黄芪核心资源成分提取工艺进展

巩昌熙

（山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 晋中 030801）

0 引言

黄芪在《中国药典》收载[1]，在我国已广泛开展人工种植[2]。近年来报道，黄芪药理作用有抗炎[3]、调节肠道菌群[4]、治疗糖尿病肾病[5]、提高机体免疫功能[6]、调节心血管系统[7]、抑制细胞凋亡[8]、治疗新型冠状病毒肺炎[9]和抗癌等功效[10]。从政策层面来看，按照传统既是食品又是中药材物质管理正在强力推动[11-12]，作为食品的原材料一旦合规，应用前景将更加广泛。黄芪的核心资源成分提取工艺作为应用的关键步骤，对其进行梳理总结具有重要意义。

1 黄芪的核心资源

黄芪的核心资源有多糖类、皂苷类、总黄酮、可溶性蛋白质、糖蛋白等，其核心资源提取工艺决定着成本的高低、产品的口味、市场的推广及产品的功效。

2 提取工艺

黄芪中的核心资源成分在溶剂中的溶解度与溶剂化学性质关系密切，选取合适的溶剂是提取黄芪中核心资源成分首要考虑的要素。根据黄芪中核心资源成分在溶剂中的溶解度大小，加入选好的溶剂，溶剂经由细胞壁通过分子扩散、渗透方式进入细胞内，溶解核心资源成分，核心资源成分由于浓度差扩散到细胞外被提取出来。一般通过控制溶剂体积、提取温度、提取时间、提取次数等参数优化工艺条件。试验流程一般为采用单因素试验初步确定工艺参数，然后采用响应面法进行试验，再利用软件进行响应面的拟合与分析因素间交互影响作用，建立数据模型并进行分析得到理论最优条件，在此条件下，进行试验与预测理论值相比较，最后筛选到最佳工艺。近年来，一些现代技术不断涌现，不同程度进行了优化，能够达到省时节约、提取率高、活性保留好的提取效果。

2.1 溶剂的选择

2.1.1 水为溶剂

选取水为溶剂成本较低，在黄芪中核心资源成分的提取中得到了最广泛应用。提取方法主要包括煎煮法、回流法、浸渍法、渗漉法等，一般考查因素有料液比、提取温度、提取时间、提取次数、目标提取物得率、体外功能活性等[13-23]。料液比为6～15 倍，通常为8 倍；提取温度为60～100 ℃，通常为90 ℃；提取时间在60～150 min，通常为90 min；提取次数在1～4 次，通常为3 次。

2.1.2 醇为溶剂

一般选择的溶剂多为乙醇，也有甲醇，一般考查因素有乙醇体积分数、料液比、提取时间、提取次数、目标提取物得率等[24-29]。乙醇体积分数（也有使用甲醇）为70%～95%，80%最多；料液比为8～18 倍，10 倍最多；提取时间为60～180 min，通常为60 min；提取次数为1～4 次，通常为3 次；黄芪总黄酮得率一般为0.253%～0.286%，黄芪甲甙提取量为0.095%左右。

2.1.3 水、醇混用为溶剂

水、醇混用的工艺一般为先用水提取然后用醇沉淀，一般考查因素有料液比、提取温度、提取时间、醇沉液浓度、沉淀时间、目标提取物得率等[30-39]，料液比为10～20 倍，10 倍最多；提取温度为90～100 ℃，通常为90 ℃；提取时间为45～120 min，通常为80 min；醇沉液体积分数为70%～80%，80%最多；沉淀时间为4～12 h，必要时可冷却沉淀；黄芪水溶粗多糖提取率可达18.60%。

2.1.4 模拟胃液、模拟肠液为溶剂

陈自泓等人[40-41]采用蒸馏水配以盐酸等模拟胃液，采用蒸馏水配以氢氧化钠模拟肠液，模仿口服给药后在胃肠道中的过程，优选了黄芪半仿生的提取工艺条件，最佳工艺是模拟胃液为料液比1∶30，提取温度100 ℃，提取时间1 h；模拟肠液为料液比1∶30，提取温度100 ℃，提取时间1 h。与传统水提法进行比较，黄芪总多糖提取率和提取收率均有较高提升。

2.1.5 双水相体系为溶剂

双水相体系是2 种不同组分水溶液通过一定浓度混合形成互不相溶的两相系统，2 种原料物质不互溶，达到平衡构成两相体系，使黄芪中核心资源物质分别溶解到两相溶液中，从而提高收率。双水相体系主要控制组分的比例和类型、pH 值、溶液温度、光照等因素。宋力飞等人[42]以乙醇/磷酸氢二钾体系，提取黄芪中总黄酮、总皂苷，最佳工艺条件为乙醇体积分数27.97%，磷酸氢二钾溶液22.03%，黄芪投料比1∶58.85，总黄酮萃取率为74.13%，总皂苷萃取率为81.34%。钟玲等人[43]筛选出乙醇/磷酸氢二钾体系提取黄芪总黄酮，最佳体系为乙醇体积分数36%，磷酸氢二钾溶液18%，黄芪黄酮的分配系数10.33，萃取率达96.6%，上相中黄芪皂苷去除率为92%；黄芪多糖全部富集于下相。

2.1.6 碱-水或碱-醇为溶剂

纤维素碱处理会溶胀溶解，提升其内部核心资源物质溶解至溶剂中的含量。一般采用氢氧化钠或氨水调节pH 值，多为pH 值12.0[44]。黄浩等人[45]筛选了黄芪蛋白的碱水提取工艺为提取温度64 ℃，料液比1∶47，pH 值12.0，提取时间4.3 h，提取次数2 次。刘晓华等人[46]优选了黄芪甲苷的碱水提取工艺，最佳工艺条件为煎煮时间1.5 h，加12 倍量水，煎煮3 次，加NaOH 为药材量的1%。徐武等人[47]用碱水提醇沉工艺提取黄芪粗糖蛋白，最佳提取工艺为提取液pH 值12.0，提取温度64 ℃，提取时间4.3 h，提取率为（47.03±0.78）%。王鹏[48]用醇-氨提取黄芪甲苷，提取工艺为甲醇与氨水比9∶1，超声时间40 min，提取3 次。包华音等人[48]以碱水提取工提取黄芪中蛋白质，最佳工艺为料液比1∶20，pH 值12.0，撮温度30 ℃，提取时间10 min。

2.2 辅助提取的方法

2.2.1 超声波辅助提取法

超声波的空化作用可引起黄芪细胞壁破裂，增加核心资源成分与溶剂接触面积，加速其溶出扩散至溶剂中，提高收率。超声波辅助提取法一般采用水提或醇提的方法，辅助以超声处理，主要考查料液比、提取温度、提取时间、超声功率和目标提取物得率等指标[50-60]。料液比为12～60 倍，20 倍最多；提取温度为30～65 ℃，通常为60 ℃；超声提取时间为12～87 min，通常为30 min；乙醇体积分数为60%～65%，60%最多；超声功率为102～1 000 W，通常为300 W；黄芪多糖得率一般为4.92%～9.69%，黄芪总黄酮得率一般为0.445%～0.446%；粗多糖得率最高可达15.63%，黄芪甲苷得率一般为5.35%，黄芪粗多糖提取率最高可达22.35%。

2.2.2 微波辅助提取法

微波辅助提取法是利用电磁波穿透提取介质，使黄芪细胞吸收微波能产热，在温度和压力下破坏黄芪的细胞膜及细胞壁，加速溶剂进入细胞，使细胞内成分溶出，增大提取率。在黄芪核心资源成分的提取中，微波提取法一般以多糖得率为评价指标，控制料液比、提取时间和辐射功率等因素，工艺条件一般是以水为萃取剂，萃取温度为55～70 ℃，料液比为1∶10～1∶40，微波时间为20～45 min，微波辐射功率为500～700 W，多糖得率为14.8%～21.9%[61-63]。

2.2.3 酶解辅助提取法

黄芪核心资源成分大部分存在于细胞壁内，细胞壁主要由纤维素构成，加入生物酶破坏黄芪细胞壁，可加快提取过程中核心资源成分溶出，提高收率；常用的酶有纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶和果胶酶。张嘉怡等人[64]以纤维素酶解辅助水提黄芪多糖，与水提法相比，黄芪多糖收率提高了54%。谢蓝华等人[65]以纤维素酶解辅助乙醇提取黄芪总黄酮，与醇提法相比，黄芪总黄酮得率提高了46%。

2.2.4 微生物发酵辅助提取法

微生物繁殖、代谢可产生纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶和果胶酶，可破坏黄芪细胞壁，使核心资源溶出。已报道的发酵菌种有白蚁源坚强芽胞杆菌-CX10[66]、乳酸菌[67]、产纤维素酶解淀粉芽孢杆菌[68]，对黄芪多糖、总皂苷量均有较好的得率。

2.2.5 连续逆流辅助法

连续逆流提取是提取过程中通过机械传输和连续定量加料，物料和溶剂连续运动，但运动方向相反，使物料和溶剂充分接触，设备内溶剂持续更新，进液和连续过程中存在连续的浓度梯度，使提取液比较快浸出，也可获得较高提取液浓度。连续逆流工艺[68-70]为提取温度40～70 ℃，料液比1∶6～1∶14，提取时间40～70 min。

2.2.6 闪式提取辅助法

此方法依托闪式提取器实现提取效果，在室温及溶剂存在下，高速剪切和超动分子渗透，快速将物料破碎并溶解，达到提取目的。陈艳蕊[71]对黄芪多糖采用闪式提取法提取，提取工艺为温度65 ℃，处理时间2 min，料液比1 ∶10，乙醇体积分数50%，电压200 V，pH 值10，得率较碱提法增加约30%。王梦茹等人[72]运用闪式提取器提取黄芪黄酮、多糖、皂苷，黄酮的最优工艺为乙醇体积分数85%，料液比1∶25，提取时间60 s，提取电压120 V；多糖的最优工艺为乙醇体积分数2.5%，料液比1∶15，提取时间105 s，提取电压115 V；皂苷的最优工艺为乙醇体积分数70%，料液比1∶30，提取时间120 s，提取电压110 V；提取黄酮、多糖、皂苷的得率分别为0.663%，0.965%，1.126%。

2.2.7 超临界CO2萃取法

超临界CO2萃取是利用压力和温度对CO2密度的影响改变其溶解能力，在临界点附近，温度和压力的微小变化即可产生放大效应，使黄芪核心资源的溶解度发生巨变，可选择性地提取各类核心资源成分。宋振民等人[73]运用超临界CO2萃取法提取了肺痿颗粒中的黄芪甲苷，最佳提取工艺为粒度40 目，提取时间1.5 h，夹带剂乙醇体积分数95%，夹带剂流速10 mL/min。杨红梅[74]运用超临界CO2萃取法提取了黄芪饮片中黄芪甲苷，最优化条件是70%的乙醇为夹带剂，萃取温度40 ℃，萃取压力40 MPa，萃取时间3 h，萃取剂流速15 mL/min。

2.2.8 亚临界水辅助法

亚临界水辅助法是指在一定压力下，水可在100～374 ℃调控，极性大小也随之改变，从而将党参中的核心资源成分提取出来。一般操作工艺参数为提取压力350 MPa，料液比1∶60，浸泡时间5 h，保压时间2 min。

2.2.9 多种辅助方法协同

现代提取技术往往将多种技术进行集合以达到协同的目标。王妮等人[75]采用超声-纤维素酶协同提取工艺，优化了黄芪多酚提取及其抗氧化性，最佳条件是以水为提取剂，料液比1∶20，纤维素酶添加量0.25%，超声功率200 W，提取温度40 ℃，提取时间3.0 h，黄芪多酚提取量为8.32 mg/g。杜广芬等人[76]采用超声-微波协同提取，最佳提取工艺参数为微波功率120 W，提取时间150 s，料液比1∶25，黄芪多糖的提取率优于微波法水、提法及超声波法等传统的提取方法。董玲玲等人[77]采用微波法结合纤维素酶解法，对黄芪多糖的提取工艺参数进行研究，得出工艺参数为酶解时间60 min，酶料比1∶57.61（U∶g），料液比1∶10，功率480 W，微波处理时间8 min，提取次数2 次。

3 结语

黄芪核心资源成分提取效果受不同的提取工艺影响。传统的提取方法主要是以水为溶剂，经济易操作，但核心资源成分得率、效率均不高，温度过高易使黄芪核心资源成分失活。水提醇沉法或醇提水沉法是近20 年工业化应用最广泛的方法，但大量使用易燃有机溶剂是致命的缺陷，安全手续复杂，投入较高。双水相体系效率高，但体系用到的化学成分去除也增加了困难，故多见于实验室小试阶段，难于工业化。亚临界水提取效率高、经济节约，但高压操作同样有安全的压力，且高温对黄芪核心资源成分功效性保留不利。酶法提取不需要企业加装特殊的设备，可加快提取过程中心资源成分在溶剂中溶出，提高收率。但是，酶对反应环境的酸碱条件及酶的用量要求相对要求精准，温度、酶浓度、底物浓度、酸碱度、激动剂及抑制剂等都对工艺有影响，工业化时需要摸索的工艺参数较多。超临界CO2萃取技术对于安全性、核心资源成分的功效性保留及提取效率无疑具有优势，但设备投入较昂贵。闪式提取效率高，但提取到的核心资源成分溶解度差。多种技术进行集合协同提取黄芪核心资源物质可优势互补，是近年来的发展方向。

总之，只有提取技术得到大力发展，黄芪核心资源成分的提取才能达到产物明确、过程可控的目标，最终实现黄芪产业科学化、现代化的发展。