基本介紹
基本信息,資源概況,性狀,植物學特徵,生長環境,功用,功能主治,形態特徵,栽培技術,繁殖,化學成分,地理分布,價值功效,現狀,影響皂素含量因素,薯蕷皂苷元提取,含量測定,
基本信息
黃姜【拉丁名】Dioscorea zingiberensis C. H. Wright
【名稱考證】枕頭根，黃姜，黃連參，地黃姜，野洋姜
【性味歸經】甘、苦，涼。該物種為中國植物圖譜資料庫收錄的有毒植物，其毒性為民間反映根莖有滋補作用，但食用過量能引起頭昏、眼花等中毒症狀；搗爛的根莖可以毒魚。
資源概況
盾葉薯蕷是被子植物門，單子葉植物綱，薯蕷科薯蕷屬（Dioscrea.L）草質纏繞性藤本植物。世界上薯蕷科共有10屬650種，薯蕷屬種類最為豐富，約600種，廣布於熱帶地區，亦有少數種類分布於亞熱帶和溫帶地區。其中含有薯蕷皂苷元的植物有136種，含量在1%以上的有41種中國有薯蕷屬一屬80餘種，其中富含薯蕷皂苷元的有17種，例如：盾葉薯蕷﹑穿龍薯蕷﹑黃山藥﹑粉背薯蕷﹑叉蕊薯蕷及細柄薯蕷等，其中含量在1%以上的有12種。
盾葉薯蕷花
盾葉薯蕷花性狀
根莖類圓柱形，常具不規則分枝，分枝長短不一，直徑1.5～3cm。表面褐色，粗糙，有明顯縱皺紋和白色圓點狀根痕。質較硬，粉質，斷面桔黃色。味苦。
植物學特徵
盾葉薯蕷為多年生草質纏繞藤本植物。
盾葉薯蕷黃姜
盾葉薯蕷黃姜莖左旋，在分枝或葉柄的基部有時具短刺。單葉互生，盾形，葉面常有不規則塊狀的黃白斑紋，邊緣淺波狀，基部心形或截形。花雌雄異株或同株；雄花序穗狀，雄花2～3朵簇生，花被紫紅色，雄蕊6枚；雌花序總狀穗狀。蒴果乾燥後藍黑色。種子栗褐色，四周圍以薄膜狀翅。花期5～8月，生於溪流兩側山谷林邊或灌木叢中。產於河南、湖北、湖南、陝西、甘肅、四川。秋季採挖，曬乾，根莖類圓柱形，常具不規則分枝，分枝長短不一，直徑1.5～3cm。表面褐色，粗糙，有明顯縱皺紋和白色圓點狀根痕。質較硬，粉質，斷面桔黃色。
生長環境
由於盾葉薯蕷分布範圍較廣，不同地區、居群的植株形態性狀發生了變異，植物體內的皂素含量亦隨環境條件的變化而高低各異。生態環境對盾葉薯蕷種內基因型變異影響較大，且在形態性狀與活性成分積累等方面影響顯著。因此，為了提高盾葉薯蕷開發效益，需進一步研究生態環境對皂素形成影響的機理。
功用
作為激素類藥物的原料藥。
功能主治
解毒消腫。用於癰癤早期未破潰，皮膚急性化膿性感染，軟組織損傷，蜂螫蟲咬。
形態特徵
黃姜，又叫盾葉薯蕷（Rhizoma Dioscoreae Zingiberensis，（英）Peltate Yam Rahizome）、火頭根，系單子植物薯蕷科薯蕷屬，為薯蕷科植物盾葉薯蕷Dioscorea zingiberensis C.H.Wright的根莖，是多年生纏繞草本，有地下塊莖，含豐富澱粉，纏繞莖可長達2米以上 ，葉對生，三角狀心形，全緣，具掌狀脈。花單性，雌雄異株，穗狀花序下垂；蒴果三棱狀球形，具種翅；地下根莖是著名澱粉植物，也是滋補食品，又是藥用植物；帶果的薯蕷雌株，垂懸的果序，果反折。草質纏繞藤本，莖左旋，在分枝或葉柄的基部有時具短刺，單葉互生，盾形，葉面常有不規則塊狀的黃白斑紋，邊緣淺波狀，基部心形或截形；花雌雄異株或同株；雄花序穗狀，雄花2～3朵簇生，花被紫紅色，雄蕊6；雌花序總狀穗狀。蒴果乾燥後藍黑色 ，種子栗褐色，四周圍以薄膜狀翅。花期5～8月。根莖類圓柱形，常具不規則分枝，分枝長短不一，直徑1.5～3cm，表面褐色，粗糙，有明顯縱皺紋和白色圓點狀根痕 ，質較硬，粉質，斷面桔黃色，味苦。
栽培技術
二、培育姜種壯芽 在播種前要曬姜困姜，經曬困後的姜种放入用磚和木板隨便圍起來的池中，底部鋪上一層草，把姜种放入，上面蓋上蔗子或者舊的毯子，並噴施新高脂膜，這樣可促使種姜幼芽快速萌發，出苗快而整齊。
三、規範化管理 黃姜為淺根性作物，因此不宜深中耕，以免傷根。黃姜在幼苗期，因雨水多、雜草繁茂，要適時進行淺中耕除草，防止傷根傷苗，保持土壤疏鬆透氣。在是黃姜生長發育的關鍵時期，噴施藥材根大靈，使葉面光合作用產物（營養）向根系輸送，提高營養轉換率和鬆土能力，使根莖快速膨大，藥用含量大大提高。
繁殖
盾葉薯蕷葉2組織培養技術是進行種苗生產、品種培育的有效途徑，也是工業化皂苷生產的有效途徑；薯蕷皂苷主要分布於根狀莖中，根狀莖主要由周皮、基本組織和散生在基本組織中的維管束三部分組成，周皮細胞的分裂和體積增大使根狀莖迅速生長，薯蕷皂苷主要分布於基本組織薄壁細胞中，利用植物組織培養技術繁殖薯蕷植物，既可保存種質資源，又能快速繁殖優良品種，不但可解決種源問題，而且能有效防止種質退化。中國從20世紀70年代中期開始利用組織培養技術進行盾葉薯蕷的快速繁殖和品種改良。四川生物研究所一室體細胞研究組對盾葉薯蕷不同部位的愈傷組織誘導頻率進行了研究，結果表明，若以幼莖、幼葉為材料，其誘導頻率一般都比較高，分別為57.97﹪、83.14﹪；以塊（根）莖為材料則誘導頻率較低，只有1.78﹪。徐向麗對薯蕷屬植物組織培養研究進行總結認為，能否誘導出愈傷組織與培養基的選擇和激素配比密切相關，常用的培養基是MS或改良MS、Nitsch、B、White等培養基；另外，pH值、溫度、光照等因素也影響愈傷組織的形成。
3近年來，在利用細胞培養技術生產天然產物領域的研究十分活躍，並越來越受到人們關注。通過改變培養基和培養條件，選擇高產細胞株，添加前體以及調節合成途徑等方法，極大地提高了植物細胞培養中次生代謝物的含量。中國已開展了選用盾葉薯蕷高皂素含量植株，進行細胞連續培養方面的研究。任建偉等採用盾葉薯蕷脫分化愈傷組織進行固體培養和細胞懸浮培養研究，發現細胞培養在 7～21d 之間細胞的生物量增長最快，培養物中物質累積也最快，其皂素含量隨細胞的增長而增高，但達峰時間遲於細胞生長達峰時間，在30～35d 細胞皂素含量及每升培養基可得皂素含量均較高，即有用物產量與細胞生長的關係屬延遲型；並選擇出了適宜的愈傷組織生長和皂素生產培養基。另外他們還進行了細胞固定化培養研究，結果表明，游離的盾葉薯蕷細胞不分泌皂素到培養液中；而經固定化培養較長時間後，有分泌但不能持續。用海藻酸鈉固定盾葉薯蕷細胞，方法簡便，形成的膠珠均勻，穩定時間長，也可多次重複使用。
化學成分
盾葉薯蕷的根狀莖含
1.1﹪～16.15﹪的薯蕷皂苷元、45﹪左右的澱粉、40﹪的纖維素以及一些水溶性苷類、生物鹼類、黃酮苷類、強心苷類、生物鹼、單寧、色素等化學成分。劉建本等進行了盾葉薯蕷根莖中色素的提取和性質研究，結果表明薯蕷色素具有對紫外線有較強的吸收作用，耐熱、耐光性能良好，Fe3+、Cu2+、Hg2+ 3種金屬離子對色素均具有一定的增色作用，酸鹼對色素的影響較大等性質，為綜合利用提供了一條新途徑。薯蕷皂苷包括糖和苷元兩部分。為了對皂苷進行定位，郭永兵等將盾葉薯蕷根莖分為5個區段，對其薯蕷皂苷元的分布進行研究發現，嫩莖頂端的薯蕷皂苷元含量最高，抽莖區段次之，接著是嫩莖區段，其後為老莖區段和底層區段，鬚根及地上莖基部段的含量很低。薯蕷皂苷元（diosgenin）又名皂素。它是目前世界上合成300多種甾體激素和避孕藥的原料。
劉承來，陳延庸等用薄層層析法（不同展開劑)、紙層析法對盾葉薯蕷進行了分離提取，結果在根狀莖中分離出兩種水不溶性三糖皂苷和兩種水溶性四糖皂苷，用乙醯化、酸水解、酶解、克分子旋光差計算以及紅外光譜、質譜、氫譜、碳譜等方法進行分析鑑定，分別為①表-拔葜皂苷元（epismilagenin）、②延齡草次苷（trillin),結構為3-O-(β-D-葡萄吡喃糖）—薯蕷皂苷元[3-O-(β-D-glucopyromosyl)-diosgenin]、③薯蕷皂苷元—雙葡萄糖苷(diosgenin-diglucoside),結構為3-0-[β-D-葡萄吡喃糖（1→4)-β-D-葡萄吡喃糖]一薯蕷皂苷元{3-O-[β-D-glucopyranosyl(1→4)-β-D-glucopyranosyl]-diosgenin} 、④纖細皂苷（gracillin），結構為3-O-{β-D -葡萄吡喃糖（1→3)-[a-L-鼠李吡喃糖（1→2)]- β-D-葡萄吡喃糖}一薯蕷皂苷元（3-O-{β-D-glucopyranosyl(1→3)-[a-L-rhamnopynosyl(1→2)]-β-D-glucopyranosyl}-diosgenin）4個甾體化合物，據其化學結構推測為次級皂甙。
盾葉薯蕷花
盾葉薯蕷花為了研究盾葉薯蕷的原始皂甙，探索其活性，1985年他們又對鮮根莖的甲醇提取物經乾柱法分離得到⑤薯蕷皂苷元棕櫚酸酯（diosgenin palmitate）、⑥β-谷甾醇（β-sitosterol）、纖細皂苷（gracillin)、⑦原纖細皂苷（protogracillin)和⑧原盾葉皂苷 (protozingiberensissaponin)5種甾體類物質，其中原盾葉皂苷為一新發現的化合物，鑑定2種原皂苷的結構分別為⑦3-O-{β-D-葡萄吡喃糖（1→3)-[a-L-鼠李吡喃糖（1→2)]-β-D-葡萄吡喃糖}-26-O-{β-D-葡萄吡喃糖}-薯蕷皂苷元與⑧3-O-{a-L-鼠李吡喃糖（1→3)-[β-D-葡萄吡喃糖（1→2)]-β-D-葡萄吡喃糖}-26-O-{β-D-葡萄吡喃糖}-薯蕷皂苷元{3-O-{a-L-rhamnopynosyl(1→3)-[β-D-glucopyranosyl(1→2)]- D-β-glucopyranosyl}-26-O-{β-D-glucopyranosyl}-diosgenin}。
唐世蓉，吳余芬等從盾葉薯蕷根中分得兩種水不溶性三糖皂苷（A和B）以及兩種水溶性四糖皂苷（C和D）。⑨A為新皂苷，暫定名盾葉皂苷A（zingiberenin A），結構為薯蕷皂苷元-3-O-[β-D-葡萄吡喃糖（1→2)]-O-[a-L-鼠李吡喃糖（1→3)]-O-β-D-葡萄吡喃糖苷、⑩B為纖細皂苷異構物、⑾C為原盾葉皂苷A（protozingiberenin A）、⑿D為原盾葉皂苷B(protozingiberenin B)。唐世蓉，姜志東用盾葉薯蕷地上部分經提取、脫色、矽膠柱層析及反向柱層析分離得到盾葉皂苷A1、A2、A3 （zingiberoside A1 ，A 2 ，A 3）和叉蕊皂苷IV4種主要含雅姆皂苷元的皂苷，前三種為新化合物，分別為⒀雅姆皂苷元-3-O-[a-L-鼠李吡喃糖（1→2)]-β-D-葡萄吡喃糖苷、⒁羥基雅姆皂苷元-3-O-[a-L-鼠李吡喃糖（1→2)]-β-D-葡萄吡喃糖苷、⒂雅姆皂苷元-3-O-{a-L-鼠李吡喃糖（1→2)-[β-D-葡萄吡喃糖（1→4)]}-β-D-葡萄吡喃糖苷，其中盾葉皂苷A2 的苷元為一新甾體皂苷元，命名為盾葉皂苷元（zingiberogenin）。第四種為⒃雅姆皂苷元-3-O-{a-L-鼠李吡喃糖（1→2)-[β-D-葡萄吡喃糖（1→3)]}-β-D-葡萄吡喃糖苷。這與地下部分主要含有薯蕷皂苷元的皂苷情況不同。
盾葉薯蕷標本
盾葉薯蕷標本地理分布
生於溪流兩側山谷、林邊或灌叢中；主要分布於鄂、川、陝、遼、吉、黑、等8省、市、區海拔300米以上的山地丘陵高寒山區，多年來人們對黃姜野生資源無計畫的掠奪性採挖，導致該物種日漸枯竭。因而，中國甾體植物即將面臨著原料供應不足的局面，這將嚴重的地威脅到中國甾體藥物行業的發展。採用無性繁殖技術，經多年試驗，通過人工栽培種植，取得了成功經驗。因此大面積採用人工種植黃姜是當務之急勢在必行。
盾葉薯蕷分布
盾葉薯蕷分布價值功效
黃姜其根莖果可直接入藥，有祛濕清熱解毒的功效；現已研究發現黃姜可提取120種成份及工業無法大量合成的昂貴的甾體類激素——皂苷元；此外根狀莖含有50%澱粉，可綜合用於檸檬酸、釀酒和酒精生產，酒精水及廢酸液可提取農用核酸。皂素的滌加工產品“雙烯”、“胱胺酸”、“無水胱胺酸”等多種延伸產品又是中國出口創匯的重要產品國際市場十分緊銷，外國商人聞訊而至，爭相訂貨所以黃姜的經濟價格很高，開發前景十分可觀。
黃姜根莖內含薯蕷皂甙（dioscin）等，作為激素類藥物的原料藥。皂甙元，占世界含量在1%以上的約30種 ，中國則有50來種，其中17種、1亞種、2 變種含皂甙元，占世界含有皂甙元植物的50%以上，含量高達16.15%，超過墨西哥小穗花薯蕷15%的記錄，是世界上的王牌種類。黃姜是理想的提取甾體激素類藥物的重要原料，皂甙元（俗稱皂素），其甾體結構化合物加以改造，就可得到各種不同的甾體激素類藥物。從黃姜根狀莖中提取的最初產品為皂雄酮、醋酸孕酮（單脂）、強的松、可的松系列以及催產素、避孕藥等中間體或藥物數千種，總之，以黃姜為原料，可以合成轉化為性激素、蛋白同化激素和皮質激素等國計民生特需的系列產品，因此醫藥界稱其為“藥用黃金”，除國內需要外，一直俏銷美、德、法、日等120多個國家和地區。
此外，黃姜除含皂甙元，還含有45～50%的澱粉，可用於釀造工業生產酒精、酵母粉、肌苷粉、葡萄糖等； 所含40～50%的纖維素，可生產羧甲基纖維素。提取皂素的廢液，可提取農用核酸，是優質肥料。根狀莖在醫藥、食品、高級化妝品、獸藥等行業中也有廣泛的用途，如根狀莖直接入藥，有祛濕、清熱解毒之功效，民間用於治療皮膚急性化膿性感染、軟組織損傷、蜂螫、蟲咬及各種外科炎症，以及強身壯骨作用。水溶性活性物質可以生產盾葉冠心寧，用於治療冠心病，效果好，副作用小。成都生物所研製的地奧心血康，具有調節新陳代謝機能，治療動脈硬化以及對心血管系統的疾病都有較好的效療，暢銷國內外市場。另外，中科院武漢植物研究所研究發現，黃姜活性物質是殺滅釘螺，防血吸蟲的理想藥物，不僅滅螺效果好，而且又不污染環境，保持生態平衡。
現狀
其塊莖有較高的藥用和化工價值，經過加工可提煉皂素、雙稀等醫藥、化工用品，是激素類藥物必不可少的成份，被喻為“激素之母”，並廣泛套用於化妝、保健、避孕鎮痛、麻醉等類藥物，是一種市場需求較為穩定的藥材。而中國生產的皂素又占全世界的50%。近二十年來，隨著人口計畫生育政策的推廣和激素類藥物的廣泛使用，國際、國內市場對黃姜素（皂素）需求與日俱增，黃姜收購價格一路攀升，皂素價格也一漲再漲。而且皂素生產企業大多因原材料匱乏而開工不足。
影響皂素含量因素
影響盾葉薯蕷皂苷含量的因素較多，除前面討論的環境因素外，還有些其它因子。蔣朝暉等對盾葉薯蕷生育期皂苷元含量變化規律研究認為，皂苷在根莖中積累高峰期是現蕾及盛花期，結實期後明顯下降；在根莖生長明顯的8～9月，含量有一定提高，至枯萎期的10月和11月時含量又出現下降；2年生皂苷元含量明顯高於1年生；適宜的採收期應為第2年的枯萎期或第3年的現蕾開花期。丁志遵等研究認為，盾葉薯蕷一般在萌芽期至開花盛期皂苷含量較高，從結實期至始萎期，皂苷含量則逐漸下降；老根莖皂苷含量高於新根莖；水分含量高的根莖皂苷含量亦高。李朝陽等研究認為，盾葉薯蕷的皂苷元含量與葉片寬窄程度之間也存在一定的相關性，寬葉型的平均皂苷元含量都較高，而長葉型的皂苷元含量都不高；皂苷元含量與其開花時間早晚也似乎表現出一定的相關性，在6～7月間開花的居群其平均皂苷元含量都較高，而早於6月或當年不開花的居群的平均皂苷元含量則較低。潭遠友等研究發現，盾葉薯蕷雄株中皂苷元含量高於雌株，種植時期越長，皂苷元含量越高，10月份採收的樣品含量最高。這些研究為盾葉薯蕷的合理開發利用奠定了理論基礎，總的來講，影響盾葉薯蕷皂苷含量的因素主要有分布區、海拔、土壤、水分、溫度、光照等環境因子，也有株間差異、生長時間、生育期、開花時間、根狀莖水分含量及形態等自身因子。
盾葉薯蕷
盾葉薯蕷薯蕷皂苷元提取
薯蕷皂苷元是薯蕷屬植物中薯蕷皂苷的配基，主要以薯蕷皂苷的形式與纖維素結合存在於細胞壁中。薯蕷皂苷元是異螺旋甾烷的衍生物，在植物體內是以薯蕷皂苷配基形式存在的，即在C3位通過皂苷鍵與糖鏈相連進而與植物細胞壁緊密連線。由於盾葉薯蕷皂苷元的結構特徵和它在植物體內的存在形式，決定了提取它的步驟：首先必須使薯蕷皂苷元與植物細胞壁分開，再斷開薯蕷皂苷元與糖連線的苷鍵，使薯蕷皂苷元游離出來，利用它的親脂性，用丙酮或石油醚把它提取出來，
工業上用高標號的汽油來提取。
1 直接酸水解法
酸水解是使苷鍵斷裂生成苷元和糖。傳統的提取薯蕷皂苷元的方法是採用Rothrock法，即直接將盾葉薯蕷根莖用硫酸水解成苷元，然後用有機溶劑提取薯蕷皂苷元。郭文松等報導，用鹽酸作為水解酸比硫酸好，工藝簡單，效果差異不大，同時以鹽酸為水解液時，加壓法比常壓法水解苷元收率高，缺點是鹽酸對不鏽鋼設備有嚴重腐蝕。薯蕷皂苷元在植物體記憶體在形式的複雜性，使直接酸水解法僅能提取1/4的皂苷元，且此法費時很多，薯蕷皂素收率較低，由於使用溶劑汽油，易發生危險；另外，盾葉薯蕷中的澱粉和纖維素等其它成分也在酸水解過程中被破壞而不能利用，因此該工藝不夠理想。
2 預發酵法
一般認為預發酵法可提高薯蕷皂苷元的收率。預發酵法有自然發酵法、酶解法、微生物發酵法。王元蘭報導用蒸餾水浸泡藥材幹粉，置於39℃的恆溫箱中發酵。並篩選出提取條件，即：發酵48 h，水解4 h，抽提物pH=7，回流速度25min/次，皂苷元的提取率達到最佳值為3.358%。另有報導，在發酵過程中加入果膠酶、苦杏仁酶和植物生長激素2，4，5-三氯苯氧乙酸、吲哚-3-乙酸，均可提高產率。還有用黑麴黴菌株對盾葉薯蕷發酵也可提高產率。這樣的工藝既提高了皂苷收率，反應條件也比較溫和，保持了有效成分的本來理化性質。但自然發酵法影響因素較多，產品質量不穩定。
3 分離法加工薯蕷植物
劉國粱報導，從盾葉薯蕷中首先分離出植物纖維和澱粉，剩餘部分再經自然發酵提取薯蕷皂苷元。該法比不分離出植物纖維和澱粉而直接進行自然發酵的常規方法能將薯蕷皂苷元的收率提高5%。
4 CO2超臨界萃取薯蕷皂苷元的工藝研究 葛發歡等報導用CO2超臨界萃取法從盾葉薯蕷中提取薯蕷皂苷元的研究，其萃取薯蕷皂苷元的條件為：萃取壓力29 MPa，溫度55℃；分離方法一為壓力10MPa，溫度60℃；分離方法二為壓力5.6 MPa，溫度45℃；分離柱壓力18 MPa，溫度為70℃，CO2流量為每千克原料每小時12kg；萃取時間3h；夾帶劑為藥用酒精。和傳統的汽油法比較，收率提高了1.5倍，生產周期大大縮短，避免了使用汽油引起易燃易爆的危險，且成本相差不大。但存在設備一次投資過大的缺點。此外，利用超音波破碎細胞壁也可提高薯蕷皂苷元的收率。用鹽酸—丙酮/乙醇混合液直接加熱提取薯蕷皂苷元的工藝雖可節約物料，縮短工藝過程，但對資源的綜合利用不足，在實際生產中套用該工藝的還未見報導。
盾葉薯蕷
盾葉薯蕷