董垚垚,周 涛,乔玉双,吴 澎*
(1.山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安 271018;2.山东农业大学园艺科学与工程学院,山东泰安 271018;3.泰安技师学院,山东泰安 271000)
黄精(Rhizoma polygonati)为百合科(Liliaceae)黄精属(PolygonatumMill)多年生草本植物,根状茎圆柱状,根状茎为常用中药“黄精”,一般可分为多花黄精、鸡头黄精、滇黄精[1]。黄精在中国分布于山东、黑龙江、吉林、辽宁等地,生长于海拔800~2 800 m 的林下、灌丛或山坡阴处,其中泰山林区生产的泰山黄精,在国内享有盛誉。
泰山黄精作为泰山四大名药之一,因其营养丰富、黄精多糖等物质含量高于同类黄精,拥有更好的抗衰老等功效而闻名,且泰山黄精种植培育技术较为成熟。野生的泰山黄精集中分布于泰山腹地、泰山东麓“药乡”林场等荫凉湿润的坡地[2]。泰山黄精食之性味甘甜、爽口,具有悠久的采食、入药历史。黄精根茎含有多种营养成分,包括糖分、脂肪、蛋白质、淀粉、胡萝卜素、维生素等[3]。生食、炖服均可,既可以充饥,又可以健身,可用于脾胃虚弱、体倦乏力、口干食少、肺虚燥咳、精血不足、内热消渴及肺结核、癣菌病等病症的治疗[4]。
泰山黄精根状茎呈圆柱状,结节膨大,一头粗、一头细,在粗的一头有短分枝,直径1~2 cm。人工培育的黄精通过移栽根茎的方式1~2 年即可收获,通过播种的方式需3~4 年收获[5]。茎高0~90 cm,或可达1 m 以上。花序通常具2~4 朵花,似成伞形状,总花梗长1~2 cm,花梗长4~10 mm,花被筒中部稍缢缩,裂片长约4 mm,花丝长0.5~1 mm,花药长2~3 cm,子房长约3 mm,花柱长5~7 mm。浆果直径7~10 mm,黑色,具4~7 颗种子。泰山黄精花期6—7 月,果期7—8 月[6]。
泰山黄精分布于山东省境内的泰沂山区,主要分布于泰山、徂徕山、沂蒙山的荫坡、石壁、杂草丛或树下的岩石缝隙,其中泰山风景区生长的黄精和多花黄精材质机理最好[7]。泰山黄精作为泰山四大名药之一,一直受广大学者关注。随着对其药用价值的进一步研究和开发,野生泰山黄精供不应求,泰安市已进行了大规模种植。目前繁育泰山黄精的研究方向主要有种苗繁殖技术、遮荫栽培技术等。自然状态下,泰山黄精的种子因自身休眠因素,发芽率很低[8]。为了解决黄精种子休眠的问题,科学家们对黄精种子进行消毒处理、层积处理、光照处理、浸种处理等以打破种子休眠。通过在不同温度条件下做黄精种子的萌发实验,得出在25~27 ℃时最适合黄精发芽[9-10]。以泰山野生黄精为材料进行组织培养方面的研究,得出了诱导不定根、增殖培养基以及生根培养基等关键配方,有效地解决了黄精组织培养中多项关键技术难题[11-12]。在不同遮荫处理黄精栽培时发现,40%透光率的遮荫处理可使黄精产量最高,抗病性明显增强[13]。在不同种类的林下种植黄精时发现,毛竹林和阔叶林下种植的黄精生长较好,产量较高[14]。
泰山黄精的主要化学成分包括多糖、甾体皂苷、三萜、生物碱、木脂素、黄酮、植物甾醇及挥发油和微量元素等[15],泰山黄精中多糖和甾体皂苷类成分含量较多[16],为其主要药效成分。对于黄精多糖的提取技术种类也比较多,如何高效率低损伤地提取黄精有效物质尤为重要。学者们通过微波、超声波辅助提取多糖的方式,改良了泰山黄精多糖提取工艺,得到了提取泰山黄精多糖的最佳条件,并测出了泰山黄精多糖含量[17-18]。
泰山黄精中富含黄精多糖,黄精多糖是植物多糖的一种,根据其易溶解等特性,目前用于黄精多糖的提取分离方法包括水提醇沉法、超声-微波协同法、复合酶解法等。
3.1.1 水提醇沉法
水提醇沉法是提取泰山黄精多糖最常用的方法。步骤为黄精粉碎-称取样品-加水恒温浸提-过滤-取得滤液-乙醇沉淀24 h-蒸发去除乙醇和水-粗多糖定容备用-苯酚硫酸法测吸光值-计算多糖得率。张梓原等[19]研究得出黄精多糖的最适宜提取条件为固料比1∶15、温度90 ℃、提取4 h,此条件下泰山黄精多糖的提取率为3.224 8%。
3.1.2 热水浸提法
热水浸提法所需条件简单,适用于游离态多糖的提取,并且干扰物质少,但在提取过程中需要多次浸提,操作时间长,收率低,且费时费料。步骤为粉碎通过20、60、100 目筛-加蒸馏水-适宜温度提取两次-合并提取液-过滤-离心-旋转蒸发浓缩-Sevag 试剂脱蛋白-活性炭脱色-浓缩-乙醇沉淀-洗涤沉淀-真空干燥得黄精多糖。最适宜提取条件为提取温度80 ℃,料液比1∶15,提取4 h,热水浸提法的提取率约为15.766%[20]。
3.1.3 超声-微波协同法
超声-微波协同法操作便捷,与传统的提取方法相比,提取率高、时间短、耗能低。步骤为黄精粉碎过40 目筛-石油醚回流脱脂2 次-预处理后黄精粉末按比例加水-浓缩-乙醇沉淀-静置过夜-离心-洗涤-得黄精多糖。最适宜提取条件为超声功率50 W、超声频率40 kHz、料液比1∶32(g/mL)、微波功率300 W、提取时间80 s,此时黄精多糖的提取率为11.19%[21]。
3.1.4 水煎煮法
水煎煮法提取率高,且工艺成本低,操作简单,适合工业化生产。步骤为黄精磨粉-水煎煮3 次-合并提取液-减压浓缩得到浸提膏-色谱分离-乙醇梯度洗脱-收集60%乙醇洗脱部位-色谱分离-氯仿甲醇洗脱-收集5∶1 洗脱部位-浓缩-黄精多糖。最适宜的提取条件为10 倍水煎煮3 次,每次2 h,浓缩至固液比为1∶1,醇浓度为75%,水煎煮法的提取率约为28%[22]。
3.1.5 酶解法
酶解法具有条件温和、不易破坏黄精多糖的结构和活性、杂质易除、回收率高等特点。步骤为黄精粉-石油醚超声提取-石油醚挥发-复合酶(纤维素酶∶木瓜蛋白酶=3∶7)酶解-沸水浸提-醇沉-多糖提取定容备用-苯酚硫酸法测多糖吸光值-计算多糖质量浓度-计算多糖得率。最适宜提取条件为酶用量为黄精质量的0.5%,酶解120 min,温度49 ℃,pH 4.6,酶解法的黄精多糖提取率约为16.3%[23]。
3.1.6 碱提法
碱提法的步骤为黄精烘干粉碎-碱液浸提2 次-离心-沉淀-洗涤-合并上清液-脱色-粗多糖-TCA 除蛋白-黄精多糖。最适宜提取条件为粒度60 目,碱液3%,固液比1∶15,碱提法的提取率约为11.89%[24]。碱提法的不足之处在于多糖在碱性较强时会降解,而且容易影响成品的色泽和风味。
3.1.7 离子液体-微波辅助提取法
微波辅助提取法具有升温快、穿透力强、萃取时间短等优点。步骤为黄精粉末-石油醚乙醇回流提取3 次-过滤晾干-加入一定浓度离子液体-提取-过滤得滤液-浓缩-乙醇沉淀-有机溶剂纯化-黄精多糖。最适宜的提取条件为0.6 mol/L 的离子液体、微波功率320 W、微波125s,离子液体-微波辅助提取法的提取率约为12.79%[25]。
生物法、微波法、超声法、超临界萃取法等辅助提取方法普遍用于黄精甾体皂苷的提取研究中,大大提高了提取的效果和速度。以下介绍几种甾体皂苷的提取方法。
3.2.1 浸渍法
浸渍法操作简单、耗时长、提取效率不高。步骤为黄精粉碎过20 目筛-乙醇回流提取3 次-过滤-减压蒸馏-石油醚萃取脱脂-正丁醇萃取-蒸发-大孔树脂分离-聚酰胺分离-ODS 进一步分离-ODS 和MCI 进一步分离-纯化-黄精皂苷。当温度达到80 ℃、料液比为1∶30(g/mL)、浸提时间3 h 时,提取率能达到6.64%[26]。
首先,如果j是正常节点,由于其行为的高度可靠性,其信任值会随着网络的持续运行而不断提高。重复1 000次并取平均值,正常节点j的信任值变化趋势如图3所示。
3.2.2 超声波法
超声波法提取甾体皂苷程序简单、操作便捷,提取产品纯度高、所耗时间少。步骤为烘箱烘至恒质量-研磨-过80 目筛-称取10 g 粉末-加75%乙醇若干-冷浸12 h-超声处理-过滤-加正丁醇萃取-静置24 h-取正丁醇相烘干-残渣用5 mL 甲醇溶解-经0.45 μm 微孔滤膜过滤-取过滤液。超声波法的最佳提取条件为75%乙醇,料液比1∶15,超声2 h,提取率为6.01%[27]。
3.2.3 直接水提法
直接水提法能提取水溶性较好的甾体皂苷,是常用提取甾体皂苷的方法。步骤为黄精破碎-加水-搅拌-加热煮沸-得到提取液-重复浸提多次[28]。最佳提取条件为固液比1∶10,在70 ℃下提取3 次,每次120 min,提取率为20%~30%。
黄酮类化合物具有抗肿瘤、抗病毒、防衰老、抗菌消炎、预防动脉粥样硬化以及保护心脑血管等功能。黄精总黄酮的提取主要有浸提法、超声波辅助提取法等。
3.3.1 酶-超声法
酶-超声法提取工艺具有提取效率高、稳定性及重复性好等优点,可用于黄精中总黄酮的提取,在该工艺下提取的总黄酮具有较强的抗氧化活性。步骤为黄精粉碎-过80 目筛-称量-加入乙醇水溶液-HAc-NaAc 缓冲液调节溶液pH 为5.0-加入适量的纤维素酶-50 ℃水浴加热提取90 min-超声提取30 min。最佳提取条件为纤维素酶用量0.75%,乙醇浓度40%,超声时间30 min,总黄酮含量为1.595%[29]。
3.3.2 超声辅助提取法
超声辅助提取法工艺操作简单、方便可行、提取效率稳定。步骤为研磨成粉末-置入圆底烧瓶中-加入60%乙醇,料液比1∶10,温度50 ℃-保鲜膜封口-超声提取25 min-冷却-过滤-收集滤液。此法提取工艺优化后的条件为提取温度70 ℃,料液比1∶5,体积分数80%,提取时间45 min,总黄酮含量为2.46 mg/g[30]。
3.3.3 水浴浸提法
水浴浸提法操作简单,方便快捷,也是在黄酮类化合物提取中应用最广泛的方法。步骤为粉碎-过筛-置于锥形瓶-加入乙醇溶液-水浴锅浸提-冷却-离心-取上清液。最佳提取条件为乙醇浓度75%,水浴温度80 ℃,过100~200 目筛,水浴时间40 min。此条件下黄精总黄酮的提取率为5.58%[31]。
泰山黄精因富含黄精多糖、甾体皂苷类、生物碱、微量元素等成分,在治疗很多病症时能体现其特殊功效,如补充人体微量元素、抗衰老、抗肿瘤、免疫调节、抗菌抗病毒、降血糖血脂等[32]。
Zn、Cu、Fe、Ca、Mg、Cr、Mn 等微量元素是人体不可缺少的,而泰山黄精中含有丰富的微量元素,含量如表1 所示[33]。由表可知,泰山黄精是非常适合补充人体微量元素的药食两用资源。
表1 泰山黄精中的微量元素Table 1 Trace elements in Taishan R. polygonati
中医常用平衡内环境疗法,即以补充铬、锌、锰等微量元素方式对患者进行治疗。其中黄精因富含锌、锰等微量元素常被添加入药[34],在很多传统治疗经典药方中都被添加。
黄精中含有的黄精粗多糖能使机体抗疲劳性能增强。有研究证明黄精粗多糖可显著延长小鼠负重游泳时间,降低运动后小鼠血清尿素氮含量及增加小鼠肝糖原含量,并呈剂量依赖关系。由此可见黄精粗多糖具有明显的抗疲劳作用[35]。而泰山黄精由于多糖含量高,对于抗疲劳也有独特的优势。用泰山黄精制成的复方试剂做抗疲劳实验,测定小鼠负重游泳时间,并检验小鼠肝糖原和肌糖原含量,通过实验发现对照组小鼠游泳时间为6.84±1.45 min,高剂量组小鼠游泳时间为8.90±1.15 min,低剂量组小鼠游泳时间为14.33±2.48 min[36]。研究结果表明黄精粗多糖能显著延长小鼠负重游泳时间,验证了泰山黄精在抗疲劳方面具有显著的药效。
衰老是自然界的普遍现象,衰老过程十分复杂。研究表明黄精可以提高机体抗衰老能力。用黄精的水提液饲养果蝇,可使果蝇平均生存期延长8%~9%[37]。邢兰英等[38]将黄精粉碎,加入适当辅料制成胶囊用于临床抗衰老研究,在患者口服3 个月后,对患者衰老症状进行检查,发现10 项衰老症状都有不同程度的改善,平均有效率达85.2%。王承楠[39]通过提取黄精复方中有效成分研究其抗衰老功能。用不同剂量黄精复方提取液分析其对D-gal 致衰老模型小鼠的抗衰老作用,结果显示中、高剂量组小鼠脑组织中SOD、GSH-PX、T-AOC 水平均有不同程度上升,MDA、NO 含量下降,表明黄精可能通过提高机体抗氧化能力来延缓衰老。以D-半乳糖致亚急性衰老小鼠为模型,同时给予不同浓度泰山黄精和药房购买的黄精(产地湖南)煎剂治疗。6 周后,测定小鼠脾脏指数和胸腺指数,结果显示与正常对照组比较,泰山黄精高、中浓度处理后胸腺和脾脏指数均明显升高。泰山黄精较对照组黄精能明显提高衰老模型小鼠中的胸腺指数和脾脏指数,提高衰老小鼠免疫功能。因此泰山黄精在抗衰老方面有显著功效[40]。
炎症是身体对刺激的防御反应,黄精多糖能够缓解炎症反应的能力,已有研究表明黄精多糖在心肌炎症、肠炎、肾损伤模型中均有抗炎作用。郑春艳等[41]为研究黄精多糖的抗菌活性和抗炎作用,给小鼠喂食黄精多糖,耳廓涂抹二甲苯致发炎,通过比重测量黄精多糖抗炎性。实验表明,黄精多糖具有一定的抑菌活性,对大肠杆菌、副伤寒杆菌、白葡萄球菌以及金黄色葡萄球菌等均有较强的抑制作用;同时能抑制二甲苯引起小鼠的耳肿胀,与对照组相比差异明显(P<0.01),具有一定的抗炎作用。为验证泰山黄精在抗炎方面的功效,有研究者将昆明种小鼠随机分组并给予不同剂量的泰山黄精水煎剂,作用于乌拉坦所致肺癌小鼠和二甲苯诱发耳肿胀小鼠,观察小鼠生存状况,记录其体质量变化,内脏(胸腺、脾、肺)指数及耳片肿胀度。结果发现:泰山黄精可改善乌拉坦所致肺癌小鼠的生存状态,提高其内脏指数,同时能抑制二甲苯引起的小鼠耳肿胀。由此可得泰山黄精对乌拉坦诱导的小鼠肺癌有一定的抑制作用且具有明显的抗炎作用[42]。
研究发现黄精多糖可显著降低实验性糖尿病鼠血糖和血清糖化血红蛋白浓度,并能显著升高血浆胰岛素及C 肽水平[43],黄精多糖能够降低链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病小鼠血糖,提高胰岛素表达,其机制可能与其抑制胰岛素细胞凋亡、下调caspase-3表达有关[44]。也有研究结果表明滇黄精提取物对外源性葡萄糖所致的高血糖小鼠的血糖水平有一定降低作用,同时可显著降低四氧嘧啶性糖尿病小鼠的血糖水平[45]。而通过苯酚-浓硫酸比色法进行测定,结果显示泰山黄精中多糖含量为13.19%[18]。由此可见富含多糖的泰山黄精,对调节血糖有很大帮助。
泰山黄精自古以来都是作为药食两用的材料,随着对黄精功效机理的深入研究,含有黄精的中成药研发也蓬勃发展起来。
冯玉龙[46]取黄精经蒸晒干燥,洗净,切碎,加水5 倍,用文火煎熬24 h,滤去渣,再将滤液用文火煎熬,不断搅拌,待熬成浸膏状,冷却,装瓶备用,制成黄精浸膏;一般2.5 kg 黄精可制黄精浸膏0.5 kg,每毫升相当于黄精5 g;治疗肺结核19 例,病灶完全吸收者4 例,吸收好转者12例,无变化者3 例。史巧英等[47]用黄精百部合剂(黄精30 g、百部15 g、夏枯草30 g、生牡蛎25 g 等),对66 例骨结核病人进行治疗,有效率为98.5%。
林兰[48]用降糖甲片(黄精、黄芪、太子参、生地、天花粉)治疗405 例成人糖尿病,效果较好,与应用西药降糖药组疗效相似,治疗后血糖和24 h 尿糖均明显下降,与治疗前有显著差异。孙威茂等[49]用黄精30 g、党参30 g、炮附子10 g、甘草15 g(随症加减,血虚加熟地、当归,阴虚加麦冬、龟板,失眠加首乌、炒酸枣仁)制成的黄精升压汤治疗原发性低血压56 例(连续测量3 d,血压均低于12.0/8.0 kPa),其中女38 例,男18 例;年龄17~52 岁,治愈35 例,有效19 例,无效2 例。
成都中医药大学研发出黄精多糖滴眼液(提取多花黄精中黄精多糖制成0.8%PM滴眼液)用于病毒性角膜炎的治疗,药理试验证明,黄精多糖制品对单纯疤疹病毒有较高的活性,急毒、长毒及一般药理都安全有效。临床试验0.2%的黄精滴眼液治疗角膜炎比0.1%的无环鸟普眼药水效果好[50]。且研究表明,黄精多糖滴眼液可以缓解家兔模型的结膜充血及水肿,减少分泌物等。
李世昌等[51]用黄精四草汤(黄精20 g、夏枯草15 g、益母草15 g、车前草15 g、豨莶草15 g)随症加减治疗40例缺血性脑血管疾病患者,15 日为一疗程,3 个疗程后判断临床疗效,结果显效率为75%,总有效率为90%,与治疗前比较有显著差异。用康宝液(黄精、枸杞子、淫羊藿、熟地、黄芪、山楂、刺五加、蜂王浆)15 mL,每天两次,治疗67 例脑功能减退症,可明显改善脑功能减退症的自觉症状及图形记忆、视力、听力、手颤、脑功能生物年龄等[52]。养心2 号方(太子参、黄芪、丹参、猪苓、川芎、党参、醋五味子、益母草、麦冬、酒黄精、土鳖虫等)可通过升高心力衰竭大鼠血清抑炎因子IL-10的水平,降低血清促炎因子(TNF-α、IL-1β、IL-σ)的浓度,来调节细胞因子的网络失衡,从而改善免疫功能,延缓心力衰竭大鼠的心室重构,提高左室射血分数,治疗心力衰竭[53]。
杨南松等[54]用黄精赞育胶囊(黄精、何首乌、枸杞、败酱草等)治疗肾虚型精亏兼湿热型弱精子症、少精子症引起的男性不育症302 例,总显效率为52.6%,总有效率为84.4%。与对照组五子衍宗丸相比,有非常显著的差异。
几乎所有的化疗药物均在不同程度上对骨髓造血功能有抑制作用。应用黄精五味方防治化疗抑制骨髓造血功能,取得了明显的效果。金长娟等[55]通过对黄精五味方(由黄精等五味中药制成)升高白细胞作用进行临床初步观察,发现中药组和西药组升白治疗后,白细胞数均有明显提高,经统计学处理,有显著性差异,但两组提高幅度无差异。
植物神经功能失调是神经内科的常见病,在临床上表现出多种症状,却没有相应的器质性损害。用宁神酊(黄精180 g,枸杞子、生地、白芍、首乌藤各90 g,黄芪、党参、当归、炒枣仁各60 g,麦冬、红花、菊花、佩兰、菖蒲、远志各30 g。以白酒6 000 mL 浸14~18 d)5~10 mL 每日3 次,或每晚服10~20 mL,治疗175 例植物神经功能失调患者,结果发现94.9%的病例自觉症状减轻或消失,睡眠改善,多梦减轻或消除[56]。
泰山黄精因其丰富的药用保健价值被广泛应用于各类产品开发。
泰山黄精同酸奶结合可研制出营养丰富并具有抗衰老、降血糖、降血脂、抗病原微生物等多种功能的黄精酸奶[57]。精选上好的泰山黄精为原料,经过清洗蒸制,打浆去皮熬制而成的黄精酱,酸甜适中、口感纯正细腻,易涂抹,易存储[58]。黄精也可用于粥的生产,将原料糯米、黄精、青稞预处理后通过实验得出最优比例(占水的质量百分比)为糯米15%,青稞15%,黄精18%,按此比例生产的黄精粥香甜软糯、汤汁固形物比例好、色泽均匀[59]。张松等[60]进行单因素实验,优化黄精薏仁馒头的配方,调配黄精粉、薏仁粉、加水量的比例,研制出一款感官性状好的黄精馒头,其质构特性指标完全符合市售要求,同时具有适宜开发和推广的特点。还有研究者[61]将黄精作为原料加入糕点中,研制出黄精韧性饼干等产品。
贾宇涵[62]提取黄精中的有效成分,制作成能延缓衰老、改善记忆力、提高人体免疫力且便于携带、使用方便、易储存的口服液产品。以黄精与葛根为原料研制的一款能降低血糖指数的黄精葛根保健饮料,充分发挥了黄精的药用保健价值[63]。以酒、黄精和山楂为原料制作出的保健营养型果酒[64],具有独特的发酵醇香、酯香和较强的保健作用。叶文峰等[65]以黄精作为主料,配以罗汉果、柠檬酸,用β-环糊精包埋黄精苦涩味研制出了一款营养丰富、口感适当、具有独特黄精风味的天然饮料。
多花泰山黄精活性成分也具有抗菌抑菌、保湿和抗氧化等效果,有望应用于保湿、美白和去皱等护肤产品中[66]。黄精中多糖大分子容易成膜,覆盖在皮肤表层减少水分挥发起到了缩水效果,因此多糖生物活性成分具有极强的保湿效果。此外多糖分子可以捕获并猝灭表皮细胞的氧活性自由基,并且能预先保护细胞生物膜免受自由基的伤害,因此多糖生物活性成分具有极强的抗氧化防衰老的作用。黄精干细胞可以有效刺激皮肤再生,加速肌肤自我再生及修复,对于治疗痤疮等皮肤问题有显著功效,且成分安全不易过敏[67]。
泰山黄精作为泰山四大名药之一,具有丰富的药用和食疗价值[68]。在当前的研究基础上,关于泰山黄精应加强以下几个方向的研究:进一步改进泰山黄精功能因子的提取工艺,使泰山黄精有效物质提取率更高是当前重要任务;通过合理开发利用泰山黄精药用价值,加大对泰山黄精的临床应用,深挖泰山黄精的药用价值;针对泰山黄精需求量供不应求的现象,应在大力开展保护野生泰山黄精活动的同时进一步研究泰山黄精的人工培育技术;加快泰山黄精的产品研发,保证产品及结构的多样性;在扩大黄精现代食品种类的基础上,开展泰山黄精在其他领域(如护肤、清洁、养生等)的应用。