西洋參多糖的研究進展

賈琦琦，石韶琦，李寧陽*，喬旭光，單成鋼

（1.山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，山東省高校食品加工技術與質(zhì)量控制重點實驗室，山東泰安 271018；2.山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品研究所，山東濟南 250100）

西洋參（Panax quinquefoliumLinn.）又稱西洋人參、花旗參、洋參等，是一種具有育陰、生津、滋補效用的名貴藥材[1]。北美和加拿大是西洋參最早的發(fā)源地，我國的東北、山東、陜西等地也有種植，西洋參在不同的生長環(huán)境中所含活性成分的含量有一定差異[2]，療效不同。西洋參中含有氨基酸、揮發(fā)油、多糖及皂苷等功能成分，西洋參多糖作為主要的功能成分之一具有多種生物活性，能提高機體免疫力、抗腫瘤、降血糖。

近年來的研究表明，西洋參的地上和地下部分均含有多種生理活性成分，主要是皂苷，其是西洋參中生理活性最顯著的物質(zhì)。西洋參皂苷主要是三萜類化合物，結(jié)構(gòu)與人參皂苷相似。事實上，除了皂苷以外，多糖也是西洋參中的一種重要活性物質(zhì)，在提取皂苷后的西洋參殘渣中仍存在大量的多糖類物質(zhì)，充分利用西洋參殘渣中的多糖能提高西洋參資源的綜合利用，減少浪費，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。目前對西洋參多糖的研究主要集中在提取純化方法、結(jié)構(gòu)分析和功能作用等方面。西洋參多糖常用的提取方法有傳統(tǒng)的溶劑浸提法和酶處理、超臨界萃取、超高壓、微波和超聲波等優(yōu)化了的提取方法，不同提取方法的多糖得率不同。目前西洋參多糖結(jié)構(gòu)研究的主要方向是一級結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)和功能作用之間的相互關系還未有深入研究。西洋參多糖的高級結(jié)構(gòu)和功能作用的機理仍是目前西洋參多糖研究的重點和難點。Azike C G等[3]研究發(fā)現(xiàn)西洋參多糖中的酸性多糖及高分子量組分能促進免疫功能，對脂多糖誘導的促炎反應具有明顯的抑制作用。Ghosh Rajarshi 等[4]從西洋參細胞懸浮液中提取分離出的中性多糖AGC1，能刺激小鼠巨噬細胞產(chǎn)生一系列炎癥介質(zhì)，并且可作為免疫刺激劑促進細胞增殖。另外市場上常見的西洋參產(chǎn)品的主要功效成分是人參皂苷，西洋參多糖產(chǎn)品并不多見，西洋參多糖復合飲料[5]、膠囊[6]等的制取工藝還需在工業(yè)化生產(chǎn)中實踐應用。本文總結(jié)了西洋參多糖的提取方法、分離純化、結(jié)構(gòu)鑒定和功能作用等方面的內(nèi)容，探討了西洋參多糖研究中遇到的問題，以期推動西洋參多糖功能產(chǎn)品的開發(fā)與應用。

1 西洋參多糖提取

隨著科技的進步，多糖的提取方法在不斷地改進創(chuàng)新，越來越多的新技術被應用到食品研究領域。為了提高多糖的提取率和純度，多糖提取前需進行預處理。預處理方法有浸泡、微波、氣流精細粉碎、低溫凍干粉碎、擠壓膨化、蒸汽爆破等。浸泡提高多糖得率的效果并不明顯；微波的熱效應可以破壞原料細胞壁和細胞膜，促進多糖物質(zhì)的溶出；氣流精細粉碎和低溫凍干粉碎都是使物料組織被破壞，適合木質(zhì)化的原料，提高多糖提取率的同時對多糖的活性和性質(zhì)影響不大；擠壓膨化和蒸汽爆破都是在高溫高壓的環(huán)境中破壞原料的細胞結(jié)構(gòu)，降解纖維素、木質(zhì)素、淀粉等大分子聚合物，具有處理效率高、提取效果好等優(yōu)點。徐美蓉等[7]研究了直接提取和經(jīng)過浸泡、微波和低溫凍干粉碎等預處理方式對黨參多糖提取效果的影響，結(jié)果表明經(jīng)過低溫凍干粉碎處理后的多糖產(chǎn)率明顯提高。

1.1 水提醇沉法

水提醇沉法利用多糖易溶于熱水、不溶于有機溶劑的特點來提取多糖，是目前植物多糖提取中最常用、最傳統(tǒng)的方法。除了熱水提取外，稀酸、稀堿也能提取多糖，為了保證多糖結(jié)構(gòu)不被破壞，需要控制好溶液的酸堿度[8]。

1.2 復合酶法

復合酶法是近年來多糖提取應用較多的方法之一，向提取液中加入蛋白酶、果膠酶、淀粉酶等，分解提取液中的蛋白質(zhì)、纖維等雜質(zhì)，提高多糖的提取率和純度。陳軍輝等[9]通過對比超聲提取法、回流提取法、酶解-回流提取法和微波提取法，發(fā)現(xiàn)酶解-回流提取法能明顯提高西洋參多糖的提取率，提取率達到17.3%。Sun Lin 等[10]用α-淀粉酶提取人參多糖，發(fā)現(xiàn)多糖得率與熱水浸提結(jié)果相當，但分析結(jié)構(gòu)和活性結(jié)果表明，這些多糖與熱水提取的多糖不同，說明不同方法能提取出不同的多糖，不同多糖的生物活性也不同。

1.3 超聲波輔助提取法

超聲輔助提取法操作簡單、不需要特殊的設備，是多糖提取常用的方法之一。劉婷等[11]以蒸餾水為溶劑采用超聲法優(yōu)化了西洋參多糖的提取工藝，試驗表明超聲法顯著提高了西洋參多糖的提取率，優(yōu)化后的工藝為料液比1:30，超聲功率60 W，超聲提取20 min，提取3 次，在此條件下西洋參多糖得率高達12.35%。

1.4 微波輔助提取法

微波輔助提取法可以將物料內(nèi)外同時加熱，提取質(zhì)量提高的同時大大節(jié)省提取時間，具有無污染、安全、易控制等優(yōu)點，應用廣泛。陳軍輝[12]首次將微波技術應用到西洋參多糖的提取中，研究發(fā)現(xiàn)微波輔助提取效果的綜合評價指標好于只用回流法提取。

植物多糖的提取方法有多種，但同一種方法應用于不同的物料有不同的最優(yōu)提取條件，這就要求在提取多糖時要對提取條件進行考察。另外，同一種物料不同提取方法得到的多糖提取率不同，因此要根據(jù)試驗目的及目標多糖的結(jié)構(gòu)性質(zhì)特點選擇合適的提取方法。

2 西洋參多糖的純化

2.1 西洋參粗多糖的除雜

西洋參粗多糖中包含的蛋白質(zhì)、色素等雜質(zhì)會影響后續(xù)多糖結(jié)構(gòu)和功能，選擇合適的方法除雜可提高西洋參多糖純度。粗多糖提取液中含有的蛋白質(zhì)雜質(zhì)可以分成兩種，一種是游離態(tài)蛋白質(zhì)，易去除；另一種是與糖結(jié)合的結(jié)合態(tài)蛋白，難以完全去除。在目前的研究中，Sevag法、三氯乙酸法和酶法是使用較多的三種去蛋白方法。Sevag 法的優(yōu)點在于除去蛋白的同時能保持多糖原來的結(jié)構(gòu)，不降解多糖，但重復多次才能將蛋白除凈，多糖損失較多，試劑用量大，所用試劑有毒。三氯乙酸法適合的原料廣泛，但會使多糖降解。相比之下酶法反應條件溫和、無毒，同時避免了多糖的降解。酶法常與Sevag 法聯(lián)用，去蛋白效果好。于曉紅等[13]比較了上述三種方法和木瓜蛋白酶-Sevag 聯(lián)用法，結(jié)果表明酶結(jié)合Sevag 法脫除西洋參多糖粗提液中蛋白質(zhì)的效果最好。目前應用較多的多糖脫色方法是活性炭吸附法、大孔樹脂吸附法和H2O2法。活性炭吸附法適合原料廣泛，適用于工業(yè)化生產(chǎn)，但需嚴格控制多糖溶液的濃度，若多糖濃度過高則易造成活性炭表面吸附大量多糖。大孔樹脂吸附法脫色的優(yōu)點是吸附條件較為溫和、脫色效率高、可再生反復使用，但是填料會吸附少量多糖，造成損失。H2O2法無毒無害，但需嚴格控制H2O2的濃度，若H2O2濃度過高會造成多糖降解。吳憲玲[14]選用多種方法對西洋參多糖脫色，結(jié)果表明活性炭吸附效果較好，更能適應食品企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)的應用，實驗得到的最佳工藝條件是在加入1.5%活性炭，45 ℃水浴30 min 的條件下，多糖的損失少，色素脫除率最高。

2.2 西洋參多糖的純化方法

除雜后得到的西洋參多糖是由不同組分構(gòu)成的混合物，為了進一步研究西洋參多糖的結(jié)構(gòu)，需分離出單一的多糖組分。西洋參多糖的分離方法主要有柱層析法、超濾法和乙醇沉淀法。乙醇沉淀法與柱層析法結(jié)合使用，分離出的多糖組分純度更高。隨著加入乙醇的濃度提高，分離出的多糖組分相對分子量降低。超濾有較高的分離效率，容易操作，成本低，是工業(yè)多糖提取中應用較為廣泛的一種加工工藝[15]。楊修仕等[16]通過超濾分離出四種不同分子量的西洋參多糖組分，能刺激機體產(chǎn)生免疫分子提高機體免疫力，四種多糖的生物活性不同。柱層析法中離子交換柱與凝膠柱連用分離效果好，能分離出單一的多糖組分。

西洋參多糖的單糖組成、連接鍵、折疊方式等是造成其結(jié)構(gòu)復雜的重要原因，因此，西洋參多糖除雜純化方法的改進和創(chuàng)新較難。

3 西洋參多糖的結(jié)構(gòu)鑒定

由于多糖結(jié)構(gòu)非常復雜，目前，多糖的結(jié)構(gòu)和功能之間的關系并沒有明確的定論。多糖的結(jié)構(gòu)分為一、二、三、四級結(jié)構(gòu)。一級結(jié)構(gòu)是多糖結(jié)構(gòu)的主要研究對象，包括糖苷鍵的類型、相對分子質(zhì)量、單糖的組成、含量和順序等。目前，西洋參多糖結(jié)構(gòu)的研究還在探索中，一級結(jié)構(gòu)是其中的主要研究方面，探究西洋參多糖的高級結(jié)構(gòu)及其構(gòu)效關系對推動植物多糖的結(jié)構(gòu)研究具有重要意義。

多糖結(jié)構(gòu)研究主要有物理法、化學法和生物法。物理法有紫外光譜、高效液相色譜、質(zhì)譜、紅外光譜、氣相色譜和核磁共振等。化學法是將多糖甲基化、Smith 降解或高碘酸氧化等進而研究西洋參多糖的糖苷鍵位置、比例、構(gòu)型等結(jié)構(gòu)特征。鄭艷[17]通過熱水煮提的方法提取西洋參根中的多糖成分，提取三次后向提取液中加入乙醇至提取液中乙醇濃度達80%，離心得西洋參粗多糖，將其配置成水溶液，用Sevag 法除去蛋白質(zhì)得西洋參粗多糖WQP，提取率為10.5%，通過柱層析分離出兩種中性淀粉樣葡聚糖，兩種聚半乳糖醛酸（AG 型果膠）和四種聚阿拉伯半乳糖（HG 型果膠），它們的比例為43:1:13，其中淀粉樣葡聚糖主要由葡萄糖組成相對分子質(zhì)量為1×104～1×106，果膠型多糖主要由葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖組成，相對分子質(zhì)量為5.5×103～2.3×105。Yu 等[18]用乙醇提取的西洋參多糖，純化后得到兩種中性多糖和三種酸性多糖，相對分子質(zhì)量在1×104～1×107之間，中性多糖的紅外光譜結(jié)果表明其含有吡喃糖，酸性多糖的紅外光譜結(jié)果表明其含有微量糖醛酸。李珊珊等[19]從西洋參果中提取并純化了一種中性多糖和一種酸多糖，經(jīng)高效液相色譜儀分析表明兩種多糖的主要組成為葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖和少量甘露糖等，此外分離出的酸性多糖中還包括鼠李糖和半乳糖醛酸。Guo Qingbin 等[20]從西洋參根中提取出的非淀粉多糖GSP 含有鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖和糖醛酸（1:4:8:8:50），紅外光譜表明GSP具有果膠結(jié)構(gòu)，核磁共振分析其主要糖殘基為4-α-D-半乳糖殘基。于曉娜[21]提取了西洋參中的堿性多糖，純化后得到兩種均一組分AEP-1 和AEP-2，兩種多糖均含有β-吡喃糖苷，均由葡萄糖、半乳糖和半乳糖醛酸組成，AEP-2 還含有阿拉伯糖和甘露糖。多糖的功能與其結(jié)構(gòu)密切相關，即使是一級結(jié)構(gòu)完全相同的多糖，其高級結(jié)構(gòu)不同導致其生物活性有很大差異。

4 西洋參多糖的活性及功能

4.1 免疫調(diào)節(jié)

西洋參多糖的免疫活性較強，可以促進機體釋放多種細胞因子和抑制炎癥反應，有效地促進機體的免疫調(diào)節(jié)。于曉紅[22]用水提醇沉的方法從西洋參中提取出了粗多糖，喂養(yǎng)小鼠試驗發(fā)現(xiàn)西洋參多糖既能提高小鼠巨噬細胞的吞噬能力，促進非特異性免疫，又能通過刺激小鼠產(chǎn)生淋巴細胞、抗體，促進特異性免疫。劉雪瑩等[23]在實驗中發(fā)現(xiàn)從西洋參花中提取的多糖顯著提高小鼠RAW264.7 巨噬細胞的免疫活性。Wang Lijun 等[24-25]從西洋參中分離純化出三種酸性多糖PPQA2、PPQA4 和PPQA5 和一種新型中性多糖PPQN，體外試驗表明四種種多糖均能刺激小鼠巨噬細胞RAW264.7 產(chǎn)生細胞因子，促進小鼠的免疫調(diào)節(jié)。Kazi Farida Akhter 等[26]用熒光標記了西洋參多糖研究其免疫調(diào)節(jié)作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)西洋參多糖對巨噬細胞株幾乎沒有毒害作用，同時具有較強的免疫刺激作用。

4.2 降血糖

植物多糖的降糖效果主要是通過促進胰島素分泌，抑制胰島細胞凋亡；增強胰島素敏感性，降低胰島素抵抗；調(diào)節(jié)相關酶活性；抗炎；提高抗氧化應激能力；調(diào)節(jié)相關信號通路；調(diào)節(jié)腸道菌群等方面實現(xiàn)的[27]。西洋參多糖作為一種天然產(chǎn)物，具有毒副作用小、資源豐富的優(yōu)點，作為輔助治療糖尿病的藥物前景廣闊。劉永恒等[28]通過檢測小鼠血液中的血糖水平考察了西洋參多糖對機體的降血糖作用，給予小鼠模型不同劑量水平的西洋參多糖，觀察不同劑量組小鼠的血糖變化，結(jié)果顯示西洋參多糖對機體有一定的降血糖作用，推動了西洋參多糖在醫(yī)藥領域的應用。劉宗林[29]通過檢測小鼠血液中血糖水平觀察西洋參多糖的降血糖作用，試驗結(jié)果表明注射過西洋參多糖的小鼠體內(nèi)血糖水平明顯降低。陳銳等[30]通過檢測糖尿病小鼠體質(zhì)量和血糖水平、糖耐量等變化發(fā)現(xiàn)西洋參多糖肽具有降血糖的作用。Xie J.T.等[31]向小鼠腹腔注射從西洋參漿果中提取的多糖成分，結(jié)果表明小鼠在體質(zhì)量不變的情況下血糖水平得到了有效控制。

4.3 抗腫瘤

腫瘤難以治愈，目前治療多采用手術切除、放化療技術，腫瘤難以切除完全，有復發(fā)的可能，放化療會對機體產(chǎn)生非常大的副作用，加重機體負擔[32]。西洋參多糖能提高宿主抗腫瘤的免疫功能，與治療腫瘤的方法聯(lián)用有較好的效果。朱文靜等[33]建立了BABL/C 小鼠肝癌模型，在試驗中發(fā)現(xiàn)給予小鼠模型西洋參多糖藥物后，小鼠腫瘤的體質(zhì)量降低，證明西洋參多糖具有顯著抑制腫瘤的作用。樸云峰等[34]采用體外細胞培養(yǎng)等方法研究了西洋參多糖對肝癌細胞的殺傷作用，結(jié)果表明當西洋參多糖的質(zhì)量-體積濃度提高時，可以有效地降低癌細胞的存活率，從而達到抗腫瘤作用。

4.4 抗輻射

西洋參多糖可提高經(jīng)過輻照處理的小鼠的存活率，有研究認為這與西洋參多糖的抗氧化、促進免疫調(diào)節(jié)及清除有害自由基的功能有關[35]。劉宗林[29]以小鼠為實驗動物，將西洋參多糖注射進小鼠體內(nèi)，再對小鼠進行輻射處理，觀察到西洋參多糖組存活小鼠數(shù)量明顯比對照組數(shù)量多，證明西洋參多糖具有明顯的防輻射作用。該研究發(fā)現(xiàn)西洋參多糖不僅能夠在機體中單獨發(fā)揮作用，還能與機體中的其他成分協(xié)同發(fā)揮作用。

4.5 其他功能

除上述作用外，西洋參多糖還有抗病毒、抗氧化、抗炎、降血脂等功能作用。馮坤苗等[36]用西洋參莖葉中提取的多糖進行體外抗病毒試驗，試驗結(jié)果表明從西洋參莖葉中提取的多糖具有顯著的抗病毒作用，為提高西洋參資源的綜合利用率提供了依據(jù)。Subhrojit Sen 等[37]發(fā)現(xiàn)西洋參提取物對葡萄糖誘導的氧化應激具有抑制作用，同時抑制了內(nèi)皮細胞損傷，證明西洋參具有抗氧化特性，這可能是西洋參中的多糖和其他成分的共同作用。Wang Lijun 等[38]研究了亞洲人參、西洋參和三七的各種成分對抗菌活性的影響，結(jié)果表明皂苷、多糖、蛋白質(zhì)和人參三醇等對抗菌活性有一定的影響。

與西洋參皂苷相比，西洋參多糖的研究起步較晚，還不夠深入。隨著越來越多學者對西洋參的關注多，西洋參多糖將成為研究的熱門話題。通過總結(jié)近年來西洋參多糖功能作用的研究發(fā)現(xiàn)，西洋參多糖具有顯著的生物活性，同時西洋參多糖資源豐富、天然產(chǎn)物安全無毒、應用范圍廣泛，有良好的研究前景。但是西洋參多糖作用機理和結(jié)構(gòu)的關系仍不明確，這將是未來西洋參多糖研究的重點和難點，如何將其真正的應用到醫(yī)學領域，還要做進一步的探索。

5 展望

綜上所述，西洋參多糖的提取分離純化已有多種方法，新技術的應用克服了傳統(tǒng)提取方法提取時間長、多糖得率低的缺陷。同時西洋參多糖結(jié)構(gòu)復雜，研究多集中在一級結(jié)構(gòu)上，更高級結(jié)構(gòu)的研究較難。對于西洋參多糖的生物活性研究多集中在免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗腫瘤等方面，且這些研究還比較淺顯，在細胞和基因水平上不夠深入。大多研究都用粗多糖喂養(yǎng)小鼠做細胞試驗，不能明確起作用的是哪種類型哪種結(jié)構(gòu)的多糖，對其作用的機理尚不清楚。因此明確西洋參多糖結(jié)構(gòu)和功能之間的關系，研究西洋參多糖功能作用的機理，對開發(fā)西洋參多糖功能產(chǎn)品、推動植物多糖的研究和醫(yī)藥領域的發(fā)展具有重要意義。