艾草的化學成分及其提取工藝研究

趙淑秀，劉青芝，穆向榮，薛菲，張雪，林永強，王義杰，郭東曉

(1.山東省食品藥品檢驗研究院，山東省中藥標準創新與質量評價工程實驗室，山東 濟南 250101；2.山東中醫藥大學，山東 濟南 250355；3.蘄春唯艾科技有限公司，湖北 黃岡 435300)

艾草(ArtemisiaargyiLevl.et Vant.)又名香艾、艾蒿、家艾、醫草等，為菊科蒿屬多年生草本植物[1]。艾草的分布范圍較為廣泛，對氣候、土壤等要求不高，在濕潤的條件下長勢較好[2-3]。艾草全草入藥，具有溫通經脈、排毒祛濕、散寒止痛、止血安胎、驅趕蚊蟲、抑菌等作用。

艾葉的藥用歷史可追溯至《神農本草經》[4]，本書中記載了“白蒿”，經過專家考證白蒿即為艾葉。艾葉經過反復曬杵、捶打、粉碎、篩除雜質、粉塵后，可以得到軟細如棉的物質即為“艾絨”。艾絨是制作印泥、艾條的原材料，同時也是灸法所用的主要材料，可以促進血液循環，有利于排泄濕氣。艾的果實成熟后采摘即為艾實(艾子)，用于腎虛腰酸，增強人機體免疫力。艾草中含有多種化學成分，如以單萜類為主的揮發油成分，黃酮類、三萜類、酚類、多糖類以及部分微量元素。隨著社會的發展和生活質量水平的提高，人們對于健康的重視程度也不斷提升，從而艾草得到了更為廣泛地應用。本文對艾草的化學成分種類及不同種類成分的提取方法進行了綜述，以期能夠為更合理有效地利用艾草提供參考。

1 揮發油類成分

艾草散發特殊的香氣，主要是因為含有豐富的揮發油(艾草精油)。目前從艾草揮發油中已經分離提取出100多種化學成分，包括單萜、倍半萜(見表1)以及少量的酚類化合物[5-6]。

表1 艾草揮發油中主要成分結構類型

艾草揮發油類成分的提取方法包括水蒸氣蒸餾法、超臨界流體萃取法、微波提取法、超聲提取法，其中最為常用的是水蒸氣蒸餾法[7]。不同的提取方法得到的艾葉揮發油化學成分會有一定的差異。董巖等[8]采用蒸氣回流法進行提取，應用毛細管氣相色譜-質譜聯用程序升溫法進行分析，共鑒定57種成分，其中桉樹腦含量最高(7.83%)。劉藝秀[9]以野艾蒿揮發油產率為指標，采用水蒸氣蒸餾法對其提取分別進行單因素、正交試驗，對其提取工藝進行優化，最終確定提取條件為：料液比1∶12，提取時間6 h，浸泡時間2.5 h，在該條件下，揮發油的平均提取率為1.0%。熊子文[10]分別采用同時蒸餾法和微波輔助法提取了野艾蒿的揮發油，并用GC-MS進行含量測定、結構鑒定。結果顯示，兩種提取方法提取的揮發油占野艾蒿鮮重的9.3%、9.6%。廖延智[11]采用超臨界萃取法從安徽野生艾草中提取揮發油，然后通過氣相色譜-質譜法對其化學成分進行分析鑒定，用峰面積歸一化法測定其相對含量，最終共分離鑒定出50個成分，主要成分為1,2-苯二羧酸-2-乙基己基酯(17.8%)。

2 黃酮類成分

黃酮類成分是艾中另一類重要活性物質，從艾葉中分離得到多種黃酮類成分。在臨床醫療中這類成分具有抗癌、抗氧化等多種藥理作用。艾草中黃酮類成分的結構類型以黃酮、黃酮醇為主，也有少量二氫黃酮[5-6]，具體見表2。

表2 艾草中含有的黃酮類成分及其結構類型

艾葉黃酮類化合物提取方法主要包括煎煮或回流提取法、超聲提取法、微波提取法。黃酮類成分多含酚羥基，易被氧化或與其他成分反應，所以超聲和微波提取法更容易保留原植物成分。楊宇華等[12]采用超聲提取法，利用響應面法優化其提取工藝，最佳提取條件為超聲功率350 W、乙醇濃度43%、料液比1∶69、提取溫度80 ℃、提取40 min，艾草總黃酮提取率可達18.62%。賈曉麗等[13]采用超聲提取法，將野生艾草總黃酮用含水乙醇與季膦離子液體組成的混合溶劑進行提取，最優工藝條件為乙醇濃度78%、離子液體十二烷基三丁基溴化膦濃度0.20 mol·L-1、超聲功率230 W、超聲溫度60 ℃、料液比1∶55、提取35 min，總黃酮的提取率為18.5%。試驗證明在離子液體與含水乙醇混合溶劑和超聲輔助提取法共同作用下，可明顯促進艾草總黃酮的溶出，為艾草總黃酮的提取提供了新思路和方法。楊理萍等[14]以蘄艾為試驗原料，采用微波輔助法提取總黃酮，并應用響應面分析法對其提取條件進行優化，得到最佳提取工藝為微波功率400 W、微波時間5 min、料液比1∶80，提取率可達14.3%。

提取后，可通過柱色譜等手段進一步提高含量。楊宇華等[15]考察了6種不同大孔吸附樹脂填料的純化效果，獲得了最佳提取條件為采用AB-8大孔吸附樹脂，上樣液pH值為4，上樣液濃度2.5 mg·mL-1，吸附溫度20 ℃，上樣速度1.5 mL·min-1，以80%乙醇洗脫，洗脫流速為1.5 mL·min-1。采用該方法，提取的總黃酮含量由36.1%上升至75.4%。該方法的優點：成本低、產品純度高、樹脂可再生、選擇性好、工藝簡單，利于實現大規模生產。

3 三萜類成分

艾草中含有大量的三萜類化合物，這類成分具有抗腫瘤、抗炎、抗病毒等作用[16]。其三萜類成分可以分五環三萜和四環三萜，五環類三萜有齊墩果烷型、烏蘇烷型、羽扇豆烷型、木栓烷型等，四環類三萜有cycloartane型和達瑪烷型[5-6]，結構類型比較豐富，具體見表3。

表3 艾草中含有的三萜類成分及其結構類型

三萜類成分結構較為穩定，不易被氧化，可以采用煎煮或回流提取等溶劑提取法，或微波提取、超聲提取等。段麗萍等[17]考察了以超聲輔助法提取艾葉總三萜的最佳工藝，在單因素的基礎上，根據Box-Behnken試驗設計原理，選取四因素三水平，以艾葉總三萜得率為響應值進行響應面分析。結果表明，超聲輔助提取艾葉總三萜的最佳提取工藝參數為乙醇濃度72%，提取溫度73 ℃，料液比1∶20，超聲時間42 min，在該條件下，艾葉總三萜實際得率為6.51%。

4 酚類成分

酚類成分在自然界中廣泛存在，是植物中一種常見的次級代謝產物。艾葉中含有多種酚類成分，具有抗氧化、抗癌、抗乙肝病毒等活性[18]。艾草中酚類成分主要是苯丙素類和一些簡單的芳香酸(醛)類化合物[5-6,19]，具體見表4。

表4 艾草中含有的酚類成分及其結構類型

王小俊等[20]以80%甲醇提取，用UPLC-LTQ-Orbitrap-MS鑒定蘄艾中6種酚酸，通過質譜數據解析、對照品和文獻對照，確定其成分為新綠原酸、綠原酸、隱綠原酸、異綠原酸A、異綠原酸B、異綠原酸C。于曉等[21]采用一測多評法同時測定艾葉中上述6種酚酸類成分含量，6批不同產地艾葉樣品中上述6種成分含量分別為0.15～0.58、0.50～2.65、0.27～0.89、0.62～4.29、1.18～10.72、0.99～6.69 mg·g-1。段凱莉等[22]對比研究了河南南陽和新疆產艾葉中酚類成分的組成和含量，以60%乙醇為溶劑超聲提取，HPLC法檢測其組成，結果表明河南南陽、新疆艾葉分別檢測出19種、14種酚類成分，總含量達13.4、9.8 mg·g-1。王永麗等[23]采用紫外可見分光光度法，測定了艾葉及其炮制品醋艾葉、艾炭、醋艾炭中總酚酸的含量，艾葉中總酚酸含量3.3%～4.8%，醋艾葉中總酚酸含量3.3%～5.0%，艾炭中總酚酸含量2.0%～3.8%，醋艾炭中總酚酸含量2.3%～3.9%，炒炭后酚酸含量顯著降低。

5 多糖類成分

艾草中多糖類成分主要是酸性多糖，具有抗氧化、促進機體血液循環的作用，可以很好地提高機體抵抗力[24]。多糖類成分的傳統提取主要應用溶劑提取法，包括水提法、酸提法、堿提法，現代提取方法包括酶提取法、微波提取法、超聲提取法、高壓脈沖提取法、超臨界萃取法等。不同的提取方法、提取條件，多糖的提取率也不同。

沈霞等[25]采用熱水浸提法提取艾葉多糖，分別考察水料比、溫度、時間對于多糖提取率的影響，然后利用響應面分析法對浸提工藝條件進行優化，試驗結果表明，最佳提取艾葉多糖工藝條件為浸提溫度99 ℃、時間2.3 h、料液比1∶20，提取率為3.0%。劉軍海等[26]采用回流熱浸提取法，根據中心組合試驗設計原理采用三因素三水平的響應面分析法對艾葉多糖的提取工藝進行優化，探究各工藝條件的影響因素，建立了響應值與各因素之間的數學模型，得出艾葉多糖浸提的最佳工藝條件為料液比1∶18、浸提溫度97 ℃、浸提時間1.25 h、浸提3次，艾葉多糖的實際單次提取率為1.5%。熊曼萍等[27]采用超聲-酶法提取艾葉多糖，以纖維素酶處理后的艾葉為原料，分別考察乙醇濃度、超聲波處理時間、料液比3個因素對于艾葉多糖提取率的影響，通過正交優化試驗獲得最佳工藝條件為乙醇濃度80%、提取時間30 min、料液比1∶40，艾葉多糖提取率約為0.8%。與單一的超聲波法提取相比，使用超聲波酶法提取艾葉多糖的實際獲得率提高56.8%。李宏睿等[28]采用超聲輔助方法提取，以提取時間、料液比、超聲時間、水浴溫度4個單因素預試驗結果為基礎，采用正交試驗方法對提取條件進行優化，結果顯示水浴溫度80 ℃、料液比1∶40、提取時間2.0 h、超聲時間20 min條件下，提取效率最高。趙蔡斌等[29]采用微波輔助熱水浸提法研究艾葉多糖的提取工藝，探索料液比、浸提溫度、浸提時間和微波功率對艾葉多糖提取率的影響。試驗結果表明，最佳浸提工藝為料液比1∶20、浸提溫度85 ℃、浸提時間20 min、微波功率400 W。采用本試驗方法和工藝條件，艾葉多糖提取率可達2.7%。

6 微量元素

靳然等[30]通過ICP-MS法，證實艾葉中含有Na、Mg、Al、K、Ca、Mn、Fe、Zn、Ba等金屬元素。袁琳等[31]用火焰原子吸收光譜法、原子熒光光譜法測定了宜春艾草中Cu、Fe、Mn、Zn、Mg、Se元素的含量，測定結果為Cu 147.2 μg·g-1、Fe 152.3 μg·g-1、Mn 127.8 μg·g-1、Zn 118.8 μg·g-1、Mg 195.9 μg·g-1、Se 6.2 μg·g-1。余磊等[32]用火焰原子吸收光譜法檢測江西贛州艾草中Fe、Zn、Mg、Ca 4種金屬元素的含量，結果為Fe 203.6 μg·g-1、Zn 175.3 μg·g-1、Mg 294.7 μg·g-1、Ca 9 221.0 μg·g-1。熊子文[10]采用微波消解-ICP-AES測定野艾蒿莖葉中主要的金屬元素含量，其中Ca 968.4 μg·g-1、Mg 323.6 μg·g-1、Fe 38.9 μg·g-1，Zn 10.9 μg·g-1。而一些重金屬元素，如Cd和As等均在國家限定的標準以下，Pb、Cu等重金屬則未檢出。艾草的產地不同，其微量元素的含量差別不大[30]。

7 其他成分

除此上述成分外，艾草中還含有生物堿、蛋白質、纖維素等成分。

艾草作為我國常用的中藥材之一，其藥用歷史悠久。艾灸是中醫傳統療法，療效確切。近年來，艾草化學組成引起廣泛關注，目前已經進行了比較系統地研究，發現其化學成分種類豐富，結構多樣。但是，對于艾草化學成分與其生物活性的關聯性研究，特別是與中醫傳統療效“溫經止血，散寒止痛；外用祛濕止癢”的研究并不充分，需要進行更為深入地探索。