菜籽粕多糖提取純化及其功能活性研究進展

（忻州師范學院化學系，山西忻州034000）

油菜是世界四大油料作物之一，也是我國重要的油料作物，我國各地廣泛種植，種植面積以及油菜籽產(chǎn)量長期居世界第一位[1-2]。油菜籽主要用來榨油，榨油后的副產(chǎn)品菜籽粕每年能產(chǎn)生近千萬噸，故我國菜籽粕資源極為豐富?？茖W研究已表明，菜籽粕中含有多糖[3-4]，菜籽粕多糖具有清除自由基抗氧化、抗腫瘤、降血糖和調(diào)節(jié)免疫等功能活性[5-6]，有誘人的開發(fā)價值，在食品、醫(yī)藥、衛(wèi)生和保健品領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。但目前，我國菜籽粕主要用作農(nóng)田肥料或動物飼料，未進行精深加工，科技附加值低，利用效益不高，造成資源的極大浪費，影響菜籽綜合利用價值及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，研究菜籽粕中多糖的提取純化及其功能活性，對提高菜籽粕科技附加值，有效拉長菜籽產(chǎn)業(yè)鏈，提高菜籽綜合利用效益和經(jīng)濟價值，具有重要的實際意義。當前，我國對菜籽粕中多糖提取及其功能活性進行了不少研究，取得了一定成果，但鮮有菜籽粕多糖提取研究的總結(jié)報道。為此，本文總結(jié)概述我國菜籽粕多糖的提取純化及其功能活性方面的研究進展，指出存在問題并展望其研究方向，旨在為菜籽粕多糖開發(fā)利用及其進一步研究提供參考。

1 菜籽粕多糖的提取方法

植物多糖提取以不破壞多糖基本性質(zhì)，并盡可能多地將多糖提取出為原則。多糖為極性大分子，一般不溶于有機溶劑，難溶于冷水，易溶于熱水[7]，故多糖多以熱水提取。為了提高提取效率，在傳統(tǒng)熱水提取的基礎(chǔ)上，常采取一些輔助手段如超聲、微波、酶等，起到破壞植物細胞壁，促使多糖盡快、盡量多溶出。目前，國內(nèi)菜籽粕多糖的提取研究主要有熱水提取、酸提、堿提、酶解提取、超聲輔助提取以及微波輔助提取。

1.1 菜籽粕多糖熱水提取

熱水提取是經(jīng)典的、最常用的多糖提取方法，該方法主要通過菜籽粕細胞吸水膨脹破裂，并利用多糖溶于熱水使多糖從菜籽細胞內(nèi)溶出擴散到外部溶劑熱水中[8]。董萬領(lǐng)等[4]研究了菜籽粕多糖熱水浸提，采用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝，得出影響多糖提取率的因素大小順序為：料液比＞提取時間＞提取溫度，優(yōu)化的菜籽粕多糖熱水浸提最佳工藝為：料液比1∶34（g/mL），浸提溫度80℃，浸提時間3.4 h。該工藝下，多糖得率為2.09%。朱建飛等[9]研究了脫色后菜籽粕的多糖熱水浸提，響應(yīng)面優(yōu)化的最佳浸提工藝為：料液比1 ∶28（g/mL），浸提溫度 90℃，浸提時間 2.9 h，此工藝條件下，多糖提取率2.23%。王妮[10]通過正交試驗優(yōu)化的菜籽餅粕多糖熱水浸提最佳工藝為：料液比1∶25（g/mL），浸提溫度 100℃，浸提時間 4.0 h，浸提次數(shù)3次，此工藝條件下，多糖提取率2.8%。菜籽粕多糖的熱水提取設(shè)備簡單，易于操作，成本低廉，適合工業(yè)化應(yīng)用，但也存在提取時間長，提取溫度偏高，易造成多糖分解，提取率低，產(chǎn)品純度較低等問題。要想取得較好的提取效率，需研究與其它提取技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。

1.2 菜籽粕多糖酸提法

酸提法是熱水提取多糖的一種發(fā)展，菜籽粕細胞在酸性水溶液中易發(fā)生溶脹，釋放出多糖，利于提高多糖提取率。但在較高酸度下易使多糖中的一些糖苷鍵斷裂而破壞多糖結(jié)構(gòu)，因此宜采用稀酸來提取[11]。鞠興榮等[3]研究了菜籽粕多糖鹽酸提取，通過響應(yīng)面分析得到影響菜籽粕多糖酸法提取的因素大小順序為：提取溫度＞酸濃度＞提取時間＞料液比，優(yōu)化的最佳提取工藝條件為：以濃度0.3 mol/L的鹽酸溶液為提取劑，料液比1∶40（g/mL），提取溫度70℃，提取時間 5 h。此工藝條件下，菜籽粕多糖得率為4.01%。劉貝貝等[12]采用五元二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計試驗優(yōu)化的菜籽粕多糖酸提工藝為：鹽酸濃度0.01 mol/L～0.14 mol/L，料液比 1∶18（g/mL）～1∶20（g/mL），提取溫度 100℃，每次提取時間1.4 h～1.8 h，提取次數(shù)4次～5次。該工藝條件下，菜籽粕多糖得率可達3.1%以上?？芍?，采用酸法提取菜籽粕多糖，較熱水提取法可在一定程度上提高多糖提取率，雖是對熱水提取法的一種改進，但仍未解決熱水提取存在的根本問題，且又帶來新的問題，即產(chǎn)生的酸性廢液量大，影響環(huán)境，還需很好地控制提取液的酸度。

1.3 菜籽粕多糖堿提法

堿提法是采用弱堿性水溶液提取多糖的一種方法，適合含有酸性基團多糖的提取。堿性溶劑利于破壞物料細胞壁，形成裂紋，可加速多糖溶解，提高多糖提取率[13]。黃梅英等[5]研究了菜籽粕多糖的堿法提取，通過響應(yīng)面分析得到菜籽多糖堿法提取的最佳工藝條件為：以質(zhì)量分數(shù)4.1%的NaOH溶液為提取劑，料液比1∶25（g/mL），提取溫度86℃，提取時間3.0 h。此工藝條件下，多糖得率為5.86%。馮睿等[14]研究了菜籽餅粕多糖的氫氧化鈉提取，由正交試驗優(yōu)化的最佳提取工藝條件為：以濃度1.2 mol/L的氫氧化鈉溶液為浸提液，料液比 1∶20（g/mL），提取溫度 60℃，提取時間4.0 h。該工藝條件下，多糖提取率為7.65%。魏行等[15]也研究了菜籽餅粕多糖的堿提法，得到的工藝條件為：提取液氫氧化鈉濃度1.124 mol/L，提取溫度93.7℃，提取時間2.3 h。該工藝下，多糖提取率最高可達11.59%。堿提法也可提高菜籽多糖的提取率，但也存在與酸提法類似的問題。

1.4 菜籽粕多糖酶提法

酶提法是植物多糖提取中應(yīng)用的一項生物技術(shù)，利用酶的高度專一性水解破壞植物細胞壁等致密結(jié)構(gòu)，提高植物細胞通透性，利于細胞內(nèi)多糖成分的溶出，提高多糖提取率[16]。陳艷偉等[17]基于菜籽粕中含有淀粉，α-淀粉酶可從菜籽粕淀粉分子內(nèi)部切開α-1，4糖苷鍵而使菜籽粕水解，有利于其中多糖溶出的認識，研究了菜籽粕多糖的水酶法提取工藝，由響應(yīng)面優(yōu)化的最佳提取工藝條件為：α-淀粉酶加入量256U/g，pH 值 6.7，料液比 1∶25（g/mL），提取溫度 62 ℃，提取時間79 min。該工藝下，菜籽餅粕多糖提取得率為9.01%。采用酶輔助提取菜籽多糖是一種進步，該法提取條件溫和，不需要特殊設(shè)備，操作簡便，提取率高，易于保持多糖活性，但也存在成本較高，提取時間長，需控制提取液的酸度等問題。目前國內(nèi)相關(guān)研究很少，有待加強。

1.5 菜籽粕多糖超聲輔助提取法

超聲輔助提取就是利用超聲波的空化效應(yīng)、熱效應(yīng)、振動和乳化擴散等作用，破壞細胞壁，加快細胞內(nèi)的傳質(zhì)作用，加速活性成分的擴散、釋放，促進有效成分溶出，提高有效成分提取率[16]。趙強等[6]以多糖提取率為指標，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法優(yōu)化黃芥籽粕多糖的超聲輔助提取工藝，確定的最佳提取工藝條件為：水為提取劑，料液比1∶40（g/mL），超聲功率280 W，提取溫度51℃，提取時間25 min，該工藝條件下，多糖提取率為14.18%。陳浩等[18]由正交試驗優(yōu)化的菜籽粕多糖超聲輔助提取最佳工藝為：料液比1∶40（g/mL），超聲功率 50 W，提取溫度 60℃，提取時間75 min。提取次數(shù)2次，在該工藝條件下，多糖得率為1.99%。超聲輔助提取菜籽粕多糖操作簡便、成本低廉、提取率較高，相對熱水提取，提取時間較短、提取溫度較低，具有良好的應(yīng)用前景。但工業(yè)化應(yīng)用還需解決超聲對環(huán)境污染以及超聲設(shè)備放大的問題。

1.6 菜籽粕多糖微波輔助提取法

微波輔助提取是利用微波的選擇性加熱及其熱效應(yīng)，對物料細胞快速加熱，在細胞內(nèi)瞬間產(chǎn)生高壓，導(dǎo)致細胞壁破壞，減少傳質(zhì)阻力，促使活性成分快速溶出[16]。朱沛沛等[19]研究了微波輔助酸法提取菜籽粕多糖，通過正交試驗優(yōu)化的最佳提取工藝：濃度0.3 mol/L 鹽酸溶液為提取劑，料液比 1∶25（g/mL），微波功率200 W，微波溫度60℃，微波時間8 min，該工藝條件下，多糖提取率達2.909 7%。張哲等[20]研究得到的微波輔助酸法提取菜籽粕多糖的最佳工藝為：以濃度0.3 mol/L的鹽酸溶液為提取劑，料液比1∶26（g/mL），微波功率200 W，微波溫度63℃，微波時間8 min，此提取工藝條件下，菜籽粕多糖提取率可達3.176 3%。微波輔助提取操作簡單易行，選擇性好，極大縮短提取時間，多糖提取率高，節(jié)能高效，是一種較為理想的菜籽多糖提取技術(shù)。但目前僅限于實驗室研究，工業(yè)化應(yīng)用還需解決微波設(shè)備的問題。

2 菜籽粕多糖的分離純化

采用上述工藝提取的菜籽粕多糖，常含有蛋白質(zhì)、色素、小分子物質(zhì)等多種雜質(zhì)，不僅影響產(chǎn)品外觀性狀，而且影響對多糖結(jié)構(gòu)、活性以及構(gòu)效關(guān)系的研究，更難以滿足實際應(yīng)用的需要，因此必須進一步純化，才能得到一定分子量范圍的相對均一的多糖[21]。目前，國內(nèi)有關(guān)菜籽粕多糖分離純化的研究不多，僅有Sevag法、酶-Sevag聯(lián)用、膜分離和常壓柱色譜法。沈敏等[22]比較研究了菜籽粕多糖的5種脫蛋白方法效果，發(fā)現(xiàn)木瓜蛋白酶-Sevag聯(lián)用法效果最好，得到的最佳條件為：溫度60℃，酶用量0.12%，反應(yīng)時間45 min，Sevag脫蛋白次數(shù)3次，該條件下，蛋白的脫除率為74.8%，多糖損失率為21.6%。朱建飛等[23]研究了菜籽粕多糖的大孔樹脂初步純化，發(fā)現(xiàn)所試的8種大孔樹脂中特1號樹脂脫蛋白脫色效果最好，多糖回收率最高。陳浩等[24]研究了堿提菜籽粕多糖的純化，首先采用Sevage法脫蛋白5次，再經(jīng)DEAE-Sephadex A-25柱層析（上樣50 mg），洗脫劑為4種不同濃度的NaCI溶液，洗脫流速5 mL/10 min，透析冷凍干燥后得到4個級分多糖RSPS-1、RSPS-2、RSPS-3和RSPS-4，得率分別為11.2%、56.92%、16.68%和15.20%。最后對4個級分多糖過Sephadex G-100柱層析（上樣10 mg），蒸餾水洗脫，流速5 mL/30 min，分析檢測初步判定RSPS-2、RSPS-3兩個級分多糖較純，含量也較高。黃梅英[25]也研究了堿提菜籽粕多糖的純化，通過500 kDa和3 kDa超濾膜脫蛋白（室溫、操作壓力0.3 MPa）、大孔樹脂脫色（樹脂∶多糖為0.2 g/mL，40℃下吸附2 h），再經(jīng)DEAE-纖維素柱層析分級，蒸餾水和不同濃度NaCI溶液洗脫（洗脫流速2.0 mL/min），最后過Sephadex G-100柱進一步純化（蒸餾水洗脫，洗脫流速3 mL/20 min），得到兩個較純的多糖組分RP1和RP2，得率分別為52.16%和23.78%。研究還發(fā)現(xiàn)經(jīng)500、3 kDa超濾膜脫蛋白效果好于Sevage法，而AB-8大孔樹脂脫色效果最好。劉貝貝[26]則研究了酸提菜籽粕多糖的純化，先采用截流分子量分別為100 kDa和50 kDa的中空纖維素超濾膜對多糖粗提液進行分級，再過DEAE-Sephadex A-25離子交換柱進一步分級，氯化鈉梯度洗脫，使中性多糖和酸性多糖較好地分離，純化效果顯著。綜上可知，不同方法提取的菜籽粕粗多糖因蛋白、色素等雜質(zhì)含量及種類不同，采用不同純化方法所達的純化效果不同，提示我們應(yīng)深入研究菜籽粕多糖的純化方法，根據(jù)提取方法恰當選擇純化方法，以實現(xiàn)最佳的純化效果。

3 菜籽粕多糖的功能活性

多糖作為與蛋白質(zhì)、核酸并列的生物大分子，研究[13，27-28]已表明具有多種功能活性。目前，國內(nèi)學者對菜籽粕多糖功能活性的研究。主要包括清除自由基、抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫功能、降血糖和對腸道益生菌的增殖作用等。

3.1 抗氧化活性

體內(nèi)過量的自由基會氧化損傷DNA、蛋白質(zhì)和核酸等生物大分子，引起人體衰老以及導(dǎo)致疾病的發(fā)生、發(fā)展[29]。菜籽粕多糖可有效清除自由基，具有抗氧化功能活性。目前國內(nèi)學者在該方面研究相對較多。馮睿[30]研究了菜籽粕多糖抗氧化活性，結(jié)果：化學模擬體系試驗表明，不同濃度的菜籽粕多糖均具有一定的還原能力和清除羥基自由基能力；體外抗氧化試驗表明，菜籽粕多糖對H2O2誘導(dǎo)小鼠紅細胞氧化溶血與自氧化溶血均有良好的抑制作用，可減少小鼠肝勻漿（malondialdehyde，MDA）以及誘導(dǎo)體系下MDA的生成，可減少肝線粒體腫脹及脂質(zhì)過氧化MDA的生成；體內(nèi)抗氧化試驗表明，菜籽粕多糖可減少小鼠體內(nèi)肝組織 MDA 的生成，提高（superoxide dismutase，SOD）和（glutathione peroxidase，GSH-Px）酶的活力。表明菜籽多糖具有一定的體內(nèi)外抗氧化活性。嚴奉偉等[31]研究發(fā)現(xiàn)菜籽多糖在體內(nèi)外均具有明顯的抗氧化作用，認為具有還原能力及對氧化酶的抑制活性可能是其抗氧化機制。雷紅等[32]以D-半乳糖亞急性人工衰老小鼠為模型，研究了菜籽粕多糖的體內(nèi)抗氧活性，發(fā)現(xiàn)灌胃給藥菜籽粕多糖高、低劑量組（400、200 mg/kg）4周后，可明顯降低小鼠模型肝腎組織中過高的MDA含量，上調(diào)其過低的SOD活性。表明菜籽粕多糖具有體內(nèi)抗氧化活性。孫漢臣[33]的體內(nèi)外試驗研究表明，菜籽粕多糖具有明顯的抗氧化活性。稅丹等[34]的研究表明，菜籽粕多糖具有一定的清除·OH、DPPH·能力及還原能力，且與多糖的質(zhì)量濃度正相關(guān)性。另外，趙強等[6]、魏行等[15]、王鑫[35]和張哲等[20]的研究均表明菜籽粕多糖具有良好的體外清除自由基能力。

3.2 抗腫瘤活性

腫瘤是目前嚴重危害人類健康的一大類疾病，現(xiàn)代醫(yī)學一直關(guān)注尋找高效、低毒的抗腫瘤藥物，諸多研究表明天然活性多糖恰好可滿足這種需求[36]。嚴奉偉等[37]通過接種S180細胞復(fù)制荷S180瘤小鼠模型，研究了菜籽粕多糖抑瘤活性，發(fā)現(xiàn)菜籽粕多糖能顯著提高荷瘤小鼠脾臟指數(shù)、巨噬細胞吞噬率與吞噬指數(shù)、脾細胞形成及血清溶血含量等指標，顯著抑制模型小鼠血清（lactate dehydrogenase，LDH）的活性，降低 MDA含量，提高紅細胞（catalase，CAT）活力，表明菜籽多糖具有抑制S180肉瘤作用。推測其抑制腫瘤機理可能主要是通過增強免疫功能實現(xiàn)。劉貝貝[26]的研究表明，給小鼠灌胃菜籽多糖10 d后，可明顯減少小鼠體內(nèi)肝組織中MDA的生成，提高小鼠血清中SOD活力和GSH-Px活力，從而保護細胞結(jié)構(gòu)和功能，起到防衰老、抗腫瘤作用。朱建飛等[38]的研究也表明從菜籽粕中提取純化得到的WPS-1多糖具有顯著的抗腫瘤活性。綜上可知，菜籽粕多糖具有一定的抗腫瘤活性，但目前國內(nèi)相關(guān)研究有限，亟需加強。

3.3 調(diào)節(jié)免疫功能

天然多糖最重要的功能活性就是免疫調(diào)節(jié)功效，菜籽粕多糖同樣具有這種功能。趙榮敏[39]以小鼠為試驗對象，從免疫器官質(zhì)量、腹腔巨噬細胞、溶血素抗體生成方面研究了菜籽餅粕多糖對小鼠免疫功能的影響，結(jié)果表明：菜籽餅粕多糖可以提高小鼠的胸腺指數(shù)、脾臟指數(shù)，能促進小鼠腹腔巨噬細胞的增殖和溶血素的生成，具有一定的免疫調(diào)節(jié)功能。孫漢臣等[40]以小白鼠為試驗動物，研究了菜籽多糖的免疫調(diào)節(jié)功能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以50 mg/kg～200 mg/kg劑量的菜籽多糖給小鼠灌胃30 d后，可提高小鼠胸腺指數(shù)、脾臟指數(shù)和吞噬指數(shù)，促進小鼠溶血空斑和溶血素的形成，顯著促進脾淋巴細胞和腹腔巨噬細胞的增殖，表明菜籽粕多糖具有免疫調(diào)節(jié)作用。朱建飛等[41-42]分別研究了菜籽粕多糖WPS-1對小鼠模型脾淋巴細胞和腹腔巨噬細胞免疫功能的影響，通過四唑鹽比色法[3-（4，5-dimethyl-2-thiazolyl）-2，5-diphenyl-2-H-tetrazolium bromide，thiazolyl blue tetrazolium bromide，MTT]檢測發(fā)現(xiàn)，菜籽粕多糖WPS-1能促進T淋巴細胞和巨噬細胞增殖，且量效關(guān)系明顯，WPS-1濃度為40 μg/mL時增殖效果最佳，表明菜籽粕多糖WPS-1具有免疫調(diào)節(jié)作用。雷紅等[32]研究表明，菜籽餅粕多糖可提高D-半乳糖人工衰老模型小鼠機體的保護性免疫反應(yīng)，抑制破壞性免疫反應(yīng)，具有免疫調(diào)節(jié)作用。

3.4 降血糖作用

糖尿病是由機體內(nèi)代謝紊亂產(chǎn)生的疾病。隨著人們生活水平的提高，肥胖發(fā)生率的增加，糖尿病的發(fā)病率也逐年增長，已嚴重影響人體健康，妨礙人們的正常生活。試驗證明菜籽粕多糖具有降血糖作用。嚴奉偉等[43]以四氧嘧啶致糖尿病小鼠為模型，研究了菜籽粕多糖的降血糖作用，發(fā)現(xiàn)每天給小鼠腹腔注射菜籽粕多糖400 mg/kg，12 d后，糖尿病小鼠血糖下降24.62%，而對正常小鼠血糖無顯著影響；且能顯著增加糖尿病小鼠胸腺與脾臟指數(shù)、提高其血清抗活性氧能力、降低其肝勻漿MDA含量，表明菜籽粕多糖對糖尿病小鼠具有降血糖功效。有關(guān)研究雖已表明菜籽粕多糖可降血糖、防治糖尿病，但目前國內(nèi)相關(guān)研究很少，還待加強。

3.5 對益生菌的增殖作用

人體腸道內(nèi)的益生菌能促進消化和營養(yǎng)吸收，與人體健康狀況密切相關(guān)[44]。菜籽多糖能促進益生菌增殖，有益于人體健康。王霄[44]通過體外培養(yǎng)的方法研究了菜籽粕多糖對嬰兒雙歧桿菌、青春雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌的增殖作用，發(fā)現(xiàn)伴隨供試菌數(shù)量增加，培養(yǎng)基的pH值相應(yīng)降低，說明菜籽多糖已被供試益生菌代謝利用，產(chǎn)生了有機酸，表明菜籽多糖對益生菌具有明顯的增殖效果，有好的益生元效應(yīng)。王鑫[35]的研究表明，菜籽多糖及其硫酸化和乙?；瘜W修飾的多糖對腸道益生菌均有增殖作用，且經(jīng)修飾的比未修飾的菜籽多糖更容易被益生菌所利用，對益生菌的增殖效果更明顯。黃梅英[25]的研究發(fā)現(xiàn)，菜籽粕多糖能夠抵抗模擬胃液和α-淀粉酶的水解，不易被人體上消化道消化吸收，大部可到達大腸被腸道益生菌所利用，促進益生菌增殖。

4 結(jié)語與展望

隨著糖生物學的發(fā)展，天然活性多糖的研究日益受到人們的廣泛關(guān)注。菜籽粕多糖作為一種從菜籽粕中提取的生物活性物質(zhì)，具有多種功能活性，既可作為藥物使用，又可作為保健品開發(fā)，應(yīng)用前景誘人。目前國內(nèi)對菜籽粕多糖的相關(guān)研究不少，也取得一定成果，但相對而言，既缺研究的廣度，更缺研究的深度，菜籽多糖的提取純化工藝僅限于實驗室研究，遠未達到開發(fā)應(yīng)用的基本要求；菜籽多糖一些功能活性研究未有涉及，作用機制尚未明確；其功能活性的研究多為體外研究，少有體內(nèi)研究、缺乏臨床應(yīng)用數(shù)據(jù)；功能活性的量效關(guān)系、構(gòu)效關(guān)系還有待理清。因此，菜籽粕多糖未來的研究，一方面可參考、借鑒其它天然產(chǎn)物中多糖的提取純化的成熟工藝技術(shù)，創(chuàng)新菜籽粕多糖提取純化工藝，實現(xiàn)菜籽粕多糖的高效提取純化，一方面多角度深入開展菜籽粕多糖功能活性和臨床應(yīng)用研究，明晰其作用機制，理清其量效關(guān)系、構(gòu)效關(guān)系，進而為菜籽粕多糖的開發(fā)應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)，實現(xiàn)菜籽粕多糖理論指導(dǎo)下的開發(fā)應(yīng)用，達到菜籽粕多糖的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，讓菜籽粕產(chǎn)生更大的經(jīng)濟、社會效益，使菜籽粕多糖在促進人類健康中發(fā)揮積極作用。