桑树主要活性物质提取技术探讨范文

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《广西蚕业杂志》2016年第3期

摘要：

桑树含有多种活性成分，如黄酮类物质、多糖、生物碱等活性物质，具有降血糖、降血脂、降血压、抗氧化、提高人体免疫力等作用。活性物质提取是药理作用研究的关键和后续药品与健康食品开发的基础。通过对桑叶、桑枝中总黄酮以及具有代表性的黄酮类化合物，如槲皮素、花青素、芦丁，桑叶多糖、桑枝多糖，总生物碱以及具有代表性的生物碱类化合物1-脱氧野尻霉素（DNJ）的提取方法进行综述，为这几种活性物质的利用和开发提供依据。

关键词：

桑树；活性成分；提取利用

中国是蚕桑产业的发源地，也是桑树种植面积最大的国家之一，拥有丰富的桑树品种资源。桑树是落叶性多年生木本植物，自古以来就被认作是药食两用的珍贵材料，现代科学也已经证实了桑树资源的营养成分、药理活性成分及作用机理［1］。桑叶是家蚕唯一的饲料，同时还可入药，早在《本草纲目》［2］中就有记载：“桑叶乃手足阳明之药，汁煎代茗，能止消渴，明目长发。”现代科学研究结果表明桑叶中有着多种的有效活性成分，诸如黄酮类化合物、生物碱（DNJ等）、多糖、叶蛋白等。桑枝主要指桑树的一年生枝条，据《中国药典》记载，桑枝作为常用的中药材，有着祛风湿，利关节，行水之功效，适用于风寒湿痹、四肢拘挛、脚气浮肿之病症。现代药理学研究表明，桑枝主要含有多糖、黄酮类化合物、香豆精类化合物、生物碱等活性物质。此外还含有挥发油、氨基酸、有机酸以及各类维生素，其具有抗真菌、消炎、降血糖、清除体内超氧离子自由基的作用［3-7］。本文主要对桑枝桑叶活性物质提取方法进行综述，以期为桑树资源的多元化开发提供参考。

1桑叶、桑枝中黄酮类物质

1.1桑叶、桑枝中黄酮类化合物

黄酮类物质是桑叶发挥功效的主要活性成分之一，具有降血糖、降血脂、降血压、抗氧化、抗衰老、抗肿瘤、抗病毒等作用［8］。目前，对其药理作用研究最多的是降血糖作用。从桑叶、桑枝中提取黄酮类物质用来开发降血糖、降血脂、降血压和抗肿瘤方面的药物和健康食品，将为糖尿病患者、心血管病患者带来福音。桑树中黄酮类物质较为丰富，其主要分为黄酮类、黄酮醇类、二氢黄酮醇类、花色素类等四大类物质，包括槲皮素、桑色素、花青素等4000余种化合物［9-10］。

1.2桑叶、桑枝中黄酮类化合物提取方法

1.2.1桑叶、桑枝中总黄酮的提取方法

桑叶、桑枝中总黄酮的提取方法主要有有机溶剂提取法、微波辅助提取法、超声波提取法、酶提取法、超临界流体萃取法、半仿生提取法等［11］。目前，关于提取桑叶桑枝中总黄酮的文献很多。

1.2.1.1桑叶中总黄酮提取方法

超临界流体萃取利用了超临界流体在临界压力和临界温度的附近所具有的独特性能，以此性能作为溶剂萃取物质的一种新技术。肖奇志［12］采用超临界CO2的方法萃取桑叶中总黄酮，获取最佳萃取工艺为：压力35MPa，夹带剂乙醇流量0.01mL/min，温度为55℃，乙醇质量分数90%，得总黄酮萃取率达2.28%。林英男［13］用同样的方法提取桑叶中的总黄酮，但改变了工艺条件，在萃取压力为30MPa，萃取温度为40℃，萃取时间为3.0h，夹带剂无水乙醇用量为4.0mL/g的条件下进行验证试验，黄酮得率达到3.2%。两种方法大致相同，但实验结果却不同，笔者认为桑品种的不同、产地条件的不同，其桑叶中所含的总黄酮量也可能不一样。超声波提取法采用的是超声波辅助溶剂进行提取，声波产生了高速、强烈的空化效应和搅拌的作用，快速破坏植物的细胞，使溶剂能够渗透到药材细胞中，缩短提取时间，提高提取效率。兰才［14］在总黄酮提取工艺的研究中表明与煎煮法、回流法相比，超声波提取法提取率最高，得出桑叶总黄酮提取的最佳条件为：约0.500g样品用40mL体积分数为70%的乙醇水溶液充分浸泡后，超声波辅助提取45min，平均提取率为3.3%。

1.2.1.2桑枝中总黄酮提取方法

何雪梅等［15］采用二次回归正交旋转组合设计获得最佳提取桑枝中总黄酮的工艺条件为：温度80℃，时间为3.5h，乙醇浓度60%，料液比1∶40，获得总黄酮率为0.63%；陈建明［16］采用正交试验的方法对桑枝总黄酮超声提取的工艺进行研究，获得最佳工艺条件为：乙醇浓度为80%，料液比为1∶8，超声反复提取3次，每次提取时间为20min，此方法获得总黄酮的平均提取率为0.719%，提取率高于前者，可见经过超声处理能较好地提取桑枝中的总黄酮，其操作方便、提取时间短、产率高而且无需加热。目前，关于桑枝中总黄酮的提取方法的研究报道明显少于桑叶总黄酮的提取方法，原因可能与桑枝含大量木质和纤维不容易粉碎处理有关。

1.3桑树几种主要黄酮类化合物

1.3.1槲皮素

槲皮素广泛存在于植物的花、叶、果实中，是一种具有多种生物学活性的黄酮类化合物，已知有100多种中草药中含有槲皮素，如桑树的枝、叶、果实，菊花、绞股蓝、山楂、银杏叶、鸡冠花、鱼腥草［17］。槲皮素具有抗氧化和清除自由基、抗纤维化、抗肿瘤等作用，此外还对心血管系统具有降血压、保护心肌缺血、再灌注损伤、抑制心肌肥厚和抗病毒等作用。王海燕［18］利用超声波辅助的方法提取桑叶中槲皮素获得了最优工艺条件为：乙醇体积分数为51%、液料比26∶1（mL/g）、超声功率为200W、超声温度70℃，可以得到桑叶槲皮素提取量为11.13mg/g。由此可见，槲皮素在桑叶中的含量还是相当可观的，可以利用桑叶为原材料开发有关槲皮素方面的药品。

1.3.2花青素

花青素，由一定数量的儿茶素、表儿茶素缩合而成，属于酚类化合物中的类黄酮类化合物，溶于水。花青素是植物体内一类次生代谢物质，存在于植物花瓣、果实的细胞液组织及茎叶的表面细胞中［19］，具有延缓衰老等作用。江岩［20］对新疆药桑椹花青素做了提取和测定，获得药桑椹花青素的最佳提取工艺：溶剂体积比为0.1%的HCl溶液和95%的乙醇为40∶60、固液比为1∶20（g/mL），提取温度为50℃，提取时间为90min，在这种条件下花青素得率为0.0305%。此实验获得的花青素得率比较少，是药桑品种的桑椹花青素特别少，还是提取桑椹中花青素的问题，有待继续研究。

1.3.3桑色素

桑色素是一种天然的活性物质，主要有抗癌、抗炎、免疫、抗氧化等作用。存在于桑的叶、根皮和果实中［21］，李文娟［22］用AB-8型大孔吸附树脂对新疆药桑进行分离纯化，获得新疆药桑最佳提取条件：用0.1%的HCl-C2H5OH溶液，按1∶5的配比在温度为40℃时提取1h。经此方法纯化后的色素为紫红色的粉末，色价提高近7倍之多。

2桑叶、桑枝多糖的提取方法

2.1桑叶多糖的提取方法

多糖是极性大分子物质，国内外研究证明，植物、动物及菌类中均含有天然多糖，具有降血糖、降血脂、消除自由基、抗肿瘤、抑制细菌生长及增强免疫力等功能［23］。桑叶多糖是一种较为常见的生物多糖，中国是桑叶主要产地，大约有83万hm2的种植面积，年产桑叶1500多万t，提取桑叶多糖的原料十分丰富。目前，对于桑叶多糖的提取主要有热水浸提法、酸浸提法、碱浸提法、酶提取法、超声波提取法及微波提取法等。热水浸提法是以水作为提取剂，无污染且对多糖结构不易造成破坏，但是需要反复提取多次，提取时间久且提取率不高。沈爱英［24］经正交实验得出最佳桑叶多糖提取条件：桑叶粉质量浓度为0.040g/mL，75℃水浴中抽提2次，每次60min，用80%（终体积分数）乙醇醇析，此方法测得多糖得率为2.508%。酸碱提取由于提取液为酸性或碱性容易破坏多糖的立体结构，而且提取后还需综合其pH，程序复杂，多不为采用。酶提取法即采用热水浸提法的同时加入酶的提取方法，目前酶提取法有单一酶法、复合酶法和分别酶法。所采用的酶一般为果胶酶、纤维素酶和中性蛋白酶等［25］。夏平等［26］用纤维素酶∶果胶酶＝1∶1的方法提取桑叶中的多糖得到最佳工艺为：温度50℃、pH4.5，酶用量1.0%，提取1h，提取率为14.32%。此方法对桑叶中的活性物质影响较小，且实验快速。赵俊等［27］发现超声波提取法的产量明显多于水煎煮，且用时少、提取的次数也少于水煎煮法，所以使用超声波法提取桑叶多糖值得推广。黄山等［28］用微波法提取桑叶多糖，获得的最佳工艺条件：料液比1∶25，溶剂pH8.0，微波功率为300W，微波处理10min，多糖得率为4.26%，比热水浸提法的得率提高了18.99%［29］。此方法应用于植物细胞破壁，可以使目的物的回收率提高。

2.2桑枝多糖的提取方法

桑枝是养蚕业的副产物，是一种传统的中药，临床上主要用于关节肿痛、手足麻木、风湿痹痛、瘫痪等多种疾病的治疗［30］。现代研究表明，桑枝多糖具有降血糖、提高免疫力、抗氧化等药理活性［31］。因此，从桑枝中提取桑多糖对桑资源利用具有重要的意义。费建明等［32］研究了一般提取法、微波提取法、超声波提取法和生物酶提取法等多种提取桑枝多糖的方法。确定了一般提取法中的最佳条件：以沸水为提取剂，溶液与材料比为20倍，提取时间为100min，pH5，获得最高提取率为16.82%，平均提取率为14.54%。用桑枝一般提取法中最佳的提取条件，中间增加间隔微波处理，采用正交试验法，对功率、时间比例和微波次数这三个因素设置三个水平试验，获得微波提取的最适条件：微波功率500W，3次微波处理，微波时间为总提取时间的60%，获得最高提取率为17.22%，平均提取率为15.15%，比一般提取法的最高提取率和平均提取率均有所提高。超声波提取法与微波提取法的处理方法基本一致，用同样的三个因素设置三个水平因素获得最佳超声波功率为120W，获得最高提取率为17.37%，平均提取率为15.27%，同样比一般提取法提取率高。果胶酶提取法获得的最高提取率为18.26%，平均提取率17.24，提取率高于以上3种提取方法。

3桑叶、桑枝中生物碱类物质

3.1桑叶、桑枝中生物碱类化合物种类

桑生物碱具有良好的降血糖、降血脂、抗病毒、提高免疫力、抗衰老等药理作用［33］。多羟基生物碱及其苷类化合物集中在桑属植物的亲水性较强部位，常与氨基酸、甜菜碱等其他化合物共存。根据化合物结构特点，又可分为多羟基哌啶类、多羟基吡咯烷类和多羟基降托品烷类［34］。1-脱氧野尻霉素（DNJ）是桑树中的一种生物碱，首先是由Inoue等作为抗生素从链霉菌中提取得到，由野尻霉素氢化而来。Yoshiaki从桑中分离出DNJ［35］，桑叶中含量为0.11%［36］。DNJ为桑的特有物质，其他植物中也含有，如HangSubkim等［37］从野跖草中分离并鉴定出了DNJ，但其DNJ含量只有0.01125%。Asano等［38］从风信子鳞茎利用甲醇提取物中分离到DNJ，含量也只为0.0012%。可见桑树的DNJ含量远高于其他植物，DNJ是桑树生物碱特征性、标志性的生物碱。现代药理实验证明DNJ在治疗糖尿病和抗菌消炎等方面具有良好的作用。有相关文献报道，糖尿病已经成为仅次于心血管病、癌症的第三大类导致人类死亡的疾病，具有高致死率、高致残率和高医疗花费的特征。世卫组织表明全球糖尿病患者已超过4亿人，而且数目呈增长趋势。中国糖尿病患者人数达9700万以上，数量为世界第一。糖尿病早已成为当前世界各国共同面对的公共健康问题，DNJ又具有明显的抑制食后血糖急剧升高、延缓糖尿病的发作和恶化等作用，所以对于DNJ的药理学研究已经相当的多。但是，桑叶中DNJ的含量非常少，所以选取提取率高、简单、快速、操作成本低的提取方法，将为以后的桑叶综合利用、开发研制降血糖药品和保健食品提供良好的技术支持。

3.2桑叶、桑枝中生物碱类物质的提取方法

3.2.1桑叶、桑枝中总生物碱的提取方法

天然有机化合物的提取方法可分为经典提取方法和现代提取方法两种。经典提取方法不需要特殊的仪器，简单、易操作，可降低提取成本，主要包括溶剂提取法、水蒸气蒸馏法、分子蒸馏法等。其中，溶剂提取法又包括煎煮法、浸渍法、渗漉法、回流提取法、连续提取法等。现代提取方法是以现代先进的仪器为基础或新发展起来的提取方法，主要包括超临界流体萃取法、超声波提取法、微波提取法、仿生提取法、酶法提取法、加压逆流提取法、固相微萃取法等。其优点在于缩短了天然产物有效成分的提取时间，同时提高提取效率，但又因这些提取方法大多需要先进的仪器或严格的操作技术，所以普及程度不高。桑中总生物碱提取的常见方法主要有溶剂法、离子交换树脂法、大孔吸附树脂法、渗漉—薄膜蒸发连续提取法和超临界流体萃取法等。刘凡等［39］测定98份不同桑树品种中总生物碱含量，所用方法为：称取桑叶粉2.000g，提取液为25%乙醇和-0.05mol/L盐酸，原料质量浓度为0.050g/mL，常温浸提3h，次数为2次，过滤，合并提取液后浓缩，用HPD-100大孔树脂过柱，纯水进行洗脱，洗脱液进行减压浓缩，以4-羟基哌啶醇为标准物，采用雷氏盐比色法测定桑叶中的总生物碱的含量，测得结果表明多数品种的桑叶总生物碱质量比分布在1.50~3.00mg/g之间。刘一衡等［40］使用优化超声法提取新疆药桑桑叶总生物碱，获得提取的优化工艺条件为：提取时间20min，温度60℃，料液比1∶20（g/mL），超声功率为800W，乙醇浓度为60%。在这种条件下，获得新疆药桑桑叶总生物碱含量为4.64mg/g。此种方法获得生物碱比较高，其他桑品种在提取总生物碱时多有借用。

3.2.2桑树生物碱特征成分1-脱氧野尻霉素（DNJ）的提取方法

DNJ的提取方法比较传统的有蒸馏水提取法、酸提取法、有机溶剂提取法等，随着科技的进步、实验仪器的发展，可在这些传统方法上施以超声波、微波等处理，则又有了超声波提取法和微波提取法等。刘树兴等［41］利用水提法经工艺优化后获得最佳提取方案：固液比1∶40，温度80℃，时间为2.5h。蒸馏水提取很难过滤桑树中含有的一些果胶等成分，而且用时多，提取率低，所以现在很少使用。马静［42］利用酸水解法和有机溶剂提取法相结合的方法获得最佳的工艺条件：桑叶粉末粒度为60目，提取温度为55℃，pH1的50%乙醇溶液，提取时间为1.5h，获得DNJ的得率为0.062%。此实验的提取时间有所减少，但是提取量还不理想。花俊丽等［43］利用超声波强化法获得最佳工艺条件：超声功率125W，每克桑叶浸提剂用量为40mL，超声时所用温度为70℃，超声时间为20min，获得DNJ的得率为0.091%。有文献表明，微波提取较水蒸气蒸馏、索氏提取等传统的中药提取方法，以及超临界提取、超声提取、加速溶剂提取等手段具有一定优势，表现在提取率高，显示出广阔的应用前景［44］。胡瑞君等［45］利用微波辅助提取技术获得最佳实验条件：微波功率406W、处理时间1.5min，固液比为1∶40，提取2次，提取率为0.024%。

4总结

4.1优选原料

桑叶、桑枝、桑果含有黄酮类、多糖、生物碱类物质等重要活性成分，但是否具有产业化开发利用的商业价值和市场前景，主要取决于原料来源、价格和提取率。广西是我国最大的蚕桑生产省区，桑叶、桑枝资源丰富，但桑叶中总黄酮、总生物碱含量均小于3.00mg/g。因此，用桑叶提取黄酮类、生物碱类、多糖类物质等活性物质的成本很高，难以产业化。桑枝为养蚕的副产物，收获、干燥、运输和贮存较为方便，以桑枝为原料提取黄酮类、生物碱类、多糖类物质等活性物质的成本较低，有利于产业化开发。不同桑品种、不同产地、不同季节和生长时间的桑枝原料，其活性成分含量有较大差异，研究比较蚕桑产区现有桑品种、不同季节和生长时间的桑枝原料中活性成分含量，以评估优选原料。

4.2综合利用，优化工艺

桑树活性物质提取和产业化开发，应以高效、节能、环保、安全、多用、高值为目标，科学设计技术路线，优化生产工艺，实现同一原料提取多种活性物质，开发多种健康产品，废渣、废液循环利用，以提高综合经济效益。

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作者:陶程 朱方容 李秋捷 彭梦媛 陈慧珠 屈达才 单位:广西大学农学院 广西壮族自治区蚕业科学研究院