中药材干燥过程中的活性成分变化机制研究现状

李玉姗1 邱勋荣1 齐娅汝1 万琴1 高欢1 王学成1 杨明1,2 李远辉1,2

1. 江西中医药大学现代中药制剂教育部重点实验室

2. 创新药物与高效节能降耗制药设备国家重点实验室

摘要：干燥是植物性中药材采收之后重要的加工工序，与中药材质量形成密切相关。干燥过程中植物多种抗胁迫机制的触发及其内部微生物的群落活动、物理化学变化等通常引起中药材中活性成分的显著变化，从而影响其药用价值。因此，认识中药材干燥过程中活性成分的变化机制，对调控其干燥品质、改进干燥方式具有重要意义。基于已有研究，该文综述了中药材干燥过程中活性成分的多种变化机制，以期为形成活性成分调控策略、提高中药材干燥技术水平、提升中药材质量提供参考。 

中药主要包括植物药、矿物药和动物药，其中植物药约占中药来源的87%[1,2]。由于鲜药材含水率较高（通常60%～90%）[3]，容易因遭受机械损伤、微生物侵染而变质，易因采后生理等而腐烂、变质，从而影响药用与经济价值，故干燥成为药材采收后广泛应用的加工工序。

活性成分是中药具有药理活性的物质，是中药发挥防病治病的物质基础，也是评价药材质量的关键指标。次生代谢产物（secondary metabolites，SMs）通常是植物性中药材的主要活性成分，其为植物长期进化中适应环境积累的化学成分。当生长环境（温度、土壤水分等）发生改变或受到环境胁迫，植物发生一系列变化来适应环境提高生存竞争力，包括产生对植物具有保护作用的SMs。多数中药材在干燥初期仍然是有生命的有机体（干燥前进行杀青等灭活处理的药材除外），大量研究表明，干燥处理普遍引起中药材中多种活性成分发生显著变化，涉及挥发油、多糖、酚类、甾体皂苷、部分生物碱等成分，包括成分组成变化、含量的增加或减少，以及结构与状态（游离态或结合态等）等改变。同时，干燥方式对药材活性成分影响较大，如淫羊藿药材经 50~159 ℃ 烘干后含葡萄糖苷的黄酮成分含量显著增加，不含葡萄糖苷的黄酮成分含量显著下降，而阴干后相应成分变化与烘干完全相反[4]。

中药材所含活性成分复杂多样，理化性质各不相同，加之干燥不同阶段其生理生化、受热温度与时间、失水速率等不同，活性成分变化机制较复杂涉及多种机制。如生理生化机制：干燥胁迫下药材呼吸作用增强、酶活性上升、渗透调节物质分泌以及次生代谢产物积累等，引起药材活性成分变化。如干燥胁迫下，植物的应激反应触发，造成活性氧（reactive oxygen species，ROS，如超氧化物（O2-）、过氧化物、羟基自由基（·OH）、单态氧（O2）等）的大量产生[5]，为了应对ROS带来的氧化损伤，植物酶系统（抗氧化酶）、非酶系统（次生代谢）激活[6]，从而使中药活性成分含量发生改变。化学机制：许多中药活性成分或因对干燥加工较为敏感而发生水解、氧化、聚合、裂解等反应，又或在干燥条件诱导下与其他成分发生化学反应。物理机制：加热处理可破坏共价键或细胞壁的完整性[7]，促进结合成分游离而便于被提取和检识、使得易挥发性及热敏性成分暴露而造成成分损失等。此外，应激反应还能够引起植物内生微生物的一系列群落变化，并通过生成SMs、影响氧化酶活性等间接或直接参与植物抗逆反应。本文基于既往对中药材干燥引起活性成分变化的研究报道，对其变化机制（图1）进行综述，以期为提升中药材干燥技术工艺水平提供思路和参考。

Fig.1 Change mechanism of active components in Chinese medicinal materials during drying.

ROS.活性氧；SMs.次生代谢产物。

1 干燥胁迫次生代谢产物积累

1.1 高温

鲜药材干燥的温度往往高于植物适宜生长温度，此时植物受到高温胁迫触发热应激反应（heat-shock response，HS），耐热机制激活，植物体内产生热休克蛋白（heat shock protein，HSPs）、转录因子（transcription factor，TFs）和SMs等对抗胁迫[8]。植物产生的各类SMs中，酚类物质对植物抵抗非生物胁迫的过程至关重要，它们是次生细胞壁的主要成分，为植物提供抗氧化特性、帮助传递信号、充当植物抗毒素以及抗紫外线伤害等。如ZHAO X等发现雀稗在高温胁迫下，苯丙类合成途径代谢上调，使得类黄酮含量增加[9]；MULTARI S等在干燥藜麦种子的过程中发现，升高温度会使得种子中酚类成分含量增加[10]。萜类、皂苷类、胡萝卜素、抗坏血酸、生物碱等在植物体内也能够充当抗氧化剂，因此高温胁迫下，会出现含量的增加。如QIN X等对枸杞高温胁迫下代谢组学分析结果表明，枸杞中生物碱类成分在高温胁迫下合成增加[6]；CINGOZ G S等高温处理洋地黄后，洋地黄中的强心苷类成分（地高辛、洋地黄苷、毛花洋地黄苷、羟基洋地黄毒苷等）含量增加[11]；NISHIDONO Y等发现不同品种生姜中姜皂苷干燥后都出现含量的增加[12]。JIANG C等发现在肉苁蓉真空干燥过程中随着干燥温度的升高，干燥产物中苯乙醇苷、环烯醚萜、多糖等成分的含量呈现先升高后降低的趋势[13]；MEI X等研究丹参热风干燥时，发现丹参中二萜醌类、酚酸类成分含量也存在类似的情况[14]。这可能是由于在相对较低的干燥温度下，植物上调合成酶活性，而当温度过高，酶活性受温度的影响而降低，此时高温下的降解反应占主导地位，导致成分含量开始下降[15]。因此，应当针对不同药材需要保留的不同活性成分，严格控制干燥温度，促进干燥过程中鲜药材的次生代谢、避免热敏性成分的降解损失，保证药材质量。

1.2 干旱

鲜药材干燥时，水分来源中断、内部水分含量逐渐减少，造成细胞的水分亏缺从而造成干旱胁迫。对于植物来说干旱胁迫为非常重要的非生物胁迫，能够激活植物体内的复杂信号，其中次级信号包括Ca2+进入细胞质、打破抗氧化防御平衡造成ROS的大量产生、通过功能蛋白积累渗透物和抗氧化剂等[5]。为了抵抗干燥过程中干旱胁迫引起的ROS损伤，各类SMs合成增加[16]。如黄芩阴干后黄芩苷类含量明显增高[17]，西洋参晾晒的过程中人参皂苷含量增加[18]，并且相比于切片后干燥，不切片有利于成分的积累。原因与整株药材具有相对完整的抗胁迫系统，有利于激发抗旱响应有关。研究表明，植物的抗干旱胁迫机制依靠活化SMs合成酶完成，如RADWAN A等发现鼠尾草单萜合成酶活性在受到干旱胁迫时上调，萜类成分含量增加[19]。

低等或中等程度的干旱胁迫往往有利于成分的积累，而在重度干旱胁迫下，成分含量反而会急剧下降（图2）。如营养期的黄芩中黄芩苷类成分在干旱胁迫的过程中含量呈现先上升后下降的趋势，这一变化与黄芩苷生物合成上游的苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸-4-羟基化酶（C4H）、4-香豆酸：辅酶A连接酶（4CL）和查尔酮合成酶（CHS）等酶的活性的变化保持一致[20]。说明重度干旱胁迫的环境造成酶活性的减弱甚至丧失，SMs的消耗大于合成，导致含量开始降低。鲜药材的干燥过程就是一个干旱胁迫逐渐加重的过程，阴干全过程中药材的成分往往呈现先上升后下降的趋势。如黄芪阴干过程其内部的毛蕊异黄酮、毛蕊异黄酮-7-O-β－葡萄糖苷、黄芪甲苷和黄芪皂苷Ⅱ4种活性成分及总酚含量均呈现出先升高后降低的变化趋势，其清除自由基（DPPH和O2-）和抑制脂质过氧化能力在初期显著升高，后期缓慢降低，且均显著高于新鲜品[21]。抗坏血酸作为一种著名的抗氧化剂，在植物体内可以通过维持抗氧化系统（抗坏血酸－谷胱甘肽还原酶系统）参与消除ROS，能够保护酚类成分、减少褐变（将氧化成醌的酚类还原）[22]，是多酚氧化酶的竞争性抑制剂。研究表明，干旱胁迫初期抗坏血酸－谷胱甘肽还原酶系统能够被激活。如PUKACKA S等的实验结果表明，银白槭种子失水初期，抗坏血酸、谷胱甘肽含量都出现增长，但是随着含水率的持续降低（＜43%）抗坏血酸、谷胱甘肽含量开始急剧下降[23]。因此，对于药材常用的阴干、晒干、烘干，可以通过与其他快速失水的干燥方式联合使用的形式，以避免重度干旱胁迫造成的活性成分损失，最大程度保留有效成分，提高药材质量。

Fig.2 Effects of drought stress on active ingredients

1.3 低温

在新型的干燥方式中，冷冻干燥因其在保留化学和物理性质方面的优势而被广泛关注，冷冻干燥的多个环节具有低温的特点，在低温环境下，各种酶活性及微生物的群落活动受到抑制，使得它们对药材成分的影响降低。低温（LT）也是影响植物生理活动的一种非生物胁迫，在植物体内引起包括ROS合成增加、MAPK级联、应激反应基因转录激活等在内的一系列反应，形成复杂的植物防御机制[24]。因此，低温胁迫下，药用植物中的氧化应激反应也可以被激活，导致SMs的含量和成分发生变化。朱建全等对不同胁迫下川芎内部阿魏酸含量变化的研究结果表明，低温胁迫可使得川芎中阿魏酸的含量增加[25]，这可能是冷冻干燥后的样品中成分与新鲜药材相比发生变化的原因之一。如冷冻干燥后迷迭香中的精油产量增加，但是内部成分相比新鲜品发生了明显改变，其中桉树脑、月桂烯含量降低，莰烯、α-柠檬烯含量增加[26]。因此冷冻干燥并不是所有药材最适宜的干燥方法，应根据不同药材需要保留的不同成分，与其他干燥方式进行比较。

1.4 光照

药用植物内部SMs的生物合成受到光照的强度、时间、频率等的影响，这也是不同的药材产区药材质量和成分相差极大的原因之一。晒干是产区处理鲜药材最常用的方法之一，但是阳光对于药材中的部分成分有很强的降解作用。如中药材中的酚类、黄酮类、单萜类等都会在阳光下发生降解，含有不饱和键的化合物会在阳光下发生光环加成反应，花类、叶类、全草类等鲜药材因其含色素多，在日光下易发生色素的分解、褪色、沉积等。如药材产区常用晒干的方式处理新鲜的姜黄，但是姜黄中的姜黄素在阳光照射下不稳定，暴露在光下时间较长的样品中姜黄素含量急剧下降[27]；白芍中的芍药苷在光照的条件下稳定性下降，降解速率加快[28]。对于某些药材来说，光照还可以使内部成分发生光化学反应，生成新的化合物。如姜黄和紫色姜提取物光照后生成了抗菌活性明显增强的新化合物[29]。

紫外光是太阳光谱的主要组成部分之一，包括UV-A、UV-B、UV-C 3个组分。过量的紫外照射会对植物造成损害，为了对抗胁迫植物体触发对抗机制生成各种SMs[30]。因此采后适当的紫外线辐射处理可以调节植物体内活性化合物的积累。研究表明，UV-A辐射处理采后黄芩可使其主要的黄酮类成分含量与空白对照组相比明显增加，长时间（5 d）紫外辐射处理后黄芩中还产生了使得黄芩提取物展现更强的抗氧化和抗菌活性的新化学物质，如葛根素、果胶苷元、异山柰苷等[31]；采收后经UV－B辐射处理的菊花中花青素、类胡萝卜素含量增加[32]；UV-B辐射处理的时间对金银花中多糖、总多酚、总黄酮和绿原酸的含量呈现先上升后下降的趋势，辐射处理2 h含量可达到峰值[33]；UV-C辐射处理可以增加金盏花叶片水提物中总酚、总黄酮、磷钼酸盐的含量，且使得水提物表现出更强的抗氧化和自由基清除的能力[34]。因此UV-A、UV-B、UV-C均可作为药材干燥的前处理或辅助手段帮助提高药材质量。红外光因其传递热能的能力而被广泛运用于制作加热设备，可作为鲜药材干燥设备的热源，具有热效率高、无噪声、针对性强、便于控制等优点。红外处理对药材中的SMs合成也有额外的促进作用。如红外干燥可促进人参中人参皂苷的合成，相比于同等温度下的热风干燥，红外干燥能显著增加人参中人参皂苷的含量[35]。XU H等发现相比于单纯的热风干燥，红外辐射的引入能够提高菊花中的绿原酸、木犀草素、总酚和黄酮类化合物的含量[36]。

因此，药材产区可以针对不同种类的药材采取避光或另加光辐射处理，并且严格控制光照的时间、强度、种类，最大程度地利用光照辐射保留所需成分，提高药材质量。

1.5 氧气浓度

对于植物来说生命活动的各个环节都需要氧气的参与，低氧环境会影响植物的呼吸作用（氧气浓度低于5%时呼吸作用急剧下降）并引起一系列缺氧应激反应，然而与之相对的高氧环境对植物也会造成不同程度的氧伤害，从而引发植物应激反应。药用植物干燥过程或对其进行干燥前处理时，环境中的氧气浓度（低氧、高氧）作为一种非生物胁迫，可以通过影响药用植物的次生代谢变化从而影响活性成分的含量。

在已有的干燥方式中，真空环境下的干燥因其干燥效率高、成分保留性好等特点而受到广泛关注。真空环境有隔绝氧气的特点，隔绝氧气能够触发药用植物的缺氧应激，对植物造成的影响包括呼吸代谢途径的改变、代谢环境的破坏、激素代谢紊乱、氧自由基的生成等。低氧胁迫下细胞内环境改变会促进ROS的产生，超氧阴离子（O2-）和H2O2可以通过Fenton反应促进更具破坏性的羟自由基（·OH）的形成[37]，从而激活植物体的抗氧化机制。因此给予低氧胁迫也能够刺激植物SMs合成，这可能是药材在隔绝氧气的干燥方式中酚类、黄酮类成分含量更高的原因之一。如BALZARINI M F等发现真空干燥的菊苣根中的总酚含量高于同等温度下的热风干燥[38]。还有研究表明，高氧也能激活药用植物中的次生代谢，使得有效成分含量增加。高氧处理对药用植物的呼吸作用、抗氧化能力、组织褐变等有一定的影响，高氧也能激活药用植物中的次生代谢，使得有效成分含量增加。如DONG Q等高氧气氛处理灵芝子实体时，发现适宜条件的高氧处理会使得子实体中山柰酚、没食子酸、灵芝酸的含量增加，提取物的抗氧化活性、对DNA损伤的保护作用增加，并且研究表明，高氧使得灵芝酸合成酶途径的基因表达水平增加[39]。

因此，选择低氧或高氧处理作为辅助干燥措施在一定程度上能够促进干燥初期鲜药材的次生代谢反应，增加药材中活性成分的含量，低氧处理适用于成分易氧化的鲜药材。

2 干燥刺激生理代谢

2.1 激活抗氧化酶、降解酶

酶防御系统中的多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）、过氧化物酶（peroxidase，POD）、抗坏血酸过氧化物酶（aseorbateperoxidase，APX）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GPOX）等酶对药材中的有效成分有降解作用。多酚类物质在POD、PPO的酶促作用下，会发生酶促褐变反应，PPO催化单酚羟基化合成二酚，无色二酚又氧化成高颜色的邻醌，多酚氧化形成的正醌可以与二酚反应生成缩合产物，醌类也可发生聚合生成大分子物质，造成药材颜色加深多酚含量降低，因此药材中多酚类成分的含量与PPO、POD活性密切相关。如在茶叶自然风干过程中，其内部多酚氧化酶活性与总酚降解呈线性正相关[40]；番红花球茎中的酚含量与PPO活性呈负相关[41]。在高温下快速干燥或高温前处理能使氧化酶迅速失活而保留成分，如金银花经过蒸煮处理后在50 ℃下干燥，相比未经处理的药材，内部黄酮类成分（芦丁、槲皮素和山柰酚）含量显著增加[42]。抗坏血酸过氧化物酶（APX）、单脱氢抗坏血酸还原酶（monodehydroascorbate reductase，MR）、脱氢抗坏血酸还原酶（dehydroascorbate reductase，DHAR）和谷胱甘肽还原酶（glutathione reductase，GR）等酶作为抗坏血酸－谷胱甘肽系统的主要酶，在干燥过程中都出现活性的增加[23]会使得药材中的抗坏血酸含量下降。通过外加条件抑制抗坏血酸过氧化物酶、抗坏血酸氧化酶的活性能够使得植物中的抗坏血酸含量增加，与此同时抗坏血酸含量的增加还有可能使胡萝卜素、酚类成分含量增加[43]。

另一方面，一些药材干燥前需要杀青处理，这是由于较高温的干燥环境能使各类成分的降解酶活性增加。药典中规定如天麻、白芍、红参、黄精、黄芩等药材需要在蒸煮后再行干燥，就是因为干燥过程中降解酶的激活会使得药材中的有效成分损失，采用蒸煮的方式将降解酶灭活来保留成分。如苷水解酶能将药材中的苷类成分水解为苷元，煮制后芍药中苯甲酰芍药苷、芍药内酯苷和芍药苷质量分数相较直接干燥的芍药显著增加[44]，天麻产地加工时，通过蒸或煮的方式杀青的样品中，活性成分总含量分别是不杀青样品中的2.0、2.5倍[45]。

2.2 促进呼吸作用

植物的呼吸作用是指在有氧条件下，经过一系列酶的催化将碳水化合物、脂肪、蛋白质等底物彻底氧化，产生ATP、CO2和水的过程。在药材干燥的初期，鲜药材内部细胞依旧保持活性并进行呼吸作用等基础的代谢活动，呼吸作用会消耗药材中的蛋白质、脂质、多糖、氨基酸等初级代谢产物。药用植物干燥过程中的呼吸损耗随着含水率的降低而降低，并且在含水率较低（自由水含量低于植物新陈代谢的临界含水率）时停止，与干燥速率呈负相关，同等干燥速率时与干燥温度呈正相关[46]。如黑麦草风干过程中果聚糖和可溶性总糖含量持续下降，并且在含水率为35%时黑麦草呼吸作用停止[47]。药材干燥过程中的SMs生成依赖于植物系统将初级代谢产物转化，因此呼吸作用的消耗会间接地影响药材中有效成分的含量，这也许是药材阴干法处理后有效成分含量低于快速脱水的其他干燥方法的原因之一。如谢其亮等进行不同干燥方法的商陆总皂苷和皂苷甲的含量比较时发现，阴干商陆中总皂苷含量明显低于晒干和烘箱干燥[48]。

2.3 内生菌代谢水平变化

内生微生物是指植物组织内部和外部许多不会对植物产生负面影响的微生物，包括古生菌、细菌、真菌、放线菌等，存在于植物的各个组织器官，它们不激活植物的免疫系统，在植物内部繁殖度过整个或大部分的生命周期，与植物属于共生关系。内生微生物在植物抵抗各种生物、非生物胁迫中有重要的地位[49]，它们能直接或间接（影响氧化酶，激活防御信号级联）地参与植物SMs的合成，从而参与植物抵抗外界胁迫的过程[50,51]（图3）。部分内生菌是具有治疗活性的新型次生代谢产物的潜在来源[52]。大量研究结果表明，内生菌能够通过产生SMs和抗氧化剂，帮助宿主植物控制ROS的数量，并保护植物免受ROS的损害。如HERRERA-CARILLO Z等对黑麦草的研究中发现，内生微生物的存在能够改变植物中酚类化合物和类黄酮的分布[53]。

图 3 内生菌代谢水平变化对活性成分的影响

Fig.3 Effects of endophytic bacteria metabolism on active constituents

鲜药材的干燥过程中造成的高温胁迫、干旱胁迫、微波磁场作用等造成的大量ROS产生会激活植物内生菌的联合参与，合成SMs抵御ROS的损害。如药用植物风干时受到干旱胁迫的作用，其内部微生物随着含水量的降低会产生群落演替以及活性的变化，最终的优势菌群能够帮助植物抵抗胁迫伤害。内生微生物的群落变化对药材中各类成分有显著影响。XIE Z等研究发现甘草中的短小芽孢杆菌可以缓解甘草的干旱胁迫增加甘草代谢产物的积累[54]；CHENG X等发现在肉桂叶遮阴干燥过程中菌落变化与其挥发油成分在大多数的时间点内呈线性正相关，并且在肉桂叶中不同种属的内生微生物群落中检测到不同的次生代谢产物合成酶、降解酶基因[55]。不同程度的胁迫会引起酶活性和内生微生物活动的不同变化，通过控制胁迫的时间和程度来调节酶和微生物的变化可以最大程度地保留药材中积累的有效成分。微波干燥过程中微波磁场作用于鲜药材中的微生物，会使得微生物细胞膜通透性发生改变、诱发微生物繁殖的遗传基因突变、影响其新陈代谢导致生长发育受到抑制而死亡，其在短时间内的热效应也会使得酶失活，从而使得药材中成分受内生微生物、酶的影响较小[56]。

3 化学转化

在化学反应中，升高温度能够使得反应物分子活化从而增加反应速率，因而在高温环境中进行鲜药材干燥时，药材内部成分的化学反应速率增加会造成成分的大量损失。如经80 ℃热风干燥和变温干燥处理后的瓜蒌中，木犀草苷类成分完全降解[57]。对于中药材来说，有效成分的化学变化往往伴随着药效的降低或毒副作用的增加，成分常见的化学反应包括：氧化、分解、聚合、水解、异构化等。

3.1 氧化反应

中药材在有氧的环境中高温干燥时有可能会发生成分的大量氧化，出现颜色变化、气味散失、油脂酸败、失去药性等质量变化，不光影响药材中成分的含量，还会使得药材表面色素沉淀、变色，影响药材的质量。如多酚类物质在高温下发生的非酶褐变是由于含邻苯二酚基团的多酚被氧气氧化生成醌，醌类物质进一步反应聚合形成黄棕色的大分子[58]，这会造成药材颜色变深及多酚类成分损失。挥发油类成分发生氧化反应生成新的化合物，有可能造成相对密度增加、颜色变深、形成树脂样物质、失去挥发性等变化。如薰衣草干燥时，随着干燥温度的升高薰衣草精油中芳樟醇和桉油醇的浓度降低，乙酸芳樟醇和乙酸香叶醇的浓度升高[59]；SELLAMI I H等对月桂叶干燥前后成分损失的研究中也发现，长时间的高温干燥使得总挥发油含量减少，并且部分挥发油成分经过重排、氧化生成了新的化合物，新化合物的生成正比于温度和干燥时间[60]。β-胡萝卜素具有高度不饱和结构，内部含有大量双键结构，易发生光氧化或自氧化反应[61]而丧失自由基清除作用；药材中的蒽醌类成分可被氧化生成氧化蒽酮、蒽酚、蒽酮等；萜类物质发生氧化反应可以生成醛酮；多糖类发生氧化分解反应，首先生成单糖，最终产物为CO2和水；抗坏血酸结构中的2个羟基在高温下可被氧化为脱氢抗坏血酸；含有鞣质的药材在空气中经过一段时间后就会被氧为红棕色或更深颜色的鞣红，致使药材变色及成分损失。药用植物在有氧环境中的干燥时间以及空间中的氧气浓度对成分的氧化反应速率和程度有显著影响。

研究表明通过通入惰性气体、抽真空、放置吸氧剂等方式减少干燥环境中的氧气浓度有利于增加有效成分的保留、提高药材的亮度值、减弱药材的褐变反应。如HAWLADER M N A等在惰性气体中干燥生姜时，生姜中6-姜辣素含量高于普通热风干燥[62]，GENG Z等在真空环境中干燥的沙棘样品中多酚含量也高于热风干燥[63]；EYIZ V等进行山楂皮的干燥时发现，真空干燥的山楂皮提取物抗氧化活性高于对流干燥，且褐变度低于对流干燥[64]；陈才军等进行铁皮石斛干燥时发现，真空干燥的铁皮石斛多糖类物质的含量高于同等温度下的热风干燥[65]。

3.2 分解反应

分解反应是将一种成分分解为2种或2种以上化合物的反应，当鲜药材处于持续的高温干燥过程中，内部成分会发生不同程度的热分解反应。如高温（≥100 ℃）处理下，多酚类成分会分解为单体或转化为氧化度较高、羟基取代度较高的产物[14]；生物碱类成分在高温条件下发生分解反应能够生成新的生物碱使得药材的药性发生改变，如黄连中的小檗碱在高温下会发生分解反应生成小红檗碱与甲基，乌头中毒性最强的双酯类生物碱在碱性或加热条件下会分解反应，生成热解型单酯类生物碱和水解型单酯类生物碱以及胺醇类生物碱，使得药材毒性大大降低[66]；药材中的长链多糖会在高温下发生糖苷键断裂生成单糖或寡糖，LI W对荷叶多糖在干燥过程中的成分变化研究结果表明，荷叶中的荷叶多糖随着干燥温度的升高成分的相对分子质量减小[67]。降解反应是高分子的聚合物完全分解为低分子的化学反应，中药材在干燥过程中内部存在降解反应，并且降解反应速率受温度的影响。PEI Y等发现干燥过程中，人参皂苷不稳定可降解为其他物质，人参皂苷Re、Rf、Rg2、Rb1、Rc、Rb2和Rd等皂苷含量都随干燥温度的升高而降低[35]。长时间的高温干燥处理容易造成成分的完全降解，如小檗碱结构中的9号位甲基活性较大受热发生断裂，使得细叶小檗果实细果实中的总碱在较长时间的高温处理后（90 ℃，20 h）完全降解[68]。

3.3 聚合反应

聚合反应是低相对分子质量的单体化合物通过化学反应转化生成高相对分子质量的聚合物的过程，高温干燥能促进成分的聚合反应，造成成分含量降低、产生毒副反应化合物等。如绿茶中儿茶素可以在高温下发生外聚体化而使得含量降低[69]。高温下多糖与氨基酸、蛋白质等会发生美拉德反应，其本质是氨基化合物和羰基化合物经过一系列复杂的聚合反应生成大分子黑精或类黑精，随着温度升高，反应加速[70]。如TANG X等研究发现，枸杞干燥过程中枸杞多糖可以发生美拉德反应生成有积累毒性和致癌性美拉德中间产物[71]。

3.4 水解反应

SMs在植物中多数以溶解度更大的苷的形式存在，如中药中的黄酮苷、生物碱苷、环烯醚萜苷、皂苷等。苷类成分多具有水解的特性，水解反应会使苷类失去糖链生成苷元，使得中药的治疗效果发生变化。如甘草中的黄酮苷类成分水解产生甘草素和异甘草素引起药性的改变[72]。水解的难易程度除了与苷类本身的性质有关之外，还受外界条件的影响，药材干燥时高温、高湿的环境对水解反应有促进作用。如皂苷类成分的苷键在高温下会发生断裂，水解生成苷元和糖，水解反应还会使得皂苷发生内部的转化，酸性人参皂苷可以转化为对应的中性人参皂苷。例如干燥过程中西洋参中的人参皂苷m-Rb1可转化为Rb1，人参皂苷m-Rc可转化为Rc[73,74]；在遮阴和日光下干燥的黄芩叶片中总苷的百分比与人工干燥的叶片中总苷的百分比没有显著差异，但在较高的温度（90~125 ℃）干燥会导致总苷的百分比下降[75]。除此之外药材中的多糖类、生物碱类成分在适当的条件下也会发生水解反应，如乌头中的双酯类生物碱（乌头碱、新乌头碱、次乌头碱）在高温干燥过程中发生水解反应生成毒性较低的新生物碱（焦乌头碱类），使得药材的毒副作用降低；淀粉在高温快速脱水的情况下，发生水解提高药材中总糖和还原糖的含量[76]。

3.5 异构化

异构化一般是指有机化合物分子中原子或基团的位置改变而其相对分子质量不发生改变的反应过程，在干燥的过程中药材成分的异构化比较常见，发生在酚类、胡萝卜素、皂苷类、内酯等多种成分中。异构化反应会造成原有活性成分减少而降低药效，干燥过程中的异构化反应程度受温度的影响显著。如DONLAO N等研究绿茶干燥过程时发现，绿茶加工过程中儿茶素的差向异构化使得儿茶素向异构体转变，绿茶中的（-）－表儿茶素没食子酸酯（ECG），（-）－表儿茶素（EC），（-）－没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）和总儿茶素（TC）的含量随着干燥温度的增加而减少，（-）－没食子儿茶素（GC）和（-）－没食子儿茶素没食子酸酯（GCG）随着干燥温度的增加而增加[69]；高温会使得β-胡萝卜素的反式异构体向顺式异构体的转化增加[77]；谭晓敏等对华重楼中皂苷类成分的研究结果表明烘箱干燥比阴干更能促进华重楼中的呋甾皂苷转化为螺甾皂苷[78]。

4 物理转化

药用植物干燥过程中发生的物理变化对成分含量的影响十分常见，长时间或高温下干燥会造成药材中挥发性成分的损失加快、结合型成分游离、破坏细胞结构使内容物流出等。挥发油类成分是芳香中药材的特色表现形式和药物基础，挥发油中的部分成分（如单萜类、萜烯类、莰烯类等）对热敏感[79]，在高温下会迅速挥发到空气中，并且受当下的空气流速的影响。DORNELES L N S等进行胡椒叶干燥时，发现升高干燥温度和空气流速会使得胡椒叶中含氧单萜烯（OM）类成分的损失增加[77]。

过高的干燥温度或特殊的干燥方式有时会对植物的组织结构产生负面影响，主要体现在改变植物中蛋白质的空间构象使蛋白质失活、破坏细胞膜中蛋白质与脂质之间的化学键造成细胞膜破裂、破坏植物细胞的细胞壁结构使内容物流出等几个方面。高温能使储存挥发油的油细胞细胞壁与细胞膜结构破坏、腺毛状体破裂，从而加速挥发油干燥过程的损失。QUEIROZ G A等发现随着干燥温度的升高，迷迭香精油的含量下降，并且干燥温度与毛状体破裂和瘪缩数量呈显著正相关[80]；干燥牛膝草时也有类似的现象，干燥温度升高至60 ℃时牛膝草精油含量下降，与腺毛状体破裂数量的增加相吻合[81]。对于热敏性和光敏性的有效成分来说，组织结构的破坏会造成成分在空气、阳光的暴露，从而降低成分含量。如干燥温度升高时，肉苁蓉细胞的破裂使光敏性和热敏性的环烯醚萜类物质暴露造成成分的大量损失[11]。新型干燥技术如真空干燥、微波干燥、超声干燥、红外干燥等，因其加热、干燥方式本身具有的特点，会对药材细胞结构产生影响。如超声干燥过程中当超声功率较低时，不破坏药材的结构只在材料中产生微通道，降低分子间作用力使水分扩散效率增加，能够减少药材暴露在高温下的时间保留有效成分[82]，但长时间高强度的超声处理会破坏植物组织结构，产生的高热效应还会破坏成分。高强度的微波干燥会使得药材细胞中的蒸汽压力迅速升高，破坏细胞结构。减压干燥的负压的环境有可能会破坏植物中的细胞结构（腺毛结构），使得挥发油及热敏性成分暴露，造成损失[83]。

5 机制间的交互作用与各干燥阶段主要变化机制分析

药材干燥过程中的化学成分变化是多种机制共同作用的结果，成分在干燥过程中可同时或序贯经多种机制发生变化。干燥过程中，各机制之间相互影响。随着干燥进行至不同阶段，主要变化机制也存在差异。

5.1 机制间的交互作用

鲜药材干燥过程中，各个成分变化机制往往不是单独出现的，生理生化、化学反应、物理变化等各机制之间会发生复杂的相互作用。例如生理生化各途径之间的相互影响：干燥初期药材较强的呼吸作用促使ROS产生，ROS导致细胞膜结构完整性破坏和细胞区室化消失[84]，PPO或POD等抗氧化酶与酚类底物接触，酚类成分被催化氧化而损失。生理生化与化学反应之间相互影响：如经过次生代谢合成的化合物，为其在随后可能发生的化学转化或降解提供物质基础；一些化学反应消耗初级代谢产物（如氨基酸和糖类之间发生的美拉德反应）又通过影响次生代谢所需的前体物质来影响次生代谢水平。物理机制与其他机制间相互影响：如干燥引起的组织细胞破坏为化学成分与干燥介质中的氧气接触创造了条件，从而引起易氧化成分的化学降解；组织细胞破坏刺激生理生化，诱导代谢产物的积累、酶的催化降解与合成等。

5.2 各干燥阶段的主要变化机制

在鲜药材干燥的不同阶段，药材中活性成分主要的变化机制也有所不同。干燥初期，药材活体组织受到高温、失水胁迫，刺激次生代谢产物合成，从而促进某些活性成分的积累。同时，如纤维素酶、淀粉酶、果胶解聚酶等酶活性的上升开始破坏细胞壁，促进细胞壁中的结合型成分游离（细胞壁中存在许多活性成分）。另一方面，该阶段药材呼吸作用的增强可导致多糖等成分的消耗。由于该阶段物料吸收的热量主要用于水分蒸发，药材实际受热温度较低，成分热降解或转化不明显；同时组织细胞可保持较高的完整性，保护酶与底物仍维持区域化分布而不发生催化降解。故该阶段化学成分的变化可能主要受生理生化的影响。

干燥中期，药材经过一段时间高温、失水胁迫而趋于死亡，生理生化代谢逐渐终止，对化学成分的影响减弱。而此时由于干燥前期ROS不断积累，细胞膜脂质过氧化、通透性增加，使细胞膜完整性受损、细胞区室化消失，PPO、POD等保护酶与酚类等底物接触，从而加速成分氧化。同时，药材组织细胞遭到较大破坏，结合型成分游离大量释放。此外，该阶段药材实际受热温度逐渐上升、存在一定含量的自由水，化学成分通过化学与物理途径发生变化。如酚类化合物的氧化、高相对分子质量多糖开始降解为较低相对分子质量多糖、部分成分因细胞壁降解与干燥介质中的氧气或光照接触而发生变化。但因该阶段药材温度仍较低，加热引起的化学成分变化可能有限。因此，干燥中期活性成分主要通过保护酶的催化降解和结合型成分游离释放发生变化。

干燥后期，由于大量失水和较高温度（失水速率较低，药材吸收的热量主要用于自身加热，药材实际受热温度接近干燥介质温度），药材生命体几乎死亡，生理生化代谢几乎终止。该阶段化学成分主要因高强度或高温干燥，通过化学与物理途径发生降解和转化。另外，该阶段药材往往严重皱缩，药材内孔道发生剧烈变化，孔道可通过影响干燥时间而对药材中的化学成分产生影响。

6 总结与展望

干燥过程是通过多种方式给予鲜药材温度胁迫和“干旱”胁迫等非生物胁迫的过程。高温、干旱能通过引起活性成分化学降解、触发植物酶系统及非酶系统的抗胁迫机制、引起内部微生物群落变化等影响成分含量从而引起药效变化。同时，低温、阳光、氧气等对不同药材中的药效成分也有不同程度的影响。掌握干燥机制，挖掘关键影响因素，合理控制干燥过程的条件，调控药材活性成分变化，以期实现药物活性成分的最大转化和保留。然而目前关于中药材干燥过程中的活性成分变化机制和规律研究不足，尚未确立活性成分的调控策略，未来的研究方向应当研究或探明活性成分变化规律，从生理生化、微生物活动、物理、化学等多维度揭示变化机制，确立活性成分变化过程的分阶段精准调控策略，更好的指导鲜药材干燥加工，提高药材质量。