全 文 ：天然产物研究与开发 NatProdResDev2007, 19:881-883, 865
文章编号:1001-6880(2007)05-0881-04
　
　
　收稿日期:2006-12-19　　　接受日期:2007-02-01
　基金项目:山西省自然科学基金项目(20031077)
＊通讯作者 Tel:86-351-5255503;E-mail:xhy6418@suhu.com
从葫芦巴种子中提取薯蓣皂甙元方法的研究
王慕华 ,徐宏英＊ ,苏槟楠
山西省生物研究所 ,太原 030006
摘　要:为探明葫芦巴种子中药用活性成分薯蓣皂甙元提取的最佳方法 , 设置了不同的酸解液浓度及酸解时间
以了解葫芦巴粉酸解的适宜条件;并在酸化工艺前将脱脂的葫芦巴粉进行自然发酵或接种曲霉发酵以提高薯
蓣皂甙元的提取率。结果表明葫芦巴粉酸解液最佳浓度为 15%的硫酸溶液 ,最适宜的酸解时间为 6 h。在酸化
工艺前增加发酵工艺 ,可以显著提高有效成份薯蓣皂甙元的提取率 , 接霉菌发酵比直接酸化提高 62%, 自然发
酵比直接酸化提高 48%。
关键词:葫芦巴;提取;薯蓣皂甙元
中图分类号:R284.2 文献标识码:A
StudiesontheExtractingTechnologyofDiosgeninfromSeedsof
Trigonelafoenum-graecum
WANGMu-hua, XUHong-ying＊ , SUBin-nan
ShanxiInstituteofBiology, Taiyuan030006 , China
Abstract:ToinvestigatetheoptimaltechnologyofextractingmedicalactivecompositionsdiosgeninfromseedsofTrigo-
nelafoenum-graecum, diferentacidhydrolysisconcentrationsanddifferentacidhydrolysistimeweresettofindoutthe
properconditionofTrigonelafoenum-graecumpowderacidhydrolysis;andnaturalfermentationandinoculated-aspergil-
lusfementationwereapplicatedtoimprovetheextractionrateofdiosgeninfromdegreasingTrigonellafoenum-graecum
powderbeforeacidhydrolysistechnology.ResultsshowedthattheoptimumconcentrationandtimeofTrigonellafoenum-
graecumpowderacidhydrolysisweresulfuricacid15% and6 hrespectively.Applicatingfermentationtechnologybefore
acidhydrolysiscanevidentlyimprovetheextractionrateofdiosgenin, inoculated-aspergillusfermentationandnaturalfer-
mentationwashigher62% and48% thandirectacidhydrolysisrespectively.
Keywords:Trigonellafoenum-graecum;extract;diosgenin
　　葫芦巴(TrigonelafoenumgraecumL.)为豆科一
年生草本植物 ,种子中含有丰富的化学成分 ,如半乳
甘露聚糖 、甾体皂甙类 、黄酮类 、生物碱类 、三萜类和
香豆素类等 [ 1-3] ,药理作用非常广泛 。葫芦巴豆胶就
是从葫芦巴种子中提取的半乳甘露聚糖 ,可以降低
非胰岛素依赖型糖尿病患者的血糖水平[ 4, 5] ,目前
我国葫芦巴制胶工业已经具有相当的规模;甾体皂
甙类可以降低血清总胆固醇的含量 ,抑制胆固醇的
吸收 ,又是合成甾体激素类药物的前体 ,薯蓣皂甙元
作为葫芦巴甾体皂甙类的主要成份在我国也受到广
泛关注[ 6, 7] 。但由于葫芦巴种子中存在大量的多
糖 、蛋白质及粘液质 ,薯蓣皂甙元又主要以薯蓣皂甙
的形式与纤维素结合存在于细胞壁中 ,细胞壁的坚
韧性使薯蓣皂甙元不易分离纯化 ,经典的直接酸水
解法仅提取了四分之一的薯蓣皂甙元 [ 8] 。为此 ,我
们进行了从葫芦巴种子中提取薯蓣皂甙元方法的改
进 ,在酸解工艺前增加发酵工艺 ,利用微生物及酶的
生物降解作用 ,断开其中薯蓣皂甙元与纤维素的葡
萄糖单元相连的糖苷键 ,从而提高薯蓣皂甙元得率 ,
以解决薯蓣皂甙元市场紧缺的难题 ,并且促进葫芦
巴药材的综合利用 。
1　材料与仪器
　　葫芦巴种子:购自山东费县 ,粉碎后选取 40目
以下豆粉 。菌株:黑曲霉 P-3800;黄曲霉 P-uv, JZ-6,
JZ-7为山西省生物研究所保藏菌株。标准薯蓣皂甙
元为 Sigma试剂 ,其他试剂均为分析纯 (北京化工
厂)。 721分光光度计(上海第三分析仪器厂)。
2　方法与结果
2.1　薯蓣皂甙元的测定
2.1.1　标准曲线的绘制
薯蓣皂甙元中加入高氯酸 ,室温下放置 10min,
生成的黄色 30min内稳定可作定量 。在 410 nm处
有最大吸收 ,可测定薯蓣皂甙元而其它皂甙元不干
扰 。以标准薯蓣皂甙元为标样绘制标准曲线。精确
称量标准薯蓣皂甙元 50.00 mg,用少量石油醚溶
解 ,然后用石油醚定容到 100 mL, 再将其稀释 10
倍 。分别准确吸取此标准溶液 0.1、0.2、0.4、0.6、
0.8、1.0 mL于 6支试管中 ,水浴挥干溶剂 ,每管再
加入 3mL高氯酸 ,室温下放置 10 min后 ,以不含皂
甙元的随行试剂作参比 ,用分光光度计在 410nm处
测定其吸光值 ,以标样量和吸光度的关系作线性回
归 ,结果表明薯蓣皂甙元样品量在 5 ×10-3 ～ 50 ×
10
-3 mg之间与吸光度呈线性关系 ,得标准曲线方程
为:y=0.0801x+0.0198 (y为吸光度 , x的单位为
10
-2 mg), R2 =0.9947。
2.1.2　样品中薯蓣皂甙元的测定
葫芦巴种子中薯蓣皂甙元的测定方法为葫芦巴
种子经粉碎后 ,过 40目筛 ,脱脂后酸解 ,用石油醚提
取后定容 ,适当稀释 ,按绘制标准曲线的方法进行测
定 。具体操作步骤为:1)准确称取 40目葫芦巴豆
粉 0.5g,在索氏提取器中加入 150 mL石油醚进行
脱脂处理 6 h;2)脱脂后的葫芦巴豆粉移入三角瓶
中 ,再向其中加入 15%的硫酸溶液 50mL,在水浴锅
中 90℃下酸解 6 h;3)酸解液用布氏漏斗抽滤 ,残
渣用蒸馏水洗到 pH6.0左右 ,干燥后再置于索氏提
取器中 ,用 150 mL石油醚提取薯蓣皂甙元 ,提取液
浓缩后定容至 50 mL以供测定。测定方法同 2.1.
1,对照标准曲线换算出 100 g葫芦巴豆粉中薯蓣皂
甙元的含量 。
2.2　薯蓣皂甙元提取方法的改进
2.2.1　酸解液浓度及酸解时间对薯蓣皂甙元提取
率的影响
薯蓣皂甙元提取工艺中酸解起着至关重要的作
用 ,酸解液浓度和酸解时间对提取率有很大的影响 。
分别设置了 3%、5%、 8%、 10%、 12%、 15%、17%、
20%硫酸八种不同的酸解液浓度及 2、4、6、8、10 h
五种酸解时间 ,以确定适宜的酸解液浓度及时间 。
结果见表 1、2,由表 1可以看出 ,薯蓣皂甙元的提取
率随硫酸酸解液浓度的提高而逐渐提高 ,酸解浓度
为 15%时 ,提取率最大 ,可达到 0.42 g/100 g,以后
硫酸浓度增加 ,薯蓣皂甙元的得率反而降低。薯蓣
皂甙元最佳酸解液浓度应为 15%的硫酸溶液。表 2
结果表明 ,酸解时间对薯蓣皂甙元提取率的影响不
是很大 ,虽然提取时间延长 ,对薯蓣皂甙元含量有一
定的提高 ,但幅度不大 ,考虑到成本核算问题 ,应采
取 4 ～ 6h为宜。
表 1　不同酸解浓度对薯蓣皂甙元提取率的影响
Table1　Effectofdiferentacidhydrolysisconcentrationstothe
extractionsrateofdiosgenin
酸解浓度
Acidhydrolysis
concentration
3% 5% 8% 10% 12% 15% 17% 20%
薯蓣皂甙元提取率
(g/100g) 0.08 0.22 0.28 0.30 0.34 0.42 0.35 0.34
表 2　不同酸解时间对薯蓣皂甙元提取率的影响
Table2　Efectofdiferentacidhydrolysistimetotheextraction
rateofdiosgenin
酸解时间(h)
Acidhydrolysistime 2 4 6 8 10
薯蓣皂甙元提取率
(g/100g) 0.35 0.41 0.42 0.43 0.43
2.2.2　自然发酵对薯蓣皂甙元提取率的影响
考虑到葫芦巴细胞壁的坚韧性以及皂甙元与糖
分子以糖苷键相连的特性 ,在酸化工艺前增加发酵
工艺 ,对葫芦巴豆粉进行自然发酵。于 0.5 g脱脂
后的葫芦巴豆粉中加入 20 mL自来水 ,用透气膜覆
盖 ,在 35 ℃培养箱中静置培养 ,培养时间为 1 ～ 4 d,
以不发酵直接酸解作对照 。从表 3可以看出 ,自然
发酵能显著提高薯蓣皂甙元的提取率 ,发酵 3d提取
率最高 ,可达 0.62 g/100 g,比不发酵的对照提高
48%,发酵 2d的提取率和发酵 3d的接近 ,发酵 4d
后反而降低 ,故自然发酵应以 2 ～ 3 d为宜 。
表 3　自然发酵对薯蓣皂甙元提取率的影响
Table3　Effectofnaturalfermentationtotheextractionrateof
diosgenin
发酵天数(d)
Fermentationtime ck 1 2 3 4
薯蓣皂甙元提取率
(g/100g) 0.42 0.53 0.61 0.62 0.57
2.2.3　曲霉发酵对薯蓣皂甙元提取率的影响
糖化酶可以断开薯蓣皂甙元与糖分子间的糖苷
键 ,使薯蓣皂甙元游离出来 ,有利于提取分离 。本所
保藏菌株黄曲霉 JZ-6、JZ-7、P-uv、及黑曲霉 P-3800
882 天然产物研究与开发　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　Vol.19
具有较高的产糖化酶能力 。在酸化前分别将上述菌
种接入灭菌后的脱脂葫芦巴豆粉中进行接霉菌摇床
发酵 ,转速 180 rpm,发酵时间 3 d,发酵温度为 30
℃,以不发酵的直接酸解为对照 。结果见表 4。四
株产糖化酶的菌株都可以提高薯蓣皂甙元的提取
率 ,黑曲霉菌比黄曲霉菌的提高幅度大 , P-3800的
提高率达到 62%,黄曲霉菌中 JZ-6最小 ,只有 14%, P-
uv最大 ,达到 48% 。
表 4　不同产糖化酶菌株对薯蓣皂甙元提取率的影响
Table4　Efectofdiferentyieldglucoamylasestraintotheex-
tractionrateofdiosgenin
菌株
Strain ck JZ-6 JZ-7 P-uv P-3800
薯蓣皂甙元提取率(g/100g) 0.42 0.48 0.60 0.62 0.68
提高率(%) 14.3% 42.9% 47.6% 61.9%
2.2.4　自然发酵中菌株的分离及单株菌对薯蓣皂
甙元提取率的影响
自然发酵 3 d后 ,发酵液混匀 ,从中吸取 1 mL
放入带有玻璃珠的三角瓶中 ,用力振荡 10 min,过
滤 。从滤液中吸取 1mL置于装有 9 mL无菌水的试
管中 ,依次稀释到 10-8。然后用 10-4 、10-6、10-8稀释
液涂完全培养基平板 。在 35℃培养箱中倒置培养 ,
挑单菌落接入完全培养基斜面。共分离到 3株菌 ,
均为芽孢杆菌 ,菌落形态及菌体形态特征见表 5,将
分离的单菌株分别接入灭菌后的脱脂葫芦巴豆粉中
35 ℃静置发酵。从表 6结果可知 ,单株发酵后薯蓣
皂甙元的提取率有的比不发酵的对照高 ,但提高幅
度不大 ,没有自然发酵时薯蓣皂甙元的提取率高 ,可
能是自然发酵时几株菌协同作用的结果。
表 5　自然发酵中分离到的 3株单菌
Table5　Threebacterialstrainsisolatedfromnaturalfermenta-
tionliquor
菌株
Strain
菌落形态
Colonialmorphology
菌体形态
Celmorphology
Z1 圆形 ,白色 ,粘稠 菌体粗大 ,杆状 ,中生芽孢
Z2 圆形 ,乳黄 ,粘稠 菌体较大 ,杆状 ,端生芽孢 ,芽孢囊膨大
Z3 圆形 ,白色 ,皱褶 中生芽孢 ,杆状 ,芽孢较大
表 6　单株菌对提高薯蓣皂甙元提取率的影响
Table6　Efectofindividualbacteriumtoimprovetheextraction
rateofdiosgenin
菌株 Strain ck Z1 Z2 Z3
薯蓣皂甙元提取率(g/100g) 0.42 0.54 0.52 0.40
提高率(%) 28.6% 23.8% -0.05%
3　讨论
　　葫芦巴种子中有效药用成分薯蓣皂甙元提取率
的高低主要取决于薯蓣皂甙元与糖分子的糖苷键的
断裂与否 ,直接酸解法作用较弱 ,只可使部分糖苷键
断裂 ,所以薯蓣皂甙元的提取率不高 ,而自然发酵和
接曲霉发酵则以生物降解作用为主 ,在发酵过程中 ,
一方面微生物生长可以利用掉葫芦巴种子中部分
糖 、蛋白质等成份;另一方面微生物产生的酶能有效
地破坏葫芦巴细胞壁 ,可以断开大部分薯蓣皂甙元
与纤维素的葡萄糖单元相连的糖苷键 ,使较多的薯
蓣皂甙元游离出来 ,提取率就会有大幅度的提高。
本文所报道的四株产糖化酶菌株糖化酶活性都比较
高 ,都可不同程度地提高薯蓣皂甙元的提取率 ,但以
黑曲霉 P-3800作用效果为最好 ,这也进一步验证了
微生物对提高产率作用的多效性 。因为黑曲霉比黄
曲霉能产生更丰富的酶。黑曲霉 P-3800作用的酶
的类型 ,还有待于实验的进一步研究。
本实验经过对直接酸解 ,自然发酵以及曲霉菌
株发酵三种提取工艺的比较 ,初步探明了葫芦巴种
子中药用成分薯蓣皂甙元适宜的提取方法 ,应在传
统的酸解工艺基础上加以改进 ,增加发酵工艺 ,以大
幅度提高薯蓣皂甙元的提取率 ,尤其以接种黑曲霉
P-3800发酵更适宜。结果有利于指导薯蓣皂甙元
的工业生产 ,也可给葫芦巴的综合利用提供一条新
的途径。
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(下转第 865页)
883Vol.19 王慕华等:从葫芦巴种子中提取薯蓣皂甙元方法的研究
蒸馏水洗脱液总固物(mg) 211.4 221.5 214.7 215.9±5.2
50%乙醇洗脱液中水溶性皂苷含量(mg) 218.4 220.3 213.1 217.3±3.7
50%乙醇洗脱液总固物(mg) 833.2 837.6 830.5 833.8±3.6
50%乙醇洗脱液总固物中水溶性皂苷含量(%) 26.2 26.3 25.7 26.1±0.3
穿龙薯蓣水溶性皂苷精制度(%) - - - 274.7
注:50%乙醇洗脱液中总固物水溶性皂苷含量 =(50%乙醇洗脱液中水溶性皂苷含量 / 50%乙醇洗脱液总固物重量)×100%;穿龙薯蓣水溶
性皂苷精制度 =(50%乙醇洗脱液总固物中水溶性皂苷含量 /上柱液总固物中水溶性皂苷含量)×100%。
Note:Water-solublesaponinscontentoftotalamountofsolidin50% ethanolsolution=(Water-solublesaponinsamountin50%ethanolsolution/Total
amountofsolidin50% ethanolsolution)×100%;Purityofwater-solublesaponinsfromDioscoreanipponicaMakino=(Water-solublesaponinscontent
oftotalamountofsolidin50%ethanolsolution/Water-solublesaponinscontentinliquidsample)×100%.
3　讨论
3.1　在利用大孔吸附树脂进行纯化水溶性皂苷
时 ,上柱前进行样品液的预处理很重要。本实验在
使用大孔树脂纯化水溶性皂苷前 ,应用 ZTC-Ⅱ型天
然澄清剂对上柱液进行澄清 ,将穿龙薯蓣上样液中
水溶性多糖 、蛋白质及粘液质大量除去 ,从而减少了
水溶性杂质对大孔吸附树脂的污染和堵塞 ,提高了
大孔吸附树脂的使用次数和使用寿命 。
3.2　实际生产过程中 ,利用大孔树脂富集作用 ,样
品液在上柱前可省去减压浓缩步骤 。从而节约能
源 ,降低生产成本 。
3.3　本实验采用大孔树脂吸附法富集与纯化穿龙
薯蓣水溶性皂苷 ,纯化前总固物中穿龙薯蓣水溶性
皂苷含量为 9.5%,纯化后总固物中穿龙薯蓣水溶
性皂苷含量为 26.1%,精制度达 274.7%,且洗脱率
达 80%以上。从精制程度及解吸度等方面分析 ,大
孔树脂吸附法基本适宜穿龙薯蓣水溶性皂苷的富
集 、纯化且重现性良好 。
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865Vol.19 张黎明等:大孔吸附树脂富集穿龙薯蓣水溶性皂苷工艺研究