李芳蓉 田永峰 陳鑫 張建軍

摘 要：紅芪是臨床應(yīng)用廣泛的名貴中藥材之一。紅芪多糖在惡性腫瘤和阿爾茨海默病治療及提高機體免疫力等方面效果獨到。本文總結(jié)了超聲波提取技術(shù)的特點，及其在中藥多糖的提取和分子修飾中的應(yīng)用。目前，對超聲波技術(shù)在紅芪多糖的提取和分子修飾中的應(yīng)用，多集中于以不同超聲功率、溫度組合及一定料液比組合來提高提取率、縮短提取時間和節(jié)約能源方面等研究。而針對超聲條件、提取介質(zhì)溫度及pH等對紅芪多糖的分子量、藥理活性及藥效的影響等分子修飾作用的定量研究較少。故超聲條件和提取介質(zhì)條件對紅芪多糖分子量、分子結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)與藥效關(guān)系的影響的研究，將是未來的研究方向和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：超聲波技術(shù);紅芪多糖;超聲提取;應(yīng)用;研究進展

中圖分類號：R284.2

文獻標(biāo)識碼： A

紅芪（radix hedysari）是甘肅省重要的道地特產(chǎn)名貴藥材，系豆科植物多序巖黃耆（原變種）的干燥根[1]，性微溫，味甘，歸脾、肺二經(jīng)，具有固表止汗、升陽益氣、排毒利尿消腫、排膿和斂瘡生肌等功效[2-3]。現(xiàn)代藥理研究表明：紅芪能夠強心利尿、抗病毒、提高免疫力[4-5]、抗自由基等[6-7]，同時還具有抑制金黃色葡萄球菌、結(jié)核桿菌及降壓作用。相關(guān)藥理活性研究多集中于免疫調(diào)節(jié)[8]、抗衰老、對心血管和內(nèi)皮細胞損傷保護、減輕糖尿病并發(fā)癥、降血糖、強心利尿、抗炎、抗自由基[9]、抗病毒、抗腫瘤和神經(jīng)保護作用[10-11]等藥理作用。紅芪有滋補作用，自古除藥用外，還用于做湯、燉肉、泡酒等，開發(fā)利用價值十分可觀[12]。

目前，惡性腫瘤已成為威脅人類生命的頭號惡性疾病。因此，醫(yī)藥學(xué)研究者都在尋找天然優(yōu)質(zhì)、療效確切、低毒無副作用的抗腫瘤藥物。紅芪多糖（Hedysarum polysaccharide，HPS），低毒且免疫活性強[13-14]，是紅芪主要活性成分，備受醫(yī)者青睞。紅芪在抗腫瘤和提高免疫力[15]方面應(yīng)用前景廣闊。紅芪的抑瘤效應(yīng)主要由紅芪多糖產(chǎn)生，抑瘤作用的基本機制皆通過調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)功能發(fā)揮作用[1， 16]。紅芪多糖對糖尿病模型大鼠視網(wǎng)膜

血管內(nèi)皮細胞生長因子（vascular endothelial growth factor， VEGF）、

色素上皮細胞衍生因子（pigment epithlium-derived facto， PEDF）及血清C反應(yīng)蛋白（C-reactive protein， CRP）表達具有影響，能夠改善視網(wǎng)膜受損的程度[17]。HPS可以通過調(diào)控氧化應(yīng)激的方式改善db/db小鼠的

糖尿病心肌?。╠iabetic cardiomyopathy， DCM）心肌損傷。其機理是通過增加Nrf2的表達影響抗氧化酶類的表達[18]。隨著老齡化社會的來臨，阿爾茨海默病（Alzheimers disease，AD）的發(fā)病率日漸升高，極大危害了老年人身心健康，嚴(yán)重降低生活質(zhì)量，加重社會與家庭的生活及經(jīng)濟負擔(dān)。HPS具有良好保護AD細胞模型存活率下降的作用[19]。Aβ1-42誘導(dǎo)的SH-SY5Y受HPS作用后可以使多種蛋白表達量變化明顯，這些蛋白質(zhì)可能是HPS發(fā)揮抗AD作用的關(guān)鍵蛋白靶點。這方面的研究，在蛋白質(zhì)水平上可為HPS的神經(jīng)保護作用機制探討和中藥新藥HPS及其衍生物的研發(fā)提供科學(xué)依據(jù)和數(shù)據(jù)支持[20]。HPS在抗腫瘤和阿爾茨海默病治療中的應(yīng)用，使得有關(guān)提取與分子修飾的研究具有極其重要的意義。

本文綜述了近年來有關(guān)超聲波技術(shù)在紅芪多糖的提取和分子修飾方面的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，總結(jié)現(xiàn)階段研究的成果與不足，展望了未來的研究方向和發(fā)展趨勢，旨在為超聲波技術(shù)在紅芪多糖的提取和分子修飾方面應(yīng)用和進一步研究與開發(fā)提供參考。

1 中藥有效成分超聲波提取及其特點

1.1 中藥有效成分的超聲波提取

超聲波的聲學(xué)頻率為2×104～109 Hz，頻率高、波長短、穿透力強、方向性好[21]。超聲波有許多物理性能比較特殊，且安全性高，沒有任何化學(xué)殘留，操作簡便高效[22-23]，故其在醫(yī)療衛(wèi)生、生物技術(shù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品工業(yè)等方面應(yīng)用廣泛且意義重大[24]。

天然藥物有效成分超聲波提取是先根據(jù)需要將中藥材切碎或粉碎，放入已加入提取介質(zhì)（或稱溶媒，如H2O、CH3CH2OH或其他有機溶劑等）且外壁粘接換能器振子的容器內(nèi);當(dāng)超聲波發(fā)生器開啟時，超聲波由換能器振子振動發(fā)出進入提取介質(zhì)，高強度的超聲傳播伴隨著一系列高強度剪切波和壓縮，又產(chǎn)生沖擊波。沖擊波在提取介質(zhì)中產(chǎn)生強烈的機械攪拌作用、超聲空化效應(yīng)、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)等。一方面，沖擊波下壓力陡降形成微型空腔，導(dǎo)致外溢巨大能量，將藥材的細胞壁有效破碎，使中藥材有效成分呈游離狀態(tài)釋放，并溶入提取介質(zhì)，提取效率提高[25-26];另一方面，可使提取介質(zhì)分子運動速度加快，穿透力增強，使藥材中的有效成分與提取介質(zhì)相互快速接觸并混合、溶合[27]。因此，簡言之，超聲輔助提取是通過超聲波的強烈而高速的攪拌作用及空化效應(yīng)，使中藥植物細胞壁易于破碎，有利于有效成分的溶出和釋放，提取效率提高[28]。

1.2 中藥有效成分超聲波提取的特點

超聲波提取具有的特點[29-30]：①提取充分、效率高。獨特的物理性能使得超聲波足以使植物細胞組織變形甚至破壁，從而充分提取中藥有效成分，較傳統(tǒng)工藝提取率顯著，提高率達1～10倍。②提取處理量大，耗時短。通常超聲波輔助強化中藥有效成分提取獲得最佳提取率僅需24～40 min，提取時間較傳統(tǒng)方法大大縮短，超過

2/3，能夠大量處理藥材原材料。③提取溫度低、能耗小，對藥材有效成分具有保護作用。超聲提取中藥材的最佳溫度僅高于室溫15～45 ℃，能夠大量節(jié)省能源，同時對藥材有效成分中熱穩(wěn)定差、易氧化或水解的組分具有良好的保護作用。④提取適應(yīng)性廣泛。超聲波輔助提取的中藥材成分不受分子大小及極性的限制，絕大多數(shù)種類中藥材和各類成分的提取均可適用。⑤提取物易于分離和純化。超聲提取過程中藥液未摻入雜質(zhì)，提取后的有效成分易于分離、純化。⑥提取成本低、經(jīng)濟效益高。超聲提取中藥材有效成分工藝運行成本低，綜合經(jīng)濟效益顯著。⑦常壓提取，安全性好，操作簡便，設(shè)備易于保養(yǎng)維護。超聲提取在自然壓力下進行，操作安全，操作工藝簡單，操作方便易行，超聲提取設(shè)備的保養(yǎng)、維護都很簡便[31]。

2 中藥多糖的分子修飾及超聲波的分子修飾作用

2.1 中藥多糖的分子修飾

國內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果均表明，多糖的生物活性決定于多糖的分子量、分子結(jié)構(gòu)、取代基種類、數(shù)目及其位置關(guān)系[32]。中藥多糖分子修飾是以物理、化學(xué)和生物等手段對多糖的主、側(cè)鏈的功能基團或某些特殊結(jié)構(gòu)進行修飾改造，使多糖的某些理化性質(zhì)及空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，以增強其生物活性[33-34]。多糖修飾通常包括降解修飾和接枝修飾兩類，所謂降解修飾即采取的方法使多糖分子結(jié)構(gòu)中的部分基團脫落以制備較低分子量的多糖;而接枝修飾正好相反，即對多糖經(jīng)進行修飾改造，在其分子中增加功能基團，增大相對分子質(zhì)量。經(jīng)過中藥多糖的分子修飾能得到各種結(jié)構(gòu)類型和不同生物活性的多糖衍生物，奠定了分析多糖分子結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)。其研究成果可直接為多糖分子修飾指明方向，為未來多糖類藥物的研究、設(shè)計和開發(fā)獲取理論依據(jù)[35]。經(jīng)修飾可引起多糖分子的空間結(jié)構(gòu)，相對分子質(zhì)量，取代基類型、數(shù)目及位置等的改變[36]，從而影響多糖的理化性質(zhì)及生物活性，故優(yōu)選適當(dāng)方法進行多糖分子結(jié)構(gòu)的修飾，以改善其理化性質(zhì)，增強其固有的生物活性或增加新生物活性，為研究多糖結(jié)構(gòu)與活性之間的關(guān)系奠定基礎(chǔ)。

2.2 超聲波對多糖的分子修飾作用

超聲波修飾多糖的作用屬于物理降解修飾，是高效、綠色的方法，操作簡單，條件可控性好。與其他方法相比較，超聲波降解修飾法具有節(jié)能省時、操作程序簡化、反應(yīng)速率快、有機溶劑使用量減少，降解過程中對多糖分子中的活性基團破壞少，對環(huán)境造成的危害顯著降低等優(yōu)點[37]?，F(xiàn)有研究認為超聲波降解修飾多糖主要機理是自由基氧化還原反應(yīng)與機械斷鍵作用。自由基氧化還原作用指超聲波在溶劑中傳播時，在足夠大的聲強和負壓作用下，使溶劑的平均分子間距增大至超過極限距離后破壞其結(jié)構(gòu)完整性，形成空穴并爆裂產(chǎn)生溫度劇變和局部性高壓[29]，提供自由基產(chǎn)生所需能量?？昭ㄡ尫诺臎_擊波能量使聚合物降解[38]。熱效應(yīng)和自由基對低分子量物質(zhì)較有效;機械效應(yīng)對高分子物質(zhì)更有效，且隨物質(zhì)分子量的增加而增加。不同自由基由不同類型的溶劑形成，造成的超聲波的反應(yīng)結(jié)果也不相同;而機械性斷鍵作用則是指在彈性機械波超聲波的作用下，溶劑分子產(chǎn)生激烈而快速變化的機械運動，從而提供足夠能量并對多糖分子的共價鍵進行剪切斷鍵，降解多糖分子[39-40]。

3 超聲波提取紅芪多糖及對其分子修飾作用的研究情況

超聲波的強烈、高速的攪拌作用和空化效應(yīng)，使超聲提取多糖時，中藥材細胞壁易于破碎和多糖溶出，提取效率較高[20]。與傳統(tǒng)的提取技術(shù)相比，超聲波提取技術(shù)具有快速、省時、節(jié)能、高效、環(huán)保等獨特優(yōu)勢。因其屬低溫操作，更有利于保護有效成分[41]，故其在中藥有效成份的提取中的使用呈逐漸上升的趨勢。

超聲波提取技術(shù)在HPS的提取和修飾上也有應(yīng)用研究。楊秀艷等[42]以HPS得率與含量為測定綜合指標(biāo)，采用復(fù)合酶聯(lián)合超聲波提取技術(shù)，利用單因素試驗和正交試驗，優(yōu)化篩選最佳提取組合，同時對復(fù)合酶聯(lián)合超聲提取多糖（HPS-MC）的各種組分與熱水浸提多糖（HPS-R）的理化特性及體外抗氧化活性進行了對比分析。所得最優(yōu)條件是復(fù)合酶配比1∶1、酶解pH5，超聲功率105 W、時間1 h，多糖得率13.37%～14.65%，多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)90.98%～93.92%。相較于HPS-R，HPS-MC的絕對黏度、相對分子質(zhì)量及蛋白質(zhì)含量均降低，但糖醛酸含量增加，HPS-MC 比 HPS-R的抗氧化活性高;故復(fù)合酶聯(lián)合超聲波提取技術(shù)操作簡便、環(huán)保經(jīng)濟，提取所得HPS具有明顯的抗氧化活性。胡燕等[43]以正交實驗法對HPS的提取工藝進行研究。最佳工藝條件是超聲功率128 W，超聲時間0.5 h，溫度80 ℃，料液比1∶30。結(jié)論是此超聲波提取HPS的方法簡單、快捷、高效?？軐幍萚44]分別采用常規(guī)熱水浸提、超聲輔助及微波輔助從紅芪中提取HPS，再進行脫蛋白、冷凍干燥等步驟后得到3種方法提取的HPS-H、HPS-C和HPS-M。同時，將3種HPS進行了凝膠滲透色譜（gel permeation chromatography， GPC）測定和紅外光譜分析，以及清除羥自由基、DPPH自由基、超氧陰離子自由基和還原力測定的體外抗氧化活性試驗。結(jié)果表明：重均分子量分別為5.13×105、4.56×105和6.29×105，HPS-M的體外抗氧化活性要明顯高于HPS-C和HPS-H，結(jié)論是HPS提取可首選微波輔助法。劉寶劍等[45]對超聲波-微波聯(lián)合與常規(guī)法提取HPS進行了對比研究。所得HPS以苯酚-硫酸比色法測定其含量。結(jié)果表明兩種方法所得多糖含量差別較大，超聲波-微波法與常規(guī)法所得多糖含量分別為8.98%和4.19%。超聲波-微波法提取HPS具有高效、省時，儀器簡單，操作簡便快捷的明顯優(yōu)勢，亦可避免其分解。王新玲等[46]采用超聲輔助提取紅芪根中HPS，其含量以紫外-可見分光光度法測定。結(jié)果表明HPS含量為9.01%。方法操作簡便，靈敏度高，可作為HPS的提取和含量測定方法。

4 現(xiàn)狀和存在的問題

利用超聲波技術(shù)提取紅芪多糖的研究主要集中在：通過超聲波的不同功率、溫度組合以及一定的料液比組合以提高紅芪多糖的提取率、縮短提取時間和節(jié)約能源方面，缺少關(guān)于超聲波提取中超聲波的作用機理及其對HPS的分子修飾作用等方面的研究;各研究者使用的儀器不統(tǒng)一，實際工作中，按照文獻描述進行操作的結(jié)果重現(xiàn)性較差;超聲波的功率、頻率、溫度及提取液的pH值組合與所提取HPS分子量大小的關(guān)系研究相對較少;缺少用超聲波對鮮紅芪和干燥紅芪中多糖提取的比較研究;較少進行不同條件下利用超聲波提取所得HPS的藥理活性的比較研究。

5 應(yīng)用前景與趨勢

超聲波輔助提取是一種重要的提取方法，具有提取率高、用時較短、溫度較低、溶劑消耗較少的優(yōu)勢，且所得多糖抗氧化能力較強。將超聲波技術(shù)應(yīng)用于中藥紅芪中HPS的提取尚處于初期發(fā)展階段，對其作用機理和分子修飾作用僅有零星的研究，此方面的應(yīng)用研究前景廣闊。與微波輔助及復(fù)合酶等多種技術(shù)聯(lián)用可以使2種或多種技術(shù)優(yōu)勢互補，相得益彰。在提高提取效率的同時對HPS進行選擇性的分子修飾，從而提取出用途更加廣泛、藥理活性更高、治療效果更加顯著的紅芪多糖或其復(fù)方藥劑，從而更加充分地發(fā)揮其在惡性腫瘤、阿爾茨海默病等重大疾病治療中的獨特優(yōu)勢。因此，進行超聲波提取與多種技術(shù)聯(lián)合和對分子修飾作用的研究和調(diào)控，以及所得HPS分子量大小及藥理活性的對應(yīng)關(guān)系的研究，將是超聲波技術(shù)在中藥紅芪HPS提取中應(yīng)用的重要研究方向。同時，研究各頻段、不同功率組合的超聲波與提取效率、分子修飾作用、所得HPS分子量大小及藥理活性的對應(yīng)關(guān)系，研制提取特定成分的標(biāo)準(zhǔn)超聲波提取儀器等，具有重要的現(xiàn)實意義。

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（責(zé)任編輯：周曉南）