全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 44 卷 第 13 期 2013 年 7 月

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薯蓣皂苷元的制备方法研究进展
赵 敏 1, 2，谭大维 1，余河水 1, 2，康利平 1, 2，周文斌 1，熊呈琦 1，赵 阳 1，马百平 1*
1. 军事医学科学院放射与辐射医学研究所，北京 100850
2. 天津中医药大学，天津 300193
摘 要：目前薯蓣皂苷元的制备方法主要有酸水解法、微生物法、酶解法以及一些其他方法。传统的酸水解方法由于酸用量
大，酸降解有机质副产物多，使污水排放量大，环境污染严重，限制了薯蓣皂苷元的产业化发展；而利用微生物、酶等生物
水解法，具有反应条件温和、环境友好等特点，连同诱导子激发植物组织细胞培养等相关技术，受到研究人员的广泛关注，
已成为薯蓣皂苷元产业化制备的新的发展方向。
关键词：薯蓣皂苷元；制备方法；微生物法；酶解法；诱导子
中图分类号：R282.1 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2013)13 - 1860 - 07
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2013.13.029
Research progress in preparation of diosgenin
ZHAO Min1, 2, TAN Da-wei1, YU He-shui1, 2, KANG Li-ping1, 2, ZHOU Wen-bin1, XIONG Cheng-qi1,
ZHAO Yang1, MA Bai-ping1
1. Institute of Radiation Medicine, Academy of Military Medical Sciences, Beijing 100850, China
2. Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin 300193, China
Key words: diosgenin; preparation method; microorganism method; enzymolysis method; elicitor

薯蓣皂苷元（俗称皂素，diosgenin），为白色针状
结晶或轻质粉末，化学名为 Δ5-异螺旋甾烯-3β-醇，
分子式为 C27H42O3，难溶于水，可溶于甲醇、石油
醚等有机溶剂。1935 年 Fujii 和 Matsukawa 首次报
道了薯蓣属植物中存在薯蓣皂苷元。在众多薯蓣属
植物中，盾叶薯蓣 Dioscorea zingiberensis C. H.
Wright 与穿龙薯蓣 D. nipponica Makino 的品质最
好，而盾叶薯蓣为我国特有种，也是薯蓣皂苷元含
量最高的植物。1943 年 Marker 研究证实了薯蓣皂
苷元是合成甾体激素与甾体避孕药的重要原料[1]，
世界各国生产甾体激素类药物 60%以其为原料，如
环丙氯地孕酮醋酸酯（CPA）、非那雄胺（FDS）、
康力龙、美雄诺龙、苯丙酸诺龙等。以薯蓣皂苷元
为前体合成的衍生物具有舒张气管平滑肌、抗血栓、
抗细胞毒等活性[2-5]，化学工业上的一些重要化合物
也是由薯蓣皂苷元合成的[6-7]。薯蓣皂苷元自身也具
有抗病毒等生理功能[8-9]。由此可见，薯蓣皂苷元无
论是作为药物合成前体还是其所具备的的药理活
性都具有广泛的应用价值，探索高效的制备薯蓣皂
苷元的方法势在必行。目前薯蓣皂苷元的制备方法
主要有酸水解法、微生物法、酶解法以及一些其他
方法。
本文拟对薯蓣皂苷元的制备方法进行综述分
析，为继续研究制备薯蓣皂苷元的方法提供参考，
同时也为合理利用薯蓣资源，高效、环境友好地制
备薯蓣皂苷元提供新思路。
1 酸水解法
传统的工业生产中，制备薯蓣皂苷元的方法主
要分为两类[10]，一类是以 Marker 和 Wall 为代表提
出的先提取后水解工艺，即先用甲醇、乙醇或异丙
醇等中等极性的有机溶剂从植物材料中提取总皂
苷，然后将其进行酸水解得到薯蓣皂苷元；另一类
是以 Rothrok 提出的直接酸水解法，目前工业上多
采用此方法，即先把原料浸泡粉碎，用硫酸或者盐

收稿日期：2013-03-17
基金项目：国家自然科学基金资助项目（81202417）
作者简介：赵 敏（1987—），女，硕士研究生，研究方向为天然产物的结构修饰。Tel: (010)66932247 E-mail: zhao06min05@aliyun.com
*通信作者 马百平 Tel: (010)66930265 E-mail: mabaiping@sina.com
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酸加热水解，水解物用水洗涤至中性，再用汽油或石
油醚等有机溶剂提取薯蓣皂苷元。由于传统酸水解生
产薯蓣皂苷元的方法存在诸多问题，如废酸、废水排
放量大，副产物多，环境污染严重以及薯蓣皂苷元得
率低等，导致了我国部分薯蓣皂苷元生产厂被迫关停。
目前，三大固体废物（纤维素、淀粉、木质素）
及废水可以被利用[11]，如纤维素可以将其用于制备
微晶纤维素、羧甲基纤维素等[12]，淀粉可用于加工
粉丝[13]，木质素可用于生产活性炭[14]，酸解废水可
用于提取鼠李糖[15]。这样减少了化学需氧量（COD）、
生物需氧量（BOD）和废酸、废水的排放量，同时
也减少了氨氮（NH3-N）及总磷的排放[11]。高压酸解
制备薯蓣皂苷元的方法比传统的常压酸水解法缩短
了提取时间，降低了酸用量，并且能够有效地提取
组织内的薯蓣皂苷元[16]。高压酸解法以常压酸水解
为基础，在高压（1.05 kg/cm2）、121 ℃条件下对药
材进行酸水解：样品用量 25 mg/mL、硫酸浓度 0.5
mol/L、提取时间 2 h，此条件下薯蓣皂苷元的平均
质量分数是 9.12 mg/g。通过 LC-MS 等方法追踪主要
中间产物的浓度变化以及对中间产物进行结构鉴
定[17]，酸水解盾叶薯蓣（DZW）中主要皂苷制备薯
蓣皂苷元的途径见图 1。

O
O
glc-glc-glc-O
rha
O
O
glc-glc-glc-O
O
O
glc-glc-O
rha
O
O
glc-glc-O
O
O
HO
O
O
rha-glc-O
O
O
glc-O
O
O


图 1 酸水解盾叶薯蓣中主要皂苷至薯蓣皂苷元的途径
Fig. 1 Pathways of saponins transformation to diosgenin during acid hydrolysis of D. zingiberensis
综合利用原料资源，不仅提高了原料的利用率，
而且降低了废渣、废水对环境的污染。酸水解法制
备薯蓣皂苷元的路径研究表明：强酸直接水解药材，
在使药材中的皂苷发生脱糖基反应的同时，也使薯
蓣皂苷元的 3-位羟基发生脱水反应生成副产物，使
目标产物的量降低。因此，减少酸用量，降低环境
污染，同时提高薯蓣皂苷元的得率是广大研究者的
努力方向。
薯蓣皂苷元主要是以皂苷形式存在于植物根茎
中，而植物根茎除含有皂苷外还含有大量的淀粉和
纤维素等化学成分，这些成分将植物中的皂苷“包
裹”与“屏蔽”起来，对皂苷的释放产生干扰作用。
而植物自身含有一些水解酶，经过长时间的放置，
水解酶能够将部分淀粉和纤维素水解释放出皂苷，
并且在自身酶解作用下部分转化成无糖基的薯蓣皂
苷元或次皂苷。保存 30 d 的盾叶薯蓣中薯蓣皂苷元
的得率是保存 15 d 的 2 倍，说明在其自身酶解作用
下，随着保存时间的增长，皂苷转化为皂苷元的量
增加[18]。但这种自身酶解发酵方法耗时较长，而商
业化的纤维素酶配合 40%硫酸水解盾叶薯蓣药材，
能够有效地释放出甾体皂苷，并且能使薯蓣皂苷元
的得率比传统的方法提高（15.4±2.7）%[19]。植物
原料细胞壁组成结构复杂，且薯蓣皂苷元作为配基
的薯蓣类皂苷种类繁多，单一使用纤维素酶无法使
植物中皂苷完全溶出。将纤维素酶和果胶酶复合酶
制剂、淀粉酶以及糖化酶按顺序依次加入到反应液
中对药材进行分步处理，然后再加入一定量 2.0
mol/L 的 H2SO4 于 100 ℃酸水解 4.0 h，这种阶梯生
-rha -n glc
-H
2 O

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物催化协同提取薯蓣皂苷元的方法能够将植物中
98%的薯蓣皂苷元提取出来[20]。利用纤维素酶、淀
粉酶、糖化酶以及复合酶等破坏植物的细胞壁，加
快、加大了目标成分的溶出，且该方法减少了酸用
量，提高了薯蓣皂苷元的得率。
在酸水解前对原料进行预发酵处理，可提高薯蓣
皂苷元的得率。同时将分离所得纤维素和淀粉用于生
产燃料乙醇及酿酒工业[21-24]，将酒糟用作农肥，支持
农业，化废为宝。然而这些方法从根本上讲，依然没
有改变传统工艺的本质，即制备薯蓣皂苷元依然需要
用大量酸进行水解。当今国际倡导以高产率、低消耗
地提高生产效率已成为一种趋势，因此采用纯天然的
生物技术代替传统的化学生产工艺，用生物方法制备
薯蓣皂苷元是今后生产工艺的一个发展方向。
2 微生物法
微生物转化是利用微生物对外源性化合物进行
结构修饰的化学反应。该技术已经广泛用于天然化
合物的结构修饰和合成、药物前体物的转化和药物
代谢研究等许多领域。微生物法直接利用药材中的
淀粉和纤维素作为碳源，含氮的有机化合物为氮源，
不需要添加额外的碳源和氮源，具有反应条件温和、
成本低廉、无污染等特点。
微生物转化获得薯蓣皂苷元的研究报道较多，如
利用米曲霉 Aspergillus oryzae (Ahlb.) Cohn 和木霉
Trichoderma harzianum Rifai 发酵盾叶薯蓣药材制备薯
蓣皂苷元[25-26]，并运用响应面法优化转化条件[27-28]，
优化后薯蓣皂苷元的得率是优化前的 2～3 倍。少根
根霉原变种Rhizopus arrhizus Fischer var. arrhizus在
发酵过程中能够分泌淀粉酶、蛋白酶、果胶酶，促
进细胞壁的解离[29]。利用该菌株发酵穿龙薯蓣生产
薯蓣皂苷元，使薯蓣皂苷能更容易、更充分地从细
胞中解离出来进而进入到下一步反应，该法制备薯
蓣皂苷元的得率为 3.0%，质量分数高达 97%。微生
物对药材中总皂苷转化是个复杂的过程，而通过酶
促反应的动力学探讨酶促反应的各因素对生物转化
反应速度的影响，对研究酶的作用机制具有重要意
义。如通过对动力学数学模型的计算推测出菌株米
曲霉（CICC 2436）生物转化盾叶薯蓣药材制备薯
蓣皂苷元的 3 个主要酶[30]，即 α-L-rhamnosidase、
exo-1, 4-β-D-glucanase 和 β-D-glucosidase，整个转
化过程是一个包含了 3 种酶、5 个甾体皂苷和其皂
苷元的多重酶与多重底物的反应体系，最终分析得
出米曲霉生物转化盾叶薯蓣药材的主要途径见图
2。哈茨木霉生物转化盾叶薯蓣药材生产薯蓣皂苷元
的路径与米曲霉的转化途径不同[31]：米曲霉转化过
程中水解鼠李糖的反应速率常数明显大于葡萄糖的
水解反应速率，这样造成了大量中间产物的堆积，
使得薯蓣皂苷元的产量较低；而哈茨木霉转化过程
中，涉及主要底物与中间产物的转化反应水解速率
均较高，转化过程中中间产物的积累比较少，有利
于反应向生成薯蓣皂苷元方向进行，使得薯蓣皂苷
元的产量较高。









图 2 米曲霉水解盾叶薯蓣中甾体皂苷的主要路径
Fig. 2 Main pathway of steroidal saponins transformation of D. zingiberensis by A. oryzae
R: – glc – glc – glc
3
2
rha
α-L-rhamnosidase
k2 = 0.038 h−1
R: – glc – glc – glc 3
exo-1, 4-β-D-glucanase
k7 = 0.015 h−1
R: – glc
R: – glc – glc
2
rha
α-L-rhamnosidase
k3 = 0.033 h−1
R: – glc – glc
exo-1, 4-β-D-glucanase
k9 = 0.006 h−1
4
4
4
4
1
2 4 6
3 5
β-
D
-g
lu
co
si
da
se

k 4
=
0
.0
05
h
−1

β-
D
-g
lu
co
si
da
se

k 5
=
0
.0
04
h
−1

β-
D
-g
lu
co
si
da
se

k 6
=
0
.0
12
h
−1

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微生物的代谢产物不同导致了米曲霉与哈茨木
霉生物转化制备薯蓣皂苷元的途径不同。这些研究
对进一步探讨生物转化中起关键作用的水解酶及其
作用机制奠定了基础。
基于清洁生产和资源综合利用的理念，清洁的
皂素生产工艺研究取得进展[32-33]。利用淀粉酶将盾
叶薯蓣根茎中的淀粉以还原糖的形式回收，避免了
资源的浪费，同时将皂苷从淀粉的包裹中释放出来，
里氏木霉 Trichoderma reesi E. G. Simmons 与皂苷接
触，使皂苷作为底物中较易利用的碳源参与反应，
提高了微生物的水解效率同时回收了 98%淀粉。酶
法结合微生物法从盾叶薯蓣中制备薯蓣皂苷元，为
薯蓣皂苷元的清洁生产提供了新方法。运用响应面
法对上述转化过程进行优化，使薯蓣皂苷元的得率
高达 90.57%，比优化前提高了 33.7%[34]。双水相法
和三液相法可被用于皂苷和皂苷元的提取分离。在
乙醇-硫酸铵双水相体系中加入石油醚形成三液相，
上相中主要是薯蓣皂苷元（回收率为 97.2%），盾叶
新苷、三角叶皂苷等未被转化的皂苷分配于中相，
微生物细胞、药渣和糖渣分配于下相，实现了发酵
液中薯蓣皂苷元、皂苷和葡萄糖、微生物细胞和药
渣的有效分离。由于还有部分皂苷未被转化，提取
出的中相加适量硫酸回流水解生产薯蓣皂苷元，此
法获得的薯蓣皂苷元产量比传统酸水解增加了
38.5%，而产生的 COD、还原糖仅为酸水解的 3.3%
和 0.3%。与传统的酸水解法相比，这种生物转化耦
合酸水解法具有更大的应用潜力。
虽然目前报道了许多关于微生物转化制备薯蓣
皂苷元的研究，但仍未应用到大规模制备薯蓣皂苷
元的工业生产中。若将两种或两种以上的微生物共
同培养制备薯蓣皂苷元，在混合发酵过程中，一种
微生物诱导另一种微生物产生自身酶系统，从而更
加全面地发挥生物转化作用，可能有助于解决微生
物发酵制备薯蓣皂苷元的产业化问题。
3 酶解法
随着科学技术的发展及对薯蓣皂苷元制备方法
研究的不断深入，不少学者从微生物及猪肝中分离
纯化出关键的糖苷水解酶[35-38]，这些糖苷水解酶能
够特异性地水解皂苷的部分糖基生成次皂苷。从犁
头霉菌（Absidia sp.d38）中分离纯化的薯蓣皂苷-
糖苷酶[39]，能够依次水解薯蓣皂苷 C-3 位连接的
α-L-鼠李糖（与 β-D-葡萄糖 1, 4 连接）、α-L-鼠李糖
（与 β-D-葡萄糖 1, 2 连接）、β-D-葡萄糖至薯蓣皂苷
元（图 3），其最适反应条件：温度 40 ℃，pH 5.0，
金属离子 Cu2+、Hg2+明显抑制了该酶的活性，Na+、
K+和 Mg2+对该酶没有影响，而 Ca2+对该酶活性有
轻微的促进作用。来自烟曲霉 Aspergillus fumigatus
Fres. 的 β-葡萄糖苷酶，能够水解盾叶薯蓣中多种
螺甾烷型皂苷（如延龄草苷、薯蓣皂苷元-双葡萄糖
苷、薯蓣皂苷、三角叶皂苷和纤细薯蓣皂苷），最终
生成薯蓣皂苷元，该研究为单一酶转化盾叶薯蓣总
皂苷制备皂苷元奠定了理论基础[40]。
由于酶的发酵、纯化过程较复杂、成本高等原
因，目前还没有完全通过酶促法实现薯蓣皂苷元的
产业化生产。但是阐明生物转化制备薯蓣皂苷元的
关键酶，为利用分子生物学及蛋白质工程技术，克
隆表达关键酶，最终实现生物转化制备薯蓣皂苷元
奠定了基础。
O
O
Oglc
2
rha
rha 4

O
O
Oglc
2
rha
O
O
Oglcrha 4


O
O
HO
O
O
Oglc

图 3 薯蓣皂苷-糖苷酶水解薯蓣皂苷的路径
Fig. 3 Pathway of dioscin hydrolysis by novel dioscin-glycosidase
酶
or
薯蓣皂苷 3-O-α-L-rha-β-D-glc-diosgenin
rha
酶
rha
3-O-β-D-glc-diosgenin
酶
glc 薯蓣皂苷元
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酶解法反应条件温和、操作简单、环境友好，
但是由于生成的产物抑制酶解反应影响生物转化的
进程，从而影响薯蓣皂苷元的得率。如利用聚乙二
醇（PEG）对纤维素酶进行化学修饰，然后进行三
液相萃取耦合纤维素酶催化盾叶薯蓣转化的方法制
备薯蓣皂苷元，避免水解产物抑制纤维素酶对薯蓣
皂苷的水解[41]，其技术的关键是底物与酶在三液相
体系中的合理分配，经过一系列的条件筛选以及
PEG 对纤维素酶进行化学修饰（提高纤维素酶在三
液相体系中的稳定性），得到了一个合理的三液相耦
合体系，使得盾叶薯蓣中的几种甾体皂苷和 PEG 修
饰纤维素酶主要分配在中相（1, 4-二氧六环）中，
75.8%水解的单糖分配于下相（硫酸铵相）中，92.1%
的薯蓣皂苷元分配于上相（正己烷）中，有效地消
除了产物对酶活力的抑制作用，使薯蓣皂苷元的得
率为 90%。这种将酶催化转化与盐析萃取耦合制备
薯蓣皂苷元方法开辟了新路径，提供了新思路。
4 其他方法
盾叶薯蓣从播种到成熟需要 3～4 年时间，生
长周期长，易受周围环境的影响，并且由于过度采
伐导致野生资源严重短缺。近年来，采用植物组织
细胞培养的方法对天然化合物进行结构修饰已经
取得了可喜的进展。为了有效提高植物次生代谢产
物的量，在栽培或组织培养过程中加入诱导子
（elicitor）被认为是一种有效手段。加入诱导子的方法
不仅缩短了细胞培养时间，还成为一种非常重要的在
植物细胞培养中提高次级代谢产物的策略[42-43]。诱导
子主要来源于植物、真菌、细菌等，也可以是一些
无机成分，其中真菌诱导子是最重要的一类。迄今
已报道的真菌诱导子包括真菌菌体、菌体细胞内成
分和分泌物、菌体降解产物等，由于其化学成分复
杂，目前认为多糖、寡糖、肽类、金属离子等成分
是活性诱导子[44-46]。
植物内生菌产生诱导子可提高薯蓣皂苷元产量。
从盾叶薯蓣根茎中分离出一种内生尖孢镰刀菌
（Fusarium oxysporium Dfzl7），经过高压灭菌得到灭活
菌丝，从菌丝中获得 3 种多糖：表多糖（EPS）、水提
取多糖（WPS）、氢氧化钠提取多糖（SPS），这 3 种
多糖作为诱导子，分别与盾叶薯蓣植物组织细胞共同
培养，发现 WPS 可使培养物中薯蓣皂苷元的产量是
对照组的 3.83 倍，是有效的多糖诱导子[44]。该发现与
从尖孢镰刀菌 Dzfl7 菌细胞壁碎片中水解得到的寡糖
能够促进植物细胞培养中薯蓣皂苷元合成的结果一
致，可能是多糖诱导子被分解成单糖后起促进作用
的。随后又通过实验进一步得到证实[45]。金属盐离子
作为诱导子对细胞生长及薯蓣皂苷元得率也有影响，
CdCl2和CoCl2可促进薯蓣皂苷元的合成，而K2Cr2O7、
NiCl2则抑制了薯蓣皂苷元的合成[46]。
在未来的研究中，植物细胞培养液中加入诱导
子提高薯蓣皂苷元的产量已经成为其扩大生产的有
效手段。但是，诱导子调控细胞生长以及激发植物
次生代谢产物的合成机制有待继续深入研究。
5 结语
随着国内外对薯蓣皂苷元后续产品的开发和新
药效、用途的发现，薯蓣皂苷元除用于合成药物，
已经开始向保健品、化妆品等领域渗透，未来薯蓣
皂苷元的国际市场需求仍然很大。因此高效环保地
制备薯蓣皂苷元的方法更是受到广泛的关注。传统
的酸水解方法由于环境污染严重，部分皂素生产厂
家已经被迫关停。近年来，不断有新的制备薯蓣皂
苷元方法的研究报道，微生物、酶等生物水解法以
及诱导子激发植物组织细胞培养的方法，为高效、
环保地制备薯蓣皂苷元开辟了新路径。但是由于目
前这些方法处理量小、薯蓣皂苷元得率低、成本高
等原因，都限制了其在工业上的大规模生产应用。
应用新的科学技术，实现盾叶薯蓣的资源综合利用，
高效、环保地产业化制备薯蓣皂苷元，将是薯蓣皂
苷元制备研究的发展方向。
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