黃芪核心資源成分提取工藝進(jìn)展

鞏昌熙

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西 晉中 030801）

0 引言

黃芪在《中國(guó)藥典》收載[1]，在我國(guó)已廣泛開(kāi)展人工種植[2]。近年來(lái)報(bào)道，黃芪藥理作用有抗炎[3]、調(diào)節(jié)腸道菌群[4]、治療糖尿病腎病[5]、提高機(jī)體免疫功能[6]、調(diào)節(jié)心血管系統(tǒng)[7]、抑制細(xì)胞凋亡[8]、治療新型冠狀病毒肺炎[9]和抗癌等功效[10]。從政策層面來(lái)看，按照傳統(tǒng)既是食品又是中藥材物質(zhì)管理正在強(qiáng)力推動(dòng)[11-12]，作為食品的原材料一旦合規(guī)，應(yīng)用前景將更加廣泛。黃芪的核心資源成分提取工藝作為應(yīng)用的關(guān)鍵步驟，對(duì)其進(jìn)行梳理總結(jié)具有重要意義。

1 黃芪的核心資源

黃芪的核心資源有多糖類、皂苷類、總黃酮、可溶性蛋白質(zhì)、糖蛋白等，其核心資源提取工藝決定著成本的高低、產(chǎn)品的口味、市場(chǎng)的推廣及產(chǎn)品的功效。

2 提取工藝

黃芪中的核心資源成分在溶劑中的溶解度與溶劑化學(xué)性質(zhì)關(guān)系密切，選取合適的溶劑是提取黃芪中核心資源成分首要考慮的要素。根據(jù)黃芪中核心資源成分在溶劑中的溶解度大小，加入選好的溶劑，溶劑經(jīng)由細(xì)胞壁通過(guò)分子擴(kuò)散、滲透方式進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，溶解核心資源成分，核心資源成分由于濃度差擴(kuò)散到細(xì)胞外被提取出來(lái)。一般通過(guò)控制溶劑體積、提取溫度、提取時(shí)間、提取次數(shù)等參數(shù)優(yōu)化工藝條件。試驗(yàn)流程一般為采用單因素試驗(yàn)初步確定工藝參數(shù)，然后采用響應(yīng)面法進(jìn)行試驗(yàn)，再利用軟件進(jìn)行響應(yīng)面的擬合與分析因素間交互影響作用，建立數(shù)據(jù)模型并進(jìn)行分析得到理論最優(yōu)條件，在此條件下，進(jìn)行試驗(yàn)與預(yù)測(cè)理論值相比較，最后篩選到最佳工藝。近年來(lái)，一些現(xiàn)代技術(shù)不斷涌現(xiàn)，不同程度進(jìn)行了優(yōu)化，能夠達(dá)到省時(shí)節(jié)約、提取率高、活性保留好的提取效果。

2.1 溶劑的選擇

2.1.1 水為溶劑

選取水為溶劑成本較低，在黃芪中核心資源成分的提取中得到了最廣泛應(yīng)用。提取方法主要包括煎煮法、回流法、浸漬法、滲漉法等，一般考查因素有料液比、提取溫度、提取時(shí)間、提取次數(shù)、目標(biāo)提取物得率、體外功能活性等[13-23]。料液比為6～15 倍，通常為8 倍；提取溫度為60～100 ℃，通常為90 ℃；提取時(shí)間在60～150 min，通常為90 min；提取次數(shù)在1～4 次，通常為3 次。

2.1.2 醇為溶劑

一般選擇的溶劑多為乙醇，也有甲醇，一般考查因素有乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取時(shí)間、提取次數(shù)、目標(biāo)提取物得率等[24-29]。乙醇體積分?jǐn)?shù)（也有使用甲醇）為70%～95%，80%最多；料液比為8～18 倍，10 倍最多；提取時(shí)間為60～180 min，通常為60 min；提取次數(shù)為1～4 次，通常為3 次；黃芪總黃酮得率一般為0.253%～0.286%，黃芪甲甙提取量為0.095%左右。

2.1.3 水、醇混用為溶劑

水、醇混用的工藝一般為先用水提取然后用醇沉淀，一般考查因素有料液比、提取溫度、提取時(shí)間、醇沉液濃度、沉淀時(shí)間、目標(biāo)提取物得率等[30-39]，料液比為10～20 倍，10 倍最多；提取溫度為90～100 ℃，通常為90 ℃；提取時(shí)間為45～120 min，通常為80 min；醇沉液體積分?jǐn)?shù)為70%～80%，80%最多；沉淀時(shí)間為4～12 h，必要時(shí)可冷卻沉淀；黃芪水溶粗多糖提取率可達(dá)18.60%。

2.1.4 模擬胃液、模擬腸液為溶劑

陳自泓等人[40-41]采用蒸餾水配以鹽酸等模擬胃液，采用蒸餾水配以氫氧化鈉模擬腸液，模仿口服給藥后在胃腸道中的過(guò)程，優(yōu)選了黃芪半仿生的提取工藝條件，最佳工藝是模擬胃液為料液比1∶30，提取溫度100 ℃，提取時(shí)間1 h；模擬腸液為料液比1∶30，提取溫度100 ℃，提取時(shí)間1 h。與傳統(tǒng)水提法進(jìn)行比較，黃芪總多糖提取率和提取收率均有較高提升。

2.1.5 雙水相體系為溶劑

雙水相體系是2 種不同組分水溶液通過(guò)一定濃度混合形成互不相溶的兩相系統(tǒng)，2 種原料物質(zhì)不互溶，達(dá)到平衡構(gòu)成兩相體系，使黃芪中核心資源物質(zhì)分別溶解到兩相溶液中，從而提高收率。雙水相體系主要控制組分的比例和類型、pH 值、溶液溫度、光照等因素。宋力飛等人[42]以乙醇/磷酸氫二鉀體系，提取黃芪中總黃酮、總皂苷，最佳工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)27.97%，磷酸氫二鉀溶液22.03%，黃芪投料比1∶58.85，總黃酮萃取率為74.13%，總皂苷萃取率為81.34%。鐘玲等人[43]篩選出乙醇/磷酸氫二鉀體系提取黃芪總黃酮，最佳體系為乙醇體積分?jǐn)?shù)36%，磷酸氫二鉀溶液18%，黃芪黃酮的分配系數(shù)10.33，萃取率達(dá)96.6%，上相中黃芪皂苷去除率為92%；黃芪多糖全部富集于下相。

2.1.6 堿-水或堿-醇為溶劑

纖維素堿處理會(huì)溶脹溶解，提升其內(nèi)部核心資源物質(zhì)溶解至溶劑中的含量。一般采用氫氧化鈉或氨水調(diào)節(jié)pH 值，多為pH 值12.0[44]。黃浩等人[45]篩選了黃芪蛋白的堿水提取工藝為提取溫度64 ℃，料液比1∶47，pH 值12.0，提取時(shí)間4.3 h，提取次數(shù)2 次。劉曉華等人[46]優(yōu)選了黃芪甲苷的堿水提取工藝，最佳工藝條件為煎煮時(shí)間1.5 h，加12 倍量水，煎煮3 次，加NaOH 為藥材量的1%。徐武等人[47]用堿水提醇沉工藝提取黃芪粗糖蛋白，最佳提取工藝為提取液pH 值12.0，提取溫度64 ℃，提取時(shí)間4.3 h，提取率為（47.03±0.78）%。王鵬[48]用醇-氨提取黃芪甲苷，提取工藝為甲醇與氨水比9∶1，超聲時(shí)間40 min，提取3 次。包華音等人[48]以堿水提取工提取黃芪中蛋白質(zhì)，最佳工藝為料液比1∶20，pH 值12.0，撮溫度30 ℃，提取時(shí)間10 min。

2.2 輔助提取的方法

2.2.1 超聲波輔助提取法

超聲波的空化作用可引起黃芪細(xì)胞壁破裂，增加核心資源成分與溶劑接觸面積，加速其溶出擴(kuò)散至溶劑中，提高收率。超聲波輔助提取法一般采用水提或醇提的方法，輔助以超聲處理，主要考查料液比、提取溫度、提取時(shí)間、超聲功率和目標(biāo)提取物得率等指標(biāo)[50-60]。料液比為12～60 倍，20 倍最多；提取溫度為30～65 ℃，通常為60 ℃；超聲提取時(shí)間為12～87 min，通常為30 min；乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%～65%，60%最多；超聲功率為102～1 000 W，通常為300 W；黃芪多糖得率一般為4.92%～9.69%，黃芪總黃酮得率一般為0.445%～0.446%；粗多糖得率最高可達(dá)15.63%，黃芪甲苷得率一般為5.35%，黃芪粗多糖提取率最高可達(dá)22.35%。

2.2.2 微波輔助提取法

微波輔助提取法是利用電磁波穿透提取介質(zhì)，使黃芪細(xì)胞吸收微波能產(chǎn)熱，在溫度和壓力下破壞黃芪的細(xì)胞膜及細(xì)胞壁，加速溶劑進(jìn)入細(xì)胞，使細(xì)胞內(nèi)成分溶出，增大提取率。在黃芪核心資源成分的提取中，微波提取法一般以多糖得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，控制料液比、提取時(shí)間和輻射功率等因素，工藝條件一般是以水為萃取劑，萃取溫度為55～70 ℃，料液比為1∶10～1∶40，微波時(shí)間為20～45 min，微波輻射功率為500～700 W，多糖得率為14.8%～21.9%[61-63]。

2.2.3 酶解輔助提取法

黃芪核心資源成分大部分存在于細(xì)胞壁內(nèi)，細(xì)胞壁主要由纖維素構(gòu)成，加入生物酶破壞黃芪細(xì)胞壁，可加快提取過(guò)程中核心資源成分溶出，提高收率；常用的酶有纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶和果膠酶。張嘉怡等人[64]以纖維素酶解輔助水提黃芪多糖，與水提法相比，黃芪多糖收率提高了54%。謝藍(lán)華等人[65]以纖維素酶解輔助乙醇提取黃芪總黃酮，與醇提法相比，黃芪總黃酮得率提高了46%。

2.2.4 微生物發(fā)酵輔助提取法

微生物繁殖、代謝可產(chǎn)生纖維素酶、蛋白酶、淀粉酶和果膠酶，可破壞黃芪細(xì)胞壁，使核心資源溶出。已報(bào)道的發(fā)酵菌種有白蟻源堅(jiān)強(qiáng)芽胞桿菌-CX10[66]、乳酸菌[67]、產(chǎn)纖維素酶解淀粉芽孢桿菌[68]，對(duì)黃芪多糖、總皂苷量均有較好的得率。

2.2.5 連續(xù)逆流輔助法

連續(xù)逆流提取是提取過(guò)程中通過(guò)機(jī)械傳輸和連續(xù)定量加料，物料和溶劑連續(xù)運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)方向相反，使物料和溶劑充分接觸，設(shè)備內(nèi)溶劑持續(xù)更新，進(jìn)液和連續(xù)過(guò)程中存在連續(xù)的濃度梯度，使提取液比較快浸出，也可獲得較高提取液濃度。連續(xù)逆流工藝[68-70]為提取溫度40～70 ℃，料液比1∶6～1∶14，提取時(shí)間40～70 min。

2.2.6 閃式提取輔助法

此方法依托閃式提取器實(shí)現(xiàn)提取效果，在室溫及溶劑存在下，高速剪切和超動(dòng)分子滲透，快速將物料破碎并溶解，達(dá)到提取目的。陳艷蕊[71]對(duì)黃芪多糖采用閃式提取法提取，提取工藝為溫度65 ℃，處理時(shí)間2 min，料液比1 ∶10，乙醇體積分?jǐn)?shù)50%，電壓200 V，pH 值10，得率較堿提法增加約30%。王夢(mèng)茹等人[72]運(yùn)用閃式提取器提取黃芪黃酮、多糖、皂苷，黃酮的最優(yōu)工藝為乙醇體積分?jǐn)?shù)85%，料液比1∶25，提取時(shí)間60 s，提取電壓120 V；多糖的最優(yōu)工藝為乙醇體積分?jǐn)?shù)2.5%，料液比1∶15，提取時(shí)間105 s，提取電壓115 V；皂苷的最優(yōu)工藝為乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，料液比1∶30，提取時(shí)間120 s，提取電壓110 V；提取黃酮、多糖、皂苷的得率分別為0.663%，0.965%，1.126%。

2.2.7 超臨界CO2萃取法

超臨界CO2萃取是利用壓力和溫度對(duì)CO2密度的影響改變其溶解能力，在臨界點(diǎn)附近，溫度和壓力的微小變化即可產(chǎn)生放大效應(yīng)，使黃芪核心資源的溶解度發(fā)生巨變，可選擇性地提取各類核心資源成分。宋振民等人[73]運(yùn)用超臨界CO2萃取法提取了肺痿顆粒中的黃芪甲苷，最佳提取工藝為粒度40 目，提取時(shí)間1.5 h，夾帶劑乙醇體積分?jǐn)?shù)95%，夾帶劑流速10 mL/min。楊紅梅[74]運(yùn)用超臨界CO2萃取法提取了黃芪飲片中黃芪甲苷，最優(yōu)化條件是70%的乙醇為夾帶劑，萃取溫度40 ℃，萃取壓力40 MPa，萃取時(shí)間3 h，萃取劑流速15 mL/min。

2.2.8 亞臨界水輔助法

亞臨界水輔助法是指在一定壓力下，水可在100～374 ℃調(diào)控，極性大小也隨之改變，從而將黨參中的核心資源成分提取出來(lái)。一般操作工藝參數(shù)為提取壓力350 MPa，料液比1∶60，浸泡時(shí)間5 h，保壓時(shí)間2 min。

2.2.9 多種輔助方法協(xié)同

現(xiàn)代提取技術(shù)往往將多種技術(shù)進(jìn)行集合以達(dá)到協(xié)同的目標(biāo)。王妮等人[75]采用超聲-纖維素酶協(xié)同提取工藝，優(yōu)化了黃芪多酚提取及其抗氧化性，最佳條件是以水為提取劑，料液比1∶20，纖維素酶添加量0.25%，超聲功率200 W，提取溫度40 ℃，提取時(shí)間3.0 h，黃芪多酚提取量為8.32 mg/g。杜廣芬等人[76]采用超聲-微波協(xié)同提取，最佳提取工藝參數(shù)為微波功率120 W，提取時(shí)間150 s，料液比1∶25，黃芪多糖的提取率優(yōu)于微波法水、提法及超聲波法等傳統(tǒng)的提取方法。董玲玲等人[77]采用微波法結(jié)合纖維素酶解法，對(duì)黃芪多糖的提取工藝參數(shù)進(jìn)行研究，得出工藝參數(shù)為酶解時(shí)間60 min，酶料比1∶57.61（U∶g），料液比1∶10，功率480 W，微波處理時(shí)間8 min，提取次數(shù)2 次。

3 結(jié)語(yǔ)

黃芪核心資源成分提取效果受不同的提取工藝影響。傳統(tǒng)的提取方法主要是以水為溶劑，經(jīng)濟(jì)易操作，但核心資源成分得率、效率均不高，溫度過(guò)高易使黃芪核心資源成分失活。水提醇沉法或醇提水沉法是近20 年工業(yè)化應(yīng)用最廣泛的方法，但大量使用易燃有機(jī)溶劑是致命的缺陷，安全手續(xù)復(fù)雜，投入較高。雙水相體系效率高，但體系用到的化學(xué)成分去除也增加了困難，故多見(jiàn)于實(shí)驗(yàn)室小試階段，難于工業(yè)化。亞臨界水提取效率高、經(jīng)濟(jì)節(jié)約，但高壓操作同樣有安全的壓力，且高溫對(duì)黃芪核心資源成分功效性保留不利。酶法提取不需要企業(yè)加裝特殊的設(shè)備，可加快提取過(guò)程中心資源成分在溶劑中溶出，提高收率。但是，酶對(duì)反應(yīng)環(huán)境的酸堿條件及酶的用量要求相對(duì)要求精準(zhǔn)，溫度、酶濃度、底物濃度、酸堿度、激動(dòng)劑及抑制劑等都對(duì)工藝有影響，工業(yè)化時(shí)需要摸索的工藝參數(shù)較多。超臨界CO2萃取技術(shù)對(duì)于安全性、核心資源成分的功效性保留及提取效率無(wú)疑具有優(yōu)勢(shì)，但設(shè)備投入較昂貴。閃式提取效率高，但提取到的核心資源成分溶解度差。多種技術(shù)進(jìn)行集合協(xié)同提取黃芪核心資源物質(zhì)可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，是近年來(lái)的發(fā)展方向。

總之，只有提取技術(shù)得到大力發(fā)展，黃芪核心資源成分的提取才能達(dá)到產(chǎn)物明確、過(guò)程可控的目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)黃芪產(chǎn)業(yè)科學(xué)化、現(xiàn)代化的發(fā)展。