山藥化學成分和質量控制研究進展

孫在芝,叢曉東,張 云**,蔡寶昌,2**

(1.浙江中醫藥大學中藥炮制技術研究中心,浙江 杭州 310053;2.南京中醫藥大學江蘇省中藥炮制重點實驗室,江蘇 南京 210049)

山藥(Dioscorea batatas decne)屬常用補益類中藥,藥用歷史悠久,首見于《神農本草經》。本品是薯蕷科植物薯蕷的干燥根莖,性味甘、平,歸脾、肺、腎經,具有補脾養胃、生津益肺、補腎澀精等功能,常用于治療脾虛食少、久瀉不止、肺虛喘咳、腎虛遺精、帶下、尿頻、虛熱消咳等疾病[1]。山藥在西南、淮河流域、黃河流域均有分布,其中河南焦作一帶所產山藥有很高的藥用和食用價值,習稱懷山藥,被譽為“懷參”[2]。現代藥理學研究發現[3],山藥多糖具有免疫調節、抗氧化、延緩衰老、降血糖、血脂以及調節脾胃等功能,此外,根莖中的一種蛋白質具有調節體內酸堿平衡的作用。隨著對山藥研究的深入,在營養研究方面也取得了很大發展,尤其近年來山藥被制成各種營養品暢銷國內外,也為老百姓創造了可觀的經濟利潤。通過研讀并系統總結記載山藥的文獻,我們對山藥化學成分和質量控制研究現狀進行了總結,為山藥的質量控制和評價提供參考。

1 化學成分

1.1 山藥多糖

山藥多糖是山藥中的主要功能性成分,組成和結構比較復雜,根據藥材的品質及產地略有不同,含量也有差別。徐琴的測定結果表明,蘇北產淮山藥和鐵棍山藥多糖含量分別為1.37%和1.20%[4]。陶樂平等[5]從安徽產山藥中提取到一系列性質各異的多糖,認為熱水提取物中的多糖主要由葡萄糖組成,其次為甘露糖和半乳糖,冷水提取物中的多糖則主要由甘露糖組成。趙國華等[6]從山藥水提液中得白色粉末狀多糖RDPS-1,糖基組成為葡萄糖、甘露糖和半乳糖,摩爾比為1∶0.37∶0.11。尚曉婭,任錦等[7]從山藥中得到精制多糖,純度較高,由鼠李糖、阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖組成。山藥的黏液質是一類含磷的復合多糖,Satoh等[8]早年報道它是甘露聚糖和植酸的復合物,山藥黏液質B(dioscroreamucilage B)后又被闡明是甘露聚糖和含磷蛋白質的復合物,分子量約為200萬,其中蛋白質約占64%。王剛等[9]從山藥中得到兩個均一多糖,相對分子質量分別為62000和7300Dal,總多糖含量為16.42%。蔡婀娜等[10]采用最佳工藝條件水煮提取山藥,得到粗多糖DT,經分離純化后得2個組分,分別命名為DTA和DTB,DTA為單一多糖,由果糖和葡萄糖組成,摩爾比為1∶26.36。徐琴[11]對江蘇產淮山藥多糖成分進行研究,得出淮山藥多糖屬于中性雜多糖,紙層析分析單糖組成為葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖,其中甘露糖占 10.64%,葡萄糖占10.23%,半乳糖占8.69%。張宇喆等[12]采用乙醇終濃度分別為30%、45%、60%和75%時沉淀得到4個山藥多糖,用硫酸蒽酮法測得其總多糖含量分別為45.85%、56.24%、90.91%和13.87%。姜軍[13]采用傳統的水提醇沉法提取山藥多糖,分離出兩種多糖:中性多糖和酸性多糖。顧林等[14]以山藥為原料,經分離提取純化等一系列步驟得到山藥水溶中性多糖,由葡萄糖和甘露糖組成,摩爾比為0.56∶0.44。

1.2 蛋白質和氨基酸

山藥中含有豐富的蛋白質和氨基酸,能夠提供人類所必需的營養物質,這也是近年來,山藥被做成營養食品的原因。Martin等[15]的測定結果表明,山藥粗蛋白含量為8.19%。張麗梅等[16]分析福建省建陽主栽的7個山藥品種氨基酸含量及組成,總氨基酸質量分數在2.86%～6.64%之間,平均4.95%。此外,在日本薯蕷的甲醇提取物中分出2種物質分別為:(+)2B2Eu2desmol和Paeonol[17]。邵海等[18]從山藥中提取分離得到兩種糖蛋白組分GLP2Ⅰ和GLP2Ⅱ,相對分子量分別是13000和38000。

1.3 礦質元素

山藥含有豐富的Zn、Fe、Mn、Cu等微量元素,這些礦質元素均是機體重要組成成分,維持著機體細胞滲透壓與機體的酸堿平衡。劉影等[19]通過常規營養成分測定方法測定了浙江江山峽口鎮、臺州椒江的紫山藥礦物質元素的含量K ＞Fe＞Zn＞Mg＞Mn ＞Ca＞Cu,除 K 、Fe、Cu元素含量差異較顯著(P＜0.05)外,浙江兩產地紫山藥營養成分差異不顯著(P＞0.05)。陳艷等[20]測定了山藥及土壤樣品中18種元素的含量,發現淮山藥中K含量最高,其次為P、Na、Mg、Ca等,其中K、P、Na在淮山藥中的含量明顯高于土壤中的含量,說明淮山藥對這些元素有富集作用。

1.4 其他物質

除上述成分,山藥中還含有膽甾醇、麥角甾醇、β-谷甾醇、鹽酸多巴胺、四氫異喹啉、山藥素 I～V、胡蘿卜素、VB等;此外,還含有較多對人體有益的脂肪酸。王勇等[21]在河南產懷山藥中檢出27種脂肪酸,飽和脂肪酸 18種(占51%),主要成分為十六酸;不飽和脂肪酸9種(占49%),主要為亞油酸、油酸和亞麻酸。

2 質量評價和控制

2.1 質量控制模式

隨著中藥多學科和各種現代分析技術的結合,在研究山藥質量方面已取得了很大發展。現有的檢測山藥質量方法有:單一組分測定、多種成分同時測定、指紋圖譜和生物測定等。

在單一成分或總成分質量測定中,有以山藥尿囊素或總多糖的含量作為評價山藥內在質量的主要指標,測定不同品種和不同產地山藥多糖的含量。如以葡聚糖凝膠柱層析結合胰蛋白酶法以及紫外、紅外和高效液相色譜法等技術,提取分離山藥多糖。以硫酸-苯酚法測定山藥中活性成分多糖的含量。結果: 山藥中多糖含量為67.03%。此方法準確可靠,重復性好,待測組分無干擾,可作為山藥的質量控制方法。王勇等[22]用80%醇提物過氯仿、正丁醇、乙酸乙酯相,采用FD和PB方法測山藥中多酚含量,結果表明,在正丁醇相,多酚含量較高,乙酸乙酯相次之,氯仿相最少。此方法簡便易行、重現性好、準確度高,可用于山藥及其同屬植物參薯中多酚含量的測定。

在多組分同時測定中,主要集中在多糖和尿囊素上,而其他幾種成分(皂苷、脂肪酸、微量元素等)的研究較少。因此對山藥化學成分的全面分析,才有助于了解山藥的內在質量,Zhang L等[23]采用毛細管電泳法同時測定山藥中尿囊素、膽堿、L-精氨酸的含量,線性范圍尿囊素在 5～150mg/mL,膽堿在 0.9～100mg/mL,L-精氨酸在 1～200mg/mL,該法快速簡便可再生。

在指紋圖譜研究上,主要有HPLC、GC-MS、薄層(TC)紅外(IR)紫外(UV)等方法,它們為系統控制和評價山藥的質量提供方法和技術上的有益探索。

在生物測定方面,有采用酶解醇沉法測定山藥多糖的含量,進行了淀粉酶水解法、溫浸法、煮提法提取山藥多糖,用滴定法及硫酸-苯酚法測定多糖含量。結果:淀粉酶水解法、溫浸法、煮提法測得的多糖含量分別為3.53%、0.44%、8.77%。由此得出溫浸法提取不完全,所得多糖值明顯偏低;而煮提法則因淀粉溶出而結果虛高;與之相比,用酶解法既可較好地消除原料內淀粉的影響,多糖提取也較完全,是山藥及薯蕷屬植物多糖含量測定的一種較為簡便、準確的方法[24]。

2.2 現代分析技術

隨著科學技術的進步,現代分析儀器的發展,極大地提高了山藥質量控制水平和能力,如UV、TLC、HPLC、近紅外光譜(NIR)、氣象色譜與質譜聯用(GC-MS)等技術在山藥質量檢測中的應用均有了系統的研究。

2.2.1 UV

紫外及可見分光光度法分析已得到廣泛的應用,它不僅可以用于物質的鑒定及結構分析,而且還可以用于某些物質含量的測定。高英春等[25]用硫酸-苯酚法,在490nm處有最大吸收峰的有色化合物來對山藥中的多糖進行含量測定,結果表明山藥片粗多糖的最佳提取條件為:提取溫度為100℃,提取時間為3h,料液比為1∶12,pH 為8,提取液真空濃縮至原體積的1/5,所用95%乙醇的體積為多糖體積的3倍,用紫外分光光度法測得山藥粗多糖的得率為11.58%,多糖含量為67.03%。以紫外分光光度法測定山藥中多糖含量,該方法簡便易行、準確度高、重現性好,為保證山藥的質量控制提供了一個更為可靠的依據。

2.2.2 TLC

TLC法是鑒別山藥藥材及其成藥最常用的方法。實驗中薄層色譜檢測山藥,多數采用乙醇、甲醇、水等極性較大溶劑提取,用氯仿、甲醇或氯仿、甲醇、水的下層溶液等作為展開系統,顯色劑為10%磷鉬酸乙醇溶液。徐自升等[26]利用薄層色譜法鑒別懷山藥炮制前后圖譜的變化,結果證明生山藥在麩炒前后發生了化學成分的明顯變化,含量也隨之發生了變化。為山藥的質量控制提供了新的方法。

2.2.3 HPLC

HPLC是山藥質量測定中最常見的方法。張芳芳等[27]用HPLC法測定了不同產地麩炒山藥中尿囊素的含量,結果表明:不同產地麩炒山藥中尿囊素的含量差異較大,其中河南登峰產地的尿囊素含量最高,為0.35%。此外還有RP-HPLC測定懷山藥中腺苷的含量,該法操作簡單、峰形好、靈敏度高、重復性好、回收率高,可用于懷山藥的質量控制和綜合評價。

2.2.4 NIR

紅外光譜分析是一門歷史悠久并且還在不斷發展著的實用技術科學,由于紅外光譜具有特征性強、取樣量小、簡便迅速、準確等特點,既能客觀反映中藥內在物質基礎,又能在宏觀上有效控制中藥整體質量。白雁等[28]采用高效液相色譜(HPLC)法測定其尿囊素的含量,結合OPUS軟件建立NIR光譜特征值與HPLC測定的結果之間的校正模型,進而對預測集樣品進行分析,結果:利用NIR技術測定山藥樣品中尿囊素的含量是可行的,為山藥藥材的質量控制提供一種快速簡便的檢測方法。

2.2.5 GC-MS

目前,氣質連用已經是一種非常有用且新穎的科學技術,在復雜中藥體系中,對中藥及其成品的鑒別和質量控制發揮著越來越重要的作用。牛健平等[29]以二氯甲烷為溶劑提取懷山藥中的有機成分,利用氣相色譜-質譜聯用技術進行分析鑒定,結合計算機質譜圖庫檢索技術對分離的化合物進行結構分析機質譜圖庫檢索技術對分離的化合物進行結構分析,并采用峰面積歸一化法確定出各成分的相對百分含量。結果表明:從懷山藥中共提取分離出74種化合物,鑒定出 41種有機成分,占揮發性物質總含量的95.03%,主要成分為脂肪酸類、甾醇類、酯類、維生素 E等,其中,含量最高的是甾醇類化合物(45%),為探究懷山藥的藥物活性成分和有機成分的相關關系提供依據。

2.2.6 AAS

原子吸收光譜法具有檢出限低,準確度高,選擇性好,分析速度快等優點,主要適用樣品中微量及痕量組分分析,如以原子吸收光譜法測定山藥中的鉛、鎘、銅、砷和汞的含量。結果表明該法重現性好,適用于工業現場的原位和在線檢測。

3 結語

山藥作為一種臨床常用的補益藥,目前對其化學成分的研究主要集中在多糖和尿囊素類成分,對皂苷和其他成分如氨基酸、微量元素的研究則相對較少。山藥藥效的研究主要是以多糖為主,也仍有部分藥理作用機理尚未明確。隨著科學的發展,山藥的質量控制模式還有待進一步優化,鑒于目前單成分質量控制尚缺乏對照品供應,更不用說多指標成分的質量控制模式。此外,山藥具有較高的營養價值、藥用價值及科學的食用價值,因此越來越受到大家的青睞。山藥含有大量的糖蛋白、氨基酸和微量元素,常用作食療藥膳,多制成粥、糕點等保健食品。當其作為傳統補益中藥時,有健脾養胃、補肺益腎、止瀉利濕的功效,對糖尿病、腫瘤等都有比較好的防治作用。在科技高度發展的今天,我們要用科學的價值觀去探索、研發山藥的更大功用,讓山藥更好地為我們人類造福。

[1]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典[M].北京:中國醫藥科技出版社,2010:267.

[2]白冰,劉繡華,王勇,等.懷山藥化學成分研究(Ⅱ)[J].化學研究,2008,9(19):59.

[3]袁書林.山藥的化學成分和生物活性作用研究進展[J].食品研究與開發,2008,3(29):156.

[4]宋君柳.山藥品種資源及化學成分研究進展[J].長江藥業:學術版,2009,12(6):19.

[5]陶樂平,吳東儒.薯蕷多糖的分離、純化、組成及其某些性質[J].安徽大學學報,1988,5(3):102.

[6]張紅英,趙獻敏,崔保安.山藥多糖研究進展[J].河南中醫學院學報,2006,11(6):98.

[7]尚曉婭,任錦,曹剛,等.山藥多糖的制備及其體外抗氧化活性[J].化學研究,2010,21(2):59.

[8]張衛明,單承鶯,杭悅宇,等.溫度因素對薯蕷多糖測定的影響研究[J].食品科學,2008,25(7):68.

[9]王剛,杜士明,肖淼生,等.山藥多糖的提取分離及山藥總多糖的含量測定[J].中國醫院藥學雜志,2007,27(10):78.

[10]蔡婀娜,王昭晶,羅巔輝.水提山藥多糖的分離純化與DTA的性質分析[J].福建中醫學院學報,2006,16(3):40-43.

[11]徐琴,徐增榮.江蘇產淮山藥多糖成分的研究[D].南京:南京農業大學,2006.

[12]張宇喆,孔祥峰,印遇龍,等.4種山藥多糖的體外發酵特性比較研究[J].天然產物研究與開發,2009,21(9):30235.

[13]姜軍.山藥多糖的分離純化及其化學結構的初步研究[J].揚州:揚州大學,2007(5).

[14]顧林,姜軍,孫婧.山藥多糖的分離純化及其結構鑒定[J].食品科技,2006,10(15):89.

[15]MARTIN F W,THOMPSON A E.Crude protein content ofyams[J].Hort Science,1971,6(6):545-546.

[16]張麗梅,陳菁瑛,黃玉吉,等.山藥品種間氨基酸含量的差異性研究[J].氨基酸和生物資源,2008,30(2):12-15.

[17]孔曉朵,白新鵬.山藥的活性成分及生理功能研究進展[J].安徽農業科學,2009,37(13):5984.

[18]邵海,龔鋼明,管世敏.山藥糖蛋白的提取及純化研究[J].天然產物研究與開發,2010,22(9):261-263.

[19]劉影,史姍姍,汪財生.浙江紫山藥營養成分及薯蕷皂苷元含量的測定[J].安徽農業科學,2010,38(9):4563-4564,4567.

[20]陳艷,姚成.淮山藥及其種植土壤中微量元素的測定[J].廣東微量元素科學,2004,11(2):49-52.

[21]王勇,趙若夏,白冰,等.懷山藥脂肪酸成分分析[J].新鄉醫學院學報,2008,25(2):112-113.

[22]王勇,史會齊,李明靜,等.山藥及其同屬植物參薯中多酚含量的測定[J].河南大學學報:自然科學版,2005,12(4):25.

[23]ZHANG L,LIU Y,CHEN G.Simultaneous determination of allantoin,choline and L-arginine in Rhizoma Dioscoreae by capillary electrophoresis[J].Chromatoqr,2004,1043(2):317-321.

[24]張衛明,單承鶯.酶解法測定山藥多糖含量的研究[J].食品科學,2009,30(20):403.

[25]高英春.山藥多糖的提取分離及活性初步研究[J].無錫:江蘇大學,2009(6).

[26]徐自升,蔡寶昌,張弦.懷山藥炮制前后TLC,UV及HPLC圖譜的變化[J].中國中藥雜志,2004,29(2):98.

[27]張芳芳,李偉東,楊光明,等.HPLC法測定麩炒山藥飲片中尿囊素的含量[J].南京中醫藥大學學報,2010,26(2):47.

[28]白雁,宋瑞麗,陳志紅,等.NIR結合OPUS軟件建立山藥中尿囊素定量模型[J].中國醫院藥學雜志,2008,2(22):56.

[29]牛建平,孫瑞霞,孫劍輝.氣相色譜-質譜法分析懷山藥中的有機成分[J].河南師范大學學報:自然科學版,2007,35(2):99.