蘆薈中的多糖是一類大分子化合物,已發現的多糖種類有:葡甘露聚糖、甘露聚糖、果膠酸及乙酰化的(1→4)-甘露聚糖。它們的分子結構、組成和相對分子質量與蘆薈的品種、生長環境及生長期有關。在結構及藥理作用方麵,國外有較多的研究,發現其具有顯著的生物和生理活性,是一種療效顯著、毒副作用小的天然藥物。
一、蘆薈有效成分提取工藝的研究
多年來,國內外的研究者對蘆薈活性成分的提取工藝及定性、定量分析進行了大量的研究工作。在不斷總結經驗和推陳出新的前提下,現已取得了不少可貴的研究成果和寶貴經驗。
1.傳統工藝法
長期以來,人們一直是以蘆薈膠的形式來製備蘆薈活性成分的。傳統的做法是割取蘆薈葉片後,收集葉汁,置於鍋內熬成稠膏,再傾入容器,冷卻凝固而得。很明顯,用鍋煮加熱的方法,會將許多天然活性成分分解和變性,而且這種蘆薈膠隻是一種粗品,其中除有多糖成分外,還有蒽醌類和黃酮類物質,因此主要用做瀉下藥。中藥中常用的致瀉藥物“蘆薈”就是這種物質。
2.Cobble熱處理法
基於過去製取蘆薈膠的工藝太顯粗糙和落後,Cobble最先提出一種能夠製取穩定透明蘆薈膠的方法。以此法製取的蘆薈膠可以穩定並可用於治療各種皮膚損傷,其基本步驟為:將蘆薈鮮葉洗淨磨碎,攪成勻漿;在加熱的情況下加入氧化劑H2O2,待膠體透明後,再加入抗氧化劑以防氧化;然後加入維生素E防止膠體褪色;最後凍幹儲存。相對於傳統工藝法,Cobble熱處理法無疑在一定程度上提高了蘆薈活性成分的含量及品質。
3.Coats熱處理法
Cobble的方案雖相對於過去有了長足的進步,但在蘆薈膠的製備過程中加入了大量的抗氧劑、防腐劑和保鮮劑。經測試,對患者的皮膚有過敏反應,且其過程十分繁雜。因此,Coats對Cobble的工藝提出了改進方案,與Cobble方案相比,不同之處在於:用抗壞血酸作為抗氧劑,檸檬酸調pH,山梨醇來增強保濕及防黴效果,苯甲酸鈉作為防腐劑,加入乙醇溶液作為防褪色劑,同時降低氧化劑的濃度及用量。
4.Maret紫外光輻照處理法
盡管Coats對Cobble熱處理法進行了改進:控製加熱溫度,避免強熱,但其思路和方法基本相同。事實上,這種穩定法仍不能達到最大程度保留蘆薈活性的要求,因為加熱會加速有效活性成分的氧化。因此,Ray H. Maret於1975年提出了紫外光輻照熱處理法。其工藝流程為:新鮮葉片消毒處理,剝取凝膠部分並將其置於降解罐中,室溫下紫外光輻照,並不斷攪拌,在同時加入調酸劑、抗氧劑等物。若最終產物用作化妝品,則需在降解5min後,加入適量的表麵活性劑,適量水和磷酸;降解2min後過濾,除去殘餘纖維,便可獲得穩定的最終產品。
Maret紫外光輻照處理法之所以能避免加熱和氧化過程,是因為紫外光不但可殺菌,鈍化新鮮蘆薈中各種酶,且還可為物質的降解提供能量和條件,破壞凝膠中的木質素和醌類物,由此,最終可得化學性質穩定、微生物性能穩定、有效生物活性成分含量和組成與新鮮蘆薈液相近的凝膠液。
5.Maughan控溫處理法
Rex G.Maughan、Tempe. Ariz等為改進Coats和Cobble的熱處理法,提出了控溫處理法,試圖通過控製加工溫度獲得穩定蘆薈凝膠。其工藝過程為:先將蘆薈葉清洗消毒,剝取凝膠,再破碎、研磨、粗濾、均質,然後在30~70℃下加熱,並在預定溫度下保溫一定時間以殺死凝膠中微生物,保溫後在1h內將凝膠汁的溫度降到25℃以下。為進一步提高產品質量,Rex又對該方法進行改進:要求將加工溫度控製在45~70℃,pH控製在3.3~3.5;降溫時,要求在10min內使凝膠汁的溫度降到23℃以下。利用此法製備的凝膠汁具有色澤穩定,保質期長的特點。
6.Luiz Cerqueria分步處理法
隨著蘆薈製品的廣泛應用,人們逐漸認識到,應除去專用於食品和化妝品中的蘆薈製品中的蘆薈素,因為蘆薈素含量過高,使用後會引起腹瀉,在化妝品中易導致皮膚過敏反應。為此,Luiz Cerqueria等人提出分步處理法,其主要依據是蘆薈葉肉和葉皮中所含的生物活性物不同,把二者分開加工可順利除去主要存在於葉皮中的蘆薈素。其生產工藝為:新鮮蘆薈葉洗淨消毒,剝取凝膠,葉肉切碎、研磨、粗濾、均質以製取凝膠汁;將葉皮切碎,加水研磨、均質,然後加入活性炭攪拌吸附一定時間,再加入助濾劑過濾,得蘆薈葉皮汁;合並凝膠汁和葉皮汁,在高溫下短時間殺菌處理和穩定化處理,便可得穩定化的蘆薈全葉汁。
7.McAnalley冷處理法
美國McAnalley教授領導的Carrington實驗室經過多年研究,分離出一種經過凍幹後不再降解的,由β(1→4)鍵接的活性黏多糖CarrisynTM,並證明它就是蘆薈的主要活性成分。分離提純的工藝過程可簡述為:將蘆薈葉洗淨,去皮,磨碎成漿,除去纖維質,醇沉,離心過濾,冷凍幹燥等幾步。
McAnalley教授對蘆薈活性成分進行了極為重要的定性、定量分析,因此他們實驗所得的蘆薈黏多糖CarrisynTM具有極高的應用價值,目前已獲得美國FDA的批準,作為一種生物製劑廣泛用於治療胃腸道、免疫類、癌症、艾滋病等疾病,並取得了驚人的醫療效果。但CarrisynTM仍是一種多糖的混合物,其中可能存在中性多糖、酸性多糖和糖蛋白。
8.Coats冷處理法
Coats在總結以往經驗和McAnalley的工作之後,也逐漸認識到加熱和氧化的方式可能會嚴重影響蘆薈膠的品質。他同時認為,在McAnalley的冷處理方法中,將蘆薈表皮除去,可能會導致存在於蘆薈表皮中的活性成分的喪失。他認為蘆薈表皮附近的區域仍含有高活性的多糖物質。於是Coats又提出了一套新的提取穩定蘆薈膠的改進方案。新法改進之處在於使用了整片蘆薈葉,所以產率有明顯提高;另外其生物活性也有所增強,並且在一定時間內可穩定儲存。
通過不斷研究和改進,人們逐漸掌握了製備穩定化蘆薈製品的工藝。在製備蘆薈多糖時,常用的手段是水提醇沉法,即將蘆薈葉片洗淨後,粉碎勻漿,按比例加入蒸餾水並置於恒溫水浴浸提,濾去纖維,濃縮濾液。在濃縮液中加HCl調整pH為3.0~3.5以除去Ca2+,加乙醇,靜置沉澱多糖,離心分離,沉澱物熱水溶解,再經真空冷凍幹燥後得到粗多糖。這其中可能存在中性多糖、酸性多糖、單糖、低聚糖、蛋白質和無機鹽,尚須進一步分離純化。
多糖混合物中不同成分的化學組成、聚合度、分子形狀等性質均有較大差異,借此可以達到分離和純化的目的。常用的方法如:部分沉澱法、季銨鹽沉澱法、鹽析法、金屬配合法、纖維素陰離子交換柱層析法、親和層析、凝膠柱層析法、製備性高效液相層析、製備性區帶電泳及超濾等。針對蘆薈多糖的特性,可選擇不同的分離純化方法,如根據分子大小和形狀分級(如分級沉澱、膜過濾、分子篩、層析等),也可按分子所帶基團的性質分級(如按電荷性質分級的電泳、離子交換層析等)。
顧文秀等利用超聲波提取法協助提取蘆薈多糖,在單因素試驗的基礎上,用正交試驗法分別確定了常規提取和超聲提取法的最佳工藝條件。結果表明: 超聲提取法有明顯的優勢,在各自的最佳工藝條件下比較其得率,超聲波法得率是常規法的1.37倍,且所用沉澱劑乙醇較少,提取時間大大縮短(由4h縮短至40min),隻需浸提1次,可提高效率,簡化提取工藝,節約成本。
馮詠梅等采用熱水提取、酒精沉澱、Sevag 法去蛋白、有機溶劑脫水的方法提取開普蘆薈花粗多糖,用DEAE Sephadex A-25 陰離子交換層析法從粗多糖中分離出中性多糖和酸性多糖,其中弱酸性多糖最高,約占87%。進一步采用Sepharose 4B 凝膠過濾層析分級分離,測出單一多糖的相對分子質量,並用氣相色譜法測定出多糖的中性單糖組成。開普蘆薈花中性多糖含有約20%的甘露糖,而在開普蘆薈葉片中含量很少。馮詠梅等還用熱水浸提法提取庫拉索蘆薈花多糖,並對溫度、時間、加水量、蘆薈花粒度4個參數進行了研究,結果表明,實驗條件下蘆薈花多糖提取的最佳條件為:溫度100℃;粒度40~60目;時間4h;加水量100mL,分兩次提取比單次提取多糖收率可提高10%。
董誌超等采用正交設計方法對庫拉索蘆薈粗多糖的提取工藝進行優化,結果表明,庫拉索蘆薈多糖提取的最佳工藝條件為液料比1∶1,溫度80℃,醇沉濃度80%,提取時間4h。
朱燕等以中華蘆薈為原料,采用熱水提取、三氯乙酸法除蛋白、DEAE-52離子交換色譜經NaCl洗脫得到蘆薈酸性多糖。用Sephacryl S-400凝膠柱色譜法進一步純化,HPLC 判斷其純度及相對分子質量,用紫外、紅外、薄層層析和氣相色譜分析鑒定其結構組成。結果從蘆薈葉片中分離得到一種純酸性多糖APS-2,相對分子質量為1.3×106。單糖組成為葡萄糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸,它們以(1→3)和(1→6)糖苷鍵連接。從其相對分子質量、單糖組成與連接方式可判斷出APS-2為新多糖。
綜上所述,前人在研究中不斷改進提取方法,使蘆薈多糖的產率得以提高,穩定性增強,生物活性也有所增強,但所得多糖仍是性質不均一的混合物,成分的複雜必然造成使用的不便,故需要將其進一步純化,去除雜質,分離出多糖純品。
二、蘆薈多糖化學結構的研究
國外對蘆薈多糖化學結構的研究很早就開始,一些早期的文獻上說,構成蘆薈多糖的物質中存在葡萄糖醛酸和甘露糖,而大多數關於蘆薈多糖成分的後期報道得出的結論卻是葡萄糖和甘露糖是構成蘆薈凝膠多糖結構的主要糖類,隻是以各種不同的比率存在。由於蘆薈種類繁多,且產地、生長期、種植加工等條件不同均會造成多糖的組成和結構有所差異,因此在此方麵的結論還是眾說紛紜。這其中以日本的Yagi教授和美國的Carrington實驗室的研究最為廣泛和突出。
美國McAnalley教授領導的Carrington實驗室從庫拉索蘆薈中提取到一種黏多糖,並命名為Acemannan,其商品名為CarrisynTM。Acemannan是一種取自蘆薈凝膠純化的白色非晶型粉末,可緩慢溶解於水,形成具有高黏性的膠溶液,但不溶於包括丙二醇在內的普通有機溶劑。它基本上是由線性的β(1→4)-D-甘露糖基單元組成的一種長鏈聚合物,分子中任意分布著通過氧原子而與其連接的乙酰基團,乙酰化程度約為0.8個乙酰基團/單體。采用現代表征鑒定技術得到其化學結構。藥理實驗數據表明,Acemannan是蘆薈凝膠中的主要成分,通過一係列實驗(體外測試實驗、致熱實驗、最大口服量實驗及發射光譜分析等),結果表明,蘆薈黏多糖是一種品質優異、療效顯著,且毒副作用極小的天然藥物。