天然植物多糖提取工藝及研究進(jìn)展

娜日蘇

（赤峰學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

2020年突如其來的新型冠狀病毒，舉國上下集結(jié)所有力量，共同抗?fàn)幰咔椤?020年6月2日，總書記主持召開專家學(xué)者座談會(huì)并發(fā)表重要講話，強(qiáng)調(diào)“本次疫情防控是一次中西醫(yī)結(jié)合、中西藥并用的探索，是中醫(yī)藥傳承和創(chuàng)新的實(shí)踐”。隨著中醫(yī)藥的地位顯著提升和更廣泛的應(yīng)用，關(guān)于生藥材加工過程中得到有效活性成分的首要步驟－提取也開始被廣泛地比較和討論。本文就天然植物中的活性成分多糖的提取方法進(jìn)行綜述，以期對(duì)未來相關(guān)研究提供有價(jià)值的參考。

多糖是單糖通過糖苷鍵連接而形成的，在稀酸或稀堿條件下，苷鍵較易發(fā)生斷裂，所以若提取工藝不合理可能會(huì)使多糖因糖苷鍵斷裂而發(fā)生部分水解，導(dǎo)致多糖提取率降低。因此，提取工藝是獲得多糖高提取率的關(guān)鍵。制藥企業(yè)常用的傳統(tǒng)提取分離方法，存在著耗時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，目標(biāo)成分損失較多、提取率較低等不足。隨著科技的發(fā)展，天然植物提取中的各種新技術(shù)新應(yīng)用不斷地更新，與傳統(tǒng)提取工藝取長(zhǎng)補(bǔ)短，促進(jìn)了天然植物的研究與開發(fā)。

1 植物多糖的單一提取法

1.1 水提醇沉法

始于上個(gè)世紀(jì)中葉的水提醇沉法，是利用多糖溶于水而不溶于醇、醚等有機(jī)溶劑，一般來說水提會(huì)將植物中的大極性物質(zhì)都提出來，比如，糖、蛋白質(zhì)、水溶性生物堿、淀粉，而這些成分在醇中，溶解度比較小,所以當(dāng)緩慢加入的醇濃度到達(dá)一定程度之后,多糖、淀粉這些就會(huì)沉淀下來。利用這一原理可以使植物中各成分在不同醇濃度下的溶解度差異有選擇地除去水提液中非目標(biāo)成分[1]。一般當(dāng)乙醇濃度達(dá)到60%以上，水提出來的如淀粉、蛋白質(zhì)等成分基本能夠有效除去。熱水提取在我國是最早使用的浸出方法，相比其他提取方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、可量產(chǎn)等特點(diǎn)。熱水蒸煮提取容器較為簡(jiǎn)單，又無其他溶劑污染，大大減少了操作步驟，提取過程中溫度較普通浸漬法高，提取速度也顯著加快，因而被藥廠用于量產(chǎn)，有條件的藥廠利用蒸汽設(shè)備和大反應(yīng)鍋，效率大大提高。近年來，研究者們做了大量的植物多糖成分的提取研究，尹彬彬[7]利用先熱水再水提醇沉的綜合提取，蒸煮后的大量水提→過濾→濃縮→醇沉干燥，從而得到最佳條件。其他相關(guān)文獻(xiàn)最佳工藝條件見表1。

表1 水提醇沉法

1.2 微波輔助提取法

傳統(tǒng)的溶劑提取法在溶劑污染、溫度控制、有效活性成分提取效率方面都差強(qiáng)人意，怎么樣能夠在不污染天然植物藥材的基礎(chǔ)上，不會(huì)因?yàn)闇囟冗^高而破壞多糖結(jié)構(gòu)，又有利于有效活性成分多糖提取后的分離？隨著新技術(shù)新設(shè)備的廣泛應(yīng)用，微波強(qiáng)化輔助提取法應(yīng)運(yùn)而生。微波輔助提取利用頻率不同的電磁波輻射能引起水分子內(nèi)的分子振動(dòng)蓄積熱能，持續(xù)不斷的加熱使細(xì)胞收縮，細(xì)胞結(jié)構(gòu)破裂。提取溶劑進(jìn)入胞內(nèi)與多糖混合，將其溶解并析出。此法熱效率高，時(shí)間短，與水提法相比多糖的提取率顯著提升。張澤慶[10]發(fā)現(xiàn)利用微波輔助提取法提取防風(fēng)效果優(yōu)于水提法和超聲提取法。李彪[12]、賈少杰[13]均利用微波輔助法對(duì)相關(guān)多糖提取進(jìn)行了工藝優(yōu)化。最佳工藝條件見表2。

表2 微波輔助提取法

1.3 超聲輔助提取法

超聲提取法是超聲波的機(jī)械效應(yīng)作用于植物組織的結(jié)果。首先，超聲波產(chǎn)生壓力使植物細(xì)胞壁或整個(gè)植物體破裂瞬時(shí)完成。其次，振動(dòng)作用增強(qiáng)了胞內(nèi)物質(zhì)的均勻釋放、擴(kuò)散及溶解，整個(gè)過程是一個(gè)物理過程，所以簡(jiǎn)便快速高效的同時(shí)，生物活性也不受影響。洪軍[14]通過實(shí)驗(yàn)得知超聲波和微波提取多糖效果較沸水抽提好，減少煮沸過程中的損失和對(duì)活性物質(zhì)的影響，儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，對(duì)于禹州漏蘆多糖的提取來說超聲波輔助提取效果最好。相關(guān)研究的最佳工藝條件見表3。

表3 超聲輔助提取法

1.4 酶提取法

酶提取技術(shù)保證了多糖的活性，在溫和的條件下加入一定量的一種或兩種以上的酶（蛋白酶、纖維素酶、果膠酶最為常用），經(jīng)過浸提→分離清液→過濾→濃縮→醇沉析出多糖，過程中控制pH值。由于酶的專一性，顯著地提高了提取率。喻隨等[17]利用纖維素酶法提取佛手山藥多糖得到最佳提取條件為酶解21min、加酶量2%、溫度40℃；丁霄霄等[18]采用復(fù)合酶法提取靈芝多糖的最優(yōu)條件為：復(fù)合酶比例纖維素酶3.5%、半纖維素酶4.0%、木瓜蛋白酶3.0%；最佳酶處理pH 5.70、溫度50℃和時(shí)間81min，得到的靈芝多糖的提取率為3.73%。

2 植物多糖的協(xié)同提取法

植物多糖除單一方法提取外，還可以兩種或兩種以上的方法協(xié)同提取，很多研究表明，協(xié)同提取發(fā)揮了多種提取方法的優(yōu)點(diǎn)，克服單一提取的不足，提升了多糖的提取率和純度。

2.1 超聲輔助－水提取法

超聲波法和熱水提取法的協(xié)同應(yīng)用，縮短提取時(shí)間，多糖提取率顯著提升。金華[19]超聲波輔助提取百合多糖中，利用正交實(shí)驗(yàn)確定最佳條件為70℃提取30分鐘、料液比1:20g/mL，此優(yōu)化條件下多糖提取率為6.34%。張敏瑜[20]超聲波輔助熱水浸提法提取香菇多糖效率最佳工藝為液料比40:1，90℃超聲40分鐘，最高提取率達(dá)到6.47%。單一提取法與協(xié)同提取法優(yōu)缺點(diǎn)比較見表4。

表4 超聲法、熱水提法與二者協(xié)同應(yīng)用比較

2.2 微波－水提取法

從表2不難看到，微波自蓄能提取時(shí)間在15min左右，較傳統(tǒng)熱水浸提法短。同時(shí)，也無需外界加熱，可在低溫恒溫下進(jìn)行，對(duì)有效成分多糖起到了保護(hù)作用。但微波法亦有其不足，見表5。故與傳統(tǒng)熱水法協(xié)同應(yīng)用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，達(dá)到最優(yōu)工藝。蘇瑛[21]采用此法提取淫羊藿多糖，最佳條件為固液比1:50，微波作用10分鐘，功率400瓦。胡國元[22]微波法與熱水浸提法復(fù)合提取香菇柄多糖，最佳條件為微波預(yù)處理3分鐘（功率為480瓦）、料液比為1:30、96℃提取1.5小時(shí)。單一提取法與協(xié)同提取法比較見表5。

表5 微波法、熱水提法與二者協(xié)同應(yīng)用比較

2.3 超聲輔助－酶提取法

多糖提取過程中還存在一些蛋白質(zhì)、植物纖維、果膠等雜質(zhì)，如果能從將它們?nèi)コ艽蟪潭壬隙嗵堑奶崛〖兌纫驳玫教嵘Ｄ敲丛趺磳⑺鼈內(nèi)コ兀靠梢栽谔崛∵^程中加入一些酶制劑，依據(jù)酶提取的專一性特點(diǎn)，酶解掉細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)，促多糖溶出。協(xié)同超聲輔助提取，促進(jìn)細(xì)胞裂解，有效物質(zhì)釋放，總體提取效率提高。秦楠[23]優(yōu)化酶法輔助超聲提取北芪菇多糖，最優(yōu)條件為：液料比45:1，酶添加量1%，溫度70℃超聲50分鐘，功率200瓦。單一提取法與協(xié)同提取法比較見表7。

表6 超聲法、酶提法與二者協(xié)同應(yīng)用比較

表7 多糖提取新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

3 新技術(shù)應(yīng)用

3.1 超高壓提取技術(shù)

超高壓技術(shù)的基本原理是在常溫條件下，溶劑在超高壓作用下可滲透到植物內(nèi)部，使活性成分溶解在提取溶劑中，保持預(yù)定壓力使有效成分達(dá)到溶解平衡后快速減壓，目標(biāo)活性成分?jǐn)U散至提取液中[24]。該方法低溫高效，提取可在常溫進(jìn)行，不造成小分子成分結(jié)構(gòu)改變，多糖的生理活性得到了有效的保護(hù)。超高壓技術(shù)起初是作為滅菌和加工技術(shù)應(yīng)用于食品工業(yè)，21世紀(jì)后隨著研究的深入，也逐漸嘗試應(yīng)用到天然植物的提取加工領(lǐng)域。由于該技術(shù)對(duì)非共價(jià)鍵有影響，故不適合提取分子量大的多糖，可能影響多糖活性，但影響相比其他技術(shù)小。

3.2 超濾膜技術(shù)

超濾膜技術(shù)是以外界能量或化學(xué)位差作為推動(dòng)力，利用超濾膜上的孔徑的不同分離分子量不同的大分子物質(zhì)，從而選擇性的對(duì)多組分體系進(jìn)行分離。該技術(shù)具有提取率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、節(jié)能、無污染等特點(diǎn)[25]。目前用于很多天然植物（靈芝,大黃,黃芪,紫芝,人參等）藥源多糖、海洋活性多糖（鯊魚軟骨粘多糖,紫菜多糖等）、發(fā)酵多糖（冬蟲夏草胞外多糖）和食用植物（茶,香菇,蘆薈,枸杞等）多糖的工業(yè)化生產(chǎn)。

3.3 雙水相作用體系

采用無機(jī)分子與有機(jī)分子在水溶液中能夠形成分相的作用體系，用于提取植物有效成分的研究技術(shù)與方法方成為目前分離與提取領(lǐng)域備受關(guān)注的熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容[26]。如張鉥孟等人[27]采用乙醇與（NH4)2SO4的雙水相體系提取多糖，保持生物活性最大化的同時(shí)，提高了萃取效率、減少萃取劑殘留、提高了多糖純度。祁小妮[28]紅景天多糖的最優(yōu)條件為料液比1:22.5(g:ml)、50℃下浸提37.5分鐘[29]。

3.4 半仿生提取法

作為模擬人的消化過程的提取法，半仿生提取有效地結(jié)合了植物提取工藝和生物藥劑學(xué)仿生理論。郭志紅等[30]通過正交試驗(yàn)研究了玉米須多糖的半仿生提取工藝，試驗(yàn)分別選取了最優(yōu)水提條件（80℃下提取2小時(shí)，料液比1∶35）和最優(yōu)醇提條件（70%乙醇，90℃下提取1.5小時(shí)，料液比1∶15）下進(jìn)行玉米須多糖的半仿生提取。結(jié)果表明半仿生水提多糖提取量比水提法提高了14.39%；半仿生醇提多糖提取量比傳統(tǒng)醇提高了19.75%。劉巧紅[31]利用半仿生提取法對(duì)香菇多糖進(jìn)行了提取，得到了最優(yōu)提取工藝（pH分別為4.2和8.6，液料比21mL/g，提取時(shí)間46分鐘，提取溫度66℃)。此外，超聲－半仿生法、微波－半仿生法、半仿生－纖維素酶法等技術(shù)聯(lián)用也都得到了令人滿意的結(jié)果。

3.5 超臨界流體萃取技術(shù)

超臨界流體萃取分離過程的原理是超臨界狀態(tài)下，超臨界流體（一般為二氧化碳）作為萃取劑對(duì)目標(biāo)物質(zhì)有選擇性地，階梯性地將原分子量不同、極性不同和沸點(diǎn)不同的成分萃取出來。在一定的壓力下，通過減壓升溫的方法讓超臨界流體變?yōu)闅怏w，析出多糖產(chǎn)物，做到了高效的提取分離[32]。

結(jié)語

天然植物多糖提取技術(shù)從最初簡(jiǎn)單的冷浸法、煎煮法發(fā)展到今天的超高壓技術(shù)、超濾膜技術(shù)、半仿生技術(shù)、多相作用體系、超臨界流體萃取技術(shù)等等，經(jīng)過了漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期。新技術(shù)大多克服了提取過程中因溫度高對(duì)多糖結(jié)構(gòu)的破壞，充分的保護(hù)了目標(biāo)產(chǎn)物。提高了產(chǎn)率的同時(shí)，新技術(shù)也對(duì)純度的要求日益提高，超高壓技術(shù)適用于對(duì)低溫穩(wěn)定性要求高的天然多糖產(chǎn)物提取，超濾膜技術(shù)物理性的提取分離多糖產(chǎn)物，超臨界液體萃取技術(shù)通過梯度萃取做到了精準(zhǔn)分離，等等。而傳統(tǒng)多糖提取技術(shù)的安全經(jīng)濟(jì)也在量產(chǎn)中不容忽視。故此，如今傳統(tǒng)技術(shù)與現(xiàn)代技術(shù)取長(zhǎng)補(bǔ)短，在實(shí)際應(yīng)用中更多采用復(fù)合提取方法，以達(dá)到短時(shí)高效高純度的提取目標(biāo)。

天然植物中藥材是我國文明傳統(tǒng)的精華寶庫，藥用植物的開發(fā)研究與利用越來越受到國際的關(guān)注。目前國內(nèi)上市的天然植物類多糖藥物主要是在臨床治療中輔助用于腫瘤的治療。在研究中目前較為集中在黃芪、人參、五味子、山藥、甘草、枸杞、當(dāng)歸、黃精、麥冬等等天然植物的多糖，像其中的黃芪多糖和人參多糖的注射劑都已獲批生產(chǎn)。

綜上，天然植物多糖的發(fā)展和臨床應(yīng)用日益廣泛，作為藥用植物多糖開發(fā)的首要階段即多糖的植物提取是重中之重，隨著科技的發(fā)展和研究者的努力，更多的創(chuàng)新設(shè)備創(chuàng)新應(yīng)用將會(huì)運(yùn)用到天然藥用植物的提取中，加快藥用植物開發(fā)利用的腳步。