刘鹏 李金香 冷敦鹏 李华 赵姗姗 高艳 孟凡云
摘 要：黄芩是一种具有悠久历史的中草药，属于唇形科黄芩属植物，其富含黄酮、黄芩素、多糖等多种生物活性物质，被广泛应用于传统中医。其中多糖是黄芩中最重要的生物活性物质之一，多糖具有广泛的药理作用和生物活性功能，如增强免疫、抗炎、抗病毒、抗肿瘤，抗氧化等特性。不同提取工艺对黄芩多糖的结构、生物活性有一定影响。本文综述了近年来黄芩多糖提取工艺、结构以及生物活性的最新研究进展，为后期研究黄芩多糖提供有益参考。
关键词：黄芩多糖；提取工艺；分离纯化；结构分析；生物活性
中图分类号：S816.7文献标识码：A文章编号：1673-1085（2024）06-0060-07
黄芩，唇形科植物，其干燥的根部常被用作中药材，是传统中医的常用药材之一，黄芩被广泛应用于中医领域及现代医药领域。黄芩中含有多糖、黄酮、挥发油等多种成分，具有多种药理作用[1-2]。在中医临床上主要用于湿热痞满、泻痢、黄疸、肺热咳嗽、痈肿疮毒等病症[3-4]。
黄芩多糖是从黄芩根部提取的一种天然多糖，具有多糖结构。它具有抗氧化、清除自由基、抗炎、抗肿瘤、阻止钙离子通道、抗病毒、抗过敏等多种作用，近年来成为研究的热点[5-8]。随着对黄芩多糖研究的深入，在工业化生产中黄芩多糖提取率不高、提取出的黄芩多糖纯度不高以及结构未知等诸多问题引起相关学者关注。因此，本文旨在综述黄芩多糖提取方法、分离纯化、结构解析以及生物学活性等方面的研究现状，对未来深入研究黄芩多糖提供理论依据。
1 黄芩多糖的提取
要深入研究黄芩多糖的结构、性质和活性功能，最重要的是选择合适且高效的提取方法，目前常用的提取方法包括水提醇沉法、微波辅助提取法、酸碱提取法、超声波辅助提取法等[9-11]。
1.1 水提醇沉法
水提醇沉工艺是一种传统的提取方法，利用相似相溶原理，将药材与水按比例煮沸，使多糖破壁溶解于水中[12]。此方法操作步骤简单，提取设备成本低、易操作。刘鹏等[13]采用水提醇沉工艺，利用单因素试验和响应面法优化出合适的提取工艺参数，实验结果表明，在合适的提取条件下，即提取温度98 ℃、提取时间138 min、液料比为12.40：1（mL/g）、提取次数为4次，黄芩多糖的提取率为12.23%。何雯娟[14]采用正交旋转组合设计对水提醇沉提取工艺参数进行二次回归优化，在液料比为35：1（mL/g）、提取温度为85 ℃、提取时间为1 h 40 min的条件下，黄芩多糖的提取率为4.76%。王鑫滢[15]采用水提醇沉工艺，通过单因素和正交实验优化出最佳提取工艺条件，即液料比为20：1（mL/g）、提取时间为1 h、乙醇浓度为85%、提取温度为60 ℃，获得的黄芩多糖提取率为19.77%。崔莉等[16]通过单因素和响应面法，优化出最佳提取黄芩多糖工艺参数，即提取时间4.3 h、提取温度93 ℃、液料比24：1（mL/g），黄芩多糖得率达到6.45%。虽然传统的水提醇沉法，操作步骤简单，提取设备成本低、易操作，但存在着乙醇试剂消耗量大、耗时长、提取率低等不足，实际生产中常常与其他辅助提取方法相结合来提高多糖提取率。
1.2 超声波辅助提取法
超声波辅助提取法是把提取的溶液引入超声波，由于超声波的振动会导致介质细胞破碎、凝聚、切割，提取液在超声波的作用下，会使植物细胞壁破碎导致细胞中有效成分溶出速度加快，能够提高有效成分的析出效率[17]。杨波等[18]通过单因素和正交试验得到最佳超声提取法工艺条件为：提取温度为60 ℃、提取时间为40 min、液料比20：1（mL/g），黄芩多糖得率为3.67%。李海平等[19]采用超声提取法提取黄芩粗多糖，利用单因素和Box-Benhnken实验设计优化最佳提取条件，结果表明，在最佳的提取条件下超声时间30 min、超声温度60 ℃、超声功率755 W，黄芩粗多糖提取率为12.95%。朱智勇等[20]通过采用正交实验优化出黄芩多糖最佳提取工艺参数，结果表明在提取温度65 ℃、提取时间1 h、液料比10：1（mL/g）时黄芩多糖得率为3.40%。
1.3 微波辅助提取法
微波辅助提取法利用300～300 000 MHz的电磁波，其强大的穿透力使能量能穿透细胞壁，将能量转化为热能，导致细胞内产生高压并破裂，从而使多糖溶解在提取物中[21]。金迪[22]通过微波辅助技术提取黄芩多糖，采用单因素和正交试验优化提取黄芩多糖的工艺参数，优化结果为：液料比34：1（mL/g），提取温度91 ℃，提取时间100 min，在最佳工艺参数条件下，黄芩多糖提取率达到89.97%。何强等[23]通过微波提取法提取黄芩多糖，黄芩多糖的提取率为5.45%。李平等[24]分别利用水提醇沉法、微波提取法及超声波提取法对黄芩多糖进行提取，结果表明，微波提取法提取黄芩多糖的提取率最高，达到7.26%；其次是超声波提取法，提取率为5.27%；最低为水提醇沉法，提取率为3.20%。微波辅助提取具有快速、高效、提取率高、加热均匀等优点，但同时也要注意微波提取法操作过程可能更为复杂，同时高电磁波会导致物质结构的变化、较低的容量等一系列缺点。
2 黄芩多糖的分离纯化
通过不同提取工艺得到的多糖通常含有杂质，主要包括蛋白质、色素等。这些杂质可能会影响黄芩多糖的结构和生物活性，从而对多糖的深入研究产生影响。去除杂质的主要方法包括使用有机试剂（如乙醇、石油醚、无水乙醚）进行脱脂，采用过氧化氢脱色法以及使用三氯乙酸和Sevag法进行脱蛋白[25]。杂质去除后，多糖中仍混有不同分子量和不同结构的多糖组分。为了进行后续试验，需要进行分离和纯化。一般采用的分离纯化方法有醇沉分级沉淀法、柱层析和膜过滤法[26]。例如Hui等[27]通过采用DEAE-52和Sephadex G-100柱色谱法对黄芩多糖进行分离纯化，得到分子量为91156的阿拉伯半乳聚糖SBP-1。崔莉[28]通过采用DEAE-52纤维素离子交换柱层析、Sephadex G- 100凝胶柱层析后得到5个黄芩多糖SP1-1、SP2-1、SP2-2、SP3-1、SP3-2。Olennikov等[29]通过使用离子交换（DEAE纤维素）和凝胶渗透色谱（Sephacryl 300-HR，Sephadex G-200）从黄芩根中分离纯化出水溶性多糖。
3 黄芩多糖的结构解析
黄芩多糖结构的不同会影响多糖的生物学活性。对多糖的结构特征研究，解析其分子量、单糖组成、糖苷键（α或β型）、糖环的种类、多糖链构象、多糖链的骨架和分支的连接位点、多糖残基的修饰等是必不可少的过程[30]。对于多糖结构的研究，通常采用化学分析法和仪器分析法，常用的化学分析方法包括部分酸水解、完全酸水解、高碘酸氧化、Smith降解、甲醇解、乙酰解和甲基化衍生等。而仪器分析方法主要有红外光谱、高效液相色谱、高效凝胶渗透色谱、高效阴离子色谱、气相色谱、质谱、核磁共振等[31]。Olennikov等[32]通过试验对黄芩多糖WSPS'-3结构进行解析，研究发现WSPS'-3由葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖以1：1.5：2.8的比例组成，分子量（MW）为35 kDa，通过乙酰化试验研究发现，WSPS'-3-1为黄芩多糖WSPS'-3主要的成分，甲基化试验证明WSPS'-3-1主链由（1→6）结合的吡喃半乳糖组成，侧链由位于C-2和C-3上的阿拉伯糖和部分乙酰化的半乳糖残基组成。Hui等[27]从黄芩中纯化得到阿拉伯半乳聚糖SBP-1，利用高效液相色谱、红外光谱、气相色谱-质谱、一维和二维核磁共振对分离纯化后的黄芩多糖SBP-1结构进行测定，发现黄芩多糖SBP-1主要由阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖组成，摩尔比为1.0：5.9：1.1，分子量为91156。SBP-1的骨架主要由→1）-α-D-Glcp-（4→1）-α-D-Glcp-（3→1）-α-D-Galp-（4→组成，分支结构由→2）-α-L-Araf-（1→，→3）-β-D-Glcp-（1→和α-D-Glcp-（1→组成，其末端残基为α-L-Araf-（1→和α-D-Glcp-（1→。Olennikov等[33]通过水提醇沉从黄芩中提取黄芩多糖WSPS，利用乙醇分级沉淀法分离出五种组分WSPS'-1、WSPS'-2、WSPS'-3、WSPS'-4和WSPS'-5，通过凝胶色谱表明，WSPS'-1、WSPS'-2、WSPS'-3在分子量（MW）上为均相，分子量分别为23、27和35 kDa；而WSPS'-4和WSPS'-5为非均相，各自包含两种分子量分别为11和22 kDa，且在混合物中的比例分别是14：7和3：5。Olennikov等[29]从黄芩中分离纯化出SbRP-1多糖水解物，研究发现SbRP-1多糖水解物主要含有葡萄糖、半乳糖醛酸、半乳糖、阿拉伯糖和甘露糖，比例为33.5：3.0：2.4：1.8：1，凝胶色谱显示SbRP-1是非均相的。
在多糖的研究中，多糖的生物活性受到多个重要因素的影响，包括其组分、分子量构型、碳链构型以及糖苷键类型。这些因素与多糖的药理作用紧密相关。因此，未来的研究应当深入探讨多糖结构修饰与生物活性之间的关联。
4 黄芩多糖的生物活性功能
4.1 抗氧化活性
黄芩多糖在抗氧化方面表现出色，具有较强的抗氧化活性，黄芩多糖主要可以帮助清除自由基，减少氧化，保护细胞免受损伤，通过调节氧化还原平衡和激活抗氧化酶等途径发挥其抗氧化作用[5]。金迪等[34]通过研究得出黄芩多糖对DPPH自由基、超氧阴离子自由基和羟自由基均有较好的清除能力，其中对超氧阴离子的清除效果最佳。Hui等[27]通过采用DEAE-52和G-100柱色谱法从黄芩中纯化出黄芩多糖SBP-1，研究发现当SBP-1浓度达到4 mg/mL时，对ABTS、DPPH、羟基和超氧自由基的清除率均超过60%。刘梦杰等[35]研究指出，黄芩多糖明显增强小鼠血清、肝脏、脾脏和肾脏中GSH-Px和SOD的活性，同时减少MDA的含量。李国峰等[36]在小鼠试验中，研究发现黄芩多糖能够显着提高小鼠脑、肝中的超氧化物歧化酶（SOD）和还原型谷胱甘肽（GSH），降低丙二醛（MDA）的含量。
4.2 免疫活性
黄芩多糖最主要的药理作用是免疫调节。大量研究发现，多糖主要通过作用于免疫器官、激活免疫系统发挥免疫调节作用。金迪等[22]通过动物试验研究黄芩多糖的免疫调节活性，结果显示，黄芩多糖能显着增加小鼠胸腺、脾脏重量，增加小鼠血清中IgG、IgA含量、血清中补体的含量、血清中溶菌酶活性，这说明黄芩多糖能够增强机体免疫功能。梁英等[37]通过动物试验探讨黄芩多糖对免疫调节活性影响，研究发现黄芩多糖组与对照组相比能显着增加小鼠胸腺指数、脾脏指数，可显着增加小鼠血清中IgA、IgM的含量。何雯娟等[38]通过在肉鸡饲料中添加不同水平的黄芩多糖发现，与对照组相比，添加100 mg/kg组的肉鸡胸腺指数、脾脏指数和法氏囊指数在1～3周龄时最高，各项免疫器官指数后期的效果明显好于前期，其中在饲料中添加黄芩多糖200 mg/kg为最好。
4.3 生产性能
梁英等[39]研究发现，在饲料中添加200 mg/kg和400 mg/kg的黄芩多糖能够显着提升肉仔鸡的体重、降低料重比，其中200 mg/kg的添加量对肉仔鸡的生长性能作用最明显。何雯娟等[40]研究结果表明，黄芩多糖作为饲料添加剂，分别添加200 mg/kg、400 mg/kg组和对照组相比，添加200 mg/kg组能显着提高肉仔鸡平均日增重、饲料转化率，这与梁英的研究结果基本一致，表明黄芩多糖作为饲料添加剂可以促进肉仔鸡的生长。
4.4 抗炎、抗病毒
崔莉[28]研究表明，黄芩多糖SP1-1能够显着降低UC小鼠的疾病活动指数（DAI）和过氧化物酶（MPO）活性，同时降低血清和结肠组织中炎症因子（如IL-1、IL-18和TNF-α）的表达水平。此外，黄芩多糖SP1-1还能够减缓巨噬细胞的浸润，降低DSS诱导的UC小鼠腹腔巨噬细胞中cleaved caspase-1的表达。刘大伟[41]研究发现，纯化后的黄芩多糖对三株试验菌具有不同程度的抑制作用，其中对大肠杆菌的抑制活性最强，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及枯草杆菌的最小抑菌浓度分别为0.625、0.625、1.25 mg/mL。张道广等[42]研究结果显示，黄芩多糖对猪生殖和呼吸系统综合征病毒在传代细胞系Marc-145细胞中的增殖具有抑制作用，随着黄芩多糖浓度的增加，蚀斑形成数减少，感染病毒的细胞死亡率降低，显示黄芩多糖能够在细胞水平抑制病毒增殖。李平等[24]研究结果显示，黄芩多糖显着抑制胃癌细胞MGC80-3的增殖，引起细胞形态的改变，通过Western blot检测发现，IKK β和procaspase 3的表达升高均随黄芩多糖浓度升高而表达增强，此外，还注意到LC3 B和LC3 A比值以及cleave-caspase 3和pro-caspase 3的比值与黄芩多糖浓度呈现正相关关系。Xiaona Z [43]利用MTT法比较了黄芩总多糖（SPSt）和黄芩多糖组分SPS50、SPS60、SPS70和SPS80对NDV细胞感染力的影响，研究发现在多糖组中SPS80在三种样品添加模式下，SPS80的病毒抑制率分别达到44.68%、75.31%和30.46%，这一发现表明黄芩多糖具有显着的抗病毒活性。综上所述，未来可以将黄芩多糖作为一种有潜力的抗病毒药物进行开发和利用。
4.5 其他生物学功能
大量研究发现，黄芩多糖还具有抗疲劳、抑制α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶活性达到降血糖的作用。王鑫滢[15]研究显示黄芩多糖能延长小鼠负重游泳时间，提高肝糖原、肌糖原含量，降低血清尿素氮浓度，提高血清乳酸脱氢酶活性，具有抗疲劳效果。Hui等[27]采用水提醇沉工艺从黄芩中提取纯化出黄芩多糖SBP-1，研究表明黄芩多糖SBP-1浓度达到4 mg/mL时，能够有效抑制α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶，从而达到降血糖的作用。
5 结语
近年来，尽管黄芩多糖在生物活性方面表现出色，但其药理学机制和结构活性关系仍处在研究的初级阶段，需要更多的深入研究来揭示其潜在的作用机制和应用价值。在黄芩多糖的药物转化和临床应用上还面临一系列挑战，包括生产工艺优化、剂型研发、药物安全性评估等。仍有许多问题需要解决，如黄芩多糖主要作用机制还不完全清楚，其在动物体内的营养物质代谢和药动学特性也需要进一步研究。此外，黄芩多糖的开发和应用还面临着一些技术挑战，如提高其纯度和稳定性，改善其口服生物利用度等。因此，未来的研究方向应着重在深入探索其药理作用和解决技术难题上，进一步探索黄芩多糖的潜力和应用价值。
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Research Progress on Extraction，
Purification， Structure， and Biological Activity of Scutellaria Baicalensis Polysaccharides
LIU Peng1，LI Jinxiang1，LENG Dunpeng1，LI Hua1，ZHAO Shanshan2，
GAO Yan2，MENG Fanyun3
（1.Qingdao Zhongren Animal Pharmaceutical Co.， Ltd， Qingdao 266329， China;
2.Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Jiaozhou 266300， China;
3.Jiaoxi Animal Health and Product Quality Workstation， Qingdao 266300， China）
Abstract：Scutellaria baicalensis is a Chinese herb with a long history， belonging to the genus Scutellaria of the family Lamiaceae， which is rich in flavonoids， baicalin， polysaccharides and other biologically active substances， and is widely used in traditional Chinese medicine.Among them， polysaccharides are one of the most important bioactive substances in Scutellaria baicalensis， and polysaccharides have a wide range of pharmacological and bioactive functions， such as immune-enhancing， anti-inflammatory， antiviral， antitumor， and antioxidant properties.Different extraction processes of Scutellaria baicalensis polysaccharide have certain effects on the structure and biological activity of Scutellaria baicalensis polysaccharide. Therefore， this paper describes the latest research progress on the extraction process， structure and bioactivity of Baicalin polysaccharides in recent years， which will provide a useful reference for the study of Baicalin polysaccharides at a later stage.
Keywords： scutellaria baicalensis polysaccharide; extraction process; separation and purification; structural analysis; biological activity
