山藥多糖研究進展

王洪新, 王遠輝

(江南大學食品學院,江蘇無錫 214122)

山藥多糖研究進展

王洪新, 王遠輝

(江南大學食品學院,江蘇無錫 214122)

山藥是藥食兼用植物,山藥多糖被認為是山藥中重要的活性物質。綜述山藥多糖的提取分離工藝、純化方法,化學結構分析和生理活性研究的現狀,為未來研究山藥多糖的新提取工藝,探討構效關系,作用機制提供參考。

山藥多糖;研究進展

山藥(Rhizom adioscorea)是薯蕷科薯蕷屬植物薯蕷(Dioscorea oppositaThunb.,D ioscorea polystachyaTurcz.)的根莖[1],主產于河南、河北、山東、山西等省,以河南焦作市(古懷慶府)所產“懷山藥”最佳。傳統(tǒng)中醫(yī)認為山藥具有補益強壯,補脾養(yǎng)胃,生津益肺,補腎澀精,治療消渴功效[2]?，F代研究發(fā)現,山藥含有多糖、尿囊素、皂甙、糖蛋白等活性成分。山藥多糖是被公認的重要活性成分之一,國內學者在山藥多糖提取分離純化、結構鑒定和生理活性研究等方面做了大量工作,而國外研究報道較少。本文在查閱收集大量文獻基礎上,綜述山藥多糖的研究進展,為未來研究提供參考。

1 提取與分離

1.1 水浸提法

水浸提過程是溶質從山藥內部向水中進行擴散的兩相間傳質過程,可以看作是由水擴散進入山藥顆粒,顆粒內部有效成分被水溶解后向表面擴散,以及溶質由顆粒表面向水中擴散[3]。浸提工藝:原料去皮→粉碎(打漿)→脫脂→乙醇回流→水浸提→離心分離→減壓濃縮→乙醇沉淀→脫蛋白→脫色→減壓干燥→粗多糖。部分研究的工藝中無脫脂和乙醇回流;在脫蛋白時,有鹽酸法、三氯乙酸法、胰蛋白酶法和Sevage法供選擇,應用最多的是Sevage法;脫色時,有活性炭法和 H2O2法兩種常用方法。學者們對浸提過程進行優(yōu)化,主要考察的參數是溫度、時間、料水比和浸提次數。各學者研究的工藝優(yōu)化參數見表1[4-7],比較發(fā)現原料為懷山藥,提取溫度在 60℃左右,總的料水比在1∶30～40(g∶mL),提取時間約為3 h時粗多糖得率較高。

1.2 超聲輔助法

超聲輔助提取是在水浸提的同時施加超聲波輔助。超聲波產生的空化效應、機械效應、熱效應和其他次級效應能在不改變多糖結構的基礎上,縮短提取時間,提高提取率[8]。李金忠等通過正交試驗研究懷山藥超聲波輔助提取山藥多糖的試驗條件,粗多糖得率20.27%,最佳工藝:功率1 000 W,時間50 min,溫度60 ℃,料水比1∶12.5(g∶m L)。陳少青等就常規(guī)水提法和超聲波輔助提取法提取紫山藥多糖的最佳工藝條件與影響因素進行篩選與優(yōu)化,常規(guī)水提法的最佳工藝:溫度80℃、時間160 min、加水量 60 mL/g,粗多糖得率 5.65%;超聲輔助法的最佳工藝:功率1 000W、時間10 m in、加水量35 m L/g,粗多糖得率8.35%。比較后發(fā)現超聲輔助法節(jié)省時間,節(jié)約用水,提高得率。

表1 各學者得出的水提法優(yōu)化工藝參數Tab.1 Summary of the optimum parameters of the water extraction process

1.3 微波輔助法

微波輔助是在水浸提的同時加入微波,利用不同結構的物質在微波場中吸收微波能力的差異,使物質中的某些區(qū)域或提取體系中的某些組分被選擇性加熱,從而使被提取物從物質或體系中分離,該法溶劑用量少,提取率高,提取速度快[9]。許本波等采用正交試驗優(yōu)化微波輔助提取山藥多糖工藝,粗多糖得率10.52%,最佳工藝:功率為464 W、料水比1∶20(g∶m L)、溫度 60 ℃、醇沉比 4∶1(m L∶g)。王安良等利用響應曲面圖及其等高線圖得到的優(yōu)化微波提取山藥多糖的工藝參數:功率為546 W、微波時間77s、溫度64.7 ℃、水提時間2.3 h,粗多糖得率2.60%。與常規(guī)水提法相比,微波輔助法效果較好。

1.4 酶法

酶法提取是在水浸提山藥多糖時加入酶,適當的酶可以使細胞壁及細胞間質中的纖維素、半纖維素、果膠質等物質降解,破壞細胞壁的致密構造,減小細胞壁、細胞間質等對多糖從胞內向提取介質擴散的傳質阻力,從而有利于多糖的溶出[10]。各學者研究得出酶法提取工藝的優(yōu)化參數見表2[11～16],從表2可發(fā)現常用酶有α-淀粉酶、纖維素酶和堿性、中性蛋白酶。山藥細胞壁和細胞間質主要由纖維素、半纖維素和果膠等物質組成,纖維素酶能分解纖維素和半纖維素破壞細胞結構,使細胞內的多糖更好的被釋放;山藥中淀粉使提取液黏度增大,影響山藥多糖的擴散,淀粉酶能水解淀粉,降低提取液黏度,提高多糖溶出率;山藥多糖主要與蛋白質結合在一起呈黏液質形式存在,蛋白酶可對細胞結構產生破壞作用,可將與多糖結合的蛋白質酶解,使存在于細胞內部的多糖釋放出來。比較后發(fā)現,纖維素酶效果較好,酶解溫度應控制在40～55℃,p H值應根據酶的特性確定。

從文獻中發(fā)現酶法提取效果優(yōu)于其他方法,是未來提取山藥多糖的首選方法,而各類酶的作用機理不同,可在山藥多糖不同提取階段采用不同的酶,最大限度的提高多糖溶出量。同時還發(fā)現各文獻報道的同類提取方法得率差異較大,這與原料是鮮料還是干料,粗多糖雜質的含量,粗多糖測定方法不同有很大關系,也嚴重影響了各組數據的可比性。在未來改進山藥多糖提取方法的研究時,在相同分析條件下,考察不同山藥品種,不同提取方法的效果,提高數據可比性和可信度,為尋找最佳提取工藝提供可靠依據。

表2 各學者得出的酶輔助法優(yōu)化工藝參數Tab.2 Summary of the optimum parameters of enzyme assistant process

2 純化與鑒定

研究中常用DEAE-52纖維素柱層析、Sephadex G-100柱層析、Sephadex G-75柱層析、葡聚糖凝膠柱層析、高效液相層析、微晶纖維素柱層析、DEA E-SepharoseCL-6B柱層析和透析法等方法純化山藥多糖,然后利用層析法鑒定純度,HPLC測定分子質量,GC-M S測定單糖摩爾比,IR和NMR分析其結構。何書英等[17]純化得山藥多糖 RP,相對分子質量81 000,摩爾比1∶1.24∶6.42(巖藻糖:丙三醇:赤蘚醇),主要由帶有分枝的1→4連接的吡喃糖苷骨架構成,同時含有少量1→3鍵型的巖藻糖。Zhao等[18]純化得白色粉末狀山藥多糖RDPS-I,相對分子質量42 000,比旋光度+188.4°(c0.80,H2O),特性粘度[η]=16.48 ×10-3(m L/g),摩爾比 1∶0.37∶0.11(葡萄糖:甘露糖:半乳糖),以α-D-(1→3)-Glcp為主鏈,在6-O位有α-D-(1→2)-Manp-β-D-1)-Galp支鏈。喬善義等純化得到兩個均一多糖S1和S2,相對分子質量分別為63 000和7 400,它們均為[α-D-Glc(1→4)-]n型葡聚糖。聶凌鴻等[19]純化得淮山藥多糖DFPN-Ⅰ,比旋光度 +165.5°。徐琴等[20]純化得淮山藥多糖RDP,具有β-糖苷鍵 ,組成為葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖。蔡婀娜等純化得單一多糖DTA,摩爾比為1∶26.36(果糖:葡萄糖)。顧林等[21-22]純化得到一種中性和兩種酸性多糖,中性多糖比旋光度+162.5°,摩爾比 0.56 ∶0.44(葡萄糖:甘露糖),有α-異構體吡喃己糖環(huán),歸屬為α-D-葡萄糖和α-D-甘露糖;酸性多糖1是由葡萄糖、半乳糖、甘露糖組成;酸性多糖2是由阿拉伯糖、木糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖組成。王剛[23]等純化得兩個均一多糖S1和S2,組成均為葡萄糖,相對分子質量分別為62 000和7 300。從各學者的研究發(fā)現山藥多糖的種類較多,分子質量差異大,單糖組成多樣,糖苷鍵連接方式多。這是由于山藥的品種繁多,山藥生長環(huán)境不同,產生的山藥多糖也多種多樣,不同結構組成的功能活性及其作用機理將成為未來探討的方向。

3 生理活性

3.1 促進腸胃功能

中醫(yī)認為“脾虛”時消化系統(tǒng)功能處于紊亂狀態(tài),機體的細胞免疫和體液免疫狀態(tài)均有不同程度的降低,以細胞免疫功能最為明顯,而且脾虛證機體免疫功能的下降與胸腺和脾臟明顯相關。傅紫琴等研究發(fā)現山藥粗多糖能抑制脾虛小鼠胃排空及小腸推進,同時脾臟指數與胸腺指數均有增加,促進小鼠腸胃功能恢復,初步推測調節(jié)免疫可能是其作用機制之一。

3.2 保護肝臟

肝臟是人體重要的解毒器官,保肝護肝意義重大。山藥粗多糖能降低小鼠血清中AL T、AST活性和MDA的含量,提高肝細胞中 GSH的含量及SOD活性,具備保護肝臟作用。孫設宗等[24],陳培波等,劉偉萍等均發(fā)現山藥粗多糖可減輕化學性肝損傷所致炎性反應,降低肝體指數,孫設宗還發(fā)現與鎂離子聯(lián)合作用效果更佳。孫延鵬等發(fā)現山藥粗多糖對BCG和LPS誘導的小鼠免疫性肝損傷有保護作用。

3.3 降血糖

糖尿病由人的胰島素β-細胞合成和分泌胰島素的功能均下降或障礙引起。山藥多糖能促進胰島素分泌,提高與胰島素相關酶的活性,從而降低血糖。郜紅利等[25]、何云等推測山藥粗多糖的降血糖機制可能與增加胰島素分泌、改善受損壞的胰島β-細胞功能及清除過多自由基等有關。楊宏莉等發(fā)現山藥粗多糖使大鼠血糖顯著性降低,提高己糖激酶(HK)、琥珀酸脫氫酶(SDH)及蘋果酸脫氫酶(MDH)活性,從而推測其機制可能是直接或間接地提高了糖代謝或關鍵酶的酶活性。

3.4 抗衰老

抗衰老是當今人類重點關注的課題,研究發(fā)現山藥多糖能提高谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和腦Na+/K+-A TP酶的活性,降低單胺氧化酶B活性及過氧化脂質和脂褐質含量;還可拮抗免疫器官組織的萎縮,使皮質厚度增加,皮質細胞數增加,淋巴細胞數增加,達到抗衰老的效果。詹彤等[26]從代謝角度證實了懷山藥粗多糖的抗衰老作用與清除代謝過程中產生的自由基有關。蔣艷玲等[27]推測其抗衰老機制可能與興奮免疫器官,增強免疫細胞功能有關。

3.5 抗突變

抗突變就是指通過某些化學或食品成分有效降低細胞或生物體基因的突變[28]。研究中常用化學(如黃曲霉素 Bl、苯并芘 B[a]P、2-氨基芴等),生物(如乙型肝炎病毒、愛潑斯坦巴爾癥疹病毒(EB病毒)、乳頭狀瘤病毒(HPV)等),物理(如紫外線、X-射線、核輻射等)致突變物與山藥多糖同時作用于細胞,觀察效果驗證其抗突變作用。闞建全等[29]進行山藥多糖的體外抗突變試驗,發(fā)現抗突變作用主要是通過抑制突變物對菌株的致突變作用而實現的,但也不排除去突變作用。

3.6 抗腫瘤

活性多糖抗腫瘤的機理有兩種:一是細胞毒性直接殺死癌細胞,二是生物免疫反應調節(jié)間接抑制或殺死癌細胞[30]。趙國華等[31-32]發(fā)現山藥多糖RDPS-1在體內能顯著抑制荷瘤小鼠B16黑色素瘤和Lew is肺癌,提高 T淋巴細胞增殖能力、N K細胞活性、脾臟細胞產生IL-2的能力和腹腔巨噬細胞產生 TNF-α的能力,推測山藥多糖通過增強機體免疫功能實現抗腫瘤。并發(fā)現化學改性(低度羧甲基化、低度甲基化和中度乙?；?后抗腫瘤活性顯著提高。

3.7 抗氧化

自由基(活性氧)對細胞膜上多價不飽和脂肪酸的過氧化作用,生成脂質過氧化物影響細胞膜結構與功能。山藥多糖能清除超氧自由基(O-2·)、羥自由基(·OH)和自由基(R·)。何書英等[17]發(fā)現山藥多糖RP能降低維生素C-NADPH及 Fe2+-半脫氨酸誘發(fā)的微粒體過氧化脂質的含量,并清除自由基。聶凌鴻等[19]發(fā)現淮山藥多糖具有清除氧自由基活性,粗多糖活性優(yōu)于純多糖。舒媛等[33]也發(fā)現山藥粗多糖清除自由基能力較強。王麗霞等發(fā)現山藥蛋白多糖對活性氧自由基(H2O2、O-2·、·OH)具有良好的清除作用。苗明三[34]發(fā)現懷山藥粗多糖能明顯提高血紅細胞中SOD活力及血CA T活力,從而提高機體抗氧化活性。柳愛蓮等還發(fā)現懷山藥粗多糖與牛血清蛋白相互作用,推測其在蛋白質表面形成絡合物,使蛋白質免遭或減少自由基的攻擊。

3.8 提高免疫力

免疫是重要的人體自身防御機制。很多文獻報道山藥多糖在小鼠、大鼠和雞體內進行的免疫試驗,發(fā)現山藥多糖可明顯提高巨噬細胞,T淋巴細胞的增殖能力、N K細胞活性、血清溶血素活性、血清IgG含量,具有非特異性免疫和特異性免疫功能。苗明三[35]發(fā)現懷山藥粗多糖明顯提高正常小鼠外周血 T細胞百分比,促進淋巴細胞轉化。趙國華等[36]發(fā)現山藥多糖 RDPS-Ⅰ既具有非特異性免疫功能又具有提高特異性細胞免疫和體液免疫功能。Choi[37]等在體外試驗中發(fā)現山藥黏多糖可增強小鼠脾細胞對白血病細胞的細胞毒性,可誘導細胞介導免疫反應,并增加腹腔巨噬細胞活性。眾多研究只是證實了山藥多糖具有提高免疫力的活性,作用機理探討較少,是值得深入研究的課題。

4 結 語

山藥是衛(wèi)生部認定的藥食兼用植物,具有極高的營養(yǎng)價值與醫(yī)療保健作用。目前,山藥粗多糖研究較多,山藥純多糖的提取分離、純化工藝、構效關系、生理活性、藥理作用和毒理試驗等仍需大量研究。部分研究發(fā)現粗多糖比純多糖更具活性[19,24,33],日本學者傾向研究山藥多糖蛋白[38-40],多糖蛋白聚合物的制取工藝,結構特性和生理活性將會成為新的研究熱點。山藥種類繁多、種植廣泛、原料豐富,現在的研究僅限于實驗室理論探討,而規(guī)?；奶崛?、精制、純化工藝及其應用開發(fā)等都需要深入的研究和探討。

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Investigative Progress of Chinese Yam(Rhizoma dioscorea) Polysaccharide

WANG Hong-xin, WANG Yuan-hui
(School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)

Chinese yam(Rhizom a Dioscorea)was widely used as food and medicinal plants,among its composition,the polysaccharide(RDP)was considered an important active substances.This manuscript reviewed the research progress of RDP extraction and separation,purification,chemical structure analysis and physiological activity.The results presented in this manuscript may provided a novel clue for development of new extraction process,investigation of structure activity relationship and elucidation of mechanism.

Chinese yam(Rhizoma Dioscorea)polysaccharide,investigative progress

TS 218

A

1673-1689(2011)03-0321-07

2010-05-12

王洪新(1964-),男,江蘇徐州人,工學博士,教授,博士研究生導師,主要從事食品功能因子研究。Email:cnw hx1964@163.com