷、黃芪皂苷Ⅰ和黃芪皂苷Ⅱ3種單體皂苷的含量總和發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合提取法明顯優(yōu)于單一提取法，其中超聲輔助-亞臨界提取效果最好，其單體皂苷含量總和達到了3 301.8 μg/g。

有研究表明，高溫、高濕以及酸堿條件均會引起中草藥中單體物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化會造成單體物質(zhì)含量和結構的變化，黃芪中皂苷類物質(zhì)在不同條件下也會由乙?；蛱擒真I的異構化而發(fā)生轉(zhuǎn)化[18]。當溶液為中性時，乙酰黃芪皂苷Ⅰ會轉(zhuǎn)化為黃芪皂苷Ⅰ；當溶液為堿性時，黃芪皂苷Ⅰ、黃芪皂苷Ⅱ及異黃芪皂苷Ⅰ和Ⅱ等均會轉(zhuǎn)化為骨架物質(zhì)-黃芪甲苷[19]。孫歡歡等[20]的研究也證明在堿性環(huán)境中，黃芪皂苷Ⅰ和Ⅱ以及部分未知化合物會向黃芪甲苷發(fā)生明顯轉(zhuǎn)化。本研究中黃芪皂苷從提取到測定經(jīng)歷了酸性、堿性和高溫環(huán)境，這也導致黃芪皂苷Ⅰ和黃芪皂苷Ⅱ的轉(zhuǎn)化較復雜，但各提取方法得到的黃芪甲苷含量均為最高，符合黃芪皂苷轉(zhuǎn)化規(guī)律。

2.2 不同提取方法對黃芪總黃酮得率的影響

黃酮類化合物是黃芪中重要的活性物質(zhì)，不同提取方法對黃芪總黃酮得率的影響如圖2所示。

圖2 不同提取方法對黃芪總黃酮得率的影響Fig.2 Effects of different extraction methods on the yield of total flavonoids of Astragalus radix

圖2結果表明，水磨提取中總黃酮得率最高，為2.20% ，是其它單一和聯(lián)合提取方法的2倍～4倍，原因可能是水磨提取時僅涉及到對黃芪原材料的機械破壞，在促進黃酮類物質(zhì)溶出的同時，不會對其造成破壞。其他的單一提取法中，纖維素酶可以破壞植物細胞壁結構，有利于活性成分的溶出，因此酶解中總黃酮得率僅次于水磨提取法，達到了1.04% 。由于黃酮類物質(zhì)穩(wěn)定性較差，高溫等劇烈條件下易分解，采用超聲和其他提取方法聯(lián)合時，總黃酮得率均較低。而且，與單一提取法相比，聯(lián)合提取法在總黃酮得率方面并未呈現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。

不同提取方法對黃芪單體黃酮的影響見表2。

表2 不同提取方法對黃芪單體黃酮的影響Table 2 Effects of different extraction methods on monomer flavonoids of Astragalus radix

毛蕊異黃酮、毛蕊異黃酮苷和芒柄花黃素是黃芪中重要的3種單體黃酮類物質(zhì)，其中毛蕊異黃酮常和黃芪甲苷共同作為黃芪的特征性成分。從表2中可以得出，采用酶解輔助和水磨提取時，毛蕊異黃酮含量較高；采用水磨提取時，芒柄花黃素含量最高，而毛蕊異黃酮苷為檢測出，采用酶解輔助-亞臨界提取時，未檢測出毛蕊異黃酮苷和芒柄花黃素。另外，從毛蕊異黃酮、毛蕊異黃酮苷和芒柄花黃素3種單體黃酮含量總和發(fā)現(xiàn)，單一提取法要優(yōu)于聯(lián)合提取法，進一步證明了黃芪中黃酮類化合物的不穩(wěn)定性。

2.3 不同提取方法對黃芪多糖得率的影響

不同提取方法對黃芪多糖得率的影響如圖3所示。

圖3 不同提取方法對黃芪多糖得率的影響Fig.3 Effects of different extraction methods on the yield of polysaccharide of Astragalus radix

從圖3中可以得出，采用酶解提取時黃芪多糖得率最高，為6.05% 。閆巧娟[21]在纖維素酶法提取黃芪多糖的研究中也發(fā)現(xiàn)，纖維素酶處理后，黃芪多糖質(zhì)量分數(shù)不變，但其得率會升高。超聲提取中多糖得率最低，僅為1.23% ，可能是長時間的超聲處理，破壞了黃芪多糖結構。聯(lián)合提取法與亞臨界和超聲提取法相比，多糖得率也有顯著提高，原因是聯(lián)合提取法縮短了提取時間，避免了黃芪多糖長時間處于劇烈環(huán)境中而發(fā)生降解。岳崢嶸等[22]利用超聲-微波聯(lián)合提取法提取血紅鉚釘菇多糖發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合提取法可以顯著提高多糖得率，但是微波輔助、超聲輔助的共同作用會造成其單糖組成、形態(tài)等結構特征的變化。

2.4 黃芪殘渣微觀結構

黃芪原料以及經(jīng)提取后黃芪殘渣的微觀結構如圖4所示。

圖4 黃芪殘渣微觀結構（×1 000）Fig.4 Microstructure of Astragalus radix residue（×1 000）

從圖4中可以看出，黃芪原料組織結構緊密，表面附著有顆粒物，可能是蔗糖、淀粉粒等物質(zhì)；經(jīng)亞臨界提取法提取后的殘渣，組織結構破壞嚴重，使其組織變蓬松，增大了與溶劑的接觸面積，提高了提取效率；超聲輔助提取中超聲波特有的空化效應和機械效應導致黃芪殘渣出現(xiàn)了許多空腔，使溶劑更容易向細胞內(nèi)滲透，且活性成分也可以迅速溶解在溶劑中[23]。酶解提取后的殘渣，其纖維束表面出現(xiàn)明顯的斷裂和破碎，說明纖維素酶對黃芪細胞壁有明顯的破碎作用；水磨提取殘渣表面結構出現(xiàn)明顯的撕裂狀，這是機械力作用下纖維斷裂造成的；而聯(lián)合提取過程中黃芪被2種不同的效應共同作用，更加徹底地破壞黃芪表面纖維結構，加快活性成分溶出，提高其得率。從圖4中也可以看出，聯(lián)合提取后黃芪殘渣表面松散、破碎程度顯著增強。黎英等[24]對百香果皮果膠的提取過程中發(fā)現(xiàn)同樣的效應，即協(xié)同處理使原料斷裂、破碎更加徹底，有利于目標產(chǎn)物的溶出。同時結合不同方法提取黃芪活性物質(zhì)可看出，黃芪活性物質(zhì)的得率可能與提取后殘渣形態(tài)和結構的破碎程度密切相關。

2.5 不同提取方法對黃芪提取液體外抗氧化能力的影響

不同提取方法對黃芪提取液抗氧化性影響見表3。

表3 不同提取方法對黃芪提取液抗氧化性的影響Table 3 Effect of different extract methods on antioxidant activity of Astragalus radix extract

本研究采用DPPH自由基清除能力、ABTS+自由基清除能力和鐵離子還原能力測定黃芪水提物的體外抗氧化能力。從表3可以得出，不同提取方法得到的黃芪提取液DPPH、ABTS+自由基清除率和鐵離子還原能力表現(xiàn)出相同的趨勢，即亞臨界提取單獨或與其他方法聯(lián)合使用時體外抗氧化能力較強，其中酶解-亞臨界提取體外抗氧化能力最強，超聲-亞臨界提取與水磨-亞臨界提取水法較低。

植物提取物的抗氧化性與其多糖、多酚、黃酮及皂苷等活性物質(zhì)密切相關，Arumugam等[25]的研究也發(fā)現(xiàn)黃芪葉片甲醇提取物的抗氧化性與其總酚和木犀草素含量存在顯著相關性。另外，植物提取物的抗氧化性也與其美拉德反應產(chǎn)物有關，樊蕊等[26]利用亞臨界水萃取甘草抗氧化組分的試驗中得出，甘草提取物的抗氧化性是多酚、黃酮與美拉德反應產(chǎn)物的共同作用。

2.6 不同提取方法對黃芪美拉德反應產(chǎn)物水平的影響

不同提取方法對黃芪美拉德反應水平見圖5。

圖5 不同提取方法對黃芪提取液美拉德反應水平的影響Fig.5 Effects of different extract methods on Maillard reaction of Astragalus radix extract

藥用植物中活性成分的提取通常會伴隨加熱過程，因此美拉德反應也不可避免。美拉德反應不僅會改變藥用植物的色澤、香味，延長其貨架期，還會產(chǎn)生新的活性物質(zhì)，新物質(zhì)可能比多糖、黃酮、皂苷等具有更強的抗氧化活性[27]。黃芪中含有豐富的氨基酸和還原性糖類，其氨基酸種類多達25種，總氨基酸含量為8.43% ，黃芪中也存在葡萄糖、半乳糖等還原性糖類[28]，這為美拉德反應的發(fā)生提供了必需的羰基和氨基化合物。從圖5可以得出亞臨界提取單獨或與酶解提取、水磨提取聯(lián)用后提取液的美拉德反應水平顯著高于其他處理組。這是由于美拉德反應程度受加熱強度影響較大，亞臨界提取過程中，提取溫度可達180℃，產(chǎn)生了大量美拉德反應產(chǎn)物。

2.7 相關性分析

黃芪提取液中活性成分與抗氧化活性的相關性分析見表4。

表4 黃芪提取液中活性成分與抗氧化性的相關性分析Table 4 Correlation analysis of active components and antioxidant activity of Astragalus radix extract

通過相關性分析發(fā)現(xiàn)黃芪提取液體DPPH自由基清除率與總皂苷得率呈顯著正相關，與黃芪皂苷Ⅱ含量、美拉德反應水平呈極顯著正相關；ABTS+自由基清除率與黃芪皂苷Ⅱ含量、美拉德反應水平呈極顯著正相關；鐵離子還原能力與總皂苷得率呈顯著正相關，與黃芪皂苷Ⅱ含量及美拉德反應水平呈極顯著正相關。綜上可以得出黃芪總皂苷和黃芪皂苷Ⅱ含量以及美拉德反應水平對黃芪提取液體外抗氧化能力貢獻最大。

3 結論

不同提取方法對黃芪活性成分和殘渣組織結構均有顯著影響，亞臨界及聯(lián)合提取法對黃芪中總皂苷提取效果較好，酶解輔助提取對黃芪多糖的提取效果較好，酶解輔助和水磨提取對總黃酮提取效果較好。不同提取方法對提取后黃芪殘渣的組織結構均具有顯著性影響，黃芪殘渣的破碎程度與其活性成分的溶出效果有密切關系。不同提取方法對黃芪提取液體外抗氧化能力的影響有顯著影響，亞臨界及聯(lián)合提取液DPPH自由基清除率、ABTS+自由基清除率和鐵離子還原能力顯著高于其他提取方法，由相關性分析得出提取液體外抗氧化能力與總皂苷得率呈顯著正相關性，與黃芪皂苷Ⅱ含量以及美拉德反應水平呈極顯著正相關性。