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黄芪药渣化学成分、药理及应用研究进展

作者:未知

  摘要:黄芪在制药、保健品等行业生产过程中产生的药渣大多被直接丢弃或简单转化为低附加值产品。黄芪使用量巨大,若通过合适途径加以利用,其药渣可变成宝贵的再生资源,在多领域具有广阔的应用前景。因此,寻找高效的转化途径对提升资源价值、减少环境污染、维持药材种植及加工基地的生态平衡均有重要的意义。本文从化学成分、药理作用、应用研究方面,阐述黄芪药渣医疗和经济价值,为其综合开发利用提供参考。
   关键词:黄芪;药渣;化学成分;药理作用;再生资源;发酵;综述
   中图分类号:R285    文献标识码:A    文章编号:1005-5304(2019)06-0140-05
  Abstract: Most of Astragali Radix residues in the production process of pharmaceuticals, health products and other industries are directly discarded or simply converted into low value-added products. The use of Astragali Radix is huge. If it is utilized by suitable means, its residues can become a valuable renewable resource and have broad application prospects in many fields. Therefore, finding efficient conversion pathways is of great significance for enhancing the value of resources, reducing environmental pollution, and maintaining the ecological balance of medicinal planting and processing bases. This article described the medical and economic value of Astragali Radix residues from the aspects of chemical compositions, pharmacological action and application research, and provided references for its comprehensive development and utilization.
   Keywords: Astragali Radix; residues; chemical compositions; pharmacological action; renewable resources; fermentation; review
   中藥材在行业生产过程中形成的大量废弃物己成为生态系统和可持续发展的重大问题,因此,寻找高效的转化途径有着重要的意义[1]。黄芪在临床、制药和保健等方面均有广泛的应用[2-4],用于生产饮片、中成药、提取物及其制剂[5]。研究表明,黄芪药渣残留大量有效成分和营养成分,这些成分具有增强机体免疫功能[6]、促进机体代谢[7]、抗氧化[8]、调节激素[9]等作用,具有较高利用价值。黄芪药渣具有十分广阔的应用前景,可用于轻化工、药品、化妆品、动物饲料及饲料添加剂等领域[10-11],但目前黄芪药渣再利用相关报道较少。本文从化学成分、药理作用、应用研究方面,阐述黄芪药渣医疗和经济价值,为其综合开发利用提供参考。
  1  化学成分研究
   有报道,黄芪药渣的主要成分为纤维素和半纤维素,占药渣总质量的42.74%,同时含有大量可溶性糖(12.36%)和植物蛋白质(8.92%),还含少量还原糖、脂肪、甘露醇、水分和粗灰分[12];主要有效成分为黄酮类、皂苷类、多糖类及氨基酸类化合物等[13]。
  1.1  多糖类
   黄芪多糖是黄芪药材主要有效成分之一,药材经提取后仍有部分黄芪多糖残留,水解处理黄芪药渣中的纤维素和半纤维素也可得到多糖。杨国辉等[14]选用内切型-β-葡聚糖酶、外切型-β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶将黄芪药渣中的纤维素酶解为小分子纤维素及纤维二糖等小分子糖类,得到黄芪多糖达38.71%。张英等[15-16]用纤维素酶和木聚糖酶处理黄芪药渣,将药渣中的纤维素和半纤维素分别降解为葡萄糖和木糖;此外,通过发酵法得到黄芪药渣纤维素和半纤维素糖类水解物,包括葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖及纤维二糖。郝霞等[17]对黄芪药渣中提取的粗阿拉伯木聚糖进行分离纯化,得到8种水溶性多糖组分。刘磊等[18]分析黄芪药渣中的4种半纤维素组分,发现其中AX-I-1为杂多糖,包括鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖。
  1.2  黄酮类
   黄芪总黄酮是黄芪重要的有效成分。马宏军[19]采用色质联机法分别定量分析黄芪和黄芪药渣中的黄酮类物质,发现黄芪药材所含的5种黄酮类物质有3种出现在黄芪药渣中:2-[4-羟基-3-甲氧亚苄基]-5-羟基-苯丙二氢呋喃-3-酮(coumaran-5-ol-3-one,2-[4- hydroxy-3-methoxybenzylidene]-),7-羟基-2-(4-甲氧基苯)-4H-1-苯吡喃-4-酮(4H-1-benzopyran-4-one,7- hydroxy-2-(4-methoxyphenyl)-),3,4-二羟基-3(3-羟基- 2,4-二甲氧基苯)-2H-苯吡喃-7醇(2H-1-benzopyran- 7-ol,3,4-dihydro-3-(3-hydroxy-2,4-dimethoxyphenyl)-),含量依次为50.2%、35.1%、27.1%。黄芪药渣中还含有毛蕊异黄酮、芒柄花素等黄酮类成分[20-21]。   1.3  皂苷类
   皂苷类是黄芪药材有效成分之一,其中黄芪甲苷是黄芪质量检定的指标成分[22],为一种三萜皂苷。研究表明,黄芪药渣仍含有大量黄芪甲苷。黄亚非等[23]通过HPLC分别测定黄芪药材和药渣中黄芪甲苷含量,结果表明,黄芪甲苷在药渣中的含量为药材的72.08%。周萍等[24]采用高效液相色谱-蒸发光散射法测得黄芪药渣中黄芪甲苷含量为0.74 mg/g。竺利红等[25]测定黄芪药渣不同发酵时间发酵液中黄芪甲苷含量,发现发酵96 h得到的黄芪甲苷含量最高,达(0.57±0.027)%。
  2  药理作用研究
   黄芪药渣及其发酵产物具有抗菌、抗炎、镇痛、抗癌、抗氧化、增强免疫力、促生长等药理作用。
  2.1  抑菌
   朱振元等[26]研究黄芪药渣虫草发酵粉的抑菌作用,结果表明,黄芪药渣虫草发酵粉对沙门氏菌(G-)、金黄色葡萄球菌(G+)、枯草芽孢杆菌(G+)、大肠杆菌(G-)均具有抑制作用,作用强度依次降低;对部分真菌也具有抑菌效果,其中对曲霉Aspergillus spp.和青霉Penicillium spp.的抑制作用最强。竺利红等[25]研究发现,黄芪药渣经棘孢木霉发酵后,对变形杆菌、沙门氏杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有抑制作用。
  2.2  抗氧化
   刘磊等[18]研究发现,黄芪药渣中多糖AX-I的各组分对超氧阴离子均具有清除作用。马宏军[19]研究表明,黄芪药渣中的黄酮类成分可显著提高金鲫鱼肝脏内超氧化物歧化酶(SOD)活性。闫先超[27]研究黄芪药渣发酵制剂对青脚麻鸡生长性能及部分血清生化指标的影响,结果显示,发酵黄芪药渣发酵制剂可显著增加鸡血清总SOD含量。
  2.3  抗抑郁
   陆明鸣等[28]采用灵芝菌发酵黄芪药渣,并进行开场实验、悬尾试验和强迫游泳实验,发现芝芪菌质水提物可显著缩短悬尾和游泳不动时间,提示黄芪药渣发酵物具有一定的抗抑郁作用。
  2.4  抗疲劳
   陈玉胜等[29]采用芝芪菌质水提物灌胃30 d后测定小鼠负重游泳持续时间、运动后血清尿素氮水平、肝糖原含量、血清乳酸脱氢酶活力及平均体质量的增加量。结果显示,芝芪菌质水提物可使血清尿素氮水平显著降低,其他各项指标均显著提高,提示黄芪药渣发酵物具有抗疲劳作用。
  2.5  调节尿酸
   陆潭等[30]用黄芪药渣发酵产物对高尿酸血症模型小鼠进行试验,考察黄芪药渣发酵物抗高尿酸血症活性,结果显示,与模型对照组相比,给药组小鼠血清尿酸、肌酐和尿素氮水平均显著降低,而尿液尿酸、肌酐排泄量及尿酸排泄分数显著提高,提示黄芪药渣发酵产物具有抗高尿酸血症的作用,可能是通过促进尿液中尿酸的排泄实现的。
  2.6  增强免疫力、促生长
   黄芪药渣对白羽野鸭有增强免疫力、促进生长的作用。张瑞等[31]研究发现,黄芪药渣可明显增加白羽野鸭体质量,其中高剂量组可显著增加白羽野鸭免疫器官质量。张登辉[32]发现,添加5%黄芪药渣的基础日粮可显著提高肉鸡日粮中粗蛋白质的表观代谢率。吴华等[33-34]用肉鸡进行了类似研究,结果表明,黄芪药渣可提高肉鸡生产性能,表现为显著提高肉鸡的日增重、降低料肉比,饲粮中粗蛋白质的表观代谢率显著提高,粗脂肪的表观代谢率降低,进一步研究发现黄芪药渣能提高鸡肉的品质,减少鸡肉的水分含量,增强鸡肉的系水力,降低鸡肉中脂肪含量而提高瘦肉率。霍光明等[35]用灵芝菌发酵黄芪药渣所得的芝芪菌质多糖喂养肉鸡,使肉鸡的全期平均增重、料肉比均显著提高;在结合疫苗使用情况下,实验组新城疫抗体滴度、血清α-干扰素含量均显著高于对照组;芝芪菌质多糖还能改善肉色、降低失水率;提示芝芪菌质多糖能促进肉鸡生长,提高体免疫力,改善肉品质。闫先超[27]研究黄芪药渣发酵制剂对青脚麻鸡生长性能及部分血清生化指标的影响,各试验组采食量和平均日增重均高于对照组,其中黄芪药渣混合益生菌组的日增重效果最为显著。
  2.7  调节血糖
   黄芪药渣发酵产物对血糖有调节作用。研究发现,黄芪药渣发酵产物富硒酵母通过降低空腹血糖和提高胰岛素水平,同时提高白细胞计数、免疫球蛋白G、白细胞介素-2等免疫指标,达到降低免疫力低下糖尿病模型动物血糖的作用[36]。
  3  应用研究
   黄芪药渣因其有效成分含量较高,且资源丰富、成本相对低廉,可广泛应用于工业、农业和畜牧业。
  3.1  工业领域
   在工业领域,黄芪药渣可用于生产乙醇。张英等[15]研制出既能利用葡萄糖又能利用木糖的融合菌株,利用其转化黄芪药渣。黄芪药渣经纤维素酶和木聚糖酶处理后,所含纤维素和半纤维素被降解为葡萄糖和木糖,融合菌株能充分利用而产生乙醇。
  3.2  农业领域
   在农业领域,黄芪药渣可用于制作有机肥、栽培真菌。研究表明,黄芪药渣可做成生物有机肥种植油菜,肥效可达无机肥或市售生物有机肥水平,并有提高油菜籽品质的作用[37]。采用温控型堆肥罐系统,对黄芪药渣进行好氧堆肥化,所得的堆肥产品的有机质和总养分(N+P2O5+K2O)含量均比现行有机肥料标准(NY525-2012)高28.5%,表明黄芪药渣可用于生产优质有机肥料或做成土壤改良剂[38]。用黄芪药渣作为鸡腿菇栽培原料的主料,可提高其产量和生物学效率[39]。
  3.3  畜牧业领域
   畜牧业为中药药渣的主要应用领域之一,黄芪药渣多用于制备禽、畜饲料或饲料添加剂,通常具有增强禽类免疫力、增产[31]、提高表观代谢率[32]或改善肉质[34]的作用。在饲料中添加黄芪药渣饲养肉羊,可降低羊肉中致膻物质的含量,有利于减轻膻味、改善羊肉風味[40]。   3.4  發酵工艺
   在对黄芪药渣再利用的研究过程中,尤其是将其用于禽、畜饲料或饲料添加剂的制备时,发现黄芪药渣经发酵后,具有更广泛的药理作用和更强的生物活性,因此,目前大多对黄芪药渣发酵后再进行应用研究。对黄芪药渣的发酵工艺研究主要从发酵菌种、发酵条件、氮源、接种量、发酵基质等方面进行探讨,具体见表1。
  4  展望
   目前,黄芪药渣相关研究已取得初步进展,其中对于已知的有效成分含量研究较多,对其药理活性、生物活性等也进行了探索。为使黄芪药渣得到高效利用,工艺研究较多,并已得出相对成熟的工艺。研究的思路和方向较多元化,黄芪药渣的应用具有广阔前景。
   然而,黄芪药渣相关基础性研究仍欠缺。目前尚未见对黄芪药渣进行较系统的成分研究,难以确定药渣再利用的研究方向,无法充分利用其价值。对黄芪药渣相关活性研究较少,研究内容较局限,限制了其利用。对于黄芪药渣的工艺研究大多为发酵工艺研究,且研究方法均为传统的同步发酵法,尚未升级到转化效率更高的异步发酵技术[45]。今后对黄芪药渣的研究可逐步完善基础成分和活性的研究,再结合实际,寻找更高效的应用模式,充分开发黄芪药渣的价值;在工艺上,除现有发酵技术进一步改良外,还可进行化学、物理等转化利用途径,将新技术用于黄芪药渣的工艺研究。
   黄芪药渣虽具有广泛的应用领域,但目前多属于粗放低值资源化模式。应转变思路、改进技术,使黄芪药渣的利用价值或潜在利用价值得到有效挖掘和充分利用,上升到转化增效资源化模式,甚至是精细高值资源化模式[46]。
   此外,对于黄芪药渣的研究过程中产生的新问题和药渣应用的安全问题也值得关注。黄芪药渣多来源于中成药的制药生产废弃物,不同配方、不同提取过程对黄芪药渣的成分及活性的影响也不同[47]。对于某种来源药渣的研究成果是否适用于其他来源的药渣尚需要更多研究验证;药渣在生产过程中是否有毒性成分的累积,应用的前期处理是否会产生有害物质[48],微生物发酵过程中未知成分对动物遗传和环境的影响[49-50]等方面也需进一步研究。
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  (收稿日期:2018-06-14)
  (修回日期:2018-08-03;編辑:向宇雁)
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