中藥是中華民族燦爛文明中一朵盛開(kāi)的奇葩，有著幾千年的悠久歷史。中藥成分復(fù)雜且很多貴重有效成分含量很低，因此中藥開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵工序即為如何有效地提取中藥中的有效成分。傳統(tǒng)提取方法如煎煮、回流、浸漬、滲漉法，存在著周期長(zhǎng)、工序多、提取率不高等缺點(diǎn)。酶作為一種生物催化劑，在中藥提取中，對(duì)中草藥細(xì)胞壁的有效成分進(jìn)行分解破壞，從而降低傳質(zhì)阻力，提高提取率;可改變中藥目標(biāo)產(chǎn)物的生理生化性能，優(yōu)化產(chǎn)物效用，并且酶法提取操作簡(jiǎn)單，條件溫和，環(huán)保無(wú)毒，現(xiàn)已將其用于中藥提取過(guò)程。本文就酶法的提取技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)展方面進(jìn)行綜述。
1 酶法提取的基本原理
大多數(shù)中藥為植物性草藥，中藥材中的有效成分多存在于植物細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。在中藥提取過(guò)程中，溶劑需要克服來(lái)自細(xì)胞壁及細(xì)胞間質(zhì)的傳質(zhì)阻力。細(xì)胞壁是由纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等物質(zhì)構(gòu)成的致密結(jié)構(gòu)，選用合適的酶(如纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶)對(duì)中藥材進(jìn)行預(yù)處理，能分解構(gòu)成細(xì)胞壁的纖維素、半纖維素及果膠，從而破壞細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生局部的坍塌、溶解、疏松，減少溶劑提取時(shí)來(lái)自細(xì)胞壁和細(xì)胞間質(zhì)的阻力，加快有效成分溶出細(xì)胞的速率，提高提取效率，縮短提取時(shí)間[1]。
而且，在中藥提取中酶法可作用于目標(biāo)產(chǎn)物，改善目標(biāo)產(chǎn)物的理化性質(zhì)，提高其在提取溶劑中的溶解度，減少溶劑的用量，降低成本;也可改善目標(biāo)產(chǎn)物的生理生化功能，從而提高其效用。
2 酶法提取的特點(diǎn)
2.1 反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)物不易變性
酶法提取主要采用酶破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，具有反應(yīng)條件溫和、選擇性高的特點(diǎn)，而酶的專一性可避免對(duì)底物外物質(zhì)的破壞。在提取熱穩(wěn)定性差或含量較少的化學(xué)成分時(shí)，優(yōu)勢(shì)更為明顯。楊云龍等[2]用酶法提取洋蔥中黃酮類化合物，采用酶解法來(lái)處理洋蔥皮，避免了因高溫對(duì)黃酮類化合物結(jié)構(gòu)的破壞，提高了黃酮類化合物的提取率。
2.2 提高提取率，縮短提取時(shí)間
酶法預(yù)處理減少了中藥材中有效成分的溶出及溶劑提取時(shí)的傳質(zhì)阻力，縮短了提取時(shí)間，提高了提取率，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。張文森[3]使用復(fù)合酶法提取茉莉花中有效成分，相比較傳統(tǒng)的水提取，提取溫度由85～90 ℃降至50 ℃，提取時(shí)間由3 h降至1 h，提取率由55%～60%升至65%～70%。
2.3 降低成本，環(huán)保節(jié)能
酶法是綠色高效的植物提取技術(shù)，可利用相關(guān)的酶制劑來(lái)提高提取物的極性，從而減少有機(jī)溶劑的使用，降低成本。
2.4 優(yōu)化有效組分
酶法不僅可以應(yīng)用在中藥材的提取過(guò)程，也可對(duì)中藥提取物進(jìn)行酶法處理，優(yōu)化有效組分，提高目標(biāo)產(chǎn)物的藥用價(jià)值。肖連冬使用堿性蛋白酶對(duì)啤酒糟麥芽蛋白進(jìn)行水解，在最佳酶解條件下，麥芽蛋白的起泡性、溶解性和乳化性分別達(dá)到167%、22.68%和13.8%，比未改性前的麥芽蛋白分別提高了735%、247%和27.8%。[4]
2.5 工藝簡(jiǎn)單可行
酶法提取在原工藝條件上僅增加了1個(gè)操作單元，反應(yīng)條件溫和易獲得，不需要對(duì)原有工藝設(shè)備進(jìn)行過(guò)多的改變，對(duì)反應(yīng)設(shè)備的要求較低，操作簡(jiǎn)單。姚曉琳等[5]在研究酶法提取柑橘黃酮時(shí)，與原有醇提工藝相比，僅在乙醇浸取提取步驟前增加了一個(gè)步驟——適量酶液酶解提取。總黃酮提取率可達(dá)2.67±0.06%，提取率大幅提高。
3 酶法提取的影響因素
3.1 藥材顆粒度
為利于酶解，需對(duì)藥材進(jìn)行預(yù)處理。如用粉碎機(jī)作預(yù)處理，粉碎顆粒越細(xì)，越易懸浮在酶解液中，增加有效面積而易被酶水解，加快水解速度。但粉碎過(guò)細(xì)，吸附作用過(guò)強(qiáng)，反而會(huì)影響擴(kuò)散作用。因此通常在提取前適當(dāng)粉碎，可提高酶解效率。
3.2 提取溶劑
酶法提取的關(guān)鍵，是選擇適當(dāng)?shù)娜軇Ｈ軇┻x擇適當(dāng)，就可以比較順利地將需要的成分提取出來(lái)，并且可溶解較多的有效成分。選擇溶劑主要注意以下3點(diǎn)：(1)溶劑對(duì)有效成分溶解度大，對(duì)雜質(zhì)溶解度小;(2)溶劑不能與中藥的成分起化學(xué)變化;(3)溶劑要經(jīng)濟(jì)、易得、使用安全等。現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)室主要采用水、乙醇等作為提取的溶劑。
3.3 溫度及pH
溫度增高，分子運(yùn)動(dòng)加快，溶解、擴(kuò)散速度也加快，有利于有效成分的提出，所以熱提常比冷提效率高。但溫度過(guò)高，有些有效成分被破壞，酶的活性降低，甚至失活，同時(shí)雜質(zhì)的溶出也增多。故一般加熱不超過(guò)60 ℃，最高不超過(guò)100 ℃。過(guò)高或過(guò)低的pH都會(huì)導(dǎo)致酶失活，pH不僅影響酶立體構(gòu)象，也影響底物解離狀態(tài)。在最適宜的pH下進(jìn)行提取，效率最高。
3.4 酶解時(shí)間
有效成分的提取率通常隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，直到藥材細(xì)胞內(nèi)外有效成分的濃度達(dá)到平衡為止。所以不必?zé)o限制地延長(zhǎng)提取時(shí)間，一般用水加熱提取以每次0.5～1 h為宜，用乙醇加熱提取每次以 1 h為宜。
3.5 酶的用量
隨著酶的濃度的升高，與底物的接觸面積增大，酶解反應(yīng)速率增大。但當(dāng)酶的濃度達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，底物濃度相對(duì)較低，酶與底物競(jìng)爭(zhēng)，會(huì)對(duì)酶產(chǎn)生抑制作用，酶得不到充分利用，造成浪費(fèi)。
4 酶法提取在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例
4.1 酶法作用于植物細(xì)胞壁
植物細(xì)胞壁及細(xì)胞間質(zhì)中的纖維素、半纖維素、果膠等具有大分子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)是中藥提取中傳質(zhì)的主要阻力來(lái)源。所以采用酶法提取，分解破壞植物細(xì)胞的細(xì)胞壁，多采用纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶。
(1)纖維素酶。纖維素是由β-D-葡萄糖以1, 4-β葡萄糖苷鍵連接，用纖維素酶酶解可以破壞β-D-葡萄糖苷鍵，使細(xì)胞壁破壞，有利于對(duì)有效成分的提取。項(xiàng)雷文等[6]通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法研究了纖維素酶法提取杭白菊中總黃酮的主要工藝參數(shù)(酶添加量、酶解時(shí)間、酶解溫度和pH)對(duì)總黃酮提取率的影響。得到纖維素酶法提取的最佳條件為：酶添加量0.5%、酶解時(shí)間2.5 h、酶解溫度55 ℃、pH5.0，此條件下總黃酮提取率比對(duì)照組提高了19.2%。
(2)果膠酶。果膠酶是作用于果膠復(fù)合物的酶的總稱。果膠酶有兩種：果膠甲酯酶和多聚半乳糖醛酸酶。周向榮等[7]利用鹽漬?頭提取其風(fēng)味物質(zhì)，考查了pH值、溫度、加熱時(shí)間、商品果膠酶添加量對(duì)鹽漬?頭中蒜素提取效果的影響。在果膠酶同原料比為0.6%～1.2%，pH 3.4、溫度50 ℃、提取時(shí)間2～4 h的條件下，蒜素的提取率可達(dá)到較高水平(0.21～0.27 g/100 ML)，且出汁效果較好(90%～92%)，固形物含量較高(19.2～19.8 Brix)，能較好地保持?頭特有的香氣。
(3)半纖維素酶。戴瑜等[8]研究了半纖維素酶法提取杜仲葉中主要有效成分，即苯丙素類的綠原酸(CHA)，通過(guò)單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)和方差分析確定了半纖維素酶法提取杜仲葉中綠原酸的最佳操作條件。結(jié)果表明：加入996 U/g半纖維素酶0.45%、pH 4.0、溫度40 ℃，得率最高可達(dá)38.01 mg/g。
(4)復(fù)合酶。采用兩種或兩種以上的酶按一定比例進(jìn)行組合，進(jìn)行中藥提取，可以較大地加快提取速率，提高提取率。吳國(guó)卿等[9]研究了復(fù)合酶法提取野木瓜汁的工藝。以野木瓜為原料，采用復(fù)合酶法提取野木瓜汁。確定了果膠酶與纖維素酶的最佳添加比例為1?6。復(fù)合酶提取野木瓜汁的最佳酶解工藝條件為：復(fù)合酶添加量1.0%，酶解溫度45 ℃，pH 4.0，酶解時(shí)間2.5 h，在此最佳條件下，野木瓜出汁率可達(dá)56.7%，比空白樣的出汁率13.7%高出43.0%。
4.2 酶法作用于目標(biāo)產(chǎn)物
對(duì)于有效成分中立體結(jié)構(gòu)大的物質(zhì)，可使用葡萄糖苷酶、轉(zhuǎn)苷酶、淀粉酶等進(jìn)行分解糖苷鍵等，改變理化性質(zhì)，增大極性，減少有機(jī)溶劑的用量，降低成本，且改變生理生化性質(zhì)，提高效用。
(1)轉(zhuǎn)苷酶。許明淑等[10]在提取銀杏葉黃酮時(shí)，使用Suhong475轉(zhuǎn)苷酶和糖基配體對(duì)銀杏葉進(jìn)行處理，提高黃酮苷元、黃酮苷的極性，進(jìn)而在30%乙醇溶劑中提取。此時(shí)的提取率相當(dāng)于60%乙醇提取條件下的提取率。郁軍等[11]使用淀粉酶和環(huán)糊精轉(zhuǎn)糖苷酶(cGTase)處理甜菊糖作用于甜菊糖苷，破壞了甜菊苷的結(jié)構(gòu)，與未用酶法處理過(guò)的甜菊糖相比較，有效地改善了甜菊糖的后苦味。
(2)葡萄糖苷酶。殷涌光等[12]從松針中提取松針黃酮，即8-葡萄糖苷酶松針總黃酮(PNF)，使用葡萄糖苷酶酶解PNF，酶解溫度40 ℃，酶添加量1/1 000，底物質(zhì)量濃度0.6 g/L，酶解時(shí)間5 h，經(jīng)過(guò)修飾后的PNF對(duì)自由基清除率、羥基自由基清除率、超氧陰離子清除率及對(duì)鐵離子的還原能力都有明顯地提高。
(3)復(fù)合酶。兩種以上的酶的應(yīng)用，既可以對(duì)植物細(xì)胞壁進(jìn)行作用，也可以對(duì)有效成分進(jìn)行優(yōu)化。董捷等[13]在研究油菜花粉萌發(fā)孔通透性時(shí)采用了復(fù)合酶法中溫淀粉酶和復(fù)合纖維素酶的組合。結(jié)果表明：用中溫淀粉酶和復(fù)合纖維素酶處理花粉后，每克花粉上清液中可溶性糖含量最高可達(dá)到(0.365±0.017 g)，與空白相比提高了53%。
5 酶法提取技術(shù)與其他技術(shù)的聯(lián)用
某些中藥采用酶法提取時(shí)收率明顯提高，具有較大的應(yīng)用潛力，但該技術(shù)同時(shí)也存在著一定的局限性。酶法的最佳反應(yīng)條件需要嚴(yán)格控制，條件微小的波動(dòng)，也有可能引起酶活性的大大下降。實(shí)驗(yàn)中的酶有可能會(huì)與實(shí)驗(yàn)中其他的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，會(huì)影響反應(yīng)速率和產(chǎn)物的純度。故實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)生產(chǎn)中，多采用酶法與其他技術(shù)的聯(lián)合進(jìn)行中藥提取，可揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮協(xié)同作用，提高有效成分的提取效率。
5.1 酶法協(xié)同超聲波
趙玉等[14]采用復(fù)合酶法協(xié)同超聲波提取南瓜水溶性多糖，試驗(yàn)將兩種獨(dú)立的提取方法進(jìn)行協(xié)同作用，考察協(xié)同作用對(duì)提取效果的影響，并與單一超聲波法、復(fù)合酶解法相比較。原料經(jīng)復(fù)合酶酶解處理，超聲10 min后，多糖提取率為25.94%，提取率明顯高于單一使用超聲波、復(fù)合酶法的提取。
5.2 酶法協(xié)同超高壓提取
超聲波在使用時(shí)，在破碎細(xì)胞的同時(shí)，會(huì)引起溫度急劇上升，費(fèi)用較高。而超高壓提取可在低溫條件下應(yīng)用，不會(huì)引起溫度的劇烈變化，不會(huì)引起酶的活性降低，在熱敏物質(zhì)的提取中應(yīng)用將會(huì)更為廣泛。奚海燕等[15]在超高壓輔助酶法提取大米蛋白的研究中，首先在400 MPa下對(duì)大米進(jìn)行預(yù)處理，后加堿性蛋白酶量1.4%，溫度58 ℃，pH 8.3，時(shí)間4 h及液固比9?1進(jìn)行處理，大米蛋白質(zhì)的提取率為78.72%，而只用堿性蛋白酶進(jìn)行處理的提取率為70%，提取率提高顯著。
5.3 酶法協(xié)同微波提取
與傳統(tǒng)的溶劑提取法相比，微波法批處理量較大，萃取效率高、省時(shí)，而且選擇性較好，可提高萃取效率和產(chǎn)品純度。王文平等[16]首次采用微波輔助酶法提取薏苡仁粗多糖，并對(duì)提取工藝進(jìn)行了探討。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化其工藝，得到的最佳提取工藝為：微波功率560 W，料液比1?30，提取時(shí)間4 min，提取得率達(dá)22.61%。
6 酶法提取技術(shù)的應(yīng)用前景
酶法強(qiáng)化中藥提取由于反應(yīng)特異性強(qiáng)、條件溫和易獲得、提取時(shí)間短、提取率高、綠色節(jié)能等已引起廣泛的關(guān)注，必將成為中藥開(kāi)發(fā)的重要手段，具有較大的應(yīng)用潛力，且隨著對(duì)酶法技術(shù)的不斷研究，酶法與其他技術(shù)如超聲波、超高壓、微波等技術(shù)的聯(lián)用也將成為中藥提取的另一個(gè)熱點(diǎn)研究方向。
