植物多糖提取技術(shù)的研究進展

金迪 ，梁英 ，孫工兵 ，錢麗麗

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶163319；2.黑龍江金九藥業(yè)股份有限公司）

多糖是生物體中廣泛存在的物質(zhì)，是一類由醛糖或酮糖通過糖苷鍵連接而成的天然高分子多聚物，它是生物體內(nèi)重要的生物大分子，是維持生命活動正常運轉(zhuǎn)的基本物質(zhì)之一。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，多糖對人體具有極大的利用價值，按其來源可分為3大類：植物多糖、動物多糖和微生物多糖。到目前為止，已有300 多種多糖類化合物從天然產(chǎn)物中分離出來，其中，從植物中提取的水溶性多糖最為重要。

植物多糖是指由許多相同或不同的單糖以α-或β-糖苷鍵所組成的聚合物，主要包括淀粉、纖維素、果聚糖和果膠質(zhì)等，由于其葡萄糖殘基組成方式與構(gòu)成形式不同，所以表現(xiàn)的性質(zhì)有明顯的差異[1]。植物中的糖類通常占其干重的80%～90%，根據(jù)其存在的部位，可分為細胞內(nèi)多糖、細胞壁多糖和細胞外多糖。植物多糖為白色，無甜味的，可溶于熱水或堿液，難溶于冷水，不溶于正丁醇、丙酮、乙醇、醋酸乙酯、乙醚等有機溶劑；pH 值小于5 時開始降解，小于3 時有20%降解，大于7 時氧化速度加?。划?dāng)溫度大于40℃時，分解速度加快；可與硫酸蒽酮、硫酸苯酚反應(yīng)呈陽性；此外，可與部分無機離子、有機離子絡(luò)合，如與十六烷基三溴化銨、氫氧化鋇等結(jié)合產(chǎn)生沉淀[2]。

植物多糖具有多種生物活性，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，它具有抗腫瘤、抗衰老、抗疲勞、抗病毒、抗輻射的功能，還具有降血糖、降血脂、參與免疫調(diào)節(jié)等作用。Lins等[3]經(jīng)過血液實驗、生物化學(xué)實驗和組織病理學(xué)分析可知，在體外實驗中，紅藻硫酸多糖沒有顯著的細胞毒性，但體內(nèi)實驗則顯示出明顯的抗腫瘤活性，并且能增強5-氟尿嘧啶誘發(fā)的免疫應(yīng)答，此實驗說明紅藻硫酸多糖由于它的免疫學(xué)性質(zhì)而具有抗腫瘤活性；楊輝等[4]用自制的竹節(jié)參多糖給衰老的小鼠模型灌胃，發(fā)現(xiàn)其具有提高腦組織過氧化氫酶活性和降低丙二醛含量的作用。同時可以提高血液中的SOD活性，阻斷自由基的連鎖反應(yīng)，最終發(fā)揮抗衰老的作用；Yan 等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在針對小鼠腹腔巨噬細胞的體內(nèi)和體外的實驗中，當(dāng)歸多糖可顯著提高一氧化氮的生成量，還能提高細胞溶酶體酶活性；Gong 等[6]研究表明，馬齒莧粗多糖可顯著降低糖尿病小鼠的血清總膽固醇、空腹血糖濃度和甘油三酯的濃度；侯仰鋒等[7]用3 種不同濃度的茶多糖給高血脂癥模型的大鼠進行灌胃，研究發(fā)現(xiàn)，茶多糖可降低高血脂大鼠膽固醇的含量，說明茶多糖具有一定的降血脂作用；Kim 等[8]把人參多糖預(yù)處理的小鼠骨髓細胞經(jīng)γ射線照射后，與對照組相比，人參多糖處理組的骨髓細胞內(nèi)的IL-12、主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ（MHCⅡ類分子）CD4+T 淋巴細胞的含量明顯提高，且可以成功分化為樹突狀細胞進行抗原遞呈以參與免疫應(yīng)答，說明人參多糖能保護和修復(fù)受輻射損傷的細胞，具有較好的抗輻射功能。

在植物多糖的生物活性備受關(guān)注的同時，其提取工藝也已成為目前研究的焦點之一。因此，本文就植物多糖的提取技術(shù)做一綜述。

1 植物多糖的提取技術(shù)

一般植物的細胞壁比較牢固，需要在提取之前進行專門的破細胞操作，其方法主要包括化學(xué)處理、溶脹和自脹、生物酶降解和機械破碎。還有許多植物的種子或動物樣品含有較多的脂類物質(zhì)，因此在提取前應(yīng)用乙醚、石油醚等溶劑除去脂溶性雜質(zhì)。目前植物多糖的提取方法主要有：熱水浸提法、堿浸提法、酶解提取法、微波輔助法以及超聲波法等[9]。

1.1 熱水浸提法

熱水浸提法是一種國內(nèi)外常用的提取植物多糖的傳統(tǒng)方法。

梁英等[10]在對黃芩多糖提取工藝的優(yōu)化的試驗中，以水為提取劑，應(yīng)用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計對黃芩多糖回流提取進行系統(tǒng)研究，通過頻率分析法得到黃芩多糖最優(yōu)提取工藝為浸提溫度85℃，浸提時間100 min，液固比30∶1，在此條件下，黃芩多糖提取率為4.92%。

高洪霞等[11]研究了熱水浸提法提取枸杞多糖的工藝條件，首先通過單因素試驗對影響多糖提取率的因素進行分析，然后運用正交試驗法優(yōu)化提取多糖的最佳工藝條件，結(jié)果表明，其最佳提取條件為：料水比 1∶30（W∶V），溫度 90 ℃，提取時間 2 h，枸杞多糖1 次提取率為10.76%。

熱水浸提法采用水體系。其優(yōu)點是材料易得，所需條件簡單，適用于游離態(tài)多糖的提取，并且干擾物質(zhì)少，但在提取過程中需要多次浸提，操作時間長，收率低，且費時費料。

1.2 堿浸提法

堿浸提法的原理是利用堿對細胞壁有破壞作用和有利于酸性多糖的浸出。

李紅民等[12]在提高黃芪多糖提取收率的工藝研究中，用CaO 水溶液提取法和Na2CO3 水溶液提取法制備黃芪多糖粗提物，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，CaO 水溶液提取收率最高，為11.7%，是水提取法收率（3.6%）的3.25倍，是Na2CO3水溶液提取法收率（5.7%）的2.05 倍。

向東等[13]利用氫氧化鈉溶液提取南瓜多糖，經(jīng)過正交實驗，確定了堿法提取的最佳生產(chǎn)工藝：80℃的條件下提取，提取時間為2 h，綜合考慮時間對提取率的影響和生產(chǎn)周期因素，可以縮短為1 h，液固比為5:1，氫氧化鈉的濃度為0.4 moL ·L-1。

雖然堿處理使多糖含量增加，但寡糖含量則相對減少，且提取后液體需要中和，程序繁瑣。并且，堿浸提法所得的提取物中成分復(fù)雜，提取過程中產(chǎn)生的小分子物質(zhì)不易除去，還容易使部分多糖發(fā)生水解，破壞多糖的活性結(jié)構(gòu)、減少多糖得率。

1.3 酶解提取法

酶法是采用酶與熱水浸提相結(jié)合的方法，酶多采用一定量的果膠酶、纖維素酶及中性蛋白酶。主要的方法有復(fù)合酶法、分別酶法和單一酶法。

王宗君[14]通過單因素試驗，考察了纖維素酶的酶用量、酶解溫度、酶解時間及底物濃度等4 個因素對茶樹菇多糖提取率的影響，結(jié)果表明，此法提取的最佳工藝條件為：酶用量0.08%，酶解溫度45℃，酶解時間 4 h，底物濃度（體積比）1∶20，熱水提取 4 h，提取2 次。得到的茶樹菇多糖提取率為57.69%。

陳玉玲等[15]采用纖維素酶法提取南瓜多糖，通過單因素試驗，考察了纖維素酶的時間、濃度、溫度及pH 值對南瓜多糖提取率與純度的影響。結(jié)果表明，該法提取南瓜多糖的最佳反應(yīng)條件為：提取時間120 min，酶濃度為0.5%，溫度50℃，pH 為5.2，此時南瓜多糖的提取率為4.9%，多糖的純度為52%。

酶法提取植物多糖具有反應(yīng)條件溫和、效率高、雜質(zhì)易除、工藝簡便和省時等許多優(yōu)點，但是酶的價格較高，使用的條件比較苛刻。

1.4 微波輔助提取法

利用微波強化固液浸取過程是頗具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N新型輔助提取技術(shù)。近年來，國外將微波技術(shù)應(yīng)用于天然藥物活性成分的浸提過程，有效提高了活性成分的收率，且迅速朝著工業(yè)化方向發(fā)展。目前，國內(nèi)微波技術(shù)已涉及到多糖、揮發(fā)油、生物堿、苷類、萜類、有機酸及黃酮等的提取研究[16]。

張萍等[17]采用正交實驗設(shè)計，蒽酮-硫酸比色法測定其含量，比較微波輔助提取與傳統(tǒng)提取對黃芪多糖的影響。結(jié)果表明，微波輔助提取條件為料液比12∶1，提取時間 15 min，微波功率 800 W，黃芪多糖提取率為93.02%，高于傳統(tǒng)提取法。

黃桂萍等[18]利用微波技術(shù)從香菇中提取香菇多糖，研究了輻射功率、輻射時間及提取次數(shù)等條件對多糖提取率的影響。結(jié)果表明，其最佳提取條件是：微波輻射功率為50%，輻射時間為3.5 h，料液比為1 g:20 mL，提取次數(shù)為2 次。在此條件下，香菇多糖的提取率為79.87%。

高夢祥等[19]采用正交試驗，研究了微波功率、乙醇用量、固液比、浸提時間、pH 值等因素對海帶多糖提取量的影響，結(jié)果表明，海帶多糖最佳提取工藝為：以水為提取劑，微波功率為400 W，固液比為1∶90（g ·mL-1），提取時間為 7 min，pH 值為 8.0，在此條件下，海帶多糖的提取量為71.66 mg ·g-1。

微波輔助提取法具有設(shè)備簡單、提取率高、適用范圍廣、重現(xiàn)性好、選擇性強、節(jié)省時間、節(jié)省溶劑、節(jié)能、不產(chǎn)生噪音和污染等優(yōu)點。與傳統(tǒng)的提取方法相比，微波提取克服了物料細粉易凝聚、易焦化的缺陷。對水溶性成分與極性大的成分，可用含水溶劑進行提取。但是，微波輔助提取法也存在一些缺陷，它的提取時間不宜過長，功率不宜過高，否則會導(dǎo)致水分蒸發(fā)過多，多糖溶出受阻，導(dǎo)致多糖得率下降。同時，該法也降低了某些反應(yīng)的活化能，使多糖分子之間、多糖分子與其它分子之間形成新的作用力，增加分子之間的碰撞機會，阻止多糖分子的溶出。

1.5 超聲波提取法

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲波技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于天然植物及真菌活性成分的提取，實驗證明效果優(yōu)于傳統(tǒng)的提取方法[20]。超聲波提取技術(shù)主要是利用超聲波的空化作用加速植物有效成分的浸出，另外超聲波的次級效應(yīng)，也能加速欲提取成分的擴散釋放并充分與溶劑混合，利于提取。

林海霞等[21]應(yīng)用超聲波技術(shù)對枸杞多糖進行了提取，在綜合考慮提取率、能源和水資源節(jié)約等問題后，確定了提取的最佳工藝條件為：提取時間為40 min，料液比為1∶20，提取溫度為60℃，在該條件下，枸杞多糖提取率可以達到72.97%，純度為93.09%。

鐘運翠等[22]在超聲波輔助提取沙棘果渣中的粗多糖的研究中，采用正交試驗的方法，研究了超聲波提取時間、固液比和提取溫度等因素對多糖提取量的影響，得到了超聲波提取沙棘果渣多糖的最佳工藝條件為：超聲波提取時間20 min、固液比為1 g∶50 mL、提取液溫度為60℃，在此條件下，沙棘多糖的提取量為88.09 mg ·g-1。

田龍[23]采用超聲波對米糠多糖的提取進行強化預(yù)處理，研究了超聲波預(yù)處理次數(shù)、超聲功率和浸提時間3 個因素對多糖得率和純度的影響，結(jié)果表明，在超聲處理次數(shù)為450 次，超聲功率為300 W，浸提時間為3 h 的條件下，米糠多糖的提取率為2.04%，純度達88.68%。

趙二勞等[24]在超聲提取南瓜多糖的試驗中，研究了預(yù)浸時間、超聲作用時間、超聲功率、超聲提取溫度以及占空比對南瓜多糖提取率的影響。結(jié)果表明，以水為提取劑，在預(yù)浸時間10 min，超聲作用時間20 min，提取溫度60℃，超聲波功率80 W，占空比為1 的條件下，南瓜多糖提取量最大可達42.6 mg ·g-1。

超聲波作為一種新的提取技術(shù)，它具有效率高、時間短、節(jié)約試劑、步驟簡單等優(yōu)點，同時可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。還可以防止提取物在長時間、高溫條件下，發(fā)生降解、褪色等變化。

2 展望

目前，對植物多糖研究的層次與水平，還遠遠落后于蛋白質(zhì)和核酸，主要由于多糖本身在質(zhì)量標(biāo)準、表征鑒定等方面存在自身的研究難度和特殊性；其次，多糖結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系、體內(nèi)代謝過程和作用機制還未闡明。在植物多糖的提取方法中，微波法和超聲波法屬于新型的提取技術(shù)，比傳統(tǒng)的提取技術(shù)得率高，是以后提取技術(shù)應(yīng)該發(fā)展的方向。但在提取的過程中，不同的提取工藝對多糖的結(jié)構(gòu)、組成和生理活性等方面都有不同的影響，因此優(yōu)化植物多糖的提取方法還有待進一步研究。

植物多糖作為一類重要的天然活性物質(zhì)，其最大的優(yōu)點就是毒副作用小，來源廣泛，而豐富的植物資源使我國在植物多糖的研發(fā)方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。在醫(yī)藥方面，活性多糖一定劑量的時候可以治療疾病，還可以利用多糖的抗原性、抗腫瘤等活性來制備疫苗，作為抗腫瘤、抗病毒與延緩衰老的藥物；在食品方面，活性多糖少劑量時可防止衰老、增加免疫力，所以可將多糖作為一類重要的保健品進行開發(fā)；此外，由于多糖具有優(yōu)越的吸附性、保水性及黏結(jié)性，部分研究人員認為將植物多糖用于環(huán)境的治理將是該領(lǐng)域的新的研究方向。因此，低廉的原料成本為多糖提取的工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化提供了較大的發(fā)展空間，植物多糖將具有更廣闊的發(fā)展前景。

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