天然植物多糖提取工艺及研究进展

娜日苏

（赤峰学院 基础医学院，内蒙古 赤峰 024000）

2020年突如其来的新型冠状病毒，举国上下集结所有力量，共同抗争疫情。2020年6月2日，总书记主持召开专家学者座谈会并发表重要讲话，强调“本次疫情防控是一次中西医结合、中西药并用的探索，是中医药传承和创新的实践”。随着中医药的地位显著提升和更广泛的应用，关于生药材加工过程中得到有效活性成分的首要步骤－提取也开始被广泛地比较和讨论。本文就天然植物中的活性成分多糖的提取方法进行综述，以期对未来相关研究提供有价值的参考。

多糖是单糖通过糖苷键连接而形成的，在稀酸或稀碱条件下，苷键较易发生断裂，所以若提取工艺不合理可能会使多糖因糖苷键断裂而发生部分水解，导致多糖提取率降低。因此，提取工艺是获得多糖高提取率的关键。制药企业常用的传统提取分离方法，存在着耗时时间长，目标成分损失较多、提取率较低等不足。随着科技的发展，天然植物提取中的各种新技术新应用不断地更新，与传统提取工艺取长补短，促进了天然植物的研究与开发。

1 植物多糖的单一提取法

1.1 水提醇沉法

始于上个世纪中叶的水提醇沉法，是利用多糖溶于水而不溶于醇、醚等有机溶剂，一般来说水提会将植物中的大极性物质都提出来，比如，糖、蛋白质、水溶性生物碱、淀粉，而这些成分在醇中，溶解度比较小,所以当缓慢加入的醇浓度到达一定程度之后,多糖、淀粉这些就会沉淀下来。利用这一原理可以使植物中各成分在不同醇浓度下的溶解度差异有选择地除去水提液中非目标成分[1]。一般当乙醇浓度达到60%以上，水提出来的如淀粉、蛋白质等成分基本能够有效除去。热水提取在我国是最早使用的浸出方法，相比其他提取方法具有设备简单、操作方便、可量产等特点。热水蒸煮提取容器较为简单，又无其他溶剂污染，大大减少了操作步骤，提取过程中温度较普通浸渍法高，提取速度也显著加快，因而被药厂用于量产，有条件的药厂利用蒸汽设备和大反应锅，效率大大提高。近年来，研究者们做了大量的植物多糖成分的提取研究，尹彬彬[7]利用先热水再水提醇沉的综合提取，蒸煮后的大量水提→过滤→浓缩→醇沉干燥，从而得到最佳条件。其他相关文献最佳工艺条件见表1。

表1 水提醇沉法

1.2 微波辅助提取法

传统的溶剂提取法在溶剂污染、温度控制、有效活性成分提取效率方面都差强人意，怎么样能够在不污染天然植物药材的基础上，不会因为温度过高而破坏多糖结构，又有利于有效活性成分多糖提取后的分离？随着新技术新设备的广泛应用，微波强化辅助提取法应运而生。微波辅助提取利用频率不同的电磁波辐射能引起水分子内的分子振动蓄积热能，持续不断的加热使细胞收缩，细胞结构破裂。提取溶剂进入胞内与多糖混合，将其溶解并析出。此法热效率高，时间短，与水提法相比多糖的提取率显著提升。张泽庆[10]发现利用微波辅助提取法提取防风效果优于水提法和超声提取法。李彪[12]、贾少杰[13]均利用微波辅助法对相关多糖提取进行了工艺优化。最佳工艺条件见表2。

表2 微波辅助提取法

1.3 超声辅助提取法

超声提取法是超声波的机械效应作用于植物组织的结果。首先，超声波产生压力使植物细胞壁或整个植物体破裂瞬时完成。其次，振动作用增强了胞内物质的均匀释放、扩散及溶解，整个过程是一个物理过程，所以简便快速高效的同时，生物活性也不受影响。洪军[14]通过实验得知超声波和微波提取多糖效果较沸水抽提好，减少煮沸过程中的损失和对活性物质的影响，仪器设备简单、操作方便，对于禹州漏芦多糖的提取来说超声波辅助提取效果最好。相关研究的最佳工艺条件见表3。

表3 超声辅助提取法

1.4 酶提取法

酶提取技术保证了多糖的活性，在温和的条件下加入一定量的一种或两种以上的酶（蛋白酶、纤维素酶、果胶酶最为常用），经过浸提→分离清液→过滤→浓缩→醇沉析出多糖，过程中控制pH值。由于酶的专一性，显著地提高了提取率。喻随等[17]利用纤维素酶法提取佛手山药多糖得到最佳提取条件为酶解21min、加酶量2%、温度40℃；丁霄霄等[18]采用复合酶法提取灵芝多糖的最优条件为：复合酶比例纤维素酶3.5%、半纤维素酶4.0%、木瓜蛋白酶3.0%；最佳酶处理pH 5.70、温度50℃和时间81min，得到的灵芝多糖的提取率为3.73%。

2 植物多糖的协同提取法

植物多糖除单一方法提取外，还可以两种或两种以上的方法协同提取，很多研究表明，协同提取发挥了多种提取方法的优点，克服单一提取的不足，提升了多糖的提取率和纯度。

2.1 超声辅助－水提取法

超声波法和热水提取法的协同应用，缩短提取时间，多糖提取率显著提升。金华[19]超声波辅助提取百合多糖中，利用正交实验确定最佳条件为70℃提取30分钟、料液比1:20g/mL，此优化条件下多糖提取率为6.34%。张敏瑜[20]超声波辅助热水浸提法提取香菇多糖效率最佳工艺为液料比40:1，90℃超声40分钟，最高提取率达到6.47%。单一提取法与协同提取法优缺点比较见表4。

表4 超声法、热水提法与二者协同应用比较

2.2 微波－水提取法

从表2不难看到，微波自蓄能提取时间在15min左右，较传统热水浸提法短。同时，也无需外界加热，可在低温恒温下进行，对有效成分多糖起到了保护作用。但微波法亦有其不足，见表5。故与传统热水法协同应用，取长补短，达到最优工艺。苏瑛[21]采用此法提取淫羊藿多糖，最佳条件为固液比1:50，微波作用10分钟，功率400瓦。胡国元[22]微波法与热水浸提法复合提取香菇柄多糖，最佳条件为微波预处理3分钟（功率为480瓦）、料液比为1:30、96℃提取1.5小时。单一提取法与协同提取法比较见表5。

表5 微波法、热水提法与二者协同应用比较

2.3 超声辅助－酶提取法

多糖提取过程中还存在一些蛋白质、植物纤维、果胶等杂质，如果能从将它们去除，很大程度上多糖的提取纯度也得到提升。那么怎么将它们去除呢？可以在提取过程中加入一些酶制剂，依据酶提取的专一性特点，酶解掉细胞表面结构，促多糖溶出。协同超声辅助提取，促进细胞裂解，有效物质释放，总体提取效率提高。秦楠[23]优化酶法辅助超声提取北芪菇多糖，最优条件为：液料比45:1，酶添加量1%，温度70℃超声50分钟，功率200瓦。单一提取法与协同提取法比较见表7。

表6 超声法、酶提法与二者协同应用比较

表7 多糖提取新技术的优势

3 新技术应用

3.1 超高压提取技术

超高压技术的基本原理是在常温条件下，溶剂在超高压作用下可渗透到植物内部，使活性成分溶解在提取溶剂中，保持预定压力使有效成分达到溶解平衡后快速减压，目标活性成分扩散至提取液中[24]。该方法低温高效，提取可在常温进行，不造成小分子成分结构改变，多糖的生理活性得到了有效的保护。超高压技术起初是作为灭菌和加工技术应用于食品工业，21世纪后随着研究的深入，也逐渐尝试应用到天然植物的提取加工领域。由于该技术对非共价键有影响，故不适合提取分子量大的多糖，可能影响多糖活性，但影响相比其他技术小。

3.2 超滤膜技术

超滤膜技术是以外界能量或化学位差作为推动力，利用超滤膜上的孔径的不同分离分子量不同的大分子物质，从而选择性的对多组分体系进行分离。该技术具有提取率高、设备简单、节能、无污染等特点[25]。目前用于很多天然植物（灵芝,大黄,黄芪,紫芝,人参等）药源多糖、海洋活性多糖（鲨鱼软骨粘多糖,紫菜多糖等）、发酵多糖（冬虫夏草胞外多糖）和食用植物（茶,香菇,芦荟,枸杞等）多糖的工业化生产。

3.3 双水相作用体系

采用无机分子与有机分子在水溶液中能够形成分相的作用体系，用于提取植物有效成分的研究技术与方法方成为目前分离与提取领域备受关注的热点研究内容[26]。如张鉥孟等人[27]采用乙醇与（NH4)2SO4的双水相体系提取多糖，保持生物活性最大化的同时，提高了萃取效率、减少萃取剂残留、提高了多糖纯度。祁小妮[28]红景天多糖的最优条件为料液比1:22.5(g:ml)、50℃下浸提37.5分钟[29]。

3.4 半仿生提取法

作为模拟人的消化过程的提取法，半仿生提取有效地结合了植物提取工艺和生物药剂学仿生理论。郭志红等[30]通过正交试验研究了玉米须多糖的半仿生提取工艺，试验分别选取了最优水提条件（80℃下提取2小时，料液比1∶35）和最优醇提条件（70%乙醇，90℃下提取1.5小时，料液比1∶15）下进行玉米须多糖的半仿生提取。结果表明半仿生水提多糖提取量比水提法提高了14.39%；半仿生醇提多糖提取量比传统醇提高了19.75%。刘巧红[31]利用半仿生提取法对香菇多糖进行了提取，得到了最优提取工艺（pH分别为4.2和8.6，液料比21mL/g，提取时间46分钟，提取温度66℃)。此外，超声－半仿生法、微波－半仿生法、半仿生－纤维素酶法等技术联用也都得到了令人满意的结果。

3.5 超临界流体萃取技术

超临界流体萃取分离过程的原理是超临界状态下，超临界流体（一般为二氧化碳）作为萃取剂对目标物质有选择性地，阶梯性地将原分子量不同、极性不同和沸点不同的成分萃取出来。在一定的压力下，通过减压升温的方法让超临界流体变为气体，析出多糖产物，做到了高效的提取分离[32]。

结语

天然植物多糖提取技术从最初简单的冷浸法、煎煮法发展到今天的超高压技术、超滤膜技术、半仿生技术、多相作用体系、超临界流体萃取技术等等，经过了漫长的历史时期。新技术大多克服了提取过程中因温度高对多糖结构的破坏，充分的保护了目标产物。提高了产率的同时，新技术也对纯度的要求日益提高，超高压技术适用于对低温稳定性要求高的天然多糖产物提取，超滤膜技术物理性的提取分离多糖产物，超临界液体萃取技术通过梯度萃取做到了精准分离，等等。而传统多糖提取技术的安全经济也在量产中不容忽视。故此，如今传统技术与现代技术取长补短，在实际应用中更多采用复合提取方法，以达到短时高效高纯度的提取目标。

天然植物中药材是我国文明传统的精华宝库，药用植物的开发研究与利用越来越受到国际的关注。目前国内上市的天然植物类多糖药物主要是在临床治疗中辅助用于肿瘤的治疗。在研究中目前较为集中在黄芪、人参、五味子、山药、甘草、枸杞、当归、黄精、麦冬等等天然植物的多糖，像其中的黄芪多糖和人参多糖的注射剂都已获批生产。

综上，天然植物多糖的发展和临床应用日益广泛，作为药用植物多糖开发的首要阶段即多糖的植物提取是重中之重，随着科技的发展和研究者的努力，更多的创新设备创新应用将会运用到天然药用植物的提取中，加快药用植物开发利用的脚步。