山药的化学成分及多糖的提取和应用

山药的化学成分及多糖的提取和应用赵丽玲（浙江经贸职业技术学院，浙江杭州310018）摘要：山药是薯蓣科多年生宿根植物山药(DioscoresoppositaThunb．)的块根，主产于河南、广东、广西等省，以河南焦作市(古怀庆府)所产最佳，又称“怀山药”。《本草纲目》记载其能“益肾气，健脾胃，止泻痢，化痰涎，润皮毛”。现代医学研究表明，山药具有增强免疫、抗氧化、抗衰老、抗肿瘤、降血糖等多种生物活性，其主要功效成分是山药多糖【1】。研究表明山药多糖具有较显著的增强免疫、抗氧化、抗衰老、治疗糖尿病和抗肿瘤等作用。关键词：山药、多糖、提取分离引言：山药是我国传统的药食同源食物之一。主产于河南，湖南、湖北、江西等省区亦产。以焦作一带出产的山药品质最好、药效最高，又称怀山药。表面黄白色或淡黄色，有纵皱纹及须根痕。去皮者称“光山药”，表面白色，光滑细腻，有微细维管束线纹。质坚实，断面白色，粉质。味微酸，带黏性。本品性平，味甘。用于治疗脾虚食少、久泻不止、慢性肠炎、肺虚喘咳、肾虚遗精、慢性肾炎、糖尿病、遗尿、白带等病症。山药主要含有蛋白质、糖类、维生素、脂肪、胆碱和淀粉酶等成分，并含有碘、钙、铁和磷等人体不可缺少的微量元素，具有很高的营养价值及药用价值【2】。1山药的化学成分研究1．1山药黏液质黏液质是一种多糖与蛋白质的复合体。研究发现，山药的独特之处为山药含大量的黏液质，黏液质中含有人量的黏液蛋白质和黏液多糖。在山药粘液质复合体中，量白质约占47.6％，多糖的含量约为52.％【3】。近年来研究证明，山药黏液质可刺激和调节人体的免疫系数，增强人体的抵抗力。同时还发现，它们能显著降低小鼠血糖黏度，增加血液中的白细胞，并增强白细胞的吞噬能力，因而可作为医治糖尿病和肿瘤化疗的辅助药。1．2多糖山药多糖是山药目前公认的主要药效成分。由于研究者所采用的提取分离方法的不同以及所用的山药材料不同，对于其组成及结构文献报导不一【4】。从结构上说既有均多糖、杂多糖，也有蛋白复合多糖。有文献报道【5】山药多糖中的糖基组成以甘露糖为主，各种多糖相对分子量分布于7×103Da~2×106Da范围，其含量为0．5％～16％。另外，炮制方法对山药黏液质多糖的含量也有影响。1．3淀粉山药中的淀粉含量也比较高，一般为16％-20％【6】，并且淀粉的组成与含量受生长过程中环境条件的影响而不同。山药淀粉在结构和性质上具有独特性和优越性，决定了它能更好的满足了一些特殊应用行业的要求，例如山药淀粉可代替黄原胶、羧甲基纤维素用于果冻的生产；由于山药淀粉糊液成膜性能好，用山药淀粉生产的氧化淀粉、阳离子淀粉等可用于造纸行业；山药氧化淀粉、羧甲基淀粉、糊精淀粉磷酸酯等在建材、医药、铸造、石油钻井等方面都有着广阔的市场【7】。1．4氨基酸山药含有18种氨基酸，其中有8种氨基酸是人体所必须的。有研究表明，新鲜山药含2.71%的总氨基酸，其中人体必须氨基酸的含量达1.05%。1．5微量和常量元素研究表明：山药含有丰富的微量元素锌、铁、镁、铜和常量元素钙【8】。在其所含丰富的微量元素中，锌和铁对体内多种酶具有活性作用，能够促进蛋白质和核酸合成，调节细胞免疫功能和促进细胞增殖。钙与预防人体心血管疾病的发生密切相关。1．6其他化学成分山药块茎还含薯蓣皂苷，其苷元为薯蓣皂苷元，也是薯蓣属植物块茎常有的成分。除此之外，还含有胆碱、多巴胺、山药碱、淀粉酶、多酚氧化酶、磷酸酶、维生素C等。2山药多糖的提取分离方法2．1浸提法浸提的流程是：原料→脱脂→乙醇回流→热水浸提→冷却、离心、取上清液→减压浓缩→醇沉→去杂→干燥→粗多糖。水浸提涉及3个关键条件：温度、时间、料液比。孟庆华等研究了水提法提取怀山药多糖的工艺条件，结果表明，最佳浸提工艺为：浸提温度100℃，料液比l：30，浸提时间2h，浸提2次，加入浓缩液7．5％体积的3％三氯乙酸溶液除去蛋白质，再向浓缩液中加入5倍体积的无水乙醇溶液分离怀山药多糖【9】。徐琴等建议按l：60料液比，置于80℃水浴中提取6h【10】。刘秀河等通过响应面分析法考察了浸提温度、浸提时间和料液比对山药多糖的得率和含量的影响，认为浸提温度60～64℃、浸提时间3．2～3．5h和料液比l：20更为合适，温度较低，也减少了浓缩的时间【11】。2．2超声辅助提取利用超声波的空化作用、热效应、机械作用，加速细胞壁的破碎，促进细胞内容物的溶出，可以缩短提取时间。李金忠等采用正交试验研究了超声波提取山药多糖的最佳试验条件，结果表明，影响多糖得率的因子依次是：温度超声时间料液比超声功率；最佳工艺条件为：超声功率l000W，超声时间50min【12】，提取温度60℃，料液比l：100；采用上述条件提取山药多糖，得率达20．27％，与传统的水提取法相比，得率提高2倍多，提取时间也缩短为50min。2．3微波辅助提取微波具有穿透力强、选择性高、加热效率高等特点。微波辐射可以大大加快反应速度(最高达1240倍)，有效地提高得率。许本波等利用微波辅助提取山药多糖，在单因素试验基础上，采用正交试验考察了各种因素对多糖得率的影响，主要因素影响顺序为：浸提温度醇沉比微波功率料水比；确定了山药多糖提取的最佳工艺参数：微波功率464W，料水比l：20，浸提温度印℃，醇沉比4：1在此条件下提取山药多糖，其得率达到了10．52％【13】。2．4酶法提取在多糖水提工艺中，常可以加入2％木瓜蛋白酶、纤维素酶，酶解细胞壁结构和胞间连接物，促进细胞破壁和胞内物的浸出【14】。费玉婷等选用纤维素酶进行山药多糖的提取，通过正交试验研究了纤维素酶的作用时间、pH值、酶用量和温度对山药多糖提取率的影响，结果表明，提取温度是最重要的影响因素，提取的最佳工艺条件为：酶用量0.2％，温度55℃，时间3h，pH值7.0，在此条件下提取山药多糖得率为35.66％【15】。3山药多糖的生物活性作用3．1山药多糖的增强免疫作用山药多糖能增加血液中的白细胞，加强白细胞的吞噬功能。所以，山药多糖对促进特异性免疫和非特异性免疫功能均有较明显的作用。张红英等【16】研究了怀山药多糖对鸡免疫功能的影响。研究表明，试验组鸡的特异性免疫抗体和免疫器官指数均高于对照组的鸡。怀山药多糖能提高鸡的免疫能力。用作鸡的免疫增强剂与疫苗一起配合使用。何云等研究了山药多糖对四氧嘧啶诱导的糖尿病大鼠胰岛素以及血小板数的影响。得到山药多糖对四氧嘧啶诱导的糖尿病大鼠胰岛素以及血小板数的影响。苗明三等人的研究表，山药多糖可明显提高环磷酞胺所致免疫功能低下的小白鼠腹腔巨噬细胞吞噬百分率和吞噬指数。山药中所含的一些微量元素，如Fe、Zn、Cu、Mn、Ca、Mg、Se等，对提高肌体的多种生理功能，特别是提高机体的免疫能力也有重要作用。3．2山药多糖的抗氧化作用研究表明，山药多糖具有明显的肌体抗氧化活性。舒嫒等提取山药多糖，通过测定其还原能力及清除H2O2、O2-。和·OH的能力，对3种山药多糖的抗氧化性进行了比较研究。发现用Sevag法去除蛋白后得到的山药多糖的抗氧化能力最高，其清除H2O2、O2-。和·OH的能力分别为65．3％、95．0％和53．7％；除蛋白前的山药多糖的抗氧化能力次之；用蛋白酶法除蛋白后得到的山药多糖的抗氧化能力最低。孙设宗等【17】探讨了山药多糖对小鼠肝、肾、心肌和脑组织体内外的抗氧化作用。得到山药多糖能降低CCl4损伤小鼠血清ALT、AST活性，对小鼠肝、肾、心肌、脑组织体内外有抗氧化作用，特别是对心肌、肾脏、肝脏抗氧化作用较高。不同浓度的山药多糖保护组还可降低血清中ALT和AST，降低各组织MDA的含量。体外抗氧化实验山药多糖能抑制脂质过氧化物的生成，A532nm明显降低。柳爱莲等采用分光光度法测定山药多糖对自由基活性的清除作用，发现山药多糖具有较高的清除自由基活性。山药多糖加入自由基活性溶液后，使自由基活性溶液的吸光值明显下降。因此，山药多糖有较强的抗氧化及清除自由基的能力。3.3山药多糖对肝损伤的保护作用孙设宗等【18】探讨了山药多糖对小鼠CCl4肝损伤的保护作用并研究了作用机制，实验中发现山药多糖可降低肝体指数，降低血清中丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶的活性和丙二醛的含量，，提高肝细胞中谷光甘肽的含量，对实验性肝损伤有保护作用，其作用机理可能与其对抗和清除自由基的作用有关。同时，因为山药多糖能够显著提高小鼠肝细胞谷光甘肽【19】而谷光甘肽是生物体内重要的还原物质，可参与清除自由基。实验中还发现：急性肝损伤时模型组谷光甘肽的消耗加速，其含量明显降低，而山药多糖保护组则能提高谷光甘肽的含量，因此推测山药多糖抗肝损伤的另一个可能机制为：山药多糖能通过促进谷胱甘肽合成酶的合成，增加谷光甘肽的含量，或者能直接清除自由基【20】。4结语山药原料丰富、物美价廉，具有极高的营养价值与医疗保健作用。目前，关于山药多糖的研究刚刚起步，也仅限于实验事理论探讨，还需要大星的研究数据。如山药多糖适于规模生产的提取、精制、纯化工艺，山药多糖化学结构及其抗肿瘤作用的构效关系，山药多糖的生理活性及其药理作用、毒理试验，山药多糖的应用价值及其市场开发情况等，都需要进行深入的研究和探讨。参考文献【1】徐琴;徐增莱;沈振国淮山药多糖提取工艺的研究[期刊论文]-食品工业科技2006(12)【2】姜芳婷，李明静，史会齐，等．山药的研究【J】．河南人学学报(医学版)，2004，23(2)：4-6．【3】王常青．长山药中黏液质及其流变特性的研究【J】．食品与发酵工业，1995，(3)：22-26．【4】乔善义，王立岩，赵毅明等．山药多糖的提取分离和结构测定【J】．中国天然药物，2003，1(3)：155-157．【5】杨武德，李白玲，冯靖．山药及不同炮制品多糖含昔分析【J】．贵阳中医学院学报，2004，26(3)：61-62．【6】李家实，贾敏如．中药鉴定学．第一版．上海：上海科学技术出版社，2004．【7】李锋涛，陈毓．．山药的研究进展【J】．海峡药学，2008，20(10)：90—93．【8】廖朝晖，朱必风，刘安玲，等．山约主要生化成分含量的测定【J】．韶关学院学报：自然科学，2003，（6）：67—69．【9】舒媛;刘安军;王丽霞山药多糖结合蛋白质对抗氧化作用的影响[期刊论文]-食品研究与开发2006(11)【10】苗明三怀山药多糖抗氧化作用研究1997(02)【11】蔡婀娜;王昭晶;罗巅辉水提山药多糖的分离纯化与DTA的性质分析[期刊论文]-福建中医学院学报2006(03)【12】赵国华;李志孝;陈宗道山药多糖RDPS-I的结构分析及抗肿瘤活性[期刊论文]-药学学报2003(01)【13】顾林;姜军;孙婧山药多糖的分离纯化及其结构鉴定[期刊论文]-食品科技2007(05)【14】王刚;杜士明;肖淼生山药多糖的提取分离及山药总多糖的含量测定[期刊论文]-中国医院药学杂志2007(10)【15】费玉婷;乔建卫;蒋立勤纤维素酶法提取山药多糖的工艺研究[期刊论文]-农产品加工(学刊)2008(06)【16】程林，陈斌，蔡宝昌．正交实验法优选山药多糖的提取工艺[J】．中国药物与临床，2005，5(9)：650—651．【17】李兰。蒋爱风．刘坤．怀山药活性多糖提取条件优化[J]．河南科技学院学报(自然科学版)，2008，36(2)：63—66．【18】孙设宗，张红梅，赵杰.山药多糖对小鼠肝、肾、心肌和脑组织抗氧化作用的研究[J].现代预防医学，2009，36(8)：1445-1447．【19】Seon-JooYoon,Myeong-AeYu,Yu-RyangPyun,Jae-KwanHwang.ThenontoxicmushroomAuriculariaauriculacontainsapolysaccharidewithanticoagulantactivitymediatedbyantithrombin.ThrombosisResearch,2003,3(121)：151-158【20】孙设宗，唐微，张红梅.镁离子、山药多糖对四氯化碳肝损伤的保护作用[J]．中国现代医学杂