植物多糖的提取及功能研究進(jìn)展

郭鳳領(lǐng)，吳金平，陳磊夫，邱正明

（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，武漢，430064）

植物多糖的提取及功能研究進(jìn)展

郭鳳領(lǐng)，吳金平，陳磊夫，邱正明

（湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，武漢，430064）

邱正明

男，研究員，湖北省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所副所長，博士，國務(wù)院特殊津貼專家，中國綠色食品發(fā)展中心專家咨詢委員會委員，國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系高山蔬菜崗位科學(xué)家，行業(yè)專項“長江流域生態(tài)型高山蔬菜栽培及產(chǎn)業(yè)化示范”首席專家，科技部“國外園藝作物品種引進(jìn)與改良（南方）國際科技合作基地”技術(shù)負(fù)責(zé)人，多個省縣市蔬菜專家顧問。先后參與和主持省部級以上蔬菜課題項目30多項，其中主持國家級科技項目8項；培育審（認(rèn)）定瓜菜新品種16個，其中主持選育9個；發(fā)表文章、專著共40余篇（部），其中主編、主筆12篇（部）；制定國家及地方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)17部；獲省級以上科技進(jìn)步獎等8項，獲國家技術(shù)發(fā)明專利3項。

介紹了植物多糖的基本信息，總結(jié)了植物多糖的提取工藝，包括溶劑提取法、酶提取法、超聲提取法和微波提取法。介紹了植物多糖的抗炎、抑腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、降血脂和抗病毒等功能方面的研究進(jìn)展。

植物多糖；提取工藝；功能研究；抑腫瘤；降血脂

多糖，又稱多聚糖，是由10個以上的單糖分子通過糖苷鍵聚合而成的一類分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜且龐大的糖類物質(zhì)［1］，由醛糖或酮糖通過糖苷鍵連接而成，糖苷鍵分為α型和β型2種。植物多糖的糖鏈結(jié)合以β-1，3或β-1，6鍵為主，有的多糖還帶有分支，帶有分支鏈的多糖具有抗腫瘤活性。目前已報道的天然多糖化合物有300多種，廣泛存在于植物、動物和微生物組織中［2］。多糖具有多種生物活性，與維持生物機(jī)能密切相關(guān)。多糖與蛋白質(zhì)、脂類形成的糖蛋白、脂多糖在細(xì)胞的識別、分泌以及蛋白質(zhì)的加工和轉(zhuǎn)移方面起著不容忽視的作用［3］。植物多糖因具有免疫調(diào)節(jié)、抗菌、抗病毒、抗腫瘤、降血糖、降血脂等生物活性，成為近年來的研究熱點［4］。近年來，通過對植物多糖的提取和研究，人們進(jìn)一步了解到蔬菜的營養(yǎng)價值。

1　植物多糖的提取

在生物體內(nèi)多糖以游離狀態(tài)和結(jié)合狀態(tài)存在，主要有蛋白多糖和脂多糖，因此，提取多糖之前，應(yīng)先確定多糖的存在形式，再對生物材料進(jìn)行相關(guān)預(yù)處理。除此之外，還要考慮提取部位，以確認(rèn)是否需要脫色或脫脂處理等［5］，主要提取方法有以下幾種。

1.1溶劑提取法

①水提醇沉法多糖是極性大分子，容易與水分子形成氫鍵而溶于水，而在醇、酮等溶劑中不易形成氫鍵，溶解度較低。所以一般選擇水和醇等溶劑分步提取多糖。首先將原材料粉末用熱水或者冷水浸泡一定時間，取上清后濃縮，隨后加入醇類溶劑并使其體積分?jǐn)?shù)達(dá)到一定比例，使多糖沉淀下來。提取過程中，提取溫度、提取時間、提取次數(shù)和料液比是影響提取效果的主要因素。如梁婷婷等［6］研究認(rèn)為，采用水提醇沉法提取太子參多糖的最佳溫度是90℃、時間是180 min，提取次數(shù)為3次，料液比為1∶9。

該方法的優(yōu)點是不需要昂貴的設(shè)備、生產(chǎn)成本低、污染少、安全、適合工業(yè)化生產(chǎn)；缺點是在提取過程中不易去除水溶性成分如蛋白質(zhì)和苷類等，不利于后續(xù)的分離純化，且耗時長、提取率不高［7］。

②酸提法酸提法是在水提醇沉法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，在某些植物如香菇的多糖提取中，得率較高；但該法會引起酸降解及糖苷鍵的斷裂，所以采用酸提法時溫度不宜高，時間不宜太長［8］。朱建飛等［9］采用酸提紫蘇粕多糖時，發(fā)現(xiàn)對提取效果影響的大小依次為提取溫度、酸濃度、浸提時間，并得出優(yōu)化的酸提紫蘇粕多糖提取工藝條件為浸提時間35 min，提取溫度60℃，酸濃度0.25 mol/L，得率為1.42%。

③堿提法對于酸性多糖和糖醛酸含量高的多糖可以采用堿提法［10］。諸愛士等［11］研究發(fā)現(xiàn)，隨著堿濃度的升高，小米多糖收率比水提多糖收率明顯增加，在堿濃度達(dá)到0.6 mol/L時收率最大，超過0.8 mol/L后多糖收率下降，是因為堿有助于破除細(xì)胞壁中聚合物分子間的物理和化學(xué)作用，促進(jìn)多糖從細(xì)胞中溶出，但過高濃度的堿又會促進(jìn)多糖水解。任初杰等［12］在堿提花生粕水溶性多糖工藝的研究中發(fā)現(xiàn)，提取溫度和堿濃度對花生多糖得率影響最大，優(yōu)化的堿提花生多糖工藝條件為提取溫度88℃，堿濃度0.68 mol/L，提取時間2.4 h，料液比34∶1，提取1次，最后得率為9.78%。

④超臨界萃取法超臨界萃取法是利用處于臨界溫度和臨界壓力以上、介于氣體和液體之間的超臨界流體作為萃取溶劑的一項萃取技術(shù)，具有傳質(zhì)速率快、穿透能力強(qiáng)、萃取效率高及操作溫度低等特點［13］。陳明等［14］在超臨界CO2萃取茶多糖的試驗研究中驗證了該技術(shù)萃取茶多糖的可行性，在茶粉顆粒度為40目的情況下，采用20%無水乙醇夾帶劑，萃取壓力35 MPa，萃取溫度45℃，萃取時間2 h，茶多糖得率高達(dá)92.5%。與傳統(tǒng)方法相比，雖然超臨界CO2萃取法需要高端的設(shè)備和較長的提取時間，但其優(yōu)點在于保證多糖高得率的前提下，大大減少了有機(jī)溶劑的使用量［15］。

1.2酶提取法

在酶的作用下，植物細(xì)胞壁的組分被水解，增加了細(xì)胞膜的通透性，加速了多糖的釋放［8］。周小玲等［16］比較了果膠酶、胰蛋白酶、復(fù)合酶3種酶法提取工藝對茶多糖組成的影響，結(jié)果表明，不同的酶法提取對茶多糖的單糖組成種類影響不大，對各單糖組分之間的比例稍有影響，其中果膠酶法提取的茶多糖純度最高，總糖含量達(dá)到95.26%。鄒東恢等［17］在香菇多糖復(fù)合酶法提取及其脫色工藝優(yōu)化中發(fā)現(xiàn)木瓜蛋白酶和纖維素酶質(zhì)量比為2，酶解反應(yīng)的溫度為55℃，pH值為6.5，反應(yīng)時間3 h，多糖提取率為16.1%。

1.3超聲提取法

利用超聲波的物理作用，通過高頻振蕩，產(chǎn)生空化作用、機(jī)械作用和熱學(xué)作用，從而使物體內(nèi)部產(chǎn)生振蕩、生長、收縮，增加分子的運動頻率和速率，使植物組織和細(xì)胞變形破裂，并釋放出內(nèi)含物，從而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的分子溶出［18］。超聲提取的優(yōu)點在于效率高。張杰等［19］使用93%的超聲功率、40 min的超聲時間、50℃的超聲溫度、1:40的料液比提取蛹蟲草多糖，得率達(dá)15.48%。

1.4微波提取法

微波提取是指在微波反應(yīng)器中，使用合適的溶劑從植物中提取化學(xué)成分的技術(shù)。通過微波的加熱作用，加之微波的電磁場，可使植物化學(xué)成分加速溶解在溶劑中［20］。朱磊等［21］用微波輔助提取黑木耳多糖，發(fā)現(xiàn)一次性提取的多糖得率在28%～29%，比傳統(tǒng)水提法和酶提法輔助得率高出了10%。

2　植物多糖的功能研究

2.1抗炎

研究發(fā)現(xiàn)，銀杏多糖、茯苓多糖、香菇多糖、金櫻子多糖、草蓯蓉多糖可以顯著抑制炎癥引起的小鼠耳朵腫脹和毛細(xì)血管通透性的增加，隨著多糖劑量的增大，抗炎效果增強(qiáng)；海帶多糖可以通過降低阿霉素腎病模型大鼠的外周血淋巴細(xì)胞及腎組織類肝素酶的表達(dá)，減弱炎癥趨化因子IL-6和IL-8的表達(dá)，從而發(fā)揮抗炎性損傷治療作用［22］；劉立新等［23］在抗炎試驗中發(fā)現(xiàn)，胡蘿卜多糖可以顯著抑制二甲苯的致炎作用，而且隨著胡蘿卜多糖含量的升高，這種抑制作用越明顯。

2.2抑腫瘤

多糖對腫瘤的生長具有一定的抑制作用。聶志奎［24］在體內(nèi)試驗中發(fā)現(xiàn)，巴參菜多糖對小鼠腫瘤的生長具有抑制作用，它能顯著增加小鼠脾臟指數(shù)及相關(guān)的細(xì)胞免疫因子，此外巴參菜多糖還能促進(jìn)小鼠原代腹腔巨噬細(xì)胞增殖，抑制人體肝癌HepG2細(xì)胞的生長。汲晨鋒［25］試驗表明，蘆筍多糖可以抑制S180小鼠腫瘤的生長，其中高劑量組抑制率達(dá)47.65%，而且蘆筍多糖還能延長H22小鼠的生存時間，高劑量組延長率為66.65%。

2.3免疫調(diào)節(jié)

植物多糖主要通過以下幾個方面來增加機(jī)體的免疫功能［26］：①提高正常小鼠的脾臟、胸腺指數(shù)及改善燒傷小鼠的脾臟、胸腺指數(shù)；②通過促進(jìn)機(jī)體生成抗體，提高抗體效價，增強(qiáng)體液免疫功能；③通過促進(jìn)T、B淋巴細(xì)胞的增殖來增強(qiáng)細(xì)胞的免疫功能；④通過提高巨噬細(xì)胞的吞噬活性，增加巨噬細(xì)胞數(shù)目；⑤通過增強(qiáng)紅細(xì)胞C3b受體的免疫粘附功能，提高紅細(xì)胞的免疫功能；⑥通過促進(jìn)細(xì)胞因子mRNA轉(zhuǎn)錄活性的增加，提高細(xì)胞因子的分泌，增強(qiáng)細(xì)胞因子的生物活性；⑦通過改變免疫細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞信號分子如cAMP、cGMP、NO、Ca2+的含量和相對比值，調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能。蘆筍多糖可以激活巨噬細(xì)胞釋放活性介質(zhì)NO，促進(jìn)TNF-α、IL-6基因的表達(dá)，這可能是蘆筍增強(qiáng)機(jī)體免疫力的作用方式之一［27］?？喙隙嗵悄芴岣咝∈笮嘏K和脾臟指數(shù)，增強(qiáng)免疫能力，抑制小鼠脾臟淋巴細(xì)胞的增殖；能顯著增強(qiáng)免疫低下小鼠巨噬細(xì)胞的吞噬能力；增加小鼠血清溶血素含量；協(xié)同ConA作用，顯著促進(jìn)小鼠脾淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，提高小鼠的免疫功能［28］。

2.4降血脂

研究表明，植物多糖能明顯降低高血脂癥、糖尿病及正常大鼠血清中的總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白水平，升高高密度脂蛋白膽固醇水平，同時改善卵磷脂膽固醇?；D(zhuǎn)移酶，促進(jìn)膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運和代謝，對糖尿病并發(fā)癥的預(yù)防和治療有重大作用［29］。蘆筍老莖多糖可顯著降低高脂血癥小鼠的血清膽固醇水平、低密度脂蛋白膽固醇水平，降低谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶和血清堿性磷酸酶活性，增強(qiáng)超氧化物歧化酶及谷胱甘肽、谷胱甘肽過氧化物酶的活性，提高總抗氧化能力，并提高

PPAR-α基因的表達(dá)，從而調(diào)控脂代謝過程中相關(guān)靶基因的表達(dá)，達(dá)到調(diào)節(jié)血脂的功能［30］。

2.5降血糖

白子草多糖通過提高機(jī)體抗氧化酶活性，清除活性氧自由基以解除自由基對肝臟的損害和胰島β細(xì)胞的修復(fù)和再生，增加肝糖原的儲存能力，從而實現(xiàn)對2型糖尿病小鼠降血糖的作用，而且在高劑量給藥21 d后，小鼠血糖水平與陽性對照無統(tǒng)計學(xué)差異［31］。桑葉多糖能改善糖尿病小鼠消瘦和毛色暗淡等癥狀，降低糖尿病小鼠血糖濃度，提高小鼠肝臟的抗氧化功能，促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)楦翁窃?，同時還具有減輕四氧嘧啶型小鼠胰島損傷等作用［32］。此外，山藥多糖、麥冬多糖、海帶多糖、丹皮多糖、黃芪多糖等通過促進(jìn)胰島素分泌來降低血糖濃度；茶多糖、人參多糖、玉米須多糖、紫心甘薯多糖等可通過調(diào)節(jié)代謝中相關(guān)酶的活性，抑制糖異生，并促進(jìn)外周組織和靶器官對糖的利用，從而促進(jìn)肝糖原合成，改善代謝紊亂，以降低血糖濃度；番石榴多糖、枸杞多糖、柿葉多糖、硫酸化牛膝多糖等通過抗氧化、清除自由基、保護(hù)和修復(fù)胰島β細(xì)胞來降低血糖濃度；薏苡仁多糖、黨參多糖和南瓜多糖等通過調(diào)節(jié)、恢復(fù)免疫系統(tǒng)功能、保護(hù)胰島β細(xì)胞來降低血糖濃度［33］。

2.6抗病毒

在豬藍(lán)耳病病毒PRRSV的阻斷試驗中，先加入山藥多糖后接種病毒，發(fā)現(xiàn)山藥多糖對該病毒感染的Marc-145細(xì)胞有阻斷作用，其作用機(jī)制可能是多糖活性成分增強(qiáng)了細(xì)胞膜的穩(wěn)定性，阻止病毒顆粒吸附靶細(xì)胞，使細(xì)胞受到保護(hù)，從而提高了細(xì)胞的抗病毒能力［26］。龍須菜多糖抗病毒作用與其硫酸根含量和取代度有一定關(guān)系，其抗病毒能力在一定范圍內(nèi)隨硫酸根含量的增加而增強(qiáng)［34］。

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Research Progress on Extraction and Function of Plant Polysaccharides

GUO Fengling， WU Jinping， CHEN Leifu， QIU Zhengming
（ Economic Crops Research Institute， Hubei Academy of Agricultural Science， Wuhan 430064 ）

This paper introduced the basic information of plant polysaccharide， and summarized the extraction methods of plant polysaccharide including method as solvent extraction， enzyme extraction， ultrasonic extraction and microwave extraction. This paper also introduced the research progress on multiple functions of plant polysaccharide including anti-inflammatory， tumor suppression， immune regulation， reducing blood lipid and antiviral， etc.

Plant polysaccharide； Extraction process； Function research； Tumor suppression； Reducing blood lipid

10.3865/j.issn.1001-3547.2016.20.016

O629.12

A

1001-3547（2016）20-0037-04

農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（nycytx-35-02-06）

郭鳳領(lǐng)（1974-），女，副研究員，主要研究方向為蔬菜資源開發(fā)利用，E-mail：guofenglingok@163.com

邱正明（1966-），通信作者，男，研究員，主要研究方向為蔬菜育種與高山蔬菜栽培技術(shù)研究

2016-07-27