白術揮發油化學成分及藥理作用研究進展

李 靜，何 牟，李 玲，2，3*，張 彤，2*

（1.上海中醫藥大學，上海 201203； 2.經方與現代中藥融合創新全國重點實驗室，上海 201203； 3.安徽中醫藥大學，安徽 合肥 230012）

白術系菊科植物白術AtractylodesmacrocephalaKoidz.的根莖，收載于2020 年版《中國藥典》，其味苦、甘，性溫，歸于脾、胃兩經，具有健脾益氣、燥濕利水、止汗、安胎的功效。白術目前主產于浙江、安徽、湖北，這些地區白術質量較優且穩定。白術的化學成分主要為揮發油、內酯類成分、苷類成分、多糖以及氨基酸等化合物［1］。現代藥理學研究表明，白術具有保肝、抗腫瘤、抗炎、降血糖、調節消化系統、調節胃腸運動等藥理作用，主要作用于機體的胃腸道系統、免疫系統、泌尿系統［1-3］。

白術揮發油作為白術抗炎的主要藥效成分，在白術根莖中的含量約為1.4% ～2.5%，與產地密切相關，主要由萜類、脂肪族、芳香族、甾體類等成分組成［3-4］。現代藥理學研究表明，白術揮發油具有調節胃腸運動、改善腸道微生物群、抗消化道炎癥、抗腫瘤、抗氧化、抗病毒等藥理作用，臨床應用價值較高。詳見圖1。現如今雖有較多關于白術揮發油化學成分及藥理作用的研究，但卻缺乏相對系統全面的總結。因此，本文對白術揮發油的化學成分及其藥理作用進行梳理綜述，并對其燥性、穩定性等問題進行討論，以期為白術揮發油的進一步開發利用提供參考依據。

1 化學成分

1.1 概述 白術揮發油是白術的主要藥效成分之一，據統計，自身遺傳因素和外界環境因素能夠影響白術揮發油的積累和質量［5］，據此可推測白術揮發油的成分及含量可能會因時間產生變化，故本文選取了近幾年對生白術揮發油化學成分進行分析的文獻，對其中化學成分進行分類。通過歸納總結，發現生白術揮發油化學成分以萜類為主，共有78 種，其中又以分子量為204 Da 的異構體相對較多，此外還包括5 種脂肪族類、3 種芳香族類、1 種甾體類、1種生物堿類。詳見表1。

表1 生白術揮發油的化學成分

1.2 測定方法 生白術揮發油化學成分以萜類為主，其中蒼術酮、α-愈創木烯、α-律草烯、β-芹子烯在揮發油中相對含量較多，β-桉葉醇、白術內酯Ⅰ、白術內酯Ⅲ、γ-欖香烯等具有較強的藥理活性［11］，故本文以這幾種成分為代表，總結了其測定方法及含量范圍。

白術揮發油化學成分的分析方法有氣相色譜-質譜（GC-MS） 法［6］、薄層掃描（TLCS） 法［12］、自動靜態頂空氣相色譜-質譜（SHS-GC/MS） 法［13］、二維氣相色譜-飛行時間質譜 （2D GC-TOF-MS） 法［14-15］、高效液相色譜（HPLC） 法［16-20］。GC-MS 法具有靈敏度高、分離效果好的優勢，廣泛應用于中藥揮發性成分的分析。近年來有報道稱，GC-MS 法用于蒸發樣品的熱量可引起所關注分子高達40%的結構改變，說明白術揮發油在進行GC-MS 分析時，檢測到的化學成分很可能包括這些遇熱不穩定的物質氧化分解所產生的熱降解產物，因此所得結果并不能夠真正反映白術揮發油的原始成分［21］。相比GC-MS，SHS-GC/MS 和2D GC-TOF-MS 的分析過程更加快速簡單，TLCS 和HPLC的分析過程中可減少揮發性成分的受熱分解，使結果更加穩定可靠。

由表2 可知，除了白術內酯Ⅲ，其余化合物的含量范圍跨度均較大，每個化合物含量最大值和最小值的比例從蒼術酮的5.4 倍到白術內酯Ⅰ的276.3 倍不等。受基因與環境的共同作用，所選用的不同栽培品種的白術中，變異品種的揮發油主要成分可能發生改變，從而使蒼術酮等成分的含量范圍跨度較大［22］。此外，不同的分析方法也會影響揮發油中化學成分種類和含量的檢測，導致含量范圍產生差異。

表2 主要化學成分的分析方法及含量范圍

2 不同炮制工藝對白術揮發油質量的影響

白術藥材在經過洗潤切法、清炒法、麩炒法、土炒法、焦炒法、炭炒法等炮制之后，能夠制成生白術、清炒白術、麩炒白術、蜜麩炒白術、土炒白術、焦白術、白術炭。不同的白術炮制品功效亦有差異，其中，生白術偏于利水消腫、健脾燥濕，清炒白術重在健脾，麩炒白術傾向于補脾益氣，土炒白術偏于燥濕、補脾、止瀉，焦白術澀腸止瀉、補氣健脾，擅于收澀溫中，白術炭收斂止血之效更佳［25］。研究發現，白術的揮發油含量會隨著炮制過程中溫度的升高和干燥時間的增長而有所下降，中藥飲片經不同方法炮制后，其水分、揮發油、內酯類成分及多糖含量均不相同，而生白術與經其他方法炮制的白術相比，部分成分的差異更加明顯［25］。炮制對白術揮發油含量的影響存在一定規律，其影響程度依次為生白術、清炒白術、蜜麩炒白術、麩炒白術、土炒白術、焦白術、白術炭［25-26］，由此可知，炒制程度與白術揮發油的含量密切相關，且經炒制的各類炮制品中白術內酯Ⅰ、Ⅲ以及多糖的含量均高于生白術［25，27］，提示白術揮發油成分可能發生轉化。

2.1 洗潤切法 生白術的炮制方法可以概括為除雜→洗凈→潤透→切厚片→干燥［27］。生白術善于治療四肢浮腫、脾胃虧虛，且能很好地改善腹痛、便秘、腹脹、嘔吐的癥狀［25］。與原藥材相比，生白術揮發油組分及含量變化不大，蒼術酮、γ-欖香烯等有效成分含量高，但其燥性相對較大，刺激性較強。生白術在制備過程中未經加熱，故其中軟化步驟相對較易影響其揮發油的提取率。于永明［28］研究發現，軟化時間過長會使藥材傷水，且蒸法軟化白術可使其化學成分發生轉化。孫華芳等［29］對白術軟化工藝進行改進，規避高溫和長時間處理對白術揮發油的影響，即在常溫條件下，使水分經過毛細管作用從濕砂中緩慢滲透進白術組織內部，進行間接水潤。改進的白術軟化法可降低揮發油損失率。綜上所述，間接水潤法相較于傳統的浸潤法和蒸法軟化，更有利于保留生白術中揮發油，且所需時間少于浸潤法，可替代浸潤法一定范圍內推廣使用。但由于其生產效率不及蒸法軟化，更高效的大規模生產生白術的炮制方法有待進一步開發。

2.2 清炒法 清炒白術的炮制方法可以概括為將生白術片置于炒制的鐵鍋內→中火加熱→不斷翻炒至白術呈焦黃色→逸出香氣→取出［19］。清炒白術健脾功效極佳，相比于生白術，清炒白術中揮發油及油中主要成分蒼術酮的含量變化較小。王琦等［26］利用GC-MS 分析，發現白術生品和清炒白術的揮發油化學成分和相對含量差異不大，且清炒白術揮發油含量高于生白術。謝麗靜等［25］研究發現，可能由于飲片中的揮發油經清炒揮發后多被其吸附于表面，而在其他炮制品中，揮發油多被炮制輔料吸附，故清炒白術揮發油含量最高。

2.3 麩炒法 麩炒白術的炮制方法可以概括為將麥麩皮撒入熱鍋中→冒煙時加入生白術片→炒至黃棕色→逸出焦香氣→取出并篩去麥麩皮［19］。麩炒白術燥性緩和，健脾和胃之效增強，但其揮發油化學成分的種類和含量均受到影響。Gao 等［13-14］通過SHS-GC/MS 分析，發現白術經麩炒后，16種揮發性成分的含量降低，其余成分含量均有不同程度的升高。利用GC-TOF-MS 結合二維多變量數據分析，發現麩炒白術與生品比較，有26 種成分消失，19 種成分新產生。實驗表明，麩炒后白術揮發油的含量及揮發油中蒼術酮含量均低于生白術［12，19，24］。容穗華等［19］、石曉等［24］經測定發現麩炒白術揮發油含量降低約38.73%，揮發油中蒼術酮含量降低約25%。現代研究表明，麩炒白術會將白術揮發油中的蒼術酮轉化成白術內酯類成分［19］。

2.4 蜜麩炒法 蜜麩炒白術的炮制方法可以概括為將蜜炙麩皮撒入熱鍋中→冒煙時加入生白術片→炒至黃棕色→逸出焦香氣→取出并篩去蜜炙麩皮［19］。蜜麩炒白術可歸為麩炒白術，其燥性減弱，健脾益氣和胃之效極佳，但揮發油的質量同樣受到影響。Gao 等［15］采用GC-TOF-MS 分析，發現蜜麩炒白術中揮發性成分消失了52 種，新生成15 種。陳鴻平等［9］采用GC-MS 和自動質譜退卷積定性系統（AMDIS） 結合Kováts 保留指數（RI） 研究分析白術蜜麩炒制過程中的揮發性成分，發現其揮發油含量隨炮制程度加深而降低。容穗華等［19］經炮制測定，發現蜜麩炒白術揮發油含量損失約38.73%。費瑩等［27］經GC-MS 測定炮制前后揮發油成分的組成，發現其中有5 種成分消失，4 種新成分產生。同樣，多數研究表明，蜜麩炒白術揮發油的含量及揮發油中蒼術酮的含量低于生品白術、高于麩炒白術［9，19，30］。

2.5 土炒法 土炒白術的炮制方法可以概括為將灶心土撒入熱鍋中翻炒→灶心土呈靈活狀態時加入生白術片→炒至白術表面均勻掛上土粉時取出→篩去土粉［19］。土炒白術止瀉健脾之效極佳，藥性緩和，相較于生白術其揮發油含量降低［25］。王琦等［26］經研究發現，由于輔料土與白術揮發油的吸附作用，土炒后揮發油中蒼術酮、香葉烯B 相對含量明顯降低。容穗華等［19］發現相較于麩炒白術和清炒白術，土炒白術揮發油的含量降低最多，與生品比較降低了45.6%。綜上所述，土炒過程對白術揮發油成分的種類及含量均有明顯影響，可能是因為輔料土會影響炮制藥物的成分，且在炮制過程中會吸附一定的白術揮發油，使得揮發油的量減少。

3 藥理作用

白術作為現代臨床常用中藥，其揮發油在調節胃腸運動、改善腸道微生物群、抗消化道炎癥、抗腫瘤、抗氧化、抗病毒等方面都表現出優良的藥理活性。

3.1 調節胃腸運動 胃腸動力障礙性疾病作為一種多發病，主要表現為胃食管反流、胃腸道功能性消化不良、腸易激綜合征、功能性便秘等［31］。理氣類中藥大多具有促進胃腸動力的作用，有研究證實了白術能夠明顯改善小鼠胃排空及其小腸推進功能［32］，而白術根莖中揮發油含量約為1.4% ～2.5%，是白術發揮理氣作用的主要物質基礎［33］。陳鎮等［34］研究發現，白術揮發油具有調節胃腸運動和胃腸功能的作用，主要表現在其各劑量組能提高小鼠的小腸推進率以及小鼠的胃排空，并且對抗阿托品對小鼠腸蠕動的抑制。Chen 等［35］研究發現，白術揮發油通過上調胃腸肽SP 水平和下調血管活性腸肽VIP 水平，降低小鼠的胃潴留率，促進小鼠的腸道推進，并呈劑量依賴性。

3.2 改善腸道微生物群 腸道微生物群在正常情況下處于動態平衡，一旦發生紊亂，就會造成菌群組成和功能失衡，導致機體功能失調，引發各種疾病，例如功能性便秘［36-37］。慢傳輸型便秘（STC） 是一種常見的功能性便秘，其特征是大便次數減少、大便不暢、大便干硬和腹脹，嚴重影響了患者的生活質量［38］。Wang 等［39］用地芬諾酯片建立大鼠STC 模型，結果表明枳實白術揮發油經臍部（神闕穴） 給藥可通過減少有害菌群的數量并促進有益菌群的生成，改善腸道微生物群的組成，從而改善大鼠的STC 癥狀。Wang等［40］發現，在人參總皂苷的給藥過程中配伍白術揮發油能夠抑制5-氟尿嘧啶（5-FU） 誘導的腹瀉小鼠腸道菌群結構變化。Li 等［41］對白術揮發油中的主要成分蒼術酮進行抗胃潰瘍作用研究，發現其可以通過調節紊亂的腸道菌群，改善腸道菌群的代謝物，發揮抗胃潰瘍作用。

3.3 抗消化道炎癥 胃潰瘍是一種全球性多發消化系統的良性病變，主要的病理改變為穿透肌層，使黏膜組織缺損破裂及炎癥浸潤，該病遷延難愈、反復發作，易導致出血、穿孔、梗阻、癌變等嚴重并發癥［42］。姜正華等［43］采用白術芳香水對無水乙醇誘導的胃潰瘍小鼠進行治療，結果提示白術芳香水能減輕無水乙醇所致的小鼠胃黏膜損傷，改善胃潰瘍。此外，白術揮發油可通過抑制脂多糖刺激的ANA-1 細胞一氧化氮（NO） 的產生以及RAW264.7 細胞中NO 和前列腺素E2 （PGE2） 的生成，發揮抗炎活性［44-45］。Li 等［41］研究也證明了白術揮發油中的主要成分蒼術酮能夠降低TNF-α、NO 水平，使抗炎因子IL-10 水平升高，從而減輕胃潰瘍的炎癥反應。

潰瘍性結腸炎作為一種臨床常見病，是一種由遺傳背景與環境因素相互作用而導致的慢性炎癥性疾病，具有反復發作和緩解交替的特點［46-47］。Tang 等［48］建立了葡聚糖硫酸鈉鹽（DSS） 誘導的大鼠潰瘍性結腸炎模型，將小檗堿和白術揮發油分別裝載到結腸靶向微丸和胃靶向微丸中，從而制備成口服雙靶向微丸，用于協同治療潰瘍性結腸炎。結果表明，治療組大鼠促炎因子TNF-α、IL-1β、IL-6 水平降低，抗炎因子IL-4 水平升高。白術揮發油在胃內吸收發揮全身免疫調節作用，對潰瘍性結腸炎有干預作用。

3.4 抗腫瘤 癌癥即惡性腫瘤，受長期不良生活習慣、環境污染等影響，我國癌癥發病率和死亡率呈逐年上升趨勢，嚴重威脅著人們的生命健康［49］。白術揮發油作為天然植物精油，因其含有倍半萜類物質而顯示出抗癌活性。本文共收集整理了10 篇有關白術揮發油抗腫瘤活性的報道，部分文章針對多種癌癥的治療效果進行研究，涉及肺癌、肝癌、結腸癌、胃癌、卵巢癌、乳腺癌、宮頸癌、肉瘤，具體見圖2［8，44，50-57］。

圖2 白術揮發油抗腫瘤類型總結

惡病質是一切惡性腫瘤發展的最終結局，60% ～80%的晚期腫瘤患者都存在癌性惡病質綜合征。邱根全等［50］通過C57BL6 小鼠接種小鼠肺腺癌Lewis 建立癌性惡病質動物模型，發現250 mg/kg 白術揮發油口服治療后，抑瘤率達44.12%，由此推測白術揮發油可能通過抑制腫瘤生長，起到抗癌性惡病質的作用。沈國慶等［53］采用常規硅膠柱層析將白術揮發油按極性分成極性大的部分和極性小的部分，進一步研究其化學成分對S180 荷瘤小鼠的抗腫瘤作用，結果極性小的抑瘤率明顯高于極性大的給藥組，由此推斷白術揮發油的抗腫瘤有效成分可能主要存在于其極性小的部位。此外，白術揮發油對人肝癌細胞SMMC7721、HepG2，人結腸癌細胞HT29，人乳腺癌細胞MCF-7 具有出色的抑制活性，半抑制濃度（IC50） 值分別為21.62、24.02、30.15、36.58 μg/mL［8］。詳見圖3～4［51-52，54-55，57］。

圖3 白術揮發油乳劑體內抗腫瘤活性

圖4 白術揮發油乳劑體外抗腫瘤活性

3.5 抗氧化 活性氧（ROS） 和活性氮（RNS） 的產生與抗氧化防御系統、酶促和非酶促之間的嚴重失衡致使機體產生氧化應激，氧化應激被認為是產生疾病和衰老的重要因素［58］。研究發現，白術揮發油不僅具有較強的體外抗氧化作用，還可通過改善機體對自由基清除能力、減少脂質過氧化產物的生成而提高小鼠耐缺氧能力［59］。許平翠等［6］研究發現，白術揮發油具有清除1，1-二苯基-2-苦腈基（DPPH） 自由基和還原Fe3＋的能力，且白術揮發油的抗氧化作用是由蒼術酮主導，蒼術酮濃度越高，白術揮發油抗氧化能力越強。Wu 等［45］通過鐵氰化物還原、DPPH、2，2′-聯氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（ABTS） 清除試驗也證明了白術揮發油具有較強的抗氧化能力。李錚［60］研究發現，白術揮發油一方面能通過激活AMPK/Nrf2 通路以減輕氧化應激，另一方面能通過激活自噬，實現對對乙酰氨基酚（APAP） 誘導的小鼠急性肝損傷的保護作用。

3.6 其他 研究證明，白術揮發油能夠抑制金黃色葡萄球菌、鮑曼不動桿菌、草綠色鏈球菌，具有95%以上的抑菌率，并且能夠抑制銅綠假單胞菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、腸道沙門菌、枯草芽孢桿菌的生長，最低抑制濃度范圍為0.5～2.0 mg/mL［45，57］。Wang 等［7］發現以蒼術酮為主的白術揮發油具有明顯的祛痰作用。白術揮發油還可通過提高胰島素敏感性，改善代謝綜合征大鼠的糖脂代謝［61］。

4 討論

4.1 燥性 白術揮發油性燥烈，生用易刺激腸胃，蒼術酮在白術揮發油中的相對含量過半，是其中主要的燥性成分，經炮制后蒼術酮能夠轉化為白術內酯類物質，燥性減弱。故為了實現“減酮減燥，增酯增效”，增加其健脾的功效，常將白術制成炮制品。大多數炮制方法都會降低蒼術酮在白術揮發油中的相對含量，故可根據所需藥效選擇白術炮制品。若用于調節胃腸運動、抗炎、抗腫瘤、抗氧化，發揮其利水消腫、健脾燥濕功效，應選擇生白術； 若想在最大程度保留蒼術酮的基礎上提高健脾功效，應選擇清炒白術； 若用于抗衰老、調節免疫、利尿、調節腸胃功能等，增強健脾和胃功效，應選擇麩炒白術； 若想進一步降低燥性，治療脾虛泄瀉，增強其補脾止瀉之效，應選擇土炒白術； 若用于寒性、慢性腹瀉，發揮其補氣健脾、收澀溫中之效，應選擇焦白術； 若用于治療慢性、寒性腹瀉長久所致出血癥，發揮其收斂止血之效，應選擇白術炭［25，62］。蒼術酮作為白術揮發油中相對含量最高的成分，具有抗腫瘤、降血壓、降糖、保護呼吸系統、抗炎鎮痛、抗氧化、保肝、抗流感病毒、除螨等作用，是主要有效成分之一，炮制雖然減少白術揮發油中蒼術酮的相對含量，但揮發油中仍以蒼術酮的含量為最高［63］，因此，蒼術酮在白術揮發油中的作用不可忽視。

4.2 穩定性 白術揮發油易氧化難保存，其氧化受溫度、相對濕度、日光、微生物等因素的影響。實驗證明，白術揮發油中γ-欖香烯在其經光照氧化分解后消失，蒼術酮含量明顯減少，而β-桉葉醇、白術內酯Ⅰ、白術內酯Ⅲ等具有抗腫瘤活性的成分含量提高［64-67］。故有學者將白術揮發油紫外光照氧化的分解產物與太陽光照氧化的分解產物比較，發現紫外光照氧化分解后內酯成分的含量較高，將白術揮發油置于紫外燈下光照氧化可實現酮酯的高效轉化，而太陽光照氧化勝在所需成本更低，更適合大規模制藥研究［65］。

蒼術酮作為白術揮發油的主要有效成分之一，具有廣泛的藥理活性，但其性質極不穩定，易受光照、溫度、pH的影響，氧化分解后蒼術酮的含量大幅降低。據文獻報道，在室溫避光條件下，白術揮發油中的蒼術酮相對含量未降低，而蒼術酮對照品在放置第5 天時分解率達30% 以上；但蒼術酮對照品在-20 ℃冷凍避光條件下放置5 d 的分解率基本不變［68］。由此可知蒼術酮在白術揮發油中可能易維持穩態，較蒼術酮對照品更穩定。藥理實驗中的蒼術酮純品應-20 ℃冷凍避光保存。

4.3 安全性 多種揮發油在發揮治療作用的同時也會產生毒性［69-72］，如口服低劑量的艾葉揮發油1.9 g/kg 可引起藥物性肝損傷； 連續30 d 灌胃柴胡揮發油0.19～0.42 mL/kg會導致大鼠肝毒性損傷； 小鼠口服灌胃給予細辛揮發油的LD50為158.35 g/kg； 灌胃給予吳茱萸揮發油的LD50為1.708 mL/kg。隨著技術的發展，白術揮發油被證明具有多種藥理作用，臨床應用價值高，隨之而來的也有對其安全性的擔憂。但目前仍缺乏關于白術揮發油毒性的深入研究報道，此領域還有待探索。

5 結語與展望

白術被前人稱為“脾臟補氣健脾第一要藥”，有“十方九術” 之說。其臨床應用廣泛，是苓桂術甘湯、四君子湯、玉屏風散、腎著湯等經典中藥方劑的組成原料之一。作為傳統的藥食同源植物，白術藥膳粥、白術茶、白術餅等亦是家庭食療的常備之品。白術揮發油是白術發揮其藥理作用的主要成分之一，具有調節胃腸運動、改善腸道微生物群、抗消化道炎癥、抗腫瘤、抗氧化、抗病毒等藥理活性。目前除了片劑、丸劑、顆粒劑、膠囊劑等傳統劑型的制備，白術揮發油新劑型研究包括環糊精包合物、微丸、乳劑，種類較少，今后可對其固體分散體、脂質體、納米粒等新劑型方面加以基礎研究和臨床探索。

白術揮發油中萜類物質占比較高，其中又以倍半萜類化合物為主，此類化合物具有抗炎、抗腫瘤、保護神經系統、保護胃腸道、抗菌、抗病毒等生物活性，開發潛力大［73］。現如今存在較多關于白術揮發油改善胃腸道疾病的報道，并且開展了相關的實驗進行驗證，結果表明白術揮發油對胃腸道的確具有很好的保護作用。因此，本文在對白術揮發油的藥理活性進行綜合論述時，重點聚焦其對于胃腸道的活性研究。未來針對白術揮發油及其萜類物質，可在抗腫瘤、治療腸炎和消化性潰瘍、老年相關記憶障礙或血管生成性疾病等方向進行開發利用。

白術揮發油穩定性較差，對生產儲存條件要求高，不同提取方法會影響白術揮發油中各化學成分的種類和相對含量，進而影響其生物活性。因此在實際應用中，應根據具體需求選擇合適的提取工藝或進一步優化提取工藝，最大程度地保證揮發油的質量穩定。白術經加熱炮制后會導致有效物質的轉化或消失，故需嚴格把控炮制工藝。中藥超微粉碎技術［74］能使白術細胞破壁率提高，揮發油溶出率增大，但對揮發油中成分種類和成分含量均有一定影響。其原因可能是超微粉碎技術粉碎時間較長，在長時間高溫粉碎環境下白術揮發油的部分成分已發生分解、氧化-還原以及異構化等反應，故中藥超微粉碎技術是否有助于白術揮發油藥理作用的發揮還有待進一步研究。

目前白術在臨床上多配伍成方使用，而使用含白術揮發油制劑治療疾病的文獻較少，市面上也并無以白術揮發油為主的成方制劑。對于白術揮發油及其活性成分的研究大多集中在藥效作用上，對其作用機制研究較少，深層次的信號通路研究還有待探索。目前，白術揮發油市場潛力大，但其開發程度遠遠不夠，深入研究白術揮發油及其萜類化合物的生物活性對于新藥的開發既有重要的理論價值又有廣闊的應用前景。