果蔬多糖研究進(jìn)展

孟曉峰，東莎莎，馬超，張明，楊立風(fēng)，范祺，王崇隊(duì)，張博華，葛邦國

（中華全國供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南 250014）

健康人體需要充分合理的膳食營養(yǎng)供應(yīng)，而果蔬是人們?nèi)粘ｏ嬍持胁豢扇鄙俚囊徊糠?。天然果蔬中含有豐富的生物活性成分，如膠原蛋白、礦物質(zhì)、多糖類成分、纖維素和維生素等，對(duì)人體健康有利。多糖是一類重要的保健食品功能因子，目前研究多集中于藥用植物多糖和真菌多糖[1]，而對(duì)日常食用的果蔬多糖的研究相對(duì)較少。近年來實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了多種果蔬多糖的提取研究，包括南瓜多糖、苦瓜多糖、沙棘多糖、大棗多糖、無花果多糖、獼猴桃多糖、余甘多糖、番石榴多糖、木耳多糖、香菇多糖等。研究發(fā)現(xiàn)具有開發(fā)研究潛力的果蔬多糖還有羅漢果多糖、荔枝多糖、枇杷多糖、枸杞多糖等[2]。果蔬中富含的多糖類成分可以促進(jìn)人體新陳代謝、促進(jìn)排便、延緩衰老[3]、降血糖[4]、抗腫瘤，還可以預(yù)防心腦血管疾病、骨質(zhì)疏松癥、老年癡呆、貧血癥及眼部疾病等，且這些營養(yǎng)成分純天然、無毒副作用、易被人體消化吸收。

多糖是植物重要的化學(xué)組成成分，如何將多糖從植物中提取出來、簡化提取工藝、提高多糖得率是植物多糖應(yīng)用的關(guān)鍵[5-6]。本文分析了目前果蔬多糖提取、純化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景，以期為果蔬多糖產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、果蔬的精深加工和資源的開發(fā)利用提供參考。

1 果蔬多糖的成分與分類

多糖與核酸、蛋白質(zhì)、脂類三大營養(yǎng)物質(zhì)構(gòu)成了維持人體生命活動(dòng)的四大物質(zhì)，對(duì)生命活動(dòng)起至關(guān)重要的作用。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)雜且龐大的糖類物質(zhì)。按單糖種類分，多糖類成分分為雜多糖和同多糖[7]，提取純化方式不同，得到的多糖組成中單糖成分的含量也有所不同。按多糖來源的果蔬種類分，果蔬多糖可分為果菜類多糖（如苦瓜多糖）、核果類多糖（如紅棗多糖）、根莖類多糖（如大蒜多糖）、漿果類多糖（如藍(lán)莓多糖）、仁果類多糖（如軟棗獼猴桃多糖）、其他類多糖（如蓮子多糖）等。按照多糖具有的某種獨(dú)特的生理活性成分可以分為無活性多糖和活性多糖，無活性多糖不具有特定的生理活性成分，活性多糖具有特定的生理活性成分[8]，且主鏈葡聚糖清晰，側(cè)鏈分支適中，溶解性好，分子量適中[6]；單糖上的活性羥基被磷酸基團(tuán)、硫酸基團(tuán)、甲基化基團(tuán)等功能團(tuán)取代，取代度適中；高級(jí)結(jié)構(gòu)具有特定的有序空間構(gòu)象[9]。

2 果蔬多糖提取純化工藝

提取純化技術(shù)是果蔬多糖進(jìn)一步應(yīng)用與開發(fā)的基礎(chǔ)，該技術(shù)的成熟與否直接影響多糖提取的純度，進(jìn)而影響其活性功能。因此，研究和開發(fā)更為有效的果蔬多糖提取純化技術(shù)對(duì)果蔬多糖的開發(fā)具有重要意義。

2.1 果蔬多糖粗提取

果蔬多糖粗提取工藝常用的有浸提法、酶解法、超聲波提取法和微波輔助法等[10]。

2.1.1 熱水提取法

熱水提取法多用于植物多糖的提取，利用熱力作用使細(xì)胞質(zhì)壁分離，水滲入細(xì)胞溶解其中的物質(zhì)，通過擴(kuò)散作用擴(kuò)散到外部。該方法操作簡單、成本低，但耗時(shí)長、溫度高，提取率受料液比、提取溫度、提取時(shí)間等因素影響。王濤等[1]采用該法優(yōu)化了山藥多糖的提取工藝，得出最佳提取條件為提取時(shí)間3.5 h，溫度85 益，乙醇濃度85%，液料比為1:60（mL/g），該條件下多糖提取率達(dá)5.39%。

2.1.2 酶解法

酶解法是利用酶催化水解細(xì)胞壁和壁蛋白，破壞細(xì)胞壁，加快了生物活性物質(zhì)釋放[1]。在溫和條件下酶使植物組織更好地溶出多糖組分，與化學(xué)試劑提取相比，酶解法提取條件溫和、無污染、操作簡單。但有些酶在水解淀粉的同時(shí)也對(duì)多糖有水解作用[1]。因而，在選擇酶的種類時(shí)要慎重。費(fèi)玉婷等[1]探究了酶法提取紅棗多糖的最佳工藝，得出0.2%纖維素酶、提取溫度55 益、提取時(shí)間3 h、pH7.0 時(shí)，多糖提取率為5.66%。

2.1.3 超聲波輔助提取

超聲波輔助提取是利用超聲波振動(dòng)的機(jī)械作用、空化作用、熱效應(yīng)破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，從而快速釋放細(xì)胞內(nèi)的多糖[15]。超聲波輔助提取法提取效率高、操作簡單、提取溫度低，但超聲波功率不宜過高，否則會(huì)對(duì)多糖分子結(jié)構(gòu)及特性產(chǎn)生負(fù)面影響，長時(shí)間作用破壞物質(zhì)活性[16]。王曉敏等[17]利用超聲波輔助法提取香菇多糖，研究得出，超聲功率800 W，超聲40 min，60 益水浴30 min，提取2 次后多糖提取率可達(dá)15.23%。

2.1.4 超濾膜分離技術(shù)

超濾作為一種新型的分離技術(shù)，多用于食用菌多糖的分離與純化，得率高且多糖極少被破壞，具有能耗低、分離效率高、工藝簡單等優(yōu)勢(shì)。通過研究不同膜材料的超濾分離效果以及超濾工作曲線，確定合適的生產(chǎn)工藝，將有效降低食用菌加工企業(yè)的環(huán)境污染負(fù)荷及能源消耗、提高產(chǎn)品品質(zhì)，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)手段。

2.1.5 不同提取方法的比較

果蔬多糖的粗提取方法除了傳統(tǒng)的溶劑浸提法外，還有酶輔助法、超聲波輔助法、微波輔助法[1]、超臨界CO2萃取法等方法，這些提取方法有不同的工作原理和特點(diǎn)。果蔬種類繁多，不同果蔬提取多糖的最佳方法和工藝條件不同；同種果蔬，使用不同提取方法獲得的多糖提取率有所不同，對(duì)多糖的性質(zhì)亦有影響[19]。如林勤保等[20]發(fā)現(xiàn)水提取、超聲波提取、微波提取3 種方法中，微波法是提取大棗多糖的最佳方法，其提取時(shí)間最短、提取率最高（1.14%）；趙晨溟等[21]研究了不同提取法對(duì)龍眼多糖的提取率、還原力、DPPH 自由基清除率、單糖組成的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)酶法提取的龍眼多糖提取率最高、抗氧化性最差，堿法提取的提取率最低、抗氧化性最好，不同提取方法所得多糖的單糖組成差異較大，水提法、酸法、酶法、超聲法所得多糖的葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（64.04%、51.33%、55.70%、56.84%)，堿法提取的多糖半乳糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高（42.15%）。

2.2 果蔬多糖的純化

通過多糖粗提取方法破碎細(xì)胞壁、溶劑提取、沉淀得到的多糖為粗多糖，常含有大分子蛋白質(zhì)和色素等雜質(zhì)，因此，有必要對(duì)其作進(jìn)一步純化，從而獲得高純度的果蔬多糖。為滿足果蔬多糖的生理活性研究及其開發(fā)利用，需要對(duì)果蔬多糖作純化處理。常用的果蔬多糖純化方法有Sevag 法、三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）法、離子交換法、聚酰胺法等，脫除大分子蛋白、色素等雜質(zhì)。

2.2.1 脫蛋白

在多糖中大部分蛋白的存在影響了多糖的純度，降低了其功能和作用，因此需要脫除多糖中含有的大分子蛋白。這種蛋白以游離狀態(tài)存在，還有一部分與糖基結(jié)合，也就是糖蛋白。目前常用的脫蛋白方法有Sevag 法、TCA 法、胰蛋白酶法等。

Sevag 法去除的是多糖中的游離蛋白，對(duì)于結(jié)合蛋白一般不易去除。藥理試驗(yàn)表明，糖結(jié)合蛋白也具有一定活性。所以，除蛋白一般是除去游離蛋白。Sevage 法利用蛋白質(zhì)在氯仿等有機(jī)溶劑中變性而不溶于水的特性，離心除去蛋白質(zhì)，此法對(duì)多糖性質(zhì)的影響較小，但提取效率較低。三氯乙酸法的原理是蛋白質(zhì)中的疏水基團(tuán)可以與三氯乙酸反應(yīng)，使蛋白質(zhì)變性而相互凝聚沉淀[22]，離心去除，此法操作簡單但酸性強(qiáng)，可能引起多糖的降解。酶解法是采用蛋白酶分解蛋白質(zhì)達(dá)到去除蛋白質(zhì)的效果，具有反應(yīng)條件溫和、提取效率高的特點(diǎn)。

苗慧琴等[23]比較了Sevag 法、TCA 法、胰蛋白酶法等對(duì)山藥塊莖多糖脫蛋白的效果，結(jié)果表明胰蛋白-TCA聯(lián)用法脫蛋白的效果最好，使用0.4 mL 胰蛋白酶和質(zhì)量分?jǐn)?shù)6% TCA 在pH 7.5、溫度37 益條件下酶解45 min，蛋白質(zhì)脫除率、多糖保留率分別為87.25%和92.48%，且試驗(yàn)操作簡單、耗時(shí)短。羅瑩等[24]研究了Sevag 法、酶法+Sevag 法、木瓜蛋白酶法、胰蛋白酶法、復(fù)合蛋白酶法5 種方法對(duì)大棗多糖的脫蛋白效果，經(jīng)比較得知復(fù)合酶法效果最佳，其最佳工藝條件為木瓜蛋白酶與胰蛋白酶比例為1:1、復(fù)合酶濃度為加入粗多糖質(zhì)量的5.3%、反應(yīng)溫度為55 益、反應(yīng)時(shí)間為3.3 h，在此條件下蛋白質(zhì)基本除盡，目標(biāo)達(dá)成率高達(dá)99.97%。因此，對(duì)不同的果蔬多糖應(yīng)根據(jù)其特性選擇不同的脫蛋白方法，在達(dá)到較大蛋白質(zhì)脫除率的同時(shí)，還要保證多糖的保留率。

2.2.2 脫色素

色素是多糖提取中的主要雜質(zhì)，脫色的常用方法有活性炭法、雙氧水法、樹脂法等?；钚蕴渴且揽糠兜氯A力對(duì)色素顆粒的吸附作用使其與目標(biāo)物質(zhì)分離而達(dá)到脫色的目的。雙氧水在水溶液中可電離出過氧根離子攻擊色素，利用氧化性使有色物質(zhì)脫去原有色素。樹脂是一種吸附性質(zhì)的脫色劑，具有穩(wěn)定性高、吸附速度快等特點(diǎn)[25]。

李進(jìn)偉等[26]分析了聚酞胺與粉末活性炭、顆?；钚蕴?、吸附樹脂3 種方法對(duì)金絲小棗多糖的脫色效果，認(rèn)為聚酰胺脫色效果最好，當(dāng)聚酰胺用量是粗多糖的4 倍，用1 倍柱體積的去離子水以1.5 mL/min 的流速洗脫聚酰胺柱，多糖的回收率高，為83.82%。同時(shí)可去除粗多糖中的蛋白質(zhì)和雜質(zhì)。張叢叢等[27]采用大孔樹脂HP-20 對(duì)黃秋葵多糖進(jìn)行脫色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在上樣質(zhì)量濃度9.8 mg/mL，pH 6.0、溫度20 益、時(shí)間7 h 條件下，能獲得色澤良好的黃秋葵多糖，其脫色率為91.07%，平均多糖保留率為85.52%。因此，不同果蔬多糖脫色方法的選擇，應(yīng)在保證多糖保留率的基礎(chǔ)上，達(dá)到較高的脫色率。

從目前的技術(shù)來看，果蔬多糖純化在達(dá)到較高蛋白質(zhì)脫除率、脫色率時(shí)，多糖保留率難以得到保證，因此，在最大化多糖保留率的基礎(chǔ)上，探討適合不同果蔬多糖的純化技術(shù)是今后的研究重點(diǎn)。Sevag 法是公認(rèn)的一種經(jīng)典脫蛋白的方法，不僅脫蛋白條件溫和，而且可部分脫去色素，但需要重復(fù)多次才能達(dá)到較好的效果，因此可結(jié)合TCA 法、胰蛋白酶法等方法，這樣不僅能提高脫蛋白的效果，而且可避免TCA 和胰蛋白酶用量過多導(dǎo)致多糖含量下降、生物活性受到影響等問題。

3 果蔬多糖的應(yīng)用

多糖類化合物由于其獨(dú)特的功能[28]，在抗腫瘤、治療艾滋病、抗衰老、治療糖尿病等臨床應(yīng)用方面顯示出廣闊的前景，隨著多糖研究深度和廣度的發(fā)展，更多的果蔬多糖將會(huì)被深入研究。

相對(duì)于中藥植物，果蔬具有易栽培、成本低、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)，這為果蔬多糖的分離提純提供了大量價(jià)格低廉的原料，為眾多水果、蔬菜的銷售提供了新的出路，也為多糖分離工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了較大的發(fā)展空間[29]。

3.1 食品行業(yè)

果蔬多糖可作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑直接加入食品中制取一般或特殊人群的保健食品，如從柑桔皮中提取果膠后的殘?jiān)a(chǎn)出的纖維素粉，已廣泛應(yīng)用于肉品[30]、糕點(diǎn)、餅干、面包等食品中[31]。在工業(yè)化生產(chǎn)中，可利用果蔬汁加工副產(chǎn)品，制成高濃度的多糖粗品，交將多糖粗品進(jìn)一步加工成飲料[32]、咀嚼片[33]，使多糖從藥品向食品轉(zhuǎn)化，從“治療”向“保健”方向發(fā)展。

3.2 醫(yī)藥及其他行業(yè)

果蔬多糖可以作為藥物研究，如運(yùn)用現(xiàn)代高科技手段從果蔬中大規(guī)模提取較高純度的具有藥理作用的多糖，制成各種膠囊[34]、口服液[35]和針劑等[36]。

根據(jù)多糖的性質(zhì)還可從其他方面加以開發(fā)，如作為藥物的釋放劑、穩(wěn)定劑、懸浮劑及工業(yè)上的涂膜劑、凝聚劑和潤滑劑等。

4 展望

目前多糖生產(chǎn)普遍采用傳統(tǒng)的單級(jí)間歇式罐式提取工藝，過程裝備落后，存在提取時(shí)間長、提取率低、生產(chǎn)效率低，提取溫度高、能耗大，人工操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，批次間產(chǎn)品質(zhì)量均一性差等弊端。

鑒于以上原因，研究果蔬多糖的現(xiàn)代化提取工藝，實(shí)現(xiàn)果蔬多糖的高效率、連續(xù)化、低成本、高品質(zhì)生產(chǎn)是果蔬深加工產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵，這不僅能為廣大農(nóng)民和生產(chǎn)加工企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也能為我國醫(yī)藥、保健行業(yè)提供廉價(jià)的功能因子原料。