黄精多糖提取工艺及调节糖代谢活性机制研究进展

★ 张金莲 叶先文, 任洪民 刘敏敏 陈媛 陈宇帆 夏澜婷 刘颖 易海燕（.江西中医药大学药学院 南昌 330004；.赣州市人民医院患者服务中心 江西 赣州 34000）

黄精为百合科植物滇黄精（Polygonatum kingianumColl.et Hemsl.）、黄精（Polygonatum sibiricumRed.）或多花黄精（Polygonatum cyrtonemaHua.）的干燥根茎［1］，其化学组成为多糖、蒽醌类、氨基酸及甾体皂苷等，具有抗糖尿病、抗高血脂、抗疲劳等作用［2］。近年来，随着对黄精多糖不断的深入研究，其提取工艺逐步优化完善，调节糖代谢机制逐渐阐明，现作如下综述。

1 黄精研究现状概述

为了系统地了解国内外黄精的研究现状，我们通过中国知网文献查询系统，以“黄精”为主题，检索到近5年与黄精有关的文献1 100篇，其中中文文献1 027篇，外文文献73篇。由年度发文趋势（图1），发现近年来有关黄精的研究日益增多，知网预测2020年发文量可能为339篇。通过主题分布解析（图2），发现多花黄精为黄精研究的热门品种，其次为滇黄精；用药定位为补气、补阴药；化学成分研究多为黄精多糖，主要对其提取率及工艺优化；多为抗氧化活性研究。除此之外，还通过SymMap对黄精的化学成分、功效主治进行了检索（图3）。SymMap是基于TCMID、TCMSP、TCM-ID三大数据库的中药检索系统［3］，由该工具我们得到黄精的化学成分52个，其主治脾虚所致的乏力、血瘀所致的咳血、阴虚内热所致的消渴、脾失运化所致的胃阴不足等，治疗的器官对应为脾、肺、肺脾肾、肠胃。部分成分的代号见表1。

图1 黄精年度发文趋势图

图2 黄精发文主题分布图

图3 黄精功效及化学成分信息

表1 黄精部分成分代号

2 黄精多糖的提取工艺研究

黄精多糖的提取方法繁多，如水提醇沉法；单一和复合酶解法组成的酶解法；微波/超声波辅助提取的物理法。目前使用较为广泛的是水提醇沉法、高压技术提取法、闪式提取法、微波/超声波辅助提取法和酶解法等。

2.1 水提醇沉法多糖的提取常采用水提醇沉法，其操作简单、成本低、能最大程度避免多糖在提取过程中水解［4］。影响该方法的因素众多，李丽等［5］的研究表明，料液比＞提取温度＞提取时间＞提取pH。王月茹等［6］通过星点设计-效应面法多指标优选陕产黄精提取工艺，优化工艺为加13倍量63 %乙醇、2 h/次、提取1次；实测值（总多糖、皂苷、总黄酮的提取率）与预测值偏差小于4 %，方法可行。楚东海等［7］基于星点设计-效应面法优化黄精多糖的提取工艺，当料液比20∶1（mL/g），提取时间2 h，提取温度85 ℃时多糖得率最佳，平均含量为12.50 %。李诗萌等［8］通过氯仿-正丁醇除蛋白，活性炭吸附脱色，当浸泡时间为30 min，料液比为1∶15，提取温度80 ℃，提取时间2 h，提取次数为3次，黄精多糖得率为59.39 %。

2.2 酶解法利用酶的特性，使用蛋白酶/纤维素酶可提高黄精多糖的提取率。苑璐等［9］以纤维素酶和木瓜蛋白酶为酶解条件，得出最佳料液比1∶20（g/mL）、提取温度为50 ℃、pH 5.0、加酶量1.5 g/dL，黄精多糖提取率可达21.55 %；该方法提取率主要受pH值影响，其次为料液比和温度。方如银等［10］以等量的果胶酶、纤维素酶、甘露聚糖酶为酶解条件，通过单因素实验设计，以多糖收率为指标，得到多糖收率为2.34 %左右，其工艺条件是加酶量5.5 %、25倍溶媒、pH4.5、45 ℃、酶反应300 min。在料液比（g/mL）为1∶20，加酶量（质量分数）5 %，酶解温度50 ℃，酶解2 h，纤维素酶与木瓜蛋白酶的质量比为3∶7，pH=5.0的条件下黄精多糖的提取率可达22 %［11］。

2.3 物理辅助法

2.3.1 超声波辅助提取法利用空化和震动破坏黄精细胞的细胞壁，借助超声波辅助提取法的优势，可提高多糖的提取率。蔡兴航等［12］通过Box-Behnken响应面得到酒黄精多糖的最佳工艺条件为：料液比1∶33，超声时间29 min、超声温度39 ℃，提取率为7.49 %。研究表明，当超声功率150 W、液料比18∶1（g/mL）、提取温度73 ℃、超声1 h时，黄精多糖的提取率最佳，为16.59 %［13］。

2.3.2 微波辅助提取法微波辅助提取法具有高效性，操作简便，得率高等特点，已在天然物的提取中得到广泛的应用。胡芳等［14］以黄精多糖含量为指标，借助微波辅助对黄精多糖提取工艺进行研究，发现在固液比50∶1（g/mL）、微波功率450 W、处理5 min的条件下，黄精多糖提取率为11.82 %；各因素影响顺序为固液比＞微波处理时间＞微波功率。

2.3.3 闪式提取法闪式提取法是一种新兴的应用于中草药提取的一种方法，具有速度快、效率高、能耗低等优点，可常温提取［15］。陈艳等［16］优选黄精多糖闪式提取的工艺条件为料液比1∶18（g/mL）、50 V下提取40 s，该条件下多糖提取率可达14.99 %；各因素影响顺序为料液比＞提取电压＞提取时间。

2.3.4 高压提取法高压提取法可通过高压使溶质更容易传质，同时能够对热敏性活性物质进行保护［17］。李彦伟等［18］采用高压技术提取黄精多糖类物质，试验的最佳工艺条件为水提、250 MPa、粒径＜0.425 mm、料液比1∶20（g/mL）、保压10 min、温度25 ℃。该条件下的糖质量浓度为25.3 mg/mL，相对于传统煎煮法的19.4 mg/mL要高，且时间要短，传统煎煮法需要1.5 h，而高压技术仅仅10 min。魏伟等［19］利用响应面法对超高压提取黄精多糖技术进行优化，试验表明，在常温下水提取、压力255 Mpa、保压9.5 min、固液比1∶17（g/mL）、物料粒径40目时，黄精多糖提取率可达25.01 %，相对于传统水煎煮1.5 h（提取率19.83 %）要高。

2.4 其他除上述方法，现阶段还有采用两种提取方法联用的方式进行黄精多糖的提取，如离子液体-微波辅助法，提取率为12.79 %，提取时间、提取浓度和微波功率是主要的影响因素［20］。在超声微波协同纤维素酶的条件下，各影响因素为纤维素酶与底物质量比＞浸提pH值和超声功率＞超声时间和超声功率，以料液比1∶23（g/mL）、纤维素酶添加量0.85 %，在温度60 ℃下酶解20 min，黄精多糖提取率为17.53 %［21］。

3 调节糖代谢机制的研究

现阶段，国内外常以链脲佐菌素或四氧嘧啶造模大鼠为实验对象，进行黄精多糖调节血糖的研究，其主要机制如下。

3.1 抑制α-葡萄糖苷酶α-葡萄糖苷酶与糖尿病的发生和发展以及体内葡萄糖代谢紊乱密切相关，不同分子量级的黄精多糖组分对α-葡萄糖苷酶活性有明显的抑制作用，由单一葡萄糖形成的多糖抑制作用最强，降糖活性也最强［22］。不同的药物组合，能够起到协同作用，对α-葡萄糖苷酶抑制作用更强，从而发挥更好的降糖效果［23］。

3.2 增加胰岛素分泌或降低胰岛素抵抗胰岛素由胰岛β细胞产生，主要通过胰岛素信号通路调节糖代谢反应，胰岛素抵抗是2型糖尿病发病机制之一［24-25］。贾璐等［26］考察了黄精多糖（PSP）对于糖尿病小鼠的影响，结果表明PSP可以改善高血糖引起的胰岛素抵抗。IRS（胰岛素受体底物）家族是胰岛素通路的关键物质，PSP能使胰岛素受体IRS-2表达量明显增加，提示PSP能够治疗胰岛素抵抗［27］。同时有研究表明，PSP对实验性糖尿病鼠血糖值有明显的降低作用，并明显升高胰岛素以及C肽水平，提示黄精多糖可通过升高胰岛素水平治疗实验性糖尿病小鼠［28］。

3.3 降低肝内cAMP含量cAMP为细胞内重要的第二信使，广泛分布于真核生物细胞组织和体液中，肝糖原的合成和分解离不开cAMP的调控，机体血糖稳定与其密切相关［29］。研究表明，黄精多糖会降低高血糖小鼠的血糖值，小鼠肝脏中cAMP的含量也显著降低，这可能是因为磷酸化酶的激活由于cAMP含量降低而受到阻碍，糖原合成加速、糖原分解减慢，达到降低血糖的作用［30］。

3.4 抗氧化作用长期的糖代谢失调会降低小鼠机体氧化应激和抗氧化防御体系能力，提高抗氧化性，能够减少胰岛素抵抗［31］。超氧化物岐化酶（SOD）能够清除患者体内氧自由基，对体内蛋白质、DNA和细胞膜具有保护作用［32］。黄精多糖以剂量依赖性地抑制羟自由基生成、羟自由基诱导红细胞破裂程度及肝匀浆脂质过氧化程度［33］。研究表明，PSP能够减轻链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠高血糖症状和减轻机体氧化应激，不仅能够增加血液中SOD活性，丙二醛（MDA）含量也有一定程度的降低［34］。黄精多糖对DPPH自由基和羟基自由基的清除作用呈一定的剂量关系，黄精多糖肽抗氧化性优于维生素C［35］。这表明，维持糖代谢平衡，与黄精多糖的抗氧化性有很大的联系。

3.5 抗炎作用糖尿病的发生发展与炎症反应有一定的联系，在Ⅰ型糖尿病小鼠模型中，黄精多糖可显著降低肝脏中白细胞介素-6（IL-6）、白细胞介素-1β（IL-1β）、提高胰岛素受体底物1（IRS-1）mRNA水平［36］。炎症因子TNF-α是IR（胰岛素抵抗）的重要因素，黄精可能通过减少脂肪细胞TNF-α的分泌，修复受损的胰岛素信号通路来减轻IR状态，改善糖脂代谢紊乱［37］。有实验表明，黄精多糖够减轻炎症损伤，抑制炎症因子表达［38］。这些都表明，黄精多糖可能通过抗炎作用达到减轻胰岛素抵抗目的，间接地进行糖代谢调节。

3.6 调节P-gp表达水平P-gp是一种分子量为170KD的膜运输蛋白，糖尿病患者病理生理状态可改变P-gP的表达和功能［39］。PI3K-AKT（脂质激酶）和RasMAPK（蛋白质激酶）是胰岛素对P-gP功能和表达调节的主要通路［40］。研究表明，小鼠脑纹状体微血管中的P-gP表达与血糖值有关，2型糖尿病小鼠体内的P-gP表达相对于正常组有所增加，胰岛素治疗更能提高其表达［41］。万奇［42］在研究中发现，糖尿病状态下的小鼠其海马组织P-gP相对于正常鼠明显增加，然而黄精多糖能够显著提高P-gp表达水平，提示黄精多糖对于P-gp是一种诱导剂，在抗糖尿病过程起保护作用。

4 小结

黄精作为药食两用的中药，其开发与利用受到越来越多的学者与企业关注。多糖的提取工艺在近几年来得到逐步优化，从简单到复杂，提取率不断提高。在溶剂提取法中，水提醇沉法工艺简单，适合在工业中大量生产，但需要较高的温度，且用时比较长。酶解法是一种专属性较强的生物提取技术，省时、高效、减少因溶剂大量使用造成的环境污染，但该方法受温度和pH值影响较高，主要是因为酶的活性对这两因素较为敏感，实际提取过程中应确保酶的活性，才能得到较好的提取效果。物理辅助法中，超声/微波辅助法相对于传统水提法效率更高，联合底酶的作用能起到更好的效果，但这些设备价格高昂，且处理时间过长会发生可溶性多糖降解的现象。多糖的提取率是各个提取方法的重要考察指标，但这些方法对黄精多糖的稳定性及在肠胃道消化和吸收的影响并未展开研究，在工艺研究中应综合考虑多糖的稳定性及药效，为优化的工艺条件提供另一参考依据。

黄精是天然的抗糖尿病中药，其多糖因其组成及结构的差异而具备不同的功能活性，不同品种的黄精其多糖组分不同，这说明黄精质量控制体系的建立还需从多糖的种类入手。黄精多糖调节糖代谢机制研究主要集中在抑制α-葡萄糖苷酶、降低肝内cAMP含量、增加胰岛素分泌、调节P-gp表达水平、抗炎抗氧化等。黄精根茎热水萃取物含有一种能造成蛋白质功能障碍的化合物（氮杂环丁烷-2-羧酸）［43］，这表明黄精多糖的研究还需体内及体外相结合，更加全面地对其药理作用和机制进行研究，为黄精用药安全及产品开发提供有效依据。