植物多糖的研究進(jìn)展及開(kāi)發(fā)前景

杜 清，許曉輝，林鵬程，盧永昌，葉 菊（青海民族大學(xué)藥學(xué)院，青海省青藏高原植物資源化學(xué)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海省藥物分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧80007；蘭州市食品藥品檢驗(yàn)所，甘肅蘭州70000）

·綜述·

植物多糖的研究進(jìn)展及開(kāi)發(fā)前景

杜 清1，2，3，許曉輝4，林鵬程1，2，3，盧永昌1，2，3，葉 菊1，2，3（1青海民族大學(xué)藥學(xué)院，2青海省青藏高原植物資源化學(xué)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，3青海省藥物分析重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧810007；4蘭州市食品藥品檢驗(yàn)所，甘肅蘭州730000）

植物多糖是普遍存在自然植物界，由許多相同或不同的單糖以α?或β?糖苷鍵所組成的一類大分子化合物.多糖是一類重要的信息分子，在有機(jī)體中參與多種生命活動(dòng).本文從提取分離、脫色純化、分析測(cè)定、構(gòu)效關(guān)系、藥理作用、生物學(xué)功能等方面綜述了植物多糖的研究及開(kāi)發(fā)利用情況，闡述其作為治療藥物的主要成分在當(dāng)前臨床上所發(fā)揮的重要作用，為進(jìn)一步深入研究開(kāi)發(fā)更多有價(jià)值的植物多糖產(chǎn)品提供借鑒.

植物多糖；提取純化；分析測(cè)定；藥理作用；構(gòu)效關(guān)系；應(yīng)用前景

0 引言

多糖（polysaccharides，PS）又稱多聚糖，由10個(gè)以上相同或不同的單糖分子通過(guò)糖苷鍵聚合、脫水形成的多羥基聚合物，來(lái)源于高等植物、藻類、菌類及動(dòng)物體內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)有的研究情況可分為植物多糖、細(xì)菌多糖、真菌多糖和動(dòng)物多糖，是自然界含量最豐富的生物聚合物［1］.植物多糖參與細(xì)胞的各種生理活動(dòng)，且具有多種藥理作用及生物學(xué)功能.隨著分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等相關(guān)學(xué)科及儀器技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)植物多糖的復(fù)合物及化合物的研究也日漸深入.通過(guò)對(duì)植物多糖的提取分離、脫色純化、含量測(cè)定、組分分析、構(gòu)效關(guān)系、藥理作用及生物學(xué)功能等研究?jī)?nèi)容的分析，需要研發(fā)、臨床及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)企業(yè)各個(gè)階段人員的共同努力和配合來(lái)開(kāi)發(fā)更多與植物多糖相關(guān)的產(chǎn)品.

1 來(lái)源

在對(duì)植物的根、莖、葉、皮、種子和花等各個(gè)組織的化學(xué)成分研究過(guò)程中，研究者常會(huì)關(guān)注其多糖類成分并進(jìn)行常規(guī)的研究.從中草藥、天然植物中可以提取分離出結(jié)構(gòu)異同的各類多糖，并發(fā)掘其化學(xué)結(jié)構(gòu)、功效及應(yīng)用之間的關(guān)聯(lián)性.國(guó)外像美國(guó)、日本［2］、歐洲、韓國(guó)對(duì)植物多糖的研究出現(xiàn)在20世紀(jì)50、60年代［3］，且已有不少植物多糖的專利和前沿文獻(xiàn)的發(fā)表［4］.在我國(guó)，王章姐等［5］、賽德艾合買提［6］在文中提到對(duì)黃芪多糖［7］、當(dāng)歸多糖［8］、靈芝多糖［9］、人參多糖［10－11］、香菇多糖［12］、甘草多糖［13］等進(jìn)行了深入的研究.

2 提取分離、除蛋白及脫色

2.1 提取

2.1.1 組成和性質(zhì) 多糖是由多個(gè)單糖分子縮合、失水而成，是一類分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜且龐大的物質(zhì).凡是符合高分子化合物概念的碳水化合物及其衍生物均稱為多糖，有勻多糖和雜多糖之分.多糖大部分為無(wú)定形粉末，沒(méi)有甜味，熔點(diǎn)各不相同，不易溶解于水，難溶于醇、醚、氯仿、苯等有機(jī)溶劑中.

2.1.2 提取原則 根據(jù)多糖的基本組成和性質(zhì)從不同的植物中提取多糖，因其細(xì)胞或組織外大多有脂質(zhì)包圍，要使多糖釋放出來(lái)，首先要除去表面脂質(zhì)，因此在提取之前需進(jìn)行預(yù)處理，可根據(jù)植物種屬和性質(zhì)通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)選擇性的使用石油醚、乙醚、丙酮、乙醇、甲醇或1∶1的乙醇乙醚混合液等有機(jī)溶劑提取，除去部分色素、脂肪酸等脂溶性雜質(zhì)，用不同濃度的乙醇除去單糖、低聚糖和苷類等干擾性成分，然后根據(jù)不同溶解度選擇一種溶劑進(jìn)行萃取，一般應(yīng)用水、稀鹽、稀酸、稀堿等溶劑［14－15］.

2.1.3 提取方法 目前常見(jiàn)多糖的提取方法有化學(xué)提取法，包括水提醇沉法、稀堿浸提法、稀酸浸提法、醇提法和超濾膜法；酶解法包括單一酶解法和復(fù)合酶解法；物理強(qiáng)化法包括括微波輔助提取法、超聲波輔助提取法和高壓脈沖法；微波協(xié)同酶法及超臨界流體萃取法等.在提取過(guò)程中，根據(jù)不同科屬植物多糖的性質(zhì)，綜合運(yùn)用以上技術(shù)，不僅僅要考慮到粗多糖的得率，還要考慮到不破壞多糖的結(jié)構(gòu)等重要因素［15－20］.

2.2 除蛋白去部分醇溶性雜質(zhì)得到的粗多糖，常含有無(wú)機(jī)鹽、蛋白質(zhì)、色素及醇不溶的小分子有機(jī)物等雜質(zhì)，用sevag法、三氟三氯乙烷法或三氯醋酸法脫去游離蛋白質(zhì)，用蛋白酶除去結(jié)合蛋白質(zhì)，用透析法除去小分子雜質(zhì)和蛋白質(zhì).至此，得到的溶液基本上是沒(méi)有蛋白質(zhì)與小分子雜質(zhì)的較純凈的多糖混合物.

李知敏等［21］通過(guò)實(shí)驗(yàn)以多糖損失率和脫蛋白率（r）為衡量指標(biāo)，通過(guò)對(duì)三氯乙酸法、鹽酸法及sevag法脫蛋白方法的比較，優(yōu)化出植物多糖提取液的脫蛋白方法，為多糖的純化提供了一定的參考.

2.3 脫色多糖提取液大多較粘稠且顏色較深，為褐色、黃色或紅色等，植物多糖可能含有酚類化合物而顏色較深，對(duì)多糖的定性定量分析及結(jié)構(gòu)測(cè)定具有很大的影響，因此脫色對(duì)多糖后續(xù)的研究至關(guān)重要.常用的脫色方法有：活性炭法、H2O2法、樹(shù)脂法、Al2O3柱層析法、聚酰胺法和靜態(tài)混合器法［22］.

2.4 分離純化多糖難溶于有機(jī)溶劑，故采用乙醇或丙酮分級(jí)沉淀、反復(fù)溶解等多級(jí)分離方法，獲得各物理常數(shù)恒定的粗多糖，再將粗多糖混合物純化后分離成單一的多糖［23］，主要方法有：分部沉淀法、鹽析法、金屬絡(luò)合物法、季胺鹽沉淀法、離子交換柱層析法、凝膠柱色譜法、制備區(qū)域電泳、超濾、親和層析、膜分離法、制備性高壓液相色譜（HPLC）等［24－25］.靈芝多糖應(yīng)用新型的徑向離子流方法祛除蛋白質(zhì)和色素來(lái)獲得分離純化后的多糖產(chǎn)物［26］.

3 特性檢測(cè)

3.1 純度檢查不同植物多糖其性質(zhì)各異，對(duì)其純度檢查的方法有：比旋度法、超離心法、高壓電泳法、凝膠過(guò)濾法、紙層析法、凍融法和光譜掃描法［27］.

3.2 定性檢測(cè)植物多糖的性質(zhì)檢測(cè)主要包括其理化性質(zhì)，比如溶解性、比旋光度、特性粘度、電導(dǎo)率及PH值等；紅外光譜（IR）分析，用于不同糖的鑒別、糖苷鍵及糖構(gòu)型的確定、糖鍵上主要取代基的識(shí)別等；核磁共振（NMR）來(lái)鑒別多糖，糖的核磁共振波譜主要是1H、13C核磁共振波譜，多糖在1HNMR譜圖上，大多集中在δ4.0～5.5 ppm范圍內(nèi)，而13CNMR主要應(yīng)用于多糖結(jié)構(gòu)，高磁場(chǎng)NMR方法能產(chǎn)生較完全和詳細(xì)的結(jié)構(gòu)信息［28］.

3.3 分子量測(cè)定常用的分子量測(cè)定方法有：滲透壓法、超離心法、高壓電泳法、聚合度法、蒸氣壓法、還原末端法、光散射法、粘度法、凝膠過(guò)濾法、高效液相色譜法、超過(guò)濾法、凝固點(diǎn)下降法、基底輔助激光解吸電離質(zhì)譜法［28］.

4 含量測(cè)定

植物多糖的定量分析方法很多.目前主要采用比色法等對(duì)總多糖進(jìn)行測(cè)定，探討各種植物多糖的分析方法，比較其各類分析方法的優(yōu)缺點(diǎn).

主要有光學(xué)分析法，常采用苯酚?硫酸法、蒽酮?硫酸法和DNS法，利用分光光度法對(duì)多糖進(jìn)行定量，所選方法需先進(jìn)行方法學(xué)研究，對(duì)糠醛縮合顯色法的測(cè)定條件進(jìn)行研究，用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出合適的實(shí)驗(yàn)條件和方法［29－30］.可根據(jù)植物多糖的性質(zhì)選擇不同的測(cè)定方法進(jìn)行比較，采用硫酸?苯酚法，硫酸?蒽酮法比較顯色反應(yīng)后吸收曲線的穩(wěn)定性，不同單糖對(duì)照品顯色反應(yīng)后最大吸收波長(zhǎng)不同，其中硫酸?苯酚法顯色反應(yīng)后穩(wěn)定性較好［31－32］.

同一種方法根據(jù)多糖的性質(zhì)以及實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)選及改良，比如對(duì)苯酚?硫酸法的測(cè)定條件進(jìn)行了改進(jìn)，利用在改進(jìn)的測(cè)定條件下測(cè)得的各種單糖的校正系數(shù)，可以以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品對(duì)組成己知的寡糖或多糖的含量進(jìn)行測(cè)定［33］.

含量測(cè)定方法還包括色譜分析法，如薄層色譜法，高效液相色譜法、氣相色譜法和氣質(zhì)聯(lián)用法、凝膠色譜法和離子交換色譜法、高效毛細(xì)管電泳法；應(yīng)用酶法、重量測(cè)定法等［34］.

當(dāng)歸多糖應(yīng)用HPLC?柱后熒光衍生法測(cè)定殼聚糖酯［35］、麥冬多糖［36］，還建立了FITC預(yù)標(biāo)記的HPGPC?FD檢測(cè)方法［37］.

5 結(jié)構(gòu)分析

粗多糖的樣品經(jīng)過(guò)水解后分析其中單糖的組成成分及組成比例.主要的分析方法有：酸完全水解、部分水解法、堿降解法、高碘酸氧化和Smith降解法、甲基化反應(yīng)、酶降解、薄層色譜、高效液相色紙層析、薄層色譜法（thin layer chromatography，TLC）、高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC）、氣相色譜法（gas chromatography，GC）、毛細(xì)管電泳法（capillary electrophoresis，CE）、質(zhì)譜解析、x?射線纖維衍射、氣相?質(zhì)譜聯(lián)用、核磁共振光譜（nu?clear magnetic resonance，NMR）、紅外光譜和拉曼激光光譜等［38－39，40］.

6 藥理及生物學(xué)功能

多糖發(fā)現(xiàn)有多種藥理作用［41］，可通過(guò)增強(qiáng)免疫力、抑制腫瘤血管新生、誘導(dǎo)癌細(xì)胞分化與凋亡、抗突變與恢復(fù)細(xì)胞間通訊、改變細(xì)胞膜流動(dòng)性及細(xì)胞膜泵的活性和直接作用于細(xì)胞來(lái)起到直接或間接的抗腫瘤作用［42－43］；多糖具有免疫調(diào)節(jié)作用，通過(guò)增強(qiáng)免疫器官、體液、細(xì)胞的功能、促進(jìn)細(xì)胞因子的生成、免疫抑制和增強(qiáng)的雙向調(diào)節(jié)機(jī)制及抗補(bǔ)體與補(bǔ)體激活來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)體免疫系統(tǒng)［44－45］；多糖對(duì)心血管系統(tǒng)具有降血糖、降血脂、抗凝血和抗血栓、抗心肌缺血的作用［44，46－47］；多糖具有抗病毒及抗肝纖維化活性、抗氧化、抗自由基損傷、抗衰老、抗輻射作用，通過(guò)直接抗病毒、提高氧化酶活性、清除自由基、抑制脂質(zhì)過(guò)氧化，從而保護(hù)生物膜的作用［48－49］；多糖通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞分泌炎癥介質(zhì)，平衡炎癥部位的促炎因子與抗炎因子的水平來(lái)達(dá)到抑菌抗炎，清熱利膽的作用［50－51］.

多糖的生理功能可關(guān)聯(lián)到許多細(xì)胞、組織及器官重要的生命進(jìn)程.多糖作為營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)結(jié)合、吸收外源性病原菌，促進(jìn)機(jī)體腸道內(nèi)健康微生物菌相的形成.多糖可調(diào)節(jié)肝臟細(xì)胞中的ALT和AST水平，降低TNF?α、IL?1等炎癥介質(zhì)，影響肝中一氧化氮和一氧化氮合酶的含量，調(diào)節(jié)外周血淋巴細(xì)胞亞群來(lái)治療因免疫造成的肝臟損傷疾?。?2］.各種植物中提取出的水溶性多糖對(duì)可促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的增殖、分化、抑制凋亡并具有損傷修護(hù)的作用，可用來(lái)治療老年神經(jīng)性疾?。?3］.

7 構(gòu)效關(guān)系

發(fā)現(xiàn)多糖復(fù)合物的多種生物活性后，因多糖結(jié)構(gòu)不同，生物活性會(huì)有差異［54］.找出它們之間的規(guī)律性，就可更全面的解釋多糖化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物活性之間的關(guān)系，為更好的尋找具有生物活性的多糖、多糖藥物、多糖功能性食品及開(kāi)發(fā)其替代品.

多糖具有一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu).多糖的一級(jí)結(jié)構(gòu)包括單糖的組成連接方式糖苷鍵類型、分支度及官能團(tuán)等，每一因素對(duì)多糖的生物活性都有不同程度的影響.多糖的二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)還在繼續(xù)開(kāi)發(fā)中.活性多糖發(fā)揮作用都需要特定部位同受體結(jié)合，即活性部位影響其生物活性.多糖的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)影響其活性的強(qiáng)弱，需結(jié)合機(jī)體本身的免疫功能狀態(tài)和抗原的差異性，來(lái)具體分析其各個(gè)方面的應(yīng)答水平及與機(jī)體平衡的對(duì)比度，由此檢測(cè)多糖的活性和作用［55］.比如香菇多糖，裂褶多糖均具有1→3?β?D葡聚糖主鏈和葡聚二糖支鏈結(jié)構(gòu)且具有活性的三股螺旋空間構(gòu)象，二者都具有抗腫瘤作用及提高細(xì)胞免疫及體液免疫功能［56－58］；牛膝多糖硫酸化得到牛膝多糖硫酸酯，有抑制乙肝病毒HBsAg、HbeAg和I型單純皰疹病毒的活性［59］；灰樹(shù)花多糖硫酸化形成灰樹(shù)花多糖硫酸酯后，對(duì)人胃癌細(xì)胞SGC?7901有直接殺傷作用［60］；海帶褐藻多糖硫酸酯對(duì)超氧陰離子具有良好的清除作用，能夠抑制H2O2誘導(dǎo)的紅細(xì)胞氧化溶血，對(duì)FeSO4?抗壞血酸體系造成的脂質(zhì)過(guò)氧化具有良好的保護(hù)作用［61］；茯苓多糖經(jīng)磺酰化后的磺?；萝蜍叨嗵蔷哂辛己玫目鼓[瘤活性［62］；烷基化對(duì)硫酸多糖的抗HIV活性有促進(jìn)作用，可能是因?yàn)橥榛糠钟蓄愃票砻婊钚詣┑男再|(zhì)，可與HIV囊膜脂雙層反應(yīng)而破壞其囊膜［63］.多糖的生物活性也與其分子量大小有關(guān)，硫酸化多糖的分子量在5000?50萬(wàn)范圍內(nèi)抗HIV活性隨分子量增大而增大［64］.

8 植物多糖的應(yīng)用

植物作為一種自然界天然存在的生物，其在生態(tài)方面起著重要的作用.植物多糖作為其中的活性化合物，在沙漠治理、重金屬解毒、廢水處理、防御病原體等方面起著重要的作用.植物多糖在醫(yī)藥領(lǐng)域可用于制備人工血液、藥物緩釋劑、人工皮膚或醫(yī)用透析膜；可開(kāi)發(fā)成多糖疫苗、抗腫瘤和免疫促進(jìn)、抗病毒、降血糖、抗凝血、抗?jié)兊然钚缘乃幬铮?5］.可開(kāi)發(fā)出保健食品、飲料口服液、營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑等［66］.此外可作為果蔬的涂漠劑及可食劑的包裝材料，工業(yè)上的凝聚劑、潤(rùn)滑劑和水滯留劑.

9 開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景

現(xiàn)代研究中，單糖、多糖及糖復(fù)合物生物學(xué)在英國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家研究迅速［67］，其中日本對(duì)其研發(fā)十多年的多糖相關(guān)科研成果申請(qǐng)專利保護(hù)其科技成果［68］.天津藥業(yè)生物技術(shù)有限公司從中草藥材中提取出了純度達(dá)98%以上的活性多糖，并以藥材甘草、枸杞［69］為主開(kāi)發(fā)了以多糖為主要成分的“康奇膠囊”，能高效調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫力［70］.

對(duì)植物多糖的開(kāi)發(fā)，隨著新科技的不斷更新，采取不同的提取條件，可改善提取多糖的性狀、提取純化的工藝，且發(fā)明純化多糖的新設(shè)備、新材料，提高植物多糖提取的效率，為植物多糖產(chǎn)品的試制及生產(chǎn)奠定基礎(chǔ).

應(yīng)用微生物發(fā)酵法、酶法、植物細(xì)胞培養(yǎng)等生物方法完成活性多糖的提取分離、結(jié)構(gòu)修飾及合成等制備過(guò)程，已呈現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠錀l件溫和，反應(yīng)產(chǎn)物單純和能耗少，故該綠色環(huán)保、高效的方法制備活性多糖在今后會(huì)得到廣泛的應(yīng)用［71－72］.

植物多糖雖然只是大千世界物質(zhì)的一種，而與其相關(guān)的科學(xué)知識(shí)、各種技術(shù)及各種物質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)確是千絲萬(wàn)縷，相信隨著植物多糖的開(kāi)發(fā)及各種關(guān)聯(lián)科技在化學(xué)，藥理學(xué)，生物學(xué)，臨床醫(yī)學(xué)研究者等相關(guān)人員的共同努力和配合下，會(huì)不斷推進(jìn)植物多糖國(guó)內(nèi)外的研發(fā)、交流及應(yīng)用，并在21世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域的研究中開(kāi)拓新前景.

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Research progress and developmental pros?pect of plant polysaccharide

DU Qing1，2，3，XU Xiao?hui4，LIN Peng?Cheng1，2，3，LU Yong?Chang1，2，3，YE Ju1，2，3

1College of Pharmacy，Qinghai Nationalities University，2Key Laboratory of Plant Resources of Qinghai?Tibet Plateau in Chemical Research，3Key Laboratory of Drug Analysis in Qinghai Province，Xining 810007，China；4Lanzhou Institutes for Food and Drug Control，Lanzhou 730000，China

Plant polysaccharides commonly exist in the nature.They are combined in the form of alpha?or beta?glycosides from many same or diverse monosaccharides.Polysaccharides are important informational molecule and take part in various life activities of organism.We summary the studying and developmen?tal utilization from the different aspects of abstraction extraction and separation，discoloration and purification，analytical determi?nation，structure?function relationship，pharmacological action，biological function and elaborate the important function of plant polysaccharide as the main ingredient when it is used as the thera?peutic drug in the clinic.We hope it can provide the successful experience for further developing the more valuable products relat?ed to the plant polysaccharides.

plant polysaccharide；extraction and purification；analytical determination；pharmacological action；structure?function relationship；application prospect

Q53

A

2095?6894（2017）04?78?05

2016－12－30；接受日期：2017－01－16

青海省科技廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展專項(xiàng)（2015－Z－Y09）；青海省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2016－ZJ－712）；青海民族大學(xué)高層次人才項(xiàng)目（2016XJG04）

杜 清.博士，執(zhí)業(yè)藥師，中級(jí)制藥工程師.

E?mail：bjdfydq＠163.com