人參有效成分研究進(jìn)展

人參是五加科植物的人參。它是一種干燥的根，味道甜、苦、淡。屬于脾、肺、心和腎。首先記錄在《神農(nóng)本草經(jīng)》中，它是最好的，具有“五鉗”和“反思五臟、安心”的功效。中醫(yī)認(rèn)為人參可以大補元氣、安神益智,用于體虛欲脫、肢冷脈微等。藥理學(xué)研究表明,人參具有提高機體免疫力、抗腫瘤、降壓等作用。人參中含有多種化學(xué)成分,包括皂苷類、揮發(fā)性成分、糖類、氨基酸和多肽、微量元素及其他等成分,這些成分是人參具有多種功效的物質(zhì)基礎(chǔ)。人參常炮制后使用,藥典收錄的品種有生曬參和紅參。生曬參又稱白參,形態(tài)上人參的原型保持不變,藥性較溫和;紅參是鮮人參經(jīng)過蒸制加工而成,顏色由白變紅,能大補元氣、復(fù)脈固脫、益氣攝血,是陰盛陽虛者的首選補品。傳統(tǒng)認(rèn)為人參炮制的主要目的是為了便于保存。鮮人參中含有多種水解酶,在水的作用下將皂苷類成分水解,從而使人參失去原有的作用。人參炮制成紅參后不但能使水分減少,還可以殺滅酶的活性,起到“殺酶保苷”的作用。近年研究發(fā)現(xiàn),人參加工炮制成紅參過程中,多種成分發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)變化,而這是其臨床功效改變的基礎(chǔ)。本文對近年來人參炮制前后的化學(xué)變化及機制研究進(jìn)行綜述,并探討中藥炮制研究的思路方法與未來的發(fā)展方向。1紅參蒸制技術(shù)人參的加工可追溯到漢代,此后,人參的炮制工藝經(jīng)歷了南北朝“去四邊蘆頭并黑者”,唐“切焙法”,宋“制炭、焙、微炒”,元“蜜制法”,明“濕紙裹煨、鹽炒、酒浸”,清“五靈脂制、川烏制”等炮制方法。現(xiàn)代人參加工炮制方法主要有曬干和蒸制。生曬參是以鮮人參為原料,最初的加工方法為凈制后在日光下曬至干燥,現(xiàn)在則利用設(shè)備將潔凈后的人參以40~50℃曬干或烘干。早期的生曬參干燥后用硫磺熏蒸,以起到殺蟲防腐的作用。熏后的人參色澤潔白、品貌優(yōu)良,但是后期發(fā)現(xiàn),硫磺熏蒸會明顯減少生曬參內(nèi)人參皂苷含量,口感差,味酸,且研究顯示殘留的硫化物對人體有毒害作用,因此硫熏的方法現(xiàn)已被明確禁止使用。紅參最早見于明代陳嘉謨《本草蒙筌》,后隨著遼東女真族入關(guān),東北人參及其特有的保存方法也進(jìn)入關(guān)內(nèi),蒸制法逐漸成為人參的主要炮制方法。建國后,國內(nèi)多位專家針對紅參的蒸制工藝進(jìn)行研究,初步建立了紅參蒸制的工藝規(guī)程。隨著科技的進(jìn)步,國內(nèi)外很多研究者開發(fā)出了新的人參加工保存技術(shù)。例如利用低溫冷凍干燥技術(shù)加工成的“活性參”,能夠最大限度地保存有效成分,便于食用和加工;利用膨化工藝技術(shù)對生曬參、紅參進(jìn)行加工,能大大提高人參中有效成分溶出效率等。新技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用,將是今后人參炮制研究的重點和熱點。2干預(yù)食品過程的組成和機制的研究2.1格林威治2.1.1不同種類人參皂苷的分離純化和測定皂苷類成分是人參中最主要的有效成分,現(xiàn)階段共分離鑒定出80多種人參皂苷。按照糖苷基骨架及環(huán)數(shù)不同可以將其分為2組,即四環(huán)達(dá)瑪烷型和五環(huán)齊墩果酸型,其中達(dá)瑪烷型又分為原人參二醇型和原人參三醇型2種。臨床研究顯示,人參皂苷具有抗疲勞、增加免疫力、抗休克、鎮(zhèn)靜安神以及抑制癌細(xì)胞等作用。由于人參皂苷并不穩(wěn)定,所以炮制會使人參皂苷類成分發(fā)生變化。Li等利用大孔吸附樹脂對幾種不同的人參制品進(jìn)行了分離純化,發(fā)現(xiàn)其人參皂苷含量及種類有明顯不同。ChuC等利用UPLC-Q-TOF-MS分別對生曬參、紅參進(jìn)行了定性分析,分別鑒定出55和53個化合物,各自有其顯著的特點?，F(xiàn)階段已知的生曬參特有皂苷有4種,分別為丙二酸單?；?人參皂苷Rb1,丙二酸單酰基-人參皂苷Rb2,丙二酸單?；?人參皂苷Rc,丙二酸單?；?人參皂苷Rd;紅參特有皂苷有16種,分別為20(R)-人參皂苷Rg3,人參皂苷Rg5,人參皂苷Rg6,20(R)-人參皂苷Rh1,20(S)-人參皂苷Rh1,20(S)-人參皂苷Rh2,人參皂苷Rh4,人參皂苷Rf2,人參皂苷Rk1,人參皂苷Rk2,人參皂苷Rk3,人參皂苷F4,人參皂苷Rs4,人參皂苷Rs5,人參皂苷Rs6,人參皂苷Rs7。2.1.2植物成分中人參皂苷的形成機制生曬參中存在天然的20-(S)-原人參二醇型皂苷,C-3位結(jié)合有丙二酸單?；?malonyl),即malonyl-ginsenoside-Rb1,-Rb2,-Rc,-Rd。丙二酸單?；诩訜徇^程中很容易水解,因此紅參中不存在這種成分。經(jīng)過炮制后,紅參含有的人參皂苷種類和相對含量要多于生曬參,但共有成分含量差異不大。經(jīng)過多年的研究積累,總結(jié)出人參加工蒸制成紅參過程中主要發(fā)生以下幾種化學(xué)反應(yīng)。天然的丙二酸單?；藚⒃碥挣ユI水解反應(yīng)。例如鮮人參中malonyl-ginsenoside-Rb1,-Rb2,-Rc,-Rd經(jīng)過蒸制加熱,其C-20位的糖苷鍵斷裂,羥基位阻減小,得到20-(S)-ginsenoside-Rg3和20-(R)-ginsenoside-Rg3的混合物。之后由于加熱繼續(xù),生成的混合物會再發(fā)生結(jié)構(gòu)上的改變,生成更多種類的紅參特有的人參皂苷。天然原皂苷脫羧反應(yīng)。例如C-20位上的糖鏈全部脫掉,C-3位糖鏈末端被水解,二醇型皂苷Rb1,Rb2,Rc,Rd都可能生成紅參特有的Rh2,在蒸制干燥過程中可使人參皂苷Re轉(zhuǎn)變?yōu)镽g2。PARKHyun-sun從鮮人參中分離出malonylginsenoside-Rb1,malonyl-ginsenoside-Rb2等皂苷,通過模擬紅參的加工炮制試驗,發(fā)現(xiàn)在75℃烘干過程中,malonyl-ginsenoside-Rb2脫羧轉(zhuǎn)化為acetyl-ginsenoside-Rb2,即ginsenosideRs1(圖1)。Bai-ShenSun等對人參和紅參的19個成分進(jìn)行了HPLC-ELSD對比,證實了這一反應(yīng)機制。達(dá)瑪烷型人參皂苷C-20糖苷鍵水解反應(yīng)和異構(gòu)化反應(yīng)。例如人參皂苷Rc,在蒸制的過程中,由于有水和熱量的參與,脫去C-20位葡萄糖,水解掉C-3位末端鼠李糖,生成人參皂苷Rh2(圖2),同時C-20位的原S-構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)镽-構(gòu)型,C-20位轉(zhuǎn)變?yōu)镽-構(gòu)型后,生成人參皂苷Re2。齊墩果酸型人參皂苷酯苷鍵水解反應(yīng)。劉宏群對齊墩果酸型人參皂苷進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn),齊墩果酸型人參皂苷ginsenoside-Ro的含量為鮮人參>生曬參>紅參。同時其在紅參中發(fā)現(xiàn)相對分子質(zhì)量為794的齊墩果酸型皂苷,因此他推測該人參皂苷可能由ginsenoside-Ro酯苷鍵水解掉1分子單糖生成,從而使ginsenoside-Ro的含量明顯減少。但是該反應(yīng)機制是否成立并未經(jīng)過相關(guān)驗證,在此僅提供參考。人參皂苷種類的變化在臨床上表現(xiàn)為其藥效的變化。KiSungKANG等把生曬參和紅參清除自由基能力做了實驗對比,發(fā)現(xiàn)紅參效果優(yōu)于生曬參。從化學(xué)結(jié)構(gòu)來看,紅參特有皂苷僅含有1~2個糖基,具有適宜的腸吸收極性,這說明它們更易進(jìn)入體內(nèi)發(fā)揮作用,因此筆者推測生曬參與紅參在臨床療效上的差異與這個特性相關(guān)。一般說來,結(jié)構(gòu)中糖基越多,極性越強,腸吸收越差,而在人參加工炮制成紅參的過程中,人參皂苷轉(zhuǎn)化成極性適中的少糖基皂苷,可以顯著提高其吸收性,增強生物利用度,這也從另一個角度揭示人參炮制的機制。2.2對大鼠性侵未成年人的作用人參含有揮發(fā)性成分,以β-欖香烯和人參炔醇為代表。人參揮發(fā)油少量使用有興奮作用,適量有鎮(zhèn)靜作用,而大劑量則有麻痹神經(jīng)作用。藥理學(xué)研究表明,人參揮發(fā)油中某些成分對金黃色葡萄球菌、放線菌、幽門螺桿菌等常見菌種均有一定的抑制作用。人參揮發(fā)油中還有抗腫瘤作用,例如β-欖香烯不僅有人參的特異香氣,藥理試驗證明其對肉瘤180、艾氏腹水癌細(xì)胞有較強的抑制作用;而人參炔醇則可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,因此人參揮發(fā)性成分被認(rèn)為是人參抗癌的有效成分之一。炮制使人參中揮發(fā)性成分含量和種類發(fā)生明顯變化。鮮人參和紅參總揮發(fā)油含量有顯著差異;鮮人參炮制成紅參后,揮發(fā)油成分從52種變?yōu)?6種,有34種成分損失,但是倍半萜類成分損失較少,并且有6種特有成分生成。AbdEl-AtyAM等利用SFSI-GC-MS對鮮人參、生曬參和紅參的揮發(fā)性成分進(jìn)行了研究,鑒定了47種化合物,鮮人參含有其中13種,生曬參含有其中23種,而紅參含有26種。鮮人參、生曬參和紅參中含有人參炔醇和人參環(huán)氧炔醇,除此之外,紅參中還含有人參炔二醇和人參炔三醇,是其特征產(chǎn)物。鮮人參中含有的人參環(huán)氧炔醇的氧環(huán)在炮制過程中由于蒸氣加熱而發(fā)生水解,開環(huán)形成人參炔三醇。因此人參炔二醇和人參炔三醇是炮制過程中生成的次級產(chǎn)物。2.3紅參多糖及人參皂苷的變化人參中的糖類物質(zhì)占人參干重的80%,大部分為淀粉,其余為多糖、低聚糖、還原糖、單糖等。糖類也是人參的主要有效成分之一,具有增強抵抗力、抗衰老、抗氧化、抗癌等作用。鮮人參加工成紅參過程中,人參中的糖受熱、酶和酸等條件影響,均會發(fā)生不同程度的水解,而生曬參因為水分的流失,其糖類含量高于紅參。人參炮制后多糖含量由鮮人參的51.32%減少到紅參的33.18%,而低聚糖和還原糖則有不同程度的增加(圖3)。人參皂苷在酶和酸等條件下也會水解成苷元和還原糖及低聚糖,可使還原糖和低聚糖含量增加。人參炮制成紅參的過程中會發(fā)生美拉德(Maillard)反應(yīng),因此蒸制后變成紅色。李向高等率先對其進(jìn)行了研究,闡明了其反應(yīng)機制。人參中的麥芽糖和氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng),生成美拉德化合物,進(jìn)一步形成4-O-α-D-葡萄糖基-1-去氧-2,3-二酮基糖,2-酮基與C6-OH脫水縮合環(huán)化,形成糖苷B,進(jìn)一步水解,脫去葡萄糖,重排成麥芽酚。麥芽酚及其葡萄糖苷是紅參特有成分。人參蒸制的溫度對麥芽酚的形成影響最為重要。2.4鮮人參蒸制前后的多肽含量人參中含有多種氨基酸,以必需氨基酸為主。鮮人參與紅參所含氨基酸種類一致,但含量存在差異。各類氨基酸在加工中都有損失,鮮人參中總氨酸含量最高,依次為生曬參、紅參。陳再潔等測定了不同人參炮制品中17種氨基酸成分的含量,數(shù)據(jù)顯示生曬參中游離氨基酸和總氨酸的含量均高于紅參。EunJungCho等對蒸制前后的人參中游離氨基酸的含量進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)游離氨基酸在人參蒸制后有大量損失,從鮮人參的17.9mg·g-1降低到紅參的2.79mg·g-1,其中以精氨酸損失最為明顯,從10.4mg·g-1降低到1.38mg·g-1。但是藥理研究顯示紅參抗氧化能力明顯強于未蒸制過的鮮人參,原因是蒸制過程中會發(fā)生美拉德反應(yīng),生成美拉德產(chǎn)物,有助于清除自由基,這也是精氨酸大量減少的原因。多肽是一種分子結(jié)構(gòu)介于氨基酸和蛋白質(zhì)之間的有機物,比氨基酸更易吸收,部分小分子多肽除具有營養(yǎng)功能外還具有防病治病的生理活性,具有降血糖、提高免疫力、提高智力等功效。王蘊馨對吉林省內(nèi)部分人參的多肽含量按照生曬參和紅參進(jìn)行了分組研究,結(jié)果顯示相同地區(qū)、相同年限的人參,生曬參中多肽含量普遍高于紅參。因此初步推測,炮制過程會使人參中的多肽產(chǎn)生損失。2.5紅參及其水煎液中微量元素的含量人參的益智健腦、抗疲勞、抗失眠等作用均與其含有多種微量元素相關(guān)。劉文粢等利用ICP-AES對紅參中15種微量元素含量和溶出度進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示在紅參及其水煎液中鈣、鎂、鐵、鋅、鋁、錳、鍶元素的含量較高,鉻、鋁、鎂、鎘、鎳、鐵元素的溶出度較高。常平等利用ICP-AES測定了生曬參和紅參中微量元素含量,結(jié)果顯示鐵、鈣、鎘、鍶在生曬參中的含量高于紅參,而紅參中鎂、鋇、銅、錳、磷、鈀、鋅、硼、鈷、鎳的含量高于生曬參。以上測定結(jié)果中有存在矛盾的地方,由此可見,人參炮制前后微量元素變化并沒有明顯的規(guī)律性,炮制工藝僅能改變?nèi)藚⒅形⒘吭氐娜艹龆取?.6人參制劑的安全性三七素(dencichine),又名田七素,是一種特殊的氨基酸,為存在于人參中的一種水溶性成分,具有顯著的止血活性,但是也具有神經(jīng)毒素作用。人參雖具有補益作用,但是服用不當(dāng)也會產(chǎn)生毒副作用。例如大量或長期食用人參或人參制劑,會產(chǎn)生心肌麻痹和控制血管運動的神經(jīng)中樞麻痹的癥狀,造成循環(huán)衰竭。因此有學(xué)者推測,三七素有可能是人參產(chǎn)生毒副作用的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。紅參中的三七素含量要低于生曬參,即經(jīng)過蒸制,會使三七素含量明顯降低,進(jìn)而降低人參的毒副作用,這也可以從另一個角度來說明人參炮制的科學(xué)性。3現(xiàn)代研究熱點人參是一味臨床常用中藥,由于其廣泛的生理活性和化學(xué)成分的多樣性,成為國內(nèi)外醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、化學(xué)、生物、食品領(lǐng)域的研究熱點。在近幾十年的人參現(xiàn)代研究中,全世界的學(xué)者在化學(xué)和藥理方面取得了眾多成果。然而不可否認(rèn)的是,人參炮制機制研究中還存在如下問題亟待解決,這些問題的研究和闡明對于人參炮制機制具有重要意義。3.1存在的問題3.1.1生曬和蒸制方法的改進(jìn)隨著新技術(shù)的應(yīng)用,越來越多人參加工方法層出不窮,凍干法、膨化法、微波法等新技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人參的加工炮制,而現(xiàn)有的生曬和蒸制方法如何改進(jìn)以適應(yīng)現(xiàn)代的市場需求,也是值得思考的。人參的種植和使用技術(shù)成熟,規(guī)模日益龐大,但加工技術(shù)嚴(yán)重滯后,雖然生曬參和紅參已被收入藥典,但是其炮制工藝并未統(tǒng)一,具體參數(shù)也不明確,不同廠商有著自己不同的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)階段人參的研究更多集中于單體化學(xué)成分的藥效研究,處于生物大分子水平,炮制工藝的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；?、市場化研究并未受到重視。3.1.2人參工藝機制的研究現(xiàn)有的炮制工藝的機制研究大多是十幾年前甚至幾十年前的成果,雖然科技的進(jìn)步使得檢測儀器和科研手段日漸豐富,但是對人參炮制工藝機制的研究并未有明顯突破。人參的炮制理論尚有不明確的地方,大多還處