多糖提取純化、化學修飾和抗氧化性研究進展

孟舒昱　滅里別提·阿達力汗　夏依旦木·努爾買買提　阿迪萊·蘇來曼　木力德爾·合德爾拜　陳春麗

摘要：多糖憑借其活性大、毒性低、天然、來源廣等優(yōu)點，已成為近年來人們研究的熱點，對目前多糖的提取與分離純化、化學結(jié)構(gòu)修飾方法以及抗氧化活性研究進展進行了綜述。

關(guān)鍵詞：多糖;提取與分離純化;化學結(jié)構(gòu)修飾

中圖分類號：R284.2? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）02-0005-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.02.001? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Advances in extraction，purification，chemical modification and

antioxidant activity of polysaccharides

MENG Shu-yu，MERWERT·Adalhan，XIAYIDA·Nurmamate，ADELE·Suleiman，MULLIDER·Hederbai，CHEN Chun-li

（College of Pharmacy，Xingjiang Medical University，Urumqi 830001，China）

Abstract： Polysaccharide has become a hot research topic in recent years because of its high activity， low toxicity， natural， wide source and so on. The extraction， purification， chemical structural modification and antioxidant activity of polysaccharide are reviewed.

Key words： polysaccharide; extraction and purification; chemical structural modification

多糖是由至少10個以上單糖組成的高分子碳水化合物，廣泛分布于動植物界和微生物界，是機體能量的主要來源[1]。研究發(fā)現(xiàn)，多糖有抗腫瘤、抗氧化、抗炎、促進免疫細胞分泌、抗凝血等作用，且多糖具有來源廣、提取天然、毒性低、副作用小等優(yōu)點，已成為研究者的研究熱點。本文對多糖的提取分離、純化、化學結(jié)構(gòu)修飾以及抗氧化活性研究進度4個方面進行概述，以期為這方面的研究提供參考。

1? 多糖的提取

多糖具有分子量大、結(jié)構(gòu)復雜、合成困難、提取困難等特點。提取的多糖純度越高，后續(xù)研究效率越高，故提取多糖成為了研究多糖的基礎。多糖是極性大分子、易溶于熱水、難溶于有機物，除傳統(tǒng)的熱水提取法外，還有微波輔助提取法、超聲波輔助提取法、酶法提取等輔助方法。

1.1? 熱水提取法

熱水提取法是多糖傳統(tǒng)的提取方法，該法利用了多糖的水溶性，在熱力學分子作用力下，細胞質(zhì)壁分離，多糖透過細胞壁散布于水中，提取液經(jīng)濃縮、反復沉降后，最終得到粗多糖[2，3]。熱水提取法應用廣泛，該法已應用于香菇多糖、茶多糖、南瓜多糖等的提取[2，4，5]。熱水提取法的影響因素一般有浸取溫度、提取次數(shù)、提取時間、液料比等，優(yōu)化多糖提取工藝是提高得率的關(guān)鍵[3]。為了提高多糖得率，通常還會向水溶液中加入一定的酸、堿等，有時還會施加高壓來輔助提取[2，6]。

1.2? 微波輔助提取法

微波輔助提取法的原理是利用微波能的加熱效應，加速溶劑對物料的溶解，該法有較好的選擇性。微波輔助法有縮短提取時間、減少溶劑用量、促進有效溶劑溶出的優(yōu)點，常應用于多糖的提取[7]。如黃芪多糖的提取，結(jié)果表明，微波輔助提取法提取黃芪多糖最優(yōu)條件為固液比1∶40（g∶mL）、提取時間8 min、提取功率400 W、pH 8.5，在此提取條件下，黃芪多糖提取率可達79.912 mg/g[8]。在月見草葉多糖的提取中，微波輔助提取法提取率可達3.54%[9]。

1.3? 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取法的原理為利用超聲波對細胞進行破壁，加快細胞內(nèi)容物的釋放，從而提高提取效率，此方法具有操作簡單、易于控制、時間短、收率高的優(yōu)點，常用于多糖的提取[7]。如古尼蟲草多糖的提取，用此法可使提取率達到1.82%[10]。

1.4? 酶法提取

酶具有特異性強、選擇性高的特點。酶提取法具有條件較溫和、產(chǎn)物提取率高、提取時間短且易控制的優(yōu)點，常與其他方法結(jié)合用于提取多糖[7]。如百合多糖的提取，在最佳條件（溫度50 ℃、pH 7.0、酶解反應時間90 min）下，提取率為31.03%，是傳統(tǒng)的熱水提取法的3.58倍[11]。采用纖維素酶法提取山銀花多糖，在最佳條件（酶解時間80 min、液料比14.6 mL/g、酶解pH 5.2、酶添加量8.0 mg/mL）下，多糖得率為16.05%[12]。纖維素酶法還可與超聲波法結(jié)合顯著提高提取率，如輪葉黨參多糖的提取，在最佳試驗條件（酶解溫度45 ℃、加酶量0.7%、pH 4.5、酶解時間3 h、超聲功率147 W、超聲時間15 min、超聲溫度36 ℃）下，提取率可達11.77%[13]。

2? 多糖的分離純化

經(jīng)過初步提取的多糖通常為粗多糖，常含有油脂、蛋白質(zhì)、色素等雜質(zhì)，而且相對分子質(zhì)量分布較寬[14]。為了進一步研究其性質(zhì)，還需要將多糖進行純化，常用的方法為大孔樹脂柱層析法、離子交換層析法、溶劑法等，而且通常情況下需要采用多種方法聯(lián)合來純化多糖。如張云俠[15]綜合運用了DEAE-52陰離子交換層析法、凝膠柱層析法來純化平菇多糖，最終得到PSPO-1a和PSPO-4a兩種均一性多糖。

2.1? 大孔樹脂柱層析法

大孔樹脂，又稱全多孔樹脂，屬于聚合物吸附劑，它是一類以吸附為特點，對有機物具有濃縮、分離作用的高分子聚合物。其原理是依靠與被吸附物質(zhì)之間的范德華力，增大比表面進行物理吸附，使有機化合物根據(jù)吸附力及其分子量大小，可以經(jīng)一定溶劑洗脫分開而達到分離、純化、除雜、濃縮等不同目的。不同的樹脂類型對多糖的純化效果不同，如肖珊等[16]用不同型號（HPD300、AB-8、HPD100、DM301、D101）的大孔樹脂對枸杞多糖的純化進行了研究，結(jié)果表明，在同等條件下，HPD300大孔吸附樹脂對枸杞多糖的除雜率和保留率較為理想。

2.2? 離子交換層析法

離子交換層析法是常用的多糖純化方法，此法可分離具有不同帶電荷性質(zhì)的多糖，尤其適用于中性、酸性以及黏多糖的分級，此方法操作簡便、上樣量大、適合大規(guī)模多糖的分級，其常用層析材料為DEAE纖維素[17-19]。張濤等[20]采用了DEAE纖維素離子交換柱法對黨參多糖進行了純化分級，得到2種子級分多糖，產(chǎn)率分別為30.6%和19.8%。

2.3? 葡聚糖凝膠柱層析法

葡聚糖凝膠柱層析法是凝膠柱層析法的其中一種，其原理是利用分子大小進行層析，分子大的先析出，分子小的在層析柱中停留時間長而后析出[21]。此法常與纖維素柱層析法合用，如連紫宛等[22]用DAEA-52纖維離子交換柱對雪靈芝粗多糖AKP進行了純化分離，得5個分離組分AKP-1～AKP-5，并將AKP-2用葡聚糖凝膠G-75柱進行進一步純化分離，得到AKP-2a，采用苯酚硫酸法測定了AKP、AKP-2、AKP-2a總含糖量，分別為52%、70%和79%，結(jié)果表明，葡聚糖凝膠柱層析法與纖維素離子交換柱法結(jié)合可提高純化分離后的含糖量。除與纖維素柱層析法結(jié)合外，此法還可與瓊脂糖凝膠層析法結(jié)合，這兩種方法原理相同，用于分離分子量大小不同的多糖。如常清泉[23]利用葡聚糖凝膠層析法和纖維素柱層析對軟棗獼猴桃莖多糖、軟棗獼猴桃葉多糖、狗棗獼猴桃莖多糖、狗棗獼猴桃葉多糖進行純化分離，得到8個均一多糖組分。

2.4? 溶劑法

溶劑法又稱為分級沉淀法，將粗多糖溶解于去離子水中，并向其加入適當?shù)娜軇苟嗵浅恋?，雜質(zhì)溶于母液中，然后離心，過濾得到純多糖，常用溶劑為（NH4）2SO4、乙醇等。如闕志強等[24]采用了（NH4）2SO4溶液純化蘆薈粗多糖，并經(jīng)過透析除去（NH4）2SO4，冷凍干燥后得到蘆薈多糖。乙醇還可與硫酸銨組成雙相水體系用于分離多糖。于萍[25]在最佳條件（17%硫酸銨、27.9%乙醇、30 ℃、pH 3.22）下，對灰樹花多糖進行了分離，得到純度為66.7%的灰樹花多糖。

3? 多糖的化學結(jié)構(gòu)修飾

多糖糖苷鍵的類型、主鏈的構(gòu)型、支鏈的性質(zhì)是影響多糖活性的主要因素。如香菇多糖和淀粉均是以葡聚糖為主鏈的多糖， 但香菇多糖有抗腫瘤的活性而淀粉沒有，其原因是香菇多糖糖苷鍵構(gòu)型為（1，3）而淀粉為（1，4）[26]。多糖自身的結(jié)構(gòu)可以影響多糖的提取條件以及生物活性，改變其化學結(jié)構(gòu)可以提高提取率、增強活性以及靶向性，故化學修飾成為研究多糖的又一方向。目前，常用的方法有乙?；⒘蛩峄?、羧甲基化、黃酰化、硒化等，可根據(jù)不同的多糖選擇適當?shù)男揎椃椒?，可提高其產(chǎn)物活性。

3.1? 硫酸化

多糖的硫酸化就是讓糖羥基上帶有硫酸根，常用的方法有濃硫酸法、三氧化硫-吡啶法和氯磺酸-吡啶法等[27]。其原理為讓溶于一定溶劑系統(tǒng)中的多糖與相應的硫酸化試劑在一定條件下反應，使得多糖殘基上的某些羥基接上硫酸基團[28]。硫酸化能夠提高多糖的產(chǎn)率和生物活性，結(jié)果表明，硫酸化后的多糖比硫酸化前的多糖具有更高的氧化活性，如硫酸化前，多糖對羥基自由基的清除率為41%，硫酸化后則提高到75%[29]。肝素是一種硫酸多糖，利用肝素和硫酸化多糖相似的結(jié)構(gòu)，硫酸化后的多糖能夠提高抗凝血活性[30]，如楊鐵虹等[31]研究了硫酸化對當歸多糖抗凝血活性的影響，結(jié)果表明，當歸多糖硫酸化前，凝血時間為（6.44±2.42） h，硫酸化后凝血時間縮短為（1.95±1.56） h。多糖的硫酸化修飾可提高抗病毒活性，如劉旭[32]用水煎醇沉法從板藍根飲片中提取板藍根總多糖（IRPSt），并分離得到3種分級多糖IRPS1、IRPS2、IRPS3，采用氯磺酸-吡啶法對IRPS2進行硫酸化修飾，結(jié)果顯示硫酸化后的多糖抗病毒活性明顯高于未硫酸化的多糖。硫酸化還能夠提高多糖的溶解性，如烏龍茶多糖在硫酸化前溶解率為4.8 mg/mL，硫酸化后提高到6.8 mg/mL[33]。

3.2? 乙?；?/p>

乙?；揎検侵付嗵侵ф溕狭u基被乙?；鶊F取代，該法使多糖結(jié)構(gòu)伸展，讓更多的羥基暴露，使其在水中的溶解度增加，并提高其活性，是一種常用的多糖修飾方法[34]，常用試劑為乙酸酐。乙?；軌蛟鰪姸嗵堑目寡趸钚?、抗腫瘤活性以及免疫調(diào)節(jié)活性，如邵珠領等[35]在氫氧化鈉水溶液中加入不同體積的乙酸酐制備了乙?；瘶搴挚拙嗵牵Y(jié)果表明隨著乙?；〈鹊脑鰪姡淇寡趸钚灾饾u增強。彭天元等[36]對枸杞多糖（LBP）進行乙?；揎椀玫狡溲苌風BPa，并考察了LBP和LBPa對腫瘤細胞的抑制率、脾臟指數(shù)、胸腺指數(shù)、白介素（LI-2）、血清腫瘤壞死因子（TNF-α）的影響，結(jié)果表明，LBPa可顯著抑制H22腫瘤細胞增殖，提高小鼠的抗腫瘤能力和抗氧化性，且LBPa的抗氧化效果優(yōu)于陽性對照組維生素C和LBP。潘欣欣等[37]用乙酸酐法制備3種乙酰化修飾產(chǎn)物SLAMP-a1、SLAMP-a2、SLAMP-a3，結(jié)果表明，SLAMP-a1具有顯著地促進脾細胞增殖作用。

3.3? 羧甲基化

羧甲基化是將多糖與酸或羧酸衍生物的醚化，向多糖鏈上引入羧甲基[38]。羧甲基化的方法主要有水媒法和溶媒法，但由于水媒法的副反應較多，因此一般采用溶媒法。羧甲基化能夠增強多糖的抗氧化活性，如李霞等[39]將腸滸苔多糖用氫氧化鈉-氯乙酸的化學反應體系進行羧甲基化，得到不同取代程度的羧甲基化多糖，研究發(fā)現(xiàn)甲基化后，腸滸苔多糖對超氧陰離子的清除能力有大幅度提高，證明羧甲基化能夠增強多糖的抗氧化活性。羧甲基化除可增強多糖抗氧化性外，還可增強多糖對化學性肝損傷的保護作用，如王杏[40]將桑葚多糖MFP-1進行羧甲基化修飾后得C-MFP-1，在建立小鼠急性肝損傷模型后，給小鼠灌胃不同濃度的MFP-1和C-MFP-1，結(jié)果顯示，預先灌胃高濃度的MFP-1和C-MFP-1時，小鼠肝細胞的MDA值分別降為21.35±8.58和19.45±9.86，與空白對照組有顯著差異，多糖羧甲基化后能增強對肝細胞的保護能力（MDA值可反映細胞損傷程度，數(shù)值越高損傷程度越大）。

3.4? 硒化

硒化是利用多糖鏈上的羥基、氨基等活性基團與硒化試劑中的含硒化合物結(jié)合，從而將無機硒通過共價鍵接合在糖鏈上，形成硒多糖[41]。其主要方法有化學合成法、植物轉(zhuǎn)化法、微生物轉(zhuǎn)化法等。硒是生命活動的必需元素，硒化修飾能夠改善多糖的生物活性。如連科迅[42]采用HNO3-Na2SeO3法對新疆烏拉爾甘草多糖（SeGUP）進行硒化修飾，結(jié)果表明，硒化后多糖的抗炎和免疫調(diào)節(jié)效果優(yōu)于未硒化的多糖。胡成等[43]采用亞硒酸鈉將腫節(jié)風浸膏殘渣粗多糖進行硒化，硒化后腫節(jié)風浸膏殘渣多糖比硒化前具有更高的抗腫瘤活性。

4? 多糖的抗氧化性研究

4.1? 對H2O2誘導HepG2細胞保護作用的影響

H2O2進入HepG2肝癌細胞后可形成高活性的自由基，引起脂質(zhì)過氧化等反應，破壞細胞結(jié)構(gòu)，引起細胞衰老。謝苗苗等[44]研究發(fā)現(xiàn)，HepG2在H2O2的作用下存活率為78.30%，加入1 000 μg/mL的金釵石斛多糖后，HepG2的存活率可達107.8%，結(jié)果表明，金釵石斛多糖能降低H2O2對HepG2的影響，從而起到抗氧化作用。

4.2? 對OH·的清除作用

OH·是一種自由基，它能增強生物膜的通透性，從而加速細胞老化。多糖能夠清除OH·，從而起到抗氧化作用。李容等[45]研究發(fā)現(xiàn)，硫酸化的川木瓜多糖在濃度為3 mg/mL時，對OH·的清除率可達 87.92%。李榮芷等[46]用MDA-TBA法測定了靈芝多糖對OH·清除效果，結(jié)果顯示，靈芝多糖GLA、GLB、GLC對其清除率分別可達66.7%、57.6%、45.4%。孫玉姣等[46]考察了4種枸杞多糖組分（LBP1、LBP2、LBP3、LBP4）的抗氧化活性，結(jié)果表明，4種多糖均對OH·有良好的清除效果，其中效果最好為LBP4。除此之外，山銀花多糖[12]、山霍石斛多糖[48]、月見草葉粗多糖[9]等均可清除OH·。若采用特殊方法提取多糖，還可增強多糖對OH·的清除作用。滕利榮等[11]研究發(fā)現(xiàn)，用酶法提取的百合多糖對OH·有顯著的抑制作用，而水提多糖無此作用。

4.3? 調(diào)節(jié)核酸和蛋白質(zhì)代謝平衡

核酸和蛋白質(zhì)是生命活動的基礎，故其代謝對生命有重要影響，有研究發(fā)現(xiàn)老年人的核酸代謝和蛋白質(zhì)代謝能力較低，修復能力差，錯誤的核酸和蛋白質(zhì)增多，促進衰老[46]。而多糖能夠調(diào)節(jié)核酸和蛋白質(zhì)的代謝，從而起到抗氧化的作用。如靈芝多糖，能促進骨髓、血清、肝臟的蛋白質(zhì)和核酸合成，并能一定程度上增加小鼠干細胞P450的含量[46]。

4.4? 抑制H2O2對血紅細胞氧化溶血的作用

H2O2可誘導血紅細胞氧化溶血，導致機體衰老，而多糖能夠抑制這一過程，如百合多糖。滕利榮等[11]取生理鹽水和不同濃度的多糖溶液分別加入混有H2O2的紅細胞懸濁液，結(jié)果表明，多糖能顯著抑制H2O2對血紅細胞氧化溶血的作用，且用酶法提取的多糖對紅細胞溶血的抑制效果大于水提多糖。

4.5? 對血清、肝臟組織中SOD、GSH-Px酶活性和MDA含量的影響

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在衰老機體中，血清和肝臟組織中的超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）酶活性均下降，MDA含量增多。多糖具有增強SOD、GSH-Px酶的活性、抑制MDA含量的作用，能有效減輕氧化損傷，梁啟超等[49]對玫瑰多糖進行了體內(nèi)抗氧化活性研究，研究結(jié)果顯示，與衰老模型組相比多糖高劑量組血清和肝組織的SOD活性分別提高了18.17%、20.30%，GSH-Px活性分別提高了33.89%、33.32%，MDA含量降低了5.77%、39.72%，證明玫瑰多糖有增強SOD、GSH-Px活性和降低MDA含量的作用，能有效減緩機體氧化衰老。

4.6? 對超氧離子自由基的清除作用

超氧自由基是一種人體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧自由基，能引發(fā)體內(nèi)脂質(zhì)過氧化，加快從皮膚到內(nèi)部器官整個肌體的衰老過程[50]。多糖可清除超氧自由基，起到抗氧化作用，如枸杞多糖，在多糖濃度為3 mg/mL時，LBP4對超氧離子自由基的清除率可達85.13%± 1.55%[47]，山銀花多糖[12]、山霍石斛多糖均對超氧離子自由基有一定的清除作用[48]。

4.7? 對DPPH自由基的清除作用

DPPH又名1，1-二苯基-2-三硝基苯肼，是一種有效的自由基捕獲劑。研究發(fā)現(xiàn)，枸杞多糖對DPPH自由基有清除效應，其中最強的是LBP1，在多糖濃度為3 mg/mL時，對DPPH自由基的清除率可達80.41%±2.14%[47]。除此之外，當山銀花多糖濃度為3.0 mg/mL時，其對DPPH自由基的半數(shù)抑制濃度可達0.941 mg/mL[12]，當月見草葉多糖質(zhì)量濃度為3.5 mg/mL時，其對DPPH自由基的清除率可達40.58%[9]，當升麻多糖濃度達1.6 mg/mL時，其對DPPH自由基的清除率可達67.94%[50]。

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收稿日期：2019-04-20

基金項目：新疆醫(yī)科大學2018年大學生創(chuàng)新訓練計劃項目（CX2018019）

作者簡介：孟舒昱（1997-），女，湖北武漢人，在讀本科生，研究方向為藥學，（電話）15827539426（電子信箱）1036909209@qq.com;通信作者，

陳春麗，副教授，主要從事新疆特色藥材研究與開發(fā)，（電子信箱）89056543@qq.com。