甘薯多糖國內外研究進展

孫 健，周 波，鈕福祥，金昌海2,

(1.江蘇徐淮地區(qū)徐州農業(yè)科學研究所，江蘇 徐州 221131；2.揚州大學 化學化工學院，江蘇 揚州 225002；3.揚州大學 食品科學與工程學院，江蘇 揚州 225127)

?

甘薯多糖國內外研究進展

孫 健1,2，周 波3，鈕福祥1，金昌海2,3

(1.江蘇徐淮地區(qū)徐州農業(yè)科學研究所，江蘇 徐州 221131；2.揚州大學 化學化工學院，江蘇 揚州 225002；3.揚州大學 食品科學與工程學院，江蘇 揚州 225127)

甘薯多糖是甘薯中重要的活性物質，具有抗腫瘤、抗氧化、抗菌、調節(jié)免疫、降血糖等生物活性。綜述了近年來國內外甘薯多糖的提取分離、組成成分、化學結構、生物活性等研究現(xiàn)狀，并對其研究應用前景進行了展望。

甘薯多糖；組成；結構；生物活性

多糖又稱多聚糖，是由10個以上結構相同或不同的單糖以糖苷鍵結合而形成的高分子化合物，廣泛存在于高等植物、藻類、微生物及動物體內，是自然界含量最豐富的生物聚合物[1]。自20世紀60年代發(fā)現(xiàn)多糖具有復雜的、多方面的生物活性和功能以來，其日益受到人們的廣泛關注。研究表明，多糖具有調節(jié)免疫、抗腫瘤、降血糖、降血脂、抗病毒、抗衰老、抗疲勞、抗菌、抗輻射等多種生物活性[2]，在保健食品、醫(yī)藥和臨床上應用廣泛，已成為食品科學、天然藥物、生物化學與生命科學領域的研究熱點。

甘薯[Ipomoea batatas (L.)Lam.]是甘薯屬旋花科一年或多年生草本植物，又名紅薯、山芋、番薯、白薯、紅苕等。甘薯不僅營養(yǎng)豐富，還含有蛋白、多糖、多酚、膳食纖維、維生素和礦物質等多種生物活性物質[3]。目前我國每年種植面積約410×104hm2，年總產量1.0×108t，占世界甘薯產量的80%[4]。甘薯多糖以國內研究居多，主要集中在多糖提取分離、組分分析和生物活性等方面；而國外研究較少，但側重于多糖的鑒定和生物活性。本文綜述了甘薯多糖的提取方法、化學組成與結構、生物活性等方面的國內外研究現(xiàn)狀及進展，以期為甘薯多糖的研究和應用提供基礎資料。

1　甘薯多糖提取

目前，甘薯多糖的提取方法主要有水提法、超聲波提取法、微波提取法、酶解法等[5-8]，其中以水提法最為常見。陳慶華等[9]利用常規(guī)水提技術提取甘薯根頸多糖，在加30倍水、80 ℃下浸提45min的優(yōu)化條件下，甘薯根頸中多糖的得率為4.75%(干基)。代小梅[10]利用響應面法確定了紫甘薯多糖水提法的最佳工藝條件，即提取溫度68 ℃、提取時間4h、料液比1∶30，此時多糖得率最大，為11.67%。與傳統(tǒng)水提法相比，超聲波提取法和微波提取法具有提取效率高、多糖得率高等優(yōu)勢。于立芹等[11]采用水提法制備甘薯葉多糖，其提取時間長達12h，多糖得率僅為6.5%；而楊巖濤等[12-13]分別利用超聲波和微波提取甘薯葉中多糖，提取時間大大縮短，多糖得率明顯提高，其中微波提取法提取時間僅為20min，多糖得率高達9.51%。此外，也有學者利用多種方法協(xié)同提取甘薯多糖，如李超柱等[14]采用緩凍協(xié)同微波結合熱水浸提法提取甘薯多糖，其提取率為26.6%。

甘薯多糖的提取部位包括甘薯葉、莖、蔓、莖葉、莖蔓、根頸和塊根。丁文等[15]采用熱水浸提法提取紅薯葉和莖中的多糖發(fā)現(xiàn)，紅薯嫩莖中的含量最高，為6.12%，其次是老莖，為4.47%，紅薯葉多糖含量最低，為2.09%。王憲昌等[16]開展甘薯生長期、成熟期、收獲期莖蔓和甘薯根頸多糖提取研究，發(fā)現(xiàn)甘薯莖蔓不同時期和不同部位的多糖含量差異顯著。王莎莎等[17]采用水提醇沉法提取甘薯根頸多糖，其得率為4.68%(干基)。全桂靜等[18]利用熱水浸提法提取甘薯塊根多糖，粗多糖得率可達31.34%。

2　甘薯多糖化學組成和結構

甘薯多糖是一類高分子的雜多糖，其組分種類繁多，而且各組分的單糖種類和結構差異較大。趙國華等[19]從甘薯塊根中分離出一種白色粉末狀多糖SPPS-I-Fr-II，其分子量為53200，單糖組成為葡萄糖。田春宇等[20]從甘薯塊根中得到一種甘薯多糖，其相對分子質量為4.6×104D，單糖組成為β-葡萄糖。林娟等[21]從甘薯塊根中分離出4種純多糖組分，其分子量分別為86、47、23和176kD，百分含量分別為18.51%、36.80%、17.93%、25.20%，單糖組成為葡萄糖、半乳糖和木糖。羅麗萍等[22]從徐薯18薯蔓中分離到3個多糖組分PSPVⅠ、PSPVⅡ和PSPVⅢ，分子量分別為6.278×104、3.801×104和1.418×104D，其中PSPVⅠ由木糖、甘露糖、葡萄糖構成，PSPVⅡ由甘露糖和半乳糖構成，PSPVⅢ單糖由葡萄糖、木糖和鼠李糖構成。劉捷等[23]從紅薯葉中提取一種水溶性多糖IBL(Ⅰ)，相對分子質量為2.63×104D，其單糖組成為木糖、甘露糖、葡萄糖，物質的量之比為0.47∶0.35∶0.18。趙婧等[24]從紫心甘薯分離出4個多糖組分PPSPⅠ、PPSPⅡ、PPSPⅢ和PPSPⅣ，其中PPSPⅠ主要由葡萄糖和半乳糖兩種單糖組成，而PPSPⅡ由葡萄糖組成，并具有β-D-葡萄吡喃聚糖的紅外特征吸收峰。Wu等[25]利用紫甘薯得到3種多糖PSPP1-1、PSPP2-1和PSPP3-1，其中PSPP1-1和PSPP3-1由鼠李糖、木糖、葡萄糖和半乳糖組成，而PSPP2-1由鼠李糖和半乳糖組成。

國內外有關甘薯多糖的化學結構研究很少，僅有我國西南農業(yè)大學趙國華等[26-27]開展了相關研究，他們采用甲基化分析、高碘酸氧化、Smith降解、1HNMR、13CNMR及IR等分析甘薯多糖SPPS的化學結構，研究發(fā)現(xiàn)SPPS是由α-D-Glcp以1，6糖苷鍵形成的一種(1→6)-α-D-葡聚糖，其結構單元為→6)-α-D-Glcp-(1→6)-α-D-Glcp-(1→。

3　甘薯多糖生物活性

3.1抗腫瘤

腫瘤是一種嚴重威脅人類健康和生命的疾病，預防與治療腫瘤是世界性難題。多糖具有顯著抑制腫瘤活性，其抗腫瘤機理有2條途徑：一是通過增強免疫能力達到預防腫瘤的目的，比如激活人體免疫細胞，誘導干擾素、腫瘤壞死因子、白細胞介素的合成等；二是誘導腫瘤細胞死亡，有些多糖具有細胞毒性直接殺死腫瘤細胞，有些則通過抑制腫瘤細胞的代謝，致使腫瘤細胞死亡。研究表明，甘薯多糖對移植性黑色素瘤B16、Lewis肺癌、Hela、HepG2、SGC7901和SW620腫瘤細胞有很好的抑制作用[24-26]。葉小利等[28]研究紫色甘薯多糖對S180荷瘤小鼠抗腫瘤活性的影響，結果表明：紫色甘薯多糖對S180荷瘤小鼠的抑瘤率可達40%(P<0.01)，低劑量的紫色甘薯多糖與5-氟尿嘧啶(5-FU)配伍使用，能提高荷瘤小鼠抑瘤率，對5-FU所致的荷瘤小鼠胸腺、脾臟質量萎縮有明顯的保護作用。劉主等[29]研究發(fā)現(xiàn)，甘薯多糖對H22實體瘤小鼠具有明顯的抑瘤作用(P<0.05)，能明顯延長H22實體瘤小鼠的存活期、顯著增加其脾臟指數(shù)、胸腺指數(shù)及腹腔巨噬細胞活性。Tian等[30]研究表明，甘薯多糖對K562乳腺癌和Hca-f實體瘤具有顯著抑制效果，其抑制率可達75%(P<0.01)，而對自然細胞無傷害，其作用機理為：甘薯多糖首先特異性結合腫瘤細胞受體，而后通過激活機體免疫系統(tǒng)抑制腫瘤細胞。

3.2抗氧化

活性氧如超氧陰離子O2-、羥自由基OH等易造成人體內DNA、蛋白質、脂肪和小細胞分子的氧化損傷，進而引起癌癥、心血管等疾病。研究表明：甘薯多糖具有較強的體內外抗氧化活性。田春宇等[31]探討了甘薯多糖清除活性氧自由基的機制，結果表明：甘薯多糖在體外對O2-和OH均有清除作用，且與甘薯多糖濃度呈正相關；甘薯多糖的體內抗氧化與抗腫瘤作用表現(xiàn)出密切的相關性，能顯著提高荷瘤小鼠中血清SOD的活性，降低MDA含量。高秋萍等[32]研究了紫心甘薯多糖(PPSP)的體內外抗氧化活性發(fā)現(xiàn)，隨著紫心甘薯多糖濃度增加，其體外還原力、OH·和DPPH·清除率均有所增加，當PPSP濃度為250μg/mL時，表現(xiàn)出較強的還原力，對OH·和DPPH·的清除率分別為92.2%和60.2%；PPSP灌胃結果表明，大鼠肝臟和胰腺組織內的MDA含量都有明顯降低效果，GSH和T-AOC活性都有明顯升高，肝臟切片結果顯示中劑量多糖能有效減少糖尿病所致的肝臟細胞損傷。郭金穎等[33]比較了5種甘薯多糖的抗氧化活性，甘薯多糖都具有良好的抗氧化活性，其中紫薯寧薯2-2對DPPH自由基及羥自由基清除能力最強，而浙薯255對鐵離子的還原能力最強。

3.3調節(jié)免疫

多糖大多具有良好的免疫調節(jié)活性，對機體的細胞免疫、體液免疫、特異性免疫和非特異性免疫等均有一定的調節(jié)作用。Zhao等[27]評價了不同劑量甘薯多糖(PSPP)對小鼠免疫系統(tǒng)的作用效果，研究發(fā)現(xiàn)，50mg/kgPSPP能顯著增加淋巴細胞數(shù)量和血清IgG濃度(P<0.05)，而150和250mg/kg劑量組所有的免疫指標均顯著升高(P<0.01或P<0.05)，由此推斷甘薯多糖PSPP對小鼠的噬菌細胞功能、溶血活性和血清IgG濃度的作用表現(xiàn)為劑量依賴型，而對淋巴細胞數(shù)量和自然殺傷細胞活性的作用是非劑量依賴型。有研究表明，薯蔓多糖具有促進單核巨噬細胞系統(tǒng)吞噬功能的作用，可增強小鼠的非特異性免疫功能，同時也可極顯著地增強小鼠的特異性體液免疫功能[34]。

3.4降血糖

糖尿病是由于糖、脂肪和蛋白質代謝紊亂引起的一種以高血糖為特征的慢性病,主要可分為Ⅰ型和Ⅱ型兩類。在眾多的天然產物中，以活性多糖降血糖效果較為顯著。張彧等[35]研究了薯蔓提取物降血糖作用時發(fā)現(xiàn)，紅薯莖葉多糖提取物對四氧嘧啶致糖尿病小鼠具有顯著的降血糖作用，而且具有體外抑制α-葡萄糖苷酶活性的作用，但均弱于阿卡波糖；其中徐薯18紅薯多糖提取物的降血糖作用和對α-葡萄糖苷酶的抑制作用優(yōu)于大地1號。高秋萍等[36]研究了紫心甘薯多糖對糖尿病大鼠血糖代謝的調節(jié)作用，結果表明：甘薯多糖可顯著提高肝糖原合成能力，增強GSH和T-AOC活性，降低糖尿病大鼠血糖及血清中GSP、TC、TG、MDA的量。

3.5抗菌

由于化學抗菌劑毒副作用，天然植物中提取的抗菌活性物質廣受關注。在甘薯多糖抗菌活性方面，有學者研究了紅薯莖葉多糖提取物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、志賀桿菌、葡枝根霉和黑曲霉的抑制效果，紅薯莖葉多糖提取物抑菌活性稍弱于丙酸鈣和苯甲酸鈉，紅薯莖葉多糖提取物對細菌抑制能力明顯大于霉菌，而且其抑菌活性受培養(yǎng)基pH和菌懸液作用時間影響較大，受溶液pH、溫度的影響較小[37-38]。

3.6其他

研究表明，甘薯多糖還具有抗突變、抗疲勞、抗輻射、保護肝臟等功效。闞建全等[39]研究發(fā)現(xiàn)，甘薯活性多糖具有顯著的抗突變作用，當其劑量為20mg/平皿時對2-AF、B[a]p和AFB1的致突變性抑制率均達到70%以上，并且呈明顯的劑量-效應關系。趙婧等[40]探討了紫心甘薯多糖的抗疲勞活性，紫心甘薯多糖能顯著提高運動后肝糖原、肌糖原儲量，降低血清尿素氮和肝臟MDA生成量，并使血清酶活性呈現(xiàn)抗疲勞的良性趨勢，而且抗疲勞活性明顯優(yōu)于普通甘薯多糖。研究還發(fā)現(xiàn)，紫甘薯多糖在體內對137Csγ-射線輻射損傷小鼠具有保護作用[41]。此外，紫心甘薯多糖對CCl4致小鼠急性肝損傷具有明顯保護作用，其作用機理可能與抗氧化作用有關[42]。

4　展望

作為世界上最大的甘薯生產國，我國甘薯不僅來源豐富，而且種質資源多樣，國家甘薯改良中心常年保存1200余份甘薯品種資源。而且，甘薯富含生物活性物質，是一種天然的功能性食品資源，具有獨特的藥用價值。因此，利用我國豐富的甘薯資源開展生物活性物質的研究和開發(fā)具有重要意義。近年來，甘薯多糖展現(xiàn)出了抗腫瘤、抗氧化、抗菌、調節(jié)免疫、降血糖等生物活性引起了國內外的廣泛關注，已逐漸成為甘薯功能性物質研究的又一熱點。目前，甘薯多糖的研究還處于起步階段，特別是多糖完整結構的鑒定方面基本上處于空白狀態(tài)，今后應加強甘薯多糖結構鑒定及構象解析、體內代謝途徑及作用機制、構效關系研究以及高效的分離純化技術等方面的研究工作，以期推動甘薯源多糖保健品、藥品開發(fā)利用，造福人類。

[1]GonzagaaML,RicardoN.IsolationandcharacterizationofpolysaccharidesfromAgarius blazeiMurill[J].CarbohydratePolymers, 2005, 60: 43-49.

[2]KohJH,KimJM,ChangUJ,etal.Atifatigueandantistresseffectofthehot-waterextractfrommycellaofCordyceps sinensis[J].Biologic&PharmaBull, 2003, 26(5): 691-694.

[3] 王金亭,張季冬.甘薯活性物質的化學成分分析[J].江西農業(yè)學報,2008,20(1):89-91.

[4]MaDF,LiHM,TangJ,etal.CurrentstatusandfutureprospectsofdevelopmentofsweetpotatoindustryinChina[M]//MaDF.SweetpotatoinFoodandEnergySecurity.Beijing:ChinaAgriculturalUniversityPress, 2010: 3-9.

[5] 王憲昌,呼曉姝,王建中.甘薯Ipomoea batatas (L.)Lam.莖蔓多糖提取技術研究[J].河北農業(yè)大學學報,2005,28(2):51-53.

[6] 李利華.甘薯多糖超聲輔助提取及其抗氧化活性的研究[J].食品工業(yè)科技,2012,33(18):257-260.

[7] 王和才,楊巍,王剛,等.微波輔助提取紫薯莖葉多糖的研究[J].食品科技,2011,36(8):170-172.

[8] 付宏媛,張坤生,任云霞.酶解法提取甘薯多糖技術研究[J].中國食品學報,2008,8(2):128-131.

[9] 陳慶華,張霽,王建中.常規(guī)水提法在甘薯根頸多糖提取中的應用[J].湖北農業(yè)科學,2009,48(1):172-174.

[10] 代小梅.紫甘薯非淀粉多糖提取工藝研究[J].江蘇調味副食品,2014(4):20-24.

[11] 于立芹,劉捷,盧奎,等.紅薯葉多糖提取工藝的優(yōu)化[J].河南工業(yè)大學學報：自然科學版,2008,29(1):37-40.

[12] 楊巖濤,吳春英,黃紹國,等.超聲輔助提取甘薯葉中多糖的工藝研究[J].湖南中醫(yī)藥大學學報,2011,31(3):45-47.

[13] 楊巖濤,吳春英,楊成,等.正交設計優(yōu)選微波輔助提取甘薯葉中多糖工藝[J].中國藥師,2012,15(10):1389-1391.

[14] 李超柱,李慧,陳艷輝,等.緩凍協(xié)同微波提取甘薯多糖的工藝研究[J].食品科技,2013,38(2):187-191.

[15] 丁文,于華忠,黃維,等.紅薯葉、莖中多糖的提取及含量測定[J].中國林副特產,2006(2):20-21.

[16] 王憲昌,呼曉姝,王建中.甘薯莖蔓多糖提取技術及不同時期多糖含量比較[J].山東農業(yè)大學學報：自然科學版,2006,37(2):204-207.

[17] 王莎莎,張霽,王建中.“水提醇沉法”提取甘薯根頸多糖[J].商丘師范學院學報,2009,25(3):103-106.

[18] 全桂靜,宋文婷.甘薯多糖提取條件及抗氧化性的研究[J].沈陽化工大學學報,2014,28(4):325-330.

[19] 趙國華,陳宗道,李志孝.甘薯多糖SPPS-I-Fr-II組分的純化及理化性質分析[J].中國糧油學報,2003,18(1):46-48.

[20] 田春宇,王關林.甘薯多糖提取純化及理化性質初步研究[J].大連理工大學學報,2009,49(1):44-47.

[21] 林娟,邱宏端,林霄,等.甘薯多糖的提取純化及成分分析[J].中國糧油學報,2003,18(2):64-66.

[22] 羅麗萍,高蔭榆.薯蔓多糖的分離純化和性質鑒定[J].生物工程學報,2008,24(5):1056-1061.

[23] 劉捷,張體祥,于立芹,等.紅薯葉多糖的分離純化及其結構鑒定[J].河南工業(yè)大學學報：自然科學版,2010,31(5):46-50.

[24] 趙婧,阮紅,高秋萍,等.紫心甘薯多糖的分離及組分抑癌活性研究[J].浙江大學學報：醫(yī)學版,2011,40(4):365-373.

[25]WuQ,QuH,JiaJ,etal.Characterization,antioxidantandantitumoractivitiesofpolysaccharidesfrompurplesweetpotato[J].CarbohydratePolymers, 2015, 132: 31-40.

[26] 趙國華,李志孝,陳宗道.甘薯多糖SPPS-I-Fr-II組分的結構與抗腫瘤活性[J].中國糧油學報,2003,18(3):59-61.

[27]ZhaoGH,KanJQ,LiZX,etal.Characterizationandimmunostimulatoryactivityofan(1→6)-α-D-GlcpfromtherootofIpomoea batatas[J].InternationalImmunopharmacology, 2005, 5(9): 1436-1445.

[28] 葉小利,李學剛,李坤培.紫色甘薯多糖對荷瘤小鼠抗腫瘤活性的影響[J].西南師范大學學報：自然科學版,2005,30(2):333-336.

[29] 劉主,劉國凌,朱必鳳,等.甘薯多糖的抗腫瘤研究[J].食品研究與開發(fā),2006,27(8):28-31.

[30]TianCY,WangGL.Studyontheanti-tumoreffectofpolysaccharidesfromsweetpotato[J].JournalofBiotechnology, 2008, 136(4): 345-355.

[31] 田春宇,王關林.甘薯多糖抗氧化作用研究[J].安徽農業(yè)科學,2007,35(35):11356-11401.

[32] 高秋萍,阮紅,毛童俊,等.紫心甘薯多糖的抗氧化活性研究[J].營養(yǎng)學報,2011,33(1):56-60.

[33] 郭金穎,牟德華.五種甘薯多糖體外抗氧化活性比較[J].糧食與飼料工業(yè),2012(12):29-31.

[34] 高蔭榆,羅麗萍,洪雪娥,等.甘薯葉柄藤多糖的免疫調節(jié)作用研究[J].食品科學,2006,27(6):200-202.

[35] 張彧,高蔭榆,張錫彬.薯蔓提取物降血糖作用機理初探[J].食品科學,2007,28(12):466-469.

[36] 高秋萍,阮紅,劉森泉,等.紫心甘薯多糖對糖尿病大鼠血糖血脂的調節(jié)作用[J].中草藥,2010,41(8):1345-1348.

[37] 張彧,高蔭榆,張錫彬,等.紅薯莖葉多糖提取物抑菌活性的研究[J].食品與機械,2007,23(5):84-86.

[38] 徐龍權,陸軍,葛麗麗,等.紅薯莖葉多糖提取物抑菌研究[J].食品科技,2011,34(1):84-86.

[39] 闞建全,王雅茜,陳宗道,等.甘薯活性多糖抗突變作用的體外實驗研究[J].中國糧油學報,2001,16(1):23-27.

[40] 趙婧,阮紅,徐玲芬,等.紫心甘薯多糖抗疲勞活性及其機制研究[J].食品科技,2011,36(7):57-60.

[41] 江雪,呂曉玲,李津,等.紫甘薯多糖對輻射的防護作用[J].食品與生物技術學報,2010,29(5):665-669.

[42] 劉森泉,高秋萍,阮紅,等.紫心甘薯多糖對四氯化碳肝損傷小鼠的保護作用[J].浙江大學學報：理學版,2010,37(5):572-576.

(責任編輯：曾小軍)

WorldwideResearchProgressinPolysaccharidefromSweetPotato

SUNJian1,2,ZHOUBo3,NIUFu-xiang1,JINChang-hai2,3

(1.XuzhouInstituteofAgriculturalSciencesinXuhuaiRegionofJiangsu,Xuzhou221131,China; 2.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,YangzhouUniversity,Yangzhou225002,China; 3.CollegeofFoodScienceandEngineering,YangzhouUniversity,Yangzhou225127,China)

Polysaccharideisanimportantactivesubstanceinsweetpotato,andithasanti-tumour,antioxidant,antibacterial,immuneregulation,bloodsugarreductionandotherbiologicalactivities.Thisarticlereviewedthelatestresearchprogressesintheextraction,compositions,chemicalstructure,andbiologicalactivitiesofpolysaccharidefromsweetpotatointheworld,anddiscusseditsapplicationprospects.

Sweetpotatopolysaccharide;Composition;Chemicalstructure;Biologicalactivity

2016-01-08

國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項資金項目(CARS-11-B-20)；江蘇省農業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項目[CX(14)5090]。

孫健(1979─)，男，江蘇徐州人，副研究員，主要從事甘薯產后加工研究。

S531

A

1001-8581(2016)08-0090-04