油茶多糖的研究進展

王　靜

(1.廣東省森林病蟲害生物防治重點實驗室;2.廣東省林業(yè)科學研究院,廣東廣州 510520)

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油茶多糖的研究進展

王靜1,2

(1.廣東省森林病蟲害生物防治重點實驗室;2.廣東省林業(yè)科學研究院,廣東廣州 510520)

油茶多糖是油茶中一種具有良好生物活性和重要功能性的物質。在茶多糖研究的基礎上,重點綜述了油茶多糖的單糖組成及其百分含量、提取、分離純化、生物活性、工業(yè)價值、現(xiàn)階段油茶多糖研究存在的問題以及未來的發(fā)展方向,為油茶多糖的綜合開發(fā)和工業(yè)應用提供一些思路。

油茶多糖,綜合研究,發(fā)展前景

多糖又稱多聚糖(Polysaccharides),是一種非離子型的弱極性高分子化合物,主要存在于高等植物、動物細胞膜和微生物細胞壁中。植物中的多糖不僅可作為能量資源和結構材料,還參與生命現(xiàn)象中細胞的各種活動,具有抗衰老、抗腫瘤、抗病毒等多種生物活性[1]。目前應用于醫(yī)藥領域的植物多糖產(chǎn)品包括香菇多糖、云芝多糖、豬荃多糖等,其中我國抗癌新藥白花蛇舌草靜脈注射液和桑葉多糖膠囊已廣泛進入市場[1]。茶多糖的研究主要包括茶葉多糖和茶籽多糖,其中茶籽多糖有茶葉籽多糖和油茶多糖(油茶籽多糖/油茶餅粕多糖/油茶果殼多糖)等。目前對茶籽多糖的報道相對較少,油茶多糖的研究則更是有限。本文將在茶多糖基礎上,對油茶多糖的研究進展和開發(fā)價值進行討論。

1　油茶研究背景

油茶(Camelliaoleifera)屬山茶科山茶屬,常綠小喬木或灌木,是我國特有的多年生木本油料作物。油茶作為我國南方主要的經(jīng)濟林木,與油棕、油橄欖和椰子并稱為世界四大木本食用油料樹種[2]。茶油是由油茶樹果實——茶籽,經(jīng)加工和提煉而得到的一種高營養(yǎng)價值的食用植物油,有“東方橄欖油”之稱,其主要功能成分組成與油橄欖油相近[3]。油茶產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物中含有大量的生物活性物質,如油茶多糖、茶皂素、茶多肽、多酚類物質、黃酮類物質等。其中在橄欖中不存在的茶皂素和茶多酚,分別具有溶血栓作用和降低膽固醇、預防腫瘤等功能[4],因此油茶活性物質的開發(fā)研究具有優(yōu)勢性。油茶各組成成分研究表明,油茶籽仁與油茶籽殼的多糖含量分別為23%[5]和6%～10%[5-6],油茶餅粕中總糖含量亦有20%[7]。因此,油茶多糖的綜合研究和開發(fā)是實現(xiàn)油茶高附加值利用和油茶餅粕高效利用的有效手段之一。

2　油茶多糖的單糖組成及其含量

自然界中存在的大多數(shù)多糖一般由 80～100個單糖基通過糖苷鍵形成直鏈或具有分支支鏈的結構,直鏈大多以α-1,4或β-1,4 糖苷鍵連成,支鏈中的連接點通常為α-1,6 糖苷鍵。茶多糖(Tea Polysaccharides)是一類具有生物活性的復合多糖,一般由7個以上,1種或2種以上的單糖以特殊糖苷鍵縮合而成的單一聚糖、雜聚糖或粘多糖[8]。油茶多糖具有一級結構和高級結構,目前對于油茶多糖的研究仍處于一級結構階段,分析方法有紫外光譜法、紅外光譜法、氣相或氣質聯(lián)用法、核磁共振光譜法等物理方法,和酸水解法、堿降解法、甲基化反應等化學方法[7,9]。一級結構的油茶多糖中單糖組分差異較大[10]。朱彬等[6]指出,脫脂脫皂后的油茶多糖主要由6種單糖組成,包括30%甘露糖、23%半乳糖、18%阿拉伯糖、11%葡萄糖、11%鼠李糖和6%木糖等。Feng等[11]從油茶葉中分離純化出3種多糖粗品,其單糖組成及含量均有差異:分別含有5種(55%葡萄糖、24%半乳糖、2%木糖、7%甘露糖、3%阿拉伯糖)、6種(45%葡萄糖、26%半乳糖、4%木糖、3%鼠李糖、14%甘露糖、2%阿拉伯糖)、4種(52%葡萄糖、27%半乳糖、6%木糖、8%甘露糖)單糖組分和部分蛋白質。

多糖的高級結構復雜、分析難度大,每個單糖殘基有多個連接位點,使得糖苷鍵具有多種連接可能性,其構型分為α和β兩種,結構復雜性導致多糖的結構測定較難。目前對于油茶多糖的高級結構的研究較少,但是有報道指出,多糖的活性與其結構如單糖組成、糖苷鍵類型和鏈接方式等有關[7],因此研究油茶多糖的構效關系對其生物活性的研究具有輔助和解釋作用。油茶多糖的高級結構分析有其重要的生物價值,趨待研究。

油茶多糖的一級結構受油茶品種、產(chǎn)地和多糖提取、純化方法等影響,油茶多糖的高級結構又是影響其生物活性的重要因素[7],因此油茶多糖的結構研究是產(chǎn)品開發(fā)的重要前提和基礎。

3　油茶多糖的提取及分離純化

3.1油茶多糖的提取

目前植物多糖的主要提取工藝包括溶劑提取法、超聲提取法、微波提取法、酶提取法等。其中從植物中提取多糖多采用水提醇沉法,此方法具有安全無毒、工藝成本消耗低等優(yōu)點,適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。Wang等[12]利用響應面方法獲得最佳提取條件,即料液比(w/v)1∶20、提取溫度70 ℃、提取時間90 min時油茶果皮多糖提取得率為5%。葉展等[13]以脫脂油茶籽為原料,在料液比1∶11、乙醇濃度60%、浸提濃度55 ℃、提取時間2 h的最佳工藝條件下,油茶多糖得率為7%。范燕華[14]在料液比1∶31、溫度84 ℃、提取時間13 min時的油茶餅粕多糖提取得率為8%。白慶云等[15]獲得的油茶餅粕多糖提取得率最高,為13%,其提取條件為料液比1∶8、溫度80 ℃、提取時間2 h、提取2次。水提醇沉法制備油茶多糖也已獲得專利[16],但是該提取工藝的提取效率低,易溶解出蛋白質、皂素等其他成分,提取物過濾困難,影響后續(xù)分離過程。

超聲提取是利用超聲波萃取原理,通過物質破碎作用,加速溶劑溶解目標成分,進而提高提取率的方法。微波提取是一種相對新型的輔助萃取技術,工作原理是利用不同物質對微波能的吸收程度差異造成周圍環(huán)境的熱度梯度,加快目標成分的溶解。陳娟[17]在料液比1∶25、超聲波功率240 W、超聲40 min的最優(yōu)條件下,油茶多糖提取得率最高達20%。吳雪輝等[18]在料液比1∶25、微波功率640 W、提取時間3 min、粒度80～100目的條件下,油茶多糖的提取得率為16%。王瑾[19]等采用微波輔助法從茶籽粕中提取茶籽多糖的工藝進行研究,在最優(yōu)條件下多糖提取率亦達16%。微波提取獲得的油茶多糖提取率略低于超聲波法[17-19],但是微波茶多糖對α-淀粉酶活性的抑制作用大于超聲波茶多糖[20],因此綜合油茶多糖提取得率和生物活性功能兩方面考慮,微波提取和超聲波提取在油茶多糖的工業(yè)價值應用中各有優(yōu)勢。

茶多糖的酶法提取是利用酶促反應的催化作用,在比較溫和的環(huán)境下分離植物組織,常用的提取酶有蛋白酶、纖維素酶、果膠酶等,這種方法既能夠加速多糖提取,同時也能較好的保留其活性。傅博強等[21]指出單獨纖維素酶解法比無酶水提法的多糖提取得率高0.2%,酶解-超聲結合法比水提法高0.3%。周小玲等[22]則指出不同的酶(果膠酶、胰蛋白酶、復合酶)提取工藝對茶多糖的單糖組成影響不大,但是對各單糖組分之間的比例稍有影響。目前酶法提取油茶多糖的報道很少,但是酶提法具有提取周期短、雜質易于分離、反應物無毒等特點,結合經(jīng)濟成本和油茶多糖得率兩方面評價,酶法提取有其研究空間和價值。

3.2油茶多糖的分離純化

多糖的純化方法有沉淀法、鹽析法、金屬絡合物法、柱層析法等,或者多種方法聯(lián)合使用。油茶多糖經(jīng)提取工藝獲得的粗多糖,雜質較多,經(jīng)脫蛋白、脫色素、半透膜透析除去小分子雜質,再經(jīng)超濾、纖維素陰離子交換劑柱層析、凝膠柱層析等純化步驟,最終可獲得分子量相對集中的多糖精品。目前關于油茶多糖的純化制備,報道最多的是利用DEAE-纖維素柱層析和Sephadex G-100凝膠柱層析兩種層析方法,其國內(nèi)外研究結果如表1所示。

油茶多糖工業(yè)應用的整體評價中,除了油茶多糖的單獨提取、綜合提取工藝[23]、單獨純化和綜合純化方法,油茶品種、預處理方式、糖組分測定方法等都將影響油茶多糖的提取得率、純度及生物活性。

表1　油茶多糖的分離純化研究結果

注:Glu,葡萄糖;Gal,半乳糖;Xyl,木糖;Man,甘露糖;Ara,阿拉伯糖;Rha,鼠李糖;Fuc,巖藻糖;GalN,氨基半乳糖;GluUA,葡萄糖醛酸;GalUA,半乳糖醛酸;NM,未知單糖;NT,未測定。4油茶多糖的生物活性

隨著生活水平的日益提高,人們對健康愈加重視,特別是現(xiàn)代社會的亞健康狀態(tài)日益嚴重,高血壓、高血脂、糖尿病、心臟病等疾病的年輕化和擴大化,使得人們對具藥用價值的功能性食品關注加大。近年來,植物多糖的化學性質和生物學功能已廣泛研究,油茶多糖的生物活性研究相對較少。

李湘洲等[28]研究表明,油茶餅粕多糖(3～12 ku分子量)濃度與α-葡萄糖苷酶抑制活性呈正相關性,0.05 mg/mL濃度時抑制酶活性達50%,并指出油茶多糖具有抑制葡萄糖吸收的能力。李學軍等[29]報道,油茶籽多糖能夠改善生長豬的生長性能及提高生長豬的抗氧化能力,在生長豬日糧中添加油茶多糖(含量>50%)能夠顯著提高豬血清中超氧化物歧化酶(SOD)活力,降低血清丙二醛(MDA)含量。油茶多糖還具有良好的清除自由基和油脂抗氧化能力,0.5 mg/mL濃度的油茶餅粕多糖對羥基自由基和超氧化物陰離子清除率分別為76%和85%[26],0.6 mg/mL濃度時1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)的清除效率為70%～91%[27],1.0 mg/mL時羥基自由基清除率和抗氧化率分別為67%～86%和69%～88%[27,30]。另外,油茶多糖不僅沒有細胞毒性,還具有明顯的抗腫瘤活性[26,30]。在40 mg/kg劑量下,油茶果殼多糖(362 ku)和油茶餅粕多糖(458 ku)對小鼠S180實體腫瘤的抑制率分別為65%[30]和86%[26]。張寬朝等[31]指出,油茶籽多糖在50 mg/kg劑量下對正常小鼠的肝臟自由基清除率達37%,在100 mg/kg劑量下對高血糖小鼠的肝臟自由基清除率為33%,因此推測油茶籽多糖可能有助于肝腎功能的恢復、具有一定的保肝作用,可能通過促進肝糖原合成代謝達到降低血糖的效果。此外,油茶多糖作為油茶的主要活性成分,對大腸埃希氏菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌及黑曲霉等具有良好的抑菌效果[32]。

油茶多糖不僅具有降血糖、降血脂等功能,還能防止心血管疾病及糖尿病,對惡性腫瘤有輔助治療作用,并具有使用劑量小、療效顯著、無毒副作用等優(yōu)點,可作為廣譜免疫促進劑調(diào)節(jié)機體免疫功能。油茶多糖的降血壓、抗血凝、防輻射、抗癌作用、調(diào)節(jié)免疫等其他生物活性功能,仍具有進一步研究的價值和意義。油茶多糖作為一種極具開發(fā)潛力的天然功能性活性物質,其藥用價值不可忽視。

5　油茶多糖的工業(yè)價值

植物多糖的研究已有多年,產(chǎn)品開發(fā)技術相對成熟,比如靈芝多糖、豬苓多糖、黃芪多糖、大棗多糖、野甘草多糖等產(chǎn)品在市場均有銷售,于功能性食品和臨床上有著廣泛的使用。10%～40%靈芝多糖(w/w)、20%～50%豬苓多糖、20%～50%香菇多糖、20%～50%枸杞多糖和60%～90%黃芪多糖的市場價格分別為100～200、300～400、200～400、300～500和100～200 元/kg。市場上的茶多糖為茶葉多糖,98%茶葉多糖的商品價格為200～300 元/kg,油茶多糖產(chǎn)品未見銷售。

油茶多糖不具備細胞毒性,因此可作為潛在的安全抗腫瘤劑應用于醫(yī)藥工業(yè)[26,30]。目前,茶粕在飼料行業(yè)中的應用已有大量的研究報道,如以茶籽多糖和三萜皂甙為主要成分的綠色天然飼料添加劑——糖萜素已被證明對動物的生長有利[33],油茶籽多糖在動物飼料添加劑和農(nóng)林廢棄物利用技術領域的直接使用已獲得專利[34]。隨著油茶餅粕、籽殼等加工副產(chǎn)品中營養(yǎng)成分和生物活性物質的不斷深入研究與開發(fā),其營養(yǎng)保健和藥用價值越來越被人們重視,開發(fā)具有滋補、保健作用的藥物及食品已成趨勢。對于油茶綜合加工利用的技術解決方案,中糧等公司已開始承包工程設計和成套設備工程[35],但是油茶多糖產(chǎn)品仍待開發(fā)和應用。

6　存在問題和發(fā)展前景

相對于其他油脂產(chǎn)業(yè),我國的油茶產(chǎn)業(yè)尚處于初級階段[36],現(xiàn)有的對于油茶籽殼、油茶果殼、油茶餅粕等綜合利用的研究方向和成果多集中于茶皂素、茶多酚等副產(chǎn)物,且已有多種工業(yè)產(chǎn)品上市。油茶多糖研究應用相對薄弱,尚未商品化和市場化,油茶多糖的突破性研究將推動油茶深加工的深度和廣度。目前國內(nèi)外對于油茶多糖已有相關研究報道,但是油茶多糖的提取制備工藝不成熟,無法滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求;得率和純度普遍不高,無法滿足高品質油茶多糖的需求;與油茶多糖生物學功能相關的一級結構和高級結構尚缺乏足夠的科學依據(jù)和結論;為引導國內(nèi)外油茶多糖行業(yè)的規(guī)范化發(fā)展,油茶多糖的行業(yè)標準仍未明確和制定等主要問題,使得油茶多糖具有較大的研究開發(fā)空間。

隨著新技術迅速發(fā)展,多糖的價值逐漸被人們重視,油茶多糖在醫(yī)藥、食品保健、飼料添加劑等行業(yè)中正逐步的應用和開發(fā)。目前已有“茶多糖泡騰片”、“復方硒茶多糖”[37]、“茶多糖膠囊”[38]等初級茶多糖保健產(chǎn)品進入市場[39]。油茶多糖產(chǎn)品開發(fā)前景廣闊。首先,油茶多糖的生物活性研究,使其有望于在食品或者飼料添加劑中應用;其次,人體動物臨床研究正在起步,這將為油茶多糖在醫(yī)藥領域的應用奠定堅實的理論基礎;最后,油茶多糖作為無細胞毒性的免疫促進劑,具有開發(fā)成糖尿病、心血管疾病、腫瘤防治等天然藥物產(chǎn)品的潛力,拓寬了油茶多糖的應用前景。

近年來我國食用植物油消費量持續(xù)增長,木本油料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有利于減少我國食用油對外依存度,確保國家糧油安全。油茶作為我國特有的木本油料作物,其產(chǎn)業(yè)是優(yōu)化我國木本油料整體發(fā)展布局的主要內(nèi)容。我國每年制油后剩余的油茶餅粕約50萬t,油茶籽和油茶餅粕的綜合利用研究由來已久。充分利用我國的油茶資源,開發(fā)油茶和油茶餅粕的深加工產(chǎn)品——油茶多糖,深入研究其天然活性功能,加快理論研究成果轉化,實現(xiàn)資源向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展,對綜合利用自然資源創(chuàng)造經(jīng)濟價值,推動經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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Research progress inCamelliaoleiferapolysaccharides

WANG Jing1,2

(1.Guangdong Provincial Key Laboratory of Bio-control for the Forest Disease and Pest,Guangzhou 510520,China; 2.Guangdong Academy of Forestry,Guangzhou 510520,China)

The polysaccharides fromCamelliaoleiferais a kind of importantly functional substances with good biological activity. Based on tea polysaccharides study,composition and content of monosaccharide,extraction,purification,biological value,and the commercial value ofCamelliaoleiferapolysaccharides were reviewed. The main problems at the present stage and prospects of the polysaccharides fromCamelliaoleiferawere also elucidated in this paper. It provided a train of thought for theCamelliaoleiferapolysaccharides on comprehensive development and industrial application.

Camelliaoleiferapolysaccharides;general research;development prospects

2016-02-26

王靜(1986-)，女，博士，主要從事油茶活性物質研究，E-mail：wangjingmos@hotmail.com。

廣東省省級科技計劃項目(2015B020202002，2014A020208043)；廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新專項資金項目(2013KJCX009-01)。

TS229

A

1002-0306(2016)17-0372-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.065