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实验研究(2018年07期)|薯蓣皂苷元提取方法及研究进展

发布时间:2018年4月8日 作者: 张肖冲,李明慧,高 岩,宋 鑫,徐 阳,孙海明,赵桂云  来源:吉林农业

本文对薯蓣皂苷元的提取方法中的酸水解法、酶解法、微生物转化法进行了综述,并对其发展前景进行了展望。

    薯蓣皂苷元由薯蓣皂苷转化而来,而薯蓣皂苷广泛存在于薯蓣科、百合科、石竹科、蔷薇科等植物中,其中薯蓣科植物中含量最多。薯蓣皂苷元是合成多种甾体激素类药物和甾体避孕药的重要原料,具有多种重要的药理作用。如今对薯蓣皂苷元的提取方法有很多,但在工业生产中主要以水解法和自然发酵法为主。但是由于酸水解法会产生大量的废水,对环境的污染较严重,而自然发酵法的自然发酵时间较长,能耗大且皂苷提取率较低。本文对薯蓣皂苷元的提取方法进行了总结。
    1 酸水解法
    薯蓣皂苷元为薯蓣植物中薯蓣皂苷的配基,酸水解法是将酸与药材直接混合回流水解。酸的作用是破坏薯蓣植物细胞结构和组成,断开薯蓣皂苷元与糖(纤维素)连接的苷键,使薯蓣皂苷元游离出来,再用有机溶剂提取出来,但对环境污染较大,该方法最早由Rothrok等提出。都述虎等对酸水解法的条件进行优化,薯蓣皂苷元提取率提高。而更多学者在酸水解的基础上又延伸出发酵酸水解法、超临界 CO2 萃取法、超声辅助提取法等。随着方法的改进,薯蓣皂苷元的提取率不断增高,但是上述方式需要酸处理来制备薯蓣皂苷元,依然会产生大量的废水,对环境造成污染,也会造成水资源的浪费。而对于酸水解法的改进较好的是王鹏等的微波辐射下酸功能化离子液体的催化水解,该方法最大的优点是环保,但是其转化率接近于常规盐酸水解,转化率较低。所以寻求无污染、转化率较高的提取方法是需要探索的方向。
    2 酶解法
    薯蓣皂苷元与植物细胞壁紧密的结合,要想制得薯蓣皂苷元,首先将细胞壁水解。酶是具有高效性与专一性的生物催化剂,可以特异性的水解淀粉、纤维素、半纤维素等,从而释放出薯蓣皂苷元。酶解法具有特异性强、水解副产物少、反应条件温和、环保无污染、操作简单等优点。酶解法又可分为单一酶解法和多元酶解法以及阶梯酶解法。单一酶解法只用一种酶催化反应制备薯蓣皂苷元,张黎明等用纤维素酶水解葫芦巴制备薯蓣皂苷元,王彦平等也通过实验验证了纤维素酶的提取效果要优于果胶酶。多元酶解法是使用两种或两种以上的酶共同水解底物,张裕卿、李文君、赵国强等,分别采用阶梯生物酶催化法、复合酶催化法、发酵——复合酶解法提取薯蓣皂苷元。综合比较,多元酶解法要优于单一酶解法,在多元复合酶解法中虽然阶梯生物酶催化法转化率较高,但是其具有过程复杂、耗时长、造成能源的大量浪费等缺点。而复合酶催化法操作简单,且转化率要优于传统酸水解。
    3 微生物转化法
    微生物转化是通过微生物整体的细胞代谢或者酶复合体水解掉薯蓣皂苷中的某些糖基,引起糖基结构的局部变化而获得具有一定形态结构的目的产物,其本质是利用微生物产生的酶对外源底物进行催化反应,使底物的某一特定结构在催化反应中发生改变,从而获得一定产物。用微生物法转化薯蓣皂苷元菌株的筛选至关重要,其菌株筛选更多取决于其菌株转化过程中对中间产物的利用及转化,中间产物的水解种类及先后顺序对产率影响极大。如今微生物转化法大体可以分为两部分,一部分是经过不同的预处理制备薯蓣总皂苷,再以微生物转化薯蓣总皂苷制备薯蓣皂苷元,其中,马晓霞采用的乙醇回流提取总皂苷,用塔宾曲霉 HG-57转化产生薯蓣皂苷元转化率较高。另一部分是没有经过预处理的药材干粉经微生物直接转化为薯蓣皂苷元,李长田筛选的少根霉原变种制备薯蓣皂苷元转化率较高。虽然微生物转化法具有环境友好、成本低、经济价值较高的优点而被广泛应用,但是现在筛选的微生物转化率普遍较低。
    4 结论
    如今对薯蓣皂苷元的提取方法有很多,但都存在缺点。众多学者也在不断对酸水解法进行优化,却并没有完全摆脱酸的应用,且造成环境污染、大量的多糖资源浪费。酶解法由于酶成本较高,且酶解过程对温度、pH 值要求较高,导致工艺复杂,不适合工业生产。目前薯蓣皂苷元的微生物转化仅停留在对单一底物的转化方面,虽然盾叶薯蓣中可转化率较高,但自然界薯蓣植物中可以转化成薯蓣皂苷元的植株不仅是盾叶薯蓣,因此筛选出对底物具有普适性的菌株具有可研究、可发展性,不但可以分担盾叶薯蓣的用量压力、充分利用其他薯蓣植物,而且能筛选出适应性更强的普适性菌株,为薯蓣皂苷元的微生物转化提供了更广阔的前景。同时,为薯蓣皂苷元的微生物法转化提供了新思路,具有更高的自然价值和经济价值。(参考文献略)

    作者简介:张肖冲,在读本科生, 研究方向:微生物遗传学研究。

 

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