柑橘低分子果膠研究進(jìn)展

□ 蘇丹丹 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)

果膠是一類廣泛存在于植物細(xì)胞壁的初生壁和細(xì)胞中間片層的雜多糖，相對分子質(zhì)量介于50～300 ku，不同的原料和提取工藝所得果膠的相對分子質(zhì)量存在較大差異，現(xiàn)階段果膠的提取方法多為鹽析法、乙醇沉淀法、超濾，以及動、靜態(tài)大孔吸附樹脂法等。作為一種天然的植物膠體，可作為一種膠凝劑、穩(wěn)定劑、組織形成劑和增稠劑廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。近來研究發(fā)現(xiàn)低分子果膠在人體營養(yǎng)健康、醫(yī)療方面有新的作用，關(guān)于低分子果膠的研究成果越來越多[1]。

1 低分子果膠簡介

低分子柑橘果膠（Modified Citrus Pectin，MCP）是通過規(guī)定的pH和溫度水解天然果膠而得到的分子質(zhì)量較小、酯化度較低、無分支的果膠多糖，MCP分子量在20 kDa左右，由于其經(jīng)過修飾，故又稱修飾柑橘果膠[2]。水解既可以切斷果膠直鏈從而降低其分子量，又可以降低其酯化度從而使其易于被人體吸收[3]。

近些年來，關(guān)于柑橘果膠的改性方法的研究越來越多，主要采用pH（化學(xué)）改性、物理改性和酶改性。不同的改性方法作用機(jī)理不同，所得低分子果膠樣品的功能也各不相同。

因MCP克服了CP分子質(zhì)量大、不易消化吸收等問題，具有更好的溶解度，且MCP的直鏈結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的陽離子結(jié)合能力，較CP具有更強(qiáng)的靶向性[4]。研究表明，通過調(diào)節(jié)果膠分子質(zhì)量的大小，可控制其作用位點，增強(qiáng)其靶向性[5]。因此關(guān)于低分子果膠抑制結(jié)腸癌的研究成果越來越多。

2 制備方法

2.1 pH修飾法

采用pH修飾法對果膠多糖進(jìn)行水解，多糖的水解是一個復(fù)雜的過程，酸、堿水解均可造成多糖鏈的斷裂及酯化程度的降低。其中，堿水解主要引起皂化，即降低果膠糖鏈的酯化程度；酸性溶液主要引起多糖中糖苷鍵的斷裂，使多糖降解為低分子量片段。通過控制酸濃度、溫度及反應(yīng)時間可獲得不同分子量大小的降解產(chǎn)物。

利用多糖溶于水或酸、堿、鹽溶液而不溶于醇、醚、丙酮等有機(jī)溶劑的特性，可將多糖從溶液中提取出來。采用乙醇沉淀法提取多糖，其中，乙醇與多糖溶液的比例影響沉淀的性狀，乙醇與多糖溶液比例為1∶1時，沉淀下來的多糖呈絮狀，易于隨后的抽濾及干燥。若乙醇與多糖溶液比例大于1∶1，則沉淀的多糖呈糊狀，難以進(jìn)行干燥。pH修飾法制備MCP產(chǎn)率可達(dá)90%以上，該方法過程易于控制，且易于將條件放大，可用于大規(guī)模生產(chǎn)[6]。

陳穎[7]通過酸熱法降解具有較高相對分子質(zhì)量的橘皮果膠，確定酸水解條件為：80 ℃、1.5 mol/L HCL條件下，一次加樣制備得24%（w/v）的果膠溶液，水解反應(yīng)210 min。

2.2 高溫高壓修飾法

高溫高壓修飾法目前應(yīng)用的不多，經(jīng)其處理的改性果膠又稱為熱改性果膠。將未改性的柑橘果膠在100～121℃，一定壓力下作用30 min得到，相對于pH改性，高溫高壓改性具有操作簡單易行，且無任何毒副作用的優(yōu)點[8]。陳劍兵[9]等人研究發(fā)現(xiàn)亞臨界水處理能明顯降低果膠的分子量，溫度條件為120 ℃時，可使得Mw下降到20 ku以下，產(chǎn)品均一性、得率、色澤及能耗方面均具有優(yōu)勢。經(jīng)亞臨界水法得到的低分子柑橘果膠單糖含量和酯化度均降低。尹穎[10]等采用高壓蒸汽法對果膠進(jìn)行105 ℃、120 ℃和135 ℃的處理，高壓均質(zhì)法在50、100、150 MPa下對其進(jìn)行均質(zhì)處理，確立制備LMCP的較佳物理方法為120 ℃、101.2 MPa、30 min，所得LMCP的分子質(zhì)量為16 kDa，Mw下降近90%。

2.3 輻照改性

輻照改性一般是指用Co-60等輻射源對果膠進(jìn)行輻照處理而得到的改性果膠，有研究先對柑橘果膠用Co-60進(jìn)行20 kGy劑量的輻照處理，吸收劑量率為10 kGy/h，再對輻照后的溶液進(jìn)行透析處理使分子質(zhì)量小于10 ku，最后旋蒸濃縮并冷凍干燥得到改性果膠樣品?，F(xiàn)階段有人對果膠進(jìn)行超聲、紫外輻射，但關(guān)于此方面的研究報道鮮見[11]。

3 生理功能

3.1 抗癌功能

關(guān)于低分子柑桔果膠抗腫瘤活性的研究眾多,占果膠抗腫瘤相關(guān)研究的97%以上，現(xiàn)階段抗腫瘤果膠的研究主要集中于結(jié)腸癌、前列腺癌、肺癌、宮頸癌、乳腺癌、和骨髓癌等癌癥[12]。目前，受多數(shù)人認(rèn)可的低分子果膠抗癌作用原理與腫瘤的相關(guān)蛋白Galectin-3有關(guān)，但具體機(jī)理尚不完全清楚[13-15]。

2010年，張文博等制得的MCP通過小鼠移植性腫瘤模型發(fā)現(xiàn)MCP對肝癌H22細(xì)胞的抑制作用顯著,高劑量（4 mg/kg）下抑制率達(dá)到47.8%，MCP高劑量（4 mg/kg）與中劑量（2 mg/kg）組對U14瘤株的抑制率分別達(dá)到36.5%和38.5%。說明MCP具有抗肝癌和宮頸癌活性[16]。尹穎等[17,18]對MCP的抗癌活性進(jìn)行了初步的評價，細(xì)胞實驗結(jié)果表明制得的MCP對PC3細(xì)胞有很強(qiáng)的抑制作用，高劑量（5～10 mg/mL）下抑制率達(dá)70%～90%，相對于天然CP，MCP抗前列腺癌細(xì)胞活性顯著增強(qiáng)。趙光日等[19]發(fā)現(xiàn)MCP可以增加順鉑在體外對肺癌細(xì)胞A549的增殖抑制作用，在細(xì)胞水平上表現(xiàn)為增加肺癌細(xì)胞凋亡率，在分子水平上促進(jìn)procaspase-3、9激活水平。

通過給小鼠灌胃研究，發(fā)現(xiàn)LCP與奧沙利鉑聯(lián)合利用可發(fā)揮協(xié)同作用，阻滯細(xì)胞周期的G2/M期，從而顯著延長細(xì)胞增殖周期，有效抑制結(jié)腸癌[20-22]。

許鵬發(fā)現(xiàn)PAC-1聯(lián)合MCP用藥對誘導(dǎo)人結(jié)腸癌細(xì)胞的凋亡、延長細(xì)胞增殖周期的效果優(yōu)于PAC-1單用，低濃度PAC-1聯(lián)合低分子柑橘果膠對人結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖和凋亡有拮抗作用；中、高濃度PAC-1聯(lián)合低分子柑橘果膠對人結(jié)腸癌細(xì)胞增殖和凋亡表現(xiàn)為協(xié)同作用。聯(lián)合用藥后結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡比例及凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)較PAC-1單用均顯著增高，線粒體通路及調(diào)控結(jié)腸癌細(xì)胞的細(xì)胞周期是低分子柑橘果膠顯著提高PAC-1對人結(jié)腸癌細(xì)胞的生長抑制作用的分子機(jī)制[23]。

3.2 調(diào)節(jié)血糖、血脂

鄔曉倩等[24]研究發(fā)現(xiàn)，低分子柑橘果膠可以降低糖尿病小鼠的血糖和血脂水平，且無劑量依賴性，為治療糖尿病和預(yù)防其并發(fā)癥提供了新的途徑。目前,對其作用機(jī)制的解釋為MCP能通過延遲胃排空和減緩小腸轉(zhuǎn)運影響脂肪和碳水化合物的吸收；低分子果膠通過影響膽酸的代謝進(jìn)而改變脂質(zhì)代謝酶的活性，促進(jìn)脂肪代謝，降低血清中的TC/TG和LDL,從而使血脂降低。同時，低分子量果膠的攝入不會影響動物的正常生長發(fā)育[25,26]。

3.3 降低體重

張麗芬在研究修飾柑橘果膠對高脂血癥大鼠脂質(zhì)過氧化調(diào)節(jié)作用時發(fā)現(xiàn)，在成功建立高脂血癥模型的基礎(chǔ)之上，MCP高劑量組（800 mg/kg·d）對大鼠灌胃能減輕高脂血癥大鼠體重。MCP對可升高高脂血癥大鼠的血清超氧化物歧化酶（SOD）和血清谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）的活力，降低大鼠血清丙二醛（MDA）的含量。

張若培[27]以100、400、800 mg/（kg·d）三種劑量對大鼠灌胃6周發(fā)現(xiàn)，三個劑量均可顯著降低大鼠體重、血清TG、TC。并對這一現(xiàn)象做出解釋：MCP由于具有低分子量的特點，易產(chǎn)生飽腹感，減慢小腸的轉(zhuǎn)運從而推遲胃排空的時間，影響食物與消化酶的結(jié)合使?fàn)I養(yǎng)素在腸道黏膜上的分散減少，抑制碳水化合物的脂肪的消化吸收，從而抑制體重增長。同時，低分子量的特點使MCP避免了大量攝入的情況下對動物正常生長發(fā)育的影響。

3.4 其他

MCP可通過降低血脂修復(fù)因高脂飲食引起的肝細(xì)胞損傷，減輕脂肪變性、炎性壞死現(xiàn)象[28]。此外，低酯低分子果膠在醒酒和防醉酒方面也有一定的效果，并呈現(xiàn)一定的劑量作用，解酒效果依次為：低酯低分子果膠中劑量組＞低酯低分子果膠低劑量組＞低酯高分子果膠＞高酯高分子果膠組＞葡萄糖組＞生理鹽水組。而防醉酒效果依次為：低酯高分子果膠中劑量組＞低酯高分子果膠低劑量組＞葡萄糖組=低酯低分子果膠＞生理鹽水組[29]。MCP可抑制前炎癥因子的表達(dá)，調(diào)借氣道炎癥，對治療哮喘藥物提供新思路[30]。