鐵皮石斛多糖的提取工藝及對生物活性影響研究進展

喻明軍，向 敏，夏 勇，劉西嶺，李 濤，徐 娟

（1.亳州學(xué)院中藥學(xué)院，安徽亳州 236800；2.亳州學(xué)院生物與食品工程系，安徽亳州 236800；3.廬江縣天地禾生物技術(shù)有限公司，安徽廬江 231500）

0 引言

鐵皮石斛（Dendrobium officinale）屬于蘭科植物，在我國主要分布在安徽、浙江和廣西等地，自古被奉為“仙草”，藥用價值較高。多糖是鐵皮石斛的主要活性成分，具有抗氧化[1]、增強免疫[2]、降血糖[3]、降血壓[4]、抗炎[5]和抗癌[6-7]等功能。鐵皮石斛多糖含量高低是判斷鐵皮石斛品質(zhì)的主要依據(jù)。近年來，對鐵皮石斛多糖的提取工藝和生物活性研究的報道日益增多，綜述近年來鐵皮石斛多糖提取工藝研究，為鐵皮石斛多糖的提取工藝研究方向提供參考。

1 鐵皮石斛多糖

鐵皮石斛多糖的含量與產(chǎn)地、加工方式和生長年限密切相關(guān)，不同部位的多糖含量差異性較大，其中莖的多糖含量最高，葉次之，花中含量最低[8]。有文獻研究表明，具有生理活性的鐵皮石斛多糖大多為O-乙酰化葡甘露聚糖，單元骨架通常為（1→4）、（1→3）或（1→6）連接的糖基殘基[9]。

O-乙酰化葡甘聚糖的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 O-乙酰化葡甘聚糖的結(jié)構(gòu)

2 鐵皮石斛多糖提取

2.1 浸漬法

浸漬法是一種常用的提取方法，將藥材浸泡在溶劑中，在常溫或加熱條件下使所含有的有效成分被浸出。劉靜平等人[10]研究了熱水浸提鐵皮石斛多糖工藝，通過正交試驗得出的最佳提取條件為料液比1∶20，提取次數(shù)3次，提取溫度80℃，提取時間2 h。王培培等人[11]通過正交試驗得出最佳提取條件為料液比1∶40，提取溫度降低到70℃，提取次數(shù)2次，每次2 h，多糖提取率為31.6%。黃曉君等人[12]通過響應(yīng)曲面法優(yōu)化得到的最佳提取條件為料液比1∶30，提取溫度90℃，提取時間2 h，多糖提取率為30.56%。王建明等人[13]通過響應(yīng)面法優(yōu)化了浸取工藝，通過二次回歸模型響應(yīng)面分析，得到鐵皮石斛多糖提取最佳工藝條件為料液比1∶75，常溫提取3次，每次2 h，鐵皮石斛多糖提取率為34.96%。肖胤等人[14]運用超聲粉碎-熱水浸提法提取鐵皮石斛多糖，正交試驗確定提取工藝最佳參數(shù)為料液比1:20，提取次數(shù)8次，每次0.5 h，提取率與王培培等人[11]試驗結(jié)果相似。影響浸漬提取收率的主要因素為料液比、提取溫度、提取時間和提取次數(shù)，其中料液比為關(guān)鍵因素。浸提法雖然簡單，但是提取次數(shù)較多，時間較長。

2.2 回流法

多糖回流提取以水為溶劑，在回流條件下進行提取。提取效率高于浸漬法，但溫度高可能會破壞有效成分。王琳等人[15]研究了回流法提取石斛鮮條的多糖工藝，通過響應(yīng)面法優(yōu)化得出最佳提取工藝條件為料液比1∶31.28，提取次數(shù)3次，提取時間3 h，多糖提取率為30.83%。黃麗等人[16]通過三因素正交法優(yōu)化了得到最佳提取工藝條件為料液比1∶40，回流提取3次，提取時間2 h。

2.3 超聲法

超聲法是通過機械、熱學(xué)及空化等作用，加速有效成分進入溶劑，從而提高提取效率，節(jié)約了溶劑。葉余原[17]報道了超聲法提取鐵皮石斛多糖，通過正交試驗得到了最佳的超聲提取工藝為超聲頻率45 kHz，料液比10∶30，提取溫度50℃，提取時間1.5 h，多糖提取率為15.3%。韓冉等人[18]研究表明，超聲提取的最佳條件為超聲頻率24 kHz，25℃下超聲提取20 min，提取率為15.78%±0.072%，與葉余原報道的收率相似。邱現(xiàn)創(chuàng)等人[1]研究了低超聲波提取鐵皮石斛多糖，研究結(jié)果顯示，在超聲波功率250 W，料液比1∶50.26，在41.74℃下超聲28.65 min，鐵皮石斛多糖得率提高到25.39%，高于傳統(tǒng)熱水浸提法的18%。金蓉等人[19]的研究表明，常溫下100 W超聲提取3 min的鐵皮石斛多糖提取率高于傳統(tǒng)浸漬提取2 h的提取率，而在100℃，500 W下超聲提取3 min的提取率與回流提取2 h相當。Cui H Y等人[20]研究表明，鐵皮石斛超聲提取物的抗氧化活性弱于熱水提取法。這些研究表明超聲提取法的提取效率遠高于傳統(tǒng)浸漬法和回流提取法，但可能會降低提取物的生物活性。

2.4 微波法

微波能將能量穿透固體材料，直接作用植物細胞內(nèi)，使細胞內(nèi)溫度迅速上升，導(dǎo)致細胞壁破裂，加速有效成分轉(zhuǎn)移到溶劑中。因此，微波輔助提取是一種以較短的時間、較低的溶劑和能耗提取高產(chǎn)多糖的創(chuàng)新提取系統(tǒng)[21]。陳盛余等人[22]報道了微波輔助提取鐵皮石斛多糖的研究，對料液比、微波功率、提取時間和提取溫度因素進行了四因素三水平正交設(shè)計試驗，得到最佳提取工藝參數(shù)為料液比1∶45，微波功率900 W，提取溫度95℃，提取時間30 min，鐵皮石斛多糖的提取率為9.77%。尚喜雨等人[23]研究表明，在微波功率400 W，pH值8，料液比1∶50條件下，微波提取6 min，鐵皮石斛多糖提取率為17.48%。

2.5 酶法

在植物多糖的提取過程中，細胞壁和細胞間質(zhì)是影響提取率和速率的關(guān)鍵因素。酶可以有效地破壞植物細胞壁，從而提高多糖的提取效率[24]。韓冉等人[18]研究了酶解提取石斛多糖工藝，最優(yōu)提取條件為在60℃控制提取液pH值6.0，果膠酶質(zhì)量濃度1 500 U/L下，石斛多糖得率為14.89%±0.053%。謝集照等人[25]研究了果膠酶、中性纖維素酶、β-葡聚糖酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、半纖維素酶和中溫α-淀粉酶對鐵皮石斛多糖提取率的影響，結(jié)果表明木瓜蛋白酶與α-淀粉酶按1∶2混合使用效果最好，控制酶解溫度55℃，pH值7，酶解時間3 h，鐵皮石斛多糖的提取率與《中國藥典》規(guī)定的鐵皮石斛多糖含量測定方法提取率基本一致。薛燕等人[26]也報道了使用復(fù)合酶提取鐵皮石斛多糖，將果膠酶、中性蛋白酶和纖維素酶兩兩組合來研究復(fù)合酶對鐵皮石斛多糖提取率的影響，結(jié)果表明中性蛋白酶與纖維素酶按照2∶1混合效果最佳，通過正交試驗得出最佳提取條件為復(fù)合酶濃度10%，料液比1∶120，pH值6.0，酶解溫度55℃，酶解時間3 h，多糖提取率為43.85%±1.8%。楊巖等人[27]報道了利用α-L-鼠李糖苷酶輔助提取鐵皮石斛多糖，在酶添加量為2.5%時多糖提取率達到最大值38.4%，優(yōu)于不加酶處理的21.7%。唐政等人[28]研究表明，纖維素酶和果膠酶按照1∶1混合得到的復(fù)合酶，復(fù)合酶添加量1%，酶解液pH值6.5，在50℃下提取135 min,提取率達到41.33%。酶的種類、用量、酶解pH值、酶解溫度和時間都能影響多糖的提取率，其中酶種類為關(guān)鍵因素。

2.6 閃式提取法

閃式提取通過高速攪拌、振動和滲濾，將植物組織中的有效成分有效轉(zhuǎn)移出來，其具有溶劑用量小、提取時間短、提取效率高且不會破壞成分，目前在多糖提取中應(yīng)用較多[29]。李貝貝等人[30]研究了閃式提取法提取鐵皮石斛多糖，正交法優(yōu)化后的最佳工藝條件為料液比1∶30，浸泡30 min后，常溫提取3次，每次2 min，閃式提取器電壓控制在120 V左右，提取率達到31.45%。李嬌等人[31]研究表明，閃式提取2 min，鐵皮石斛多糖的提取率為24.05%，高于超聲提取20 min的18.75%和水提2 h的10.90%。閃式提取法提取石斛多糖具有時間短、收率高的特點，適合實驗室制備樣品。

2.7 凍融提取

凍融法是分解植物組織和細胞膜的一種有效且廉價的物理技術(shù)。植物樣品經(jīng)凍融后，能夠增加細胞膜通透性，使細胞里的物質(zhì)更快更徹底地流出[32-33]。譚青云等人[34]研究了凍融法提取鐵皮石斛多糖工藝，凍融3次，多糖提取率達到40%以上。Lian H等人[35]也報道了凍融法提取鐵皮石斛多糖，多糖提取率達到20.33%，高于熱水提取、微波熱水提取和酶輔助熱水提取，略低于超聲熱水提取的20.55%。

2.8 多種技術(shù)聯(lián)合提取法

在提取過程中常將多種提取方法聯(lián)合使用以提高提取率。廖霞等人[36]研究了酶提取法聯(lián)合微波輔助提取法提取鐵皮石斛多糖。將鐵皮石斛和果膠酶（2 500 U/g）在常溫下反應(yīng)2 h，然后在微波輔助下提取鐵皮石斛多糖，在最佳條件下，鐵皮石斛的多糖提取率為29.40%，高于單獨酶法或微波輔助提取。

從植物中提取多糖需要遵循一系列程序，包括溶劑滲透、多糖溶解和擴散。溶劑滲透進入細胞和溶質(zhì)擴散的改善是促進提取效率和提取率的關(guān)鍵因素。熱水提取可以很容易地加速多糖的擴散速率，一般提取率隨水溫度升高而提高。微波提取、超聲提取、酶法提取、閃式提取和凍融提取可以通過生物降解或機械破壞植物細胞壁，可以很大程度上促進多糖的溶解和擴散。

多糖提取機理見圖2，不同提取方法鐵皮石斛多糖提取率見圖3。

圖2 多糖提取機理

圖3 不同提取方法鐵皮石斛多糖提取率

圖3總結(jié)了不同提取方法鐵皮石斛多糖的提取率，從圖3中可以看出，酶法提取、凍融提取和閃式提取的收率相對較高；同種提取方法提取率的差異性可能是原料來源不同。

3 提取方式對鐵皮石斛多糖生物活性影響

不同提取方式提取的鐵皮石斛多糖生理活性有一定的差異性。譚青云等人[34]比較了傳統(tǒng)熱水提取法、超聲提取法、酶法提取、閃式提取法和凍融提取法提取的鐵皮石斛多糖對α-葡萄糖苷酶抑制活性影響，結(jié)果表明凍融提取的鐵皮石斛多糖活性最高，閃式提取次之，再次是超聲提取，酶法提取與傳統(tǒng)熱水提取活性相近。可能的原因是凍融提取是在低溫條件下進行，不經(jīng)過加熱和機械等物料處理，以及酶解等化學(xué)處理，多糖的結(jié)構(gòu)保持較好。Lian H等人[35]比較了熱水提取法、超聲提取法、微波熱水提取法、酶輔助熱水提取法、冷壓法和凍融法提取的鐵皮石斛多糖的抗氧化性能。凍融法提取的鐵皮石斛多糖的ABTS自由基去除性能和清除H2O2的能力最強，冷壓法次之，超聲提取的多糖略高于熱水提取，而微波提取的多糖抗氧化能力最弱。邱現(xiàn)創(chuàng)等人[1]的研究也表明超聲提取比熱水提取的多糖提取率提高了18%，時間縮短了75%，且沒有降低對1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基和羥自由基去除能力。

4 結(jié)語

鐵皮石斛多糖具有多種生理、藥理活性，具有降血糖、降血壓、抗氧化、調(diào)節(jié)免疫等作用，但是不同的提取方式對鐵皮石斛多糖提取率及活性影響較大。微波提取雖然速度快、提取率高，但多糖活性相對較低。酶法和超聲提取效率和得率相近，抗氧化活性能力也相似。凍融法提取的多糖能夠很好地保持原有結(jié)構(gòu)，活性較好，是一種新的研究方向，但是凍融提取作為一種新的提取方式，目前還處在實驗室階段。閃式提取也能很好地保證鐵皮石斛多糖的活性，多糖提取率和速率也較超聲提取高，但該方法只適合實驗室使用。2種提取方法，如酶法-微波，聯(lián)合提取鐵皮石斛多糖比單一方法提取的提取率高。在研究鐵皮石斛多糖提取時，不僅要考慮提取率，更要考慮多糖的生理活性。