黃精多糖的研究進展分析研究生物技術(shù)專業(yè)

黃精多糖的研究進展摘 要黃精為百合科植物屬滇黃精Polygonatum kingianum Coll. et Hemsl、黃精Polygonatum sibiricum Red. 或多花黃精Polygonatum cyrtonema Hua 的干燥根莖，是藥食同源的一種名貴中草藥。多糖是黃精中重要的一種化學成分，本文系統(tǒng)地收集并整理了有關(guān)黃精多糖研究進展的文獻資料,對黃精多糖的化學成分、含量測定方法及其提取工藝和藥理臨床作用進行了簡要的分析和闡述。關(guān)鍵詞：黃精多糖；化學成分；含量測定；提取工藝；藥理臨床應(yīng)用。Research Progress of Polygonatum sibiricum PolysaccharidesAbstract:Polygonatum is a dry rhizome of Liliaceae.It has Polygonatum kingianum Coll. et Hemsl,Polygonatum sibiricum Red. and Polygonatum cyrtonema Hua.It is a valuable herbal medicine homologous. In this paper the recent research of Chinese scholars on the composition,methods of content determination methods of extraction, main features of Polygonatum sibiricum polysaccharides and other aspects were analyzed and summarized, and the research prospect of Polygonatum sibiricum polysaccharides was also looked forward to. Key words:Polygonatum sibiricum Polysaccharide;Chemical composition;Determination of content;Extraction process;Pharmacological clinical application.引 言黃精為百合科植物屬滇黃精Polygonatum kingianum Coll. et Hemsl、黃精Polygonatum sibiricum Red. 或多花黃精Polygonatum cyrtonema Hua 的干燥根莖。按形狀不同，習稱“大黃精”、“雞頭黃精”、“姜形黃精”。春、秋二季采挖，除去根須，洗凈，置沸水中略燙或蒸至透心，干燥1。泰山黃精，又稱老虎姜、黃芝、雞頭參等，性甘、平，歸脾、肺、腎經(jīng)，具有補氣養(yǎng)陰、健脾潤肺、抗菌、抗衰老、強精力的功效，主要用于滋補養(yǎng)身、脾胃虛弱、口干食少、精血不足等癥；萬用黃精浸膏可治療腳癬?，F(xiàn)代醫(yī)學研究證明，黃精具有降血糖、降血脂、改善心血管功能、增強免疫力和抑制腫瘤等作用2。黃精屬植物在全球分布范圍很廣，據(jù)統(tǒng)計全球大約有40多種黃精屬植物，在中國越有31種，分布于全國各地3,但在河北、內(nèi)蒙古、陜西等地分布集中。而泰山黃精分布于山東省境內(nèi)的泰沂山區(qū)，主要分布在泰山、沂蒙山的蔭坡、石壁、雜草叢或者是樹下的巖石縫隙，尤其是以泰山風景區(qū)生長的黃精和多花黃精材質(zhì)機理為佳，深受國內(nèi)外學者關(guān)注。自20世紀80年代以來，國內(nèi)外廣大學者對黃精的化學成分進行了深入研究，研究發(fā)現(xiàn)了多種化學成分，其中主要包括多糖、三萜、甾體皂苷、木脂素、生物堿、黃酮及揮發(fā)油等，多糖和甾體皂苷類成分在黃精中含量最大，是最主要藥效成分。藥理活性方面，黃精在抗衰老、調(diào)節(jié)免疫力、調(diào)血脂、改善記憶力、抗腫瘤、抗菌等方面顯示出潛在的藥用價值4。在查閱收集相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，綜述近年來黃精多糖的研究進展，旨在為相關(guān)研究提供理論借鑒。1 黃精多糖的化學成分多糖是由單糖縮合成的一種多聚物，廣泛的分布在自然界中，是一類重要的生物活性物質(zhì)。黃精多糖溶于水，不溶于高濃度的乙醇、丙酮等有機溶劑?？膳c硫酸苯酚、硫酸蒽酮發(fā)生顯色反應(yīng)。黃精多糖是由黃精塊狀根莖中提取出來的具有多種生物活性且結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的植物多糖。由于黃精的品種、產(chǎn)地以及多糖的提取方式不同，所以不同品種的黃精多糖在化學組成結(jié)構(gòu)、單糖的種類以及相對分子質(zhì)量等理化指標上有著明顯的差異。不同材料中所提取的黃精多糖含量不同，新鮮黃精中多糖含量最高，炮制后的黃精多糖含量最低。張庭廷5等通過對九華山的多花黃精多糖的分級提取以及化學結(jié)構(gòu)的研究，發(fā)現(xiàn)其黃精多糖屬于雜多糖，其相對分子量為8912，組成為果糖：葡萄糖=8.7:1。內(nèi)蒙古野生黃精多糖是由單一果糖組成的相對分子質(zhì)量為7073 Da的同多糖6；滇黃精多糖主要由葡萄糖組成，單糖間以(1，4) 糖苷鍵進行鏈接，相對分子質(zhì)量為8100Da7。而吳群絨8等通過實驗，從滇黃精中分離得到滇黃精多糖I(PKP I) ，這是首次從滇黃精中提取分離出的一種新多糖。通過以上結(jié)果表明，多花黃精，黃精，滇黃精3個品種所含的多糖的組成存在顯著差異。王坤等9采用多種方法對不同提取條件下多花黃精多糖的單糖組成、含量等進行測定分析，從中得到多花黃精多糖PCP1，PCP2，PCP3，PCP4，PCP55個樣品，其相對分子質(zhì)量分別為2010，38600,42600,34300和24100Da，且均含有一定量的阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖和半乳糖醛酸，以及少量的木糖和葡萄糖醛酸; 水提樣品中半乳糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖醛酸相對含量較高。黃精材料中的多糖與其他材料中的多糖還存在著明顯差異。林勤保等10人采用高效液相色譜法，研究分析了大棗多糖的單糖組成結(jié)果表明大棗中性多糖的單糖組成為L-阿拉伯糖，D-半乳糖和D-葡萄糖; 酸性多糖的單糖組成為L-鼠李糖，L-阿拉伯糖，D-半乳糖，D-甘露糖和D-半乳糖醛酸。而綠茶多糖相對分子質(zhì)量為91000，由半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖、葡萄糖、巖藻糖組成，物質(zhì)的量比為2.43：1.04:1.00：0.62：0.23；烏龍茶多糖相對分子質(zhì)量為107000，由葡萄糖、半乳糖、巖藻糖、阿拉伯糖、木糖組成，其單糖組成比為44.20:41.99:6.08:5.52:2.2111。 2 黃精多糖的含量測定方法 黃精多糖含量的測定常采用的方法是蒽酮-硫酸比色法、苯酚-硫酸法、紅外光譜定量分析法以及DNS法。目前測量黃精多糖最主要采用的蒽酮-硫酸比色法、苯酚-硫酸法。其原理是根據(jù)多糖在硫酸的作用下水解成單糖分子，并迅速脫水生成糖醛衍生物，再將其與苯酚或蒽酮縮合成有色化合物，在適當波長下和一定濃度范圍內(nèi)，吸收值與糖濃度呈線性關(guān)系，從而測定其含量。蒽酮-硫酸法的主要測定方法為取經(jīng)105干燥至恒重的無水葡萄糖對照品33mg，精密稱定，置100ml量瓶中，加水溶解并稀釋至刻度，搖勻，即得（每ml中含無水葡萄糖0.33mg）。精密量取對照品溶液0ml/0.1ml/0.2ml/0.3ml/0.4ml/0.5ml/0.6ml于10ml具塞刻度試管中，各加水至2ml搖勻，在冰水浴中緩緩滴加化0.2蒽酮硫酸溶液至刻度，混勻，放冷后置水浴中保溫10分鐘，取出，立即置冰水浴中冷卻10分鐘，取出，以相應(yīng)的試劑為空白，照紫外可見分光光度法（通則），在582nm的波長處測定吸光度，吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標，繪制標準曲線。取60干燥至恒重的黃精樣品細粉0.25g精密稱定，置圓底燒瓶中，加80己醇150ml置水浴中回流小時，趁熱過濾，殘渣用80熱乙醇洗涂次，每次10ml，將殘渣及濾紙置燒瓶中加水150ml，置沸水浴中回流1小時，趁熱濾過，殘渣及燒瓶用熱水洗涂次，每次10ml，合并濾液與洗液，放冷，轉(zhuǎn)移至250ml容量瓶中，加水至刻度，搖勻。精密量取供試品溶液1ml置20ml具塞干燥試管中，照標準曲線的制備項下的方法，自加水至2ml起，依法測定吸光度，從標準曲線上讀出供試品溶液中含無水葡萄糖的重量（mg）。計算即得。本品按干燥品計算，含黃精多糖無水葡萄糖計，不得少于12.5。周斌12等在對九華山地區(qū)黃精多糖含量的研究中，使用蒽酮硫酸比色法測定黃精中多糖含量。以葡萄糖為對照品，通過此方法在最大波長為620nm處測得吸光度，帶入回歸曲線方程，結(jié)果3批樣品中多糖含量分別為136.45/137.45/137.42mg/g。測定結(jié)果表明: 該法具有操作簡單快速、靈敏準確的優(yōu)點。 苯酚-硫酸法的主要測定方法為稱取樣品0.2g-0.1g于50ml具塞離心管中。先用5ml水浸潤樣品，緩慢加入20ml無水乙醇，同時使用渦旋振蕩器震搖，使混合均勻，放在超聲波提取器中超聲提取30min。提取結(jié)束后，于4000r/min離心10min，棄去上清液。不溶物用10ml80乙醇溶液洗滌、離心。用水將上述不溶物轉(zhuǎn)移到燒瓶中，加入50ml水，于120W超聲提取30min,重復(fù)兩次。冷卻至室溫，過濾，將上清液轉(zhuǎn)移至200ml容量瓶中，殘渣洗滌2-3次，洗滌液轉(zhuǎn)至容量瓶中，加水定容。再分別吸取0/0.2/0.4/0.6/0.8/1.0ml的標準葡萄糖溶液置于20ml具塞比色管中，用蒸餾水補至1.0ml。向試液中加入1.0ml 5苯酚溶液，然后快速加入5.0ml硫酸，靜置10min。使用漩渦振蕩器使反應(yīng)液充分混合，然后將試管放置于30水浴反應(yīng)20min，490nm測吸光度。以葡萄糖質(zhì)量濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，指定標準曲線。吸取1.00ml樣品測定液于20ml具塞試管中，按照上述標準曲線的制作方法測定吸光度。用該法測定黃精總多糖含量，快速準確，穩(wěn)定可靠，可作為黃精總多糖含量測定方法。3 黃精多糖的提取工藝查閱相關(guān)文獻得知，植物多糖因?qū)嶒灢牧霞澳康牟煌?，所選擇的提取方法也會有所不同。常用的多糖提取方法可以分為三大類：溶劑法、酶解法以及物理強化法。溶劑法包括水提醇沉法、酸提法、堿提法。酶解法包括單一酶解法和復(fù)合酶解法。而物理強化法主要有微波輔助提取法、超聲波輔助提取法、高壓脈沖法等。而目前用于黃精多糖提取分離方法有水煎煮法、堿提法、酶解法、微波輔助提取法、超聲波提取法。3.1 水煎煮法水提法是提取分離黃精多糖的傳統(tǒng)方法，其主要影響因素較多有提取溫度、提取次數(shù)、提取時間和溶劑倍數(shù)等。陳剛13等利用響應(yīng)面分析法對在單因素實驗基礎(chǔ)上選取的料液比、提取溫度和提取時間三個主要因素，以黃精多糖提取率為響應(yīng)值，得出最佳工藝條件為料液比是21.5:1，在73.5下，提取2.5h，其實際提取率可達12.25，比單因素實驗最高提取率高出10.6。王冬梅14等采用水提醇沉法通過正交試驗對秦嶺卷葉黃精(Ploygonatum cirrhifolium) 多糖提取工藝進行研究，提取的最佳工藝為: 提取時間為2h，提取溫度為80 ，液料比為1:25。孫庭閣15等采用正交實驗比較了不同的提取次數(shù)、提取溫度、浸提時間、固液比對泰山黃精多糖提取率的影響，結(jié)果實驗表明影響多糖收率的順序為：提取溫度固液比提取次數(shù)時間，得出最佳工藝為溫度為80，固液比1:15，提取次數(shù)2次，時間120min。梁引庫16通過水提醇沉法提取黃精多糖，結(jié)果表明，固料比1:15，提取溫度90 ，提取時間4h，提取一次黃精多糖的得率可達3.2248。3.2 堿提法堿液有助于解除植物細胞壁分子間的化學和物理作用。堿提法通過堿液破壞細胞壁的作用使得有效成分溶出細胞，達到提取多糖的效果。有些多糖在堿液中有更高的提取率，尤其是提取含有糖酸酸的多糖17。趙瑞萌18等人采用正交實驗優(yōu)化了堿法提取黃精多糖的工藝流程，結(jié)果研究表明，提取條件對多糖收率影響順序為：藥材粒度堿液濃度固液比。最佳工藝為藥材粒度為60目，堿液為3NaOH溶液，固液比為1:15。3.3 酶解法植物細胞壁是由纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等物質(zhì)構(gòu)成的致密結(jié)構(gòu)。酶解法是通過相應(yīng)的酶破壞細胞壁的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生局部的坍塌、溶解、疏松，減少溶劑提取時來自細胞壁和細胞間質(zhì)的阻力，加快有效成分溶出細胞的速率，提高提取效率，縮短提取時間19。李智慧20等通過添加纖維素酶提取黃精多糖，結(jié)果表明，纖維素酶用量為黃精質(zhì)量的0.50。酶解時間為120min，酶解溫度49，酶解PH值4.6，黃精多糖提取率為(16.3±0.5)。3.4 微波輔助提取法微波提取是通過偶極子旋轉(zhuǎn)和離子傳導(dǎo)兩種方式里外同時加熱，與常規(guī)提取法相比，具有高效、節(jié)能、省時等特點。張瑞堂21等以浸膏得率和多糖含量為考察指標，采用單因素試驗和正交試驗，得出的最佳工藝條件為加14倍量水，浸泡1.5h，溫度60，微波提取3次，每次12min。曲曉蘭22等采用微波輔助提取法提取黃精多糖，結(jié)果表明: 微波輔助提取法具有迅速、操作簡單、提取率較高等優(yōu)點，此方法將對黃精多糖的基礎(chǔ)研究和開發(fā)利用起到很好的促進作用。胡芳等以黃精多糖含量為指標，使用單因素和正交試驗優(yōu)化的黃精多糖最佳工藝為：黃精除雜后的粉末浸泡60 min，固液比50:1，微波功率450W，處理5min，提取率為1182（n5）。周桃英等23通過單因素與正交實驗優(yōu)化其提取工藝，得到超聲波-微波協(xié)同法提取黃精的最佳工藝條件為超聲功率50 W、超聲頻率40 KHz、料液比為1:32、微波功率300 W、提取時間為80 s；此時黃精多糖提取率實際值為11.91。3.5 超聲波提取法超聲波輔助提取是在水浸提的同時加超聲波輔助。此法不僅可縮短提取時間，提高提取率，且避免高溫對有效成分的影響。中藥材中的藥效物質(zhì)之所以能高效率分離出來，是因為其在超聲作用下不但作為介質(zhì)質(zhì)點獲得了巨大的加速度和動能，而且通過了空化效應(yīng)獲得了強大的外力沖擊。高紅莉24用超聲波提取方法從泰山黃精中提取黃精多糖，得到黃精多糖含量為13.19，比常規(guī)法提取的黃精多糖含量高出23.6。4 黃精多糖的藥理臨床研究黃精多糖是黃精中重要的功能成分之一，據(jù)相關(guān)文獻報道，黃精多糖藥理價值很高，具有抗腫瘤、延緩衰老、抗疲勞、降血脂血糖、提高學習記憶的作用。在功能食品中，醫(yī)療保健方面具有良好的發(fā)展應(yīng)用前景25。在臨床應(yīng)用方面，在抗感染、提高免疫功能以及治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面有顯著療效。4.1 抗腫瘤研究表明黃精多糖對體外和動物在體移植瘤均有很好的抑制作用，不僅能顯著抑制H22移植瘤的生長，使細胞停滯于G0/G1期而阻礙細胞增殖，提高腫瘤組織中Caspase-3,8,9的活性加速腫瘤細胞的凋亡26; 還能減少在體Heps，Eac瘤的質(zhì)量，且給藥劑量為50 mg/kg時有顯著的抑瘤作用27; 黃精多糖給藥48h后，體外人食管癌Eca-109細胞、人胃癌HGC-27細胞、人直腸癌HCT-8細胞S期百分比率顯著升高，提示腫瘤細胞可能被阻滯于S期而加速凋亡28。4.2 抗衰老近年研究發(fā)現(xiàn)黃精多糖具有抗衰老作用。抗衰老一直是人類健康關(guān)注的重點，研究證實端粒作為人類染色體末端的一段堿基對，其脫失的嚴重程度大大決定了人體的衰老程度。研究利用Fenton法、鄰苯三酚自氧化法和磷鉬絡(luò)合物法分別研究了硫酸酯化黃精多糖和黃精多糖對羥基自由基、超氧陰離子自由基的清除能力和總抗氧化活性。結(jié)果表明，硫酸酯化黃精多糖和黃精多糖都具有較好的抗氧化活性，在一定范圍內(nèi)，隨硫酸酯化黃精多糖和黃精多糖濃度的提高，對羥基自由基的清除、超氧陰離子自由基的抑制和總抗氧化活性也逐漸增高；硫酸酯化黃精多糖和黃精多糖對羥基自由基的清除率最高可分別達74.6和92.1；對超氧陰離子自由基的抑制率最高可分別達86.7和8029。李超彥等30研究發(fā)現(xiàn)黃精多糖對更年期大鼠血清超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)活性均具有顯著的改善，該項研究再次證明黃精多糖具有良好的抗衰老作用。黃精多糖能改變老齡大鼠老化相關(guān)酶活性31，增強自然更年期大鼠的抗氧化能力并改善其血脂代謝延緩衰老32，并能影響骨骼肌氧化活性，降低骨骼肌MDA含量，增強骨骼肌內(nèi)源性SOD活性，從而增強機體的抗損傷、抗衰老作用33。4.3 降血糖 高英等33發(fā)現(xiàn)PSP為黃精中抑制一葡萄糖苷酶活性的主要成分。李友元等34研究發(fā)現(xiàn)PSP可顯著降低實驗性糖尿病鼠血糖和血清糖化血紅蛋白濃度，并明顯升高血漿胰島素及C肽水平。公惠玲等35研究發(fā)現(xiàn)PSP能夠降低鏈脈菌素(STZ)糖尿病大鼠血糖，提高胰島素表達，其機制可能與抗氧化作用有關(guān)。研究表明37黃精多糖能降低患病大鼠的血糖水平，減輕多飲多尿癥狀，增加大鼠體重，改善腎臟肥大指數(shù)，尿微量白蛋白(mAlb)，血肌酐(SCr)，尿素氮(BUN) 水平也均有顯著改善，說明黃精多糖降低血糖改善糖尿病腎病癥狀，進而保護腎臟。4.4 治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病成威38研究了PSP對APP轉(zhuǎn)基因小鼠學習記憶能力及海馬CAI區(qū)超微結(jié)構(gòu)，電子標本顯示PSP治療組腦組織神經(jīng)元數(shù)目相對較多，神經(jīng)細胞變性程度減輕;有關(guān)線粒體、突觸及突觸界面結(jié)構(gòu)的體視學參數(shù)有明顯改善;腦組織水腫減輕，細胞器空泡樣變性明顯減少，結(jié)果表明PSP是治療實驗性阿爾茨海默病的有效藥物。4.5 抗炎及抑菌作用鄭春艷等39實驗表明，黃精多糖對大腸桿菌、副傷寒桿菌、白葡萄球菌以及金黃色葡萄球菌等均有較強的抑制作用，同時還能抑制小鼠的耳脹，具有一定的抗炎作用。PSP的抗病毒和抗菌作用在臨床上已取得良好的療效40。辜紅梅等41研究發(fā)現(xiàn)PSP有體外抗單瘡病毒的作用。5 展望黃精多糖作為一種藥食同源性食物，由于其多方面的功能活性，受到廣大消費者推崇。另外，我國黃精資源豐富，藥用價值相當可觀，為其開發(fā)利用提供了廣闊前景。但是，目前對于黃精多糖化學成分微量鑒定以及其分子水平的藥效研究仍不夠完善?，F(xiàn)代藥理學研究表明黃精多糖具有良好的抗動脈粥樣硬化、抗炎、抗衰老、抗腫瘤、降血脂、降血糖等方面的藥理作用。隨著對黃精藥理藥化及臨床研究的逐步深入，黃精的臨床應(yīng)用也越來越廣泛。但是在臨床上有PSP開發(fā)的制劑還大多數(shù)處于試驗研究階段，所以研制開發(fā)出更加穩(wěn)定的PSP制劑用于臨床應(yīng)用上將會是以后研究的重點。而且研究黃精在保健品開發(fā)具有保健功能的食品開發(fā)化妝品開發(fā)等領(lǐng)域的應(yīng)用也將成為今后研究的主要方向。參 考 文 獻1國家藥典委員會. 中華人民共和國藥典2010年版(一部)S. 北京: 中國醫(yī)藥科技出版社,2010: 2882黃瑤,石林. 黃精的藥理研究及其開發(fā)利用J. 華西藥學雜志,2002,17(4): 278-279.3徐國鈞,徐珞珊. 常用中藥材品種整理和質(zhì)量研究(南方協(xié)作組，第1冊)M.廈門: 福建科技出版社，19944陳曄,孫曉生. 黃精的藥理研究進展J. 中藥新藥與臨床藥理,2010,21(3): 328-330.5張庭廷,胡威,汪好芬，等. 九華山黃精多糖的分離純化及化學表征J. 食品科學,2011（10）: 48-50.6Zhang X H,Geraldo B J H,Zhao G T，et al. 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