紅棗多糖的提取和生理功能性研究進(jìn)展

李曉娟，左之文，曾新安，蔡錦林

1. 株洲千金藥業(yè)股份有限公司（株洲 412000）；2. 華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院（廣州 510640）

紅棗（Ziziphus jujubaMill），又稱(chēng)中華大棗，是鼠李科棗屬植物的果實(shí)，含有有機(jī)酸、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)、黃酮、三萜類(lèi)以及蘆丁等生物活性物質(zhì)[1]*。中國(guó)是紅棗大國(guó)，已有4 000多年的種植歷史，我國(guó)產(chǎn)區(qū)主要在新疆、甘肅、山東、河北、河南、陜西等東部和西北地區(qū)[2]*。我國(guó)紅棗的生產(chǎn)量和種植面積居世界第一，紅棗開(kāi)發(fā)和深加工具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。多糖是不同的單糖由糖苷鍵合成的一種天然大分子成分，紅棗多糖具有抗氧化、護(hù)肝、抗腫瘤和改善免疫系統(tǒng)等活性[3-4]*。

因此，紅棗多糖有較大的研究和利用價(jià)值。紅棗多糖也是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)和功能的研究較多，但是對(duì)多糖的開(kāi)發(fā)利用較少。文章通過(guò)對(duì)紅棗多糖的提取分離及應(yīng)用前景進(jìn)行綜述，為紅棗多糖的精深加工研究提供參考。

1 紅棗多糖的提取

提取是紅棗多糖研究的關(guān)鍵，高效率和高得率是提升和優(yōu)化提取紅棗多糖方法的指標(biāo)，提取工藝影響紅棗多糖的得率，以下從四個(gè)方法進(jìn)行闡述，主要是進(jìn)行傳統(tǒng)提取方法與現(xiàn)代提取方法的對(duì)比。

1.1 浸提法

紅棗多糖大多溶于水，難溶于乙醇等有機(jī)溶劑，常用于提取植物多糖，提取溶劑主要包括堿液和水等[5]*。該方法是采用氫氧化鈉或熱水浸提干紅棗粉中的紅棗多糖，優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便、成本低和得率高等，缺點(diǎn)有耗時(shí)長(zhǎng)、多糖不穩(wěn)定和功效活性低等[6]*。焦中高等[7]*先后采用水提和堿提紅棗多糖，并比較兩種方法下的生物活性和理化性質(zhì)，按照1∶10（mg/mL）料液比添加0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液進(jìn)行分離，添加乙醇旋蒸得到堿提紅棗多糖，其清除DPPH自由基能力為71.54%，高于水提方法36.89%，高出90%以上，抗氧化活性更高。楊杰南[8]*采用亞臨界水提法從大棗中提取紅棗多糖，按照料液比1∶20（mg/mL），在130℃溫度下提取30 min，加入乙醇沉析得到粗紅棗多糖5.67%，分離純化后得到酸性多糖和中性多糖，對(duì)DPPH自由基和超氧陰離子的清除率分別為40%和50%左右，且在-20 ℃溫度下有一定的穩(wěn)定性。浸提法屬于傳統(tǒng)方法，操作簡(jiǎn)單但所耗溶劑大，協(xié)同現(xiàn)代輔助方法可優(yōu)化提取工藝和得率，綠色快速獲得紅棗多糖。

1.2 微波提取法

微波是使用300 MHz～300 GH電磁波通過(guò)溶劑將能量傳到細(xì)胞質(zhì)，其熱效應(yīng)和電磁波效應(yīng)使細(xì)胞壁破裂，細(xì)胞內(nèi)的溫度和壓力升高，使細(xì)胞內(nèi)的多糖等有效物質(zhì)溶出到浸出液中[9-10]*。該方法優(yōu)點(diǎn)是選擇性高、操作方便快速、得率高，缺點(diǎn)有試驗(yàn)設(shè)備成本高、不宜大規(guī)模生產(chǎn)等。白艷林[11]*用微波提取紅棗多糖，采用響應(yīng)面優(yōu)化功率、料液比、提取次數(shù)等工藝參數(shù)得到紅棗多糖6.78%，微波使紅棗多糖從細(xì)胞壁溶出，功率和得率在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)正相關(guān)，但功率過(guò)高會(huì)使多糖得率下降。Rostami等[12]*采用微波輔助提取紅棗多糖，優(yōu)化功率、料液比、提取溫度等工藝參數(shù)紅棗多糖提取率為6.9%。微波法操作快速簡(jiǎn)便但設(shè)備要求高，工業(yè)化和實(shí)際應(yīng)用困難，應(yīng)加快產(chǎn)業(yè)化落地，協(xié)同簡(jiǎn)易裝置或方提取獲得紅棗多糖。

1.3 超聲提取法

超聲提取法是在頻率20 kHz的超聲波通過(guò)機(jī)械攪拌和空化效應(yīng)使得細(xì)胞壁破裂，多糖等有效成分融入溶劑中，提高多糖得率。該方法優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)易、綠色環(huán)保和多糖穩(wěn)定性高等，缺點(diǎn)有設(shè)備要求高、成本大等[13]*。沈曉麗等[14]*采用超聲波提取工藝的紅棗得率為55.38%，高于傳統(tǒng)水浴提取法1.3倍，且耗時(shí)更少。李福帥等[15]*采用響應(yīng)面優(yōu)化料液比、溫度和時(shí)間，紅棗多糖提取率為15.12%，且紅棗多糖質(zhì)量濃度2 mg/mL下對(duì)羥基和超氧陰離子的清除率為53%和56%，抗氧化性能高。超聲提取法操作簡(jiǎn)易、時(shí)間短且提取率更高，生理活性更高，與浸提法等傳統(tǒng)提取方法結(jié)合，可優(yōu)化提取得率和效率。

1.4 脈沖電場(chǎng)提取法

脈沖電場(chǎng)提取法是低電場(chǎng)強(qiáng)度1～25 kV/cm下可使細(xì)胞壁破裂，打開(kāi)細(xì)胞膜脂肪分子結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)通道，形成不可逆的孔徑通道，通透性提高，有效成分被浸提溶出[16]*。該方法優(yōu)點(diǎn)是能耗低、綠色加工、快速等，缺點(diǎn)是設(shè)備要求高、大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)難度高等。李堅(jiān)等[17]*采用脈沖電場(chǎng)處理紅棗果肉，促使組織液從細(xì)胞壁流出，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)析出和出汁率，得到更多的紅棗多糖等活性成分。朱曉波[18]*采用場(chǎng)強(qiáng)20 kV/cm、料液比1∶15（mg/mL）、頻率10 kHz，在100℃下提取紅棗多糖，其得率為3.01%，提取率高于水提法，且所耗試劑少。該方法需要與傳統(tǒng)萃取結(jié)合，開(kāi)發(fā)可持續(xù)化的產(chǎn)業(yè)化設(shè)備，推廣應(yīng)用。

總之，現(xiàn)代輔助提取方法較傳統(tǒng)熱水浸提法的提取得率均有很大改進(jìn)，縮短了處理時(shí)間，且耗能耗溶劑低。

2 紅棗多糖的分離

通過(guò)不同輔助提取方法從紅棗提取、過(guò)濾和濃縮得到紅棗粗多糖，常含有蛋白質(zhì)、脂肪、色素和低分子量糖等雜質(zhì)，通過(guò)脫蛋白、脫色、交換柱層析、大孔樹(shù)脂柱層析等進(jìn)行洗脫、濃縮并凍干即得純紅棗多糖，主要步驟方法如圖1所示[2]*。紅棗多糖的分離純化十分重要，可提高紅棗多糖的生物活性和分子作用機(jī)制，了解多糖的構(gòu)成、糖苷鍵類(lèi)型和高級(jí)結(jié)構(gòu)表征，利用純紅棗多糖開(kāi)發(fā)功能食品和藥品等。但目前對(duì)于多糖的細(xì)分組成和精準(zhǔn)的生理活性功能研究較少，待進(jìn)一步深入研究。

圖1 紅棗粗多糖純化步驟和方法

3 紅棗多糖的生理功能

多糖是紅棗的生理活性成分，目前對(duì)于紅棗多糖主要因其抗氧化、抗腫瘤、護(hù)肝及改善免疫系統(tǒng)等方面，具有很高的健康研究?jī)r(jià)值，可用于保健食品等。

3.1 抗氧化活性

體內(nèi)過(guò)多的自由基會(huì)使機(jī)體細(xì)胞和組織受損，引發(fā)人體衰老及致病[19]*。黎云龍等[20]*通過(guò)超聲波輔助處理和脫色等純化手段得到紅棗多糖，取2 mg/mL紅棗多糖測(cè)定FRAP值為0.850，清除ABT+*和DPPH自由基的能力為51.43%。張?jiān)戒h等[21]*通過(guò)水提法得到駿棗中的紅棗多糖，對(duì)O2-*、OH、DPPH自由基的清除能力較好，經(jīng)硒化處理后的體外抗氧化活性更好，在一定范圍內(nèi)與多糖濃度呈正相關(guān)。李帆等[22]*采用紅棗多糖和紅棗色素協(xié)同可加強(qiáng)清除DPPH、ABTS+*、OH和O2-*自由基的能力，活性效果優(yōu)于單一紅棗多糖作用。經(jīng)很多試驗(yàn)驗(yàn)證，紅棗多糖具有抗氧化活性，且與多酚、黃酮等其他營(yíng)養(yǎng)活性成分復(fù)配會(huì)更加強(qiáng)化其作用效果，但對(duì)于其作用的機(jī)理途徑并未十分清晰。

3.2 抗腫瘤作用

植物多糖抗腫瘤功能與分子量、結(jié)構(gòu)形態(tài)、水溶性等因素影響，紅棗多糖易溶于水，分子量小、水溶性高增強(qiáng)抗腫瘤功能[23]*。李晉等[24]*使用MTT比色法得到紅棗多糖能抑制人體人肝癌細(xì)胞的擴(kuò)散和繁殖，在40 mg/mL下能抑制68.79%癌細(xì)胞HepG2的生長(zhǎng)，將肝癌細(xì)胞HepG2阻滯在合成期，阻止其進(jìn)入DNA的合成，降低凋亡關(guān)鍵基因Bcl-2 mRNA和提高caspase-3 mRNA表達(dá)誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞的凋亡。Wang等[25]*提取分離木棗中的紅棗多糖HJP3能抑制肝癌細(xì)胞HepG2的增殖和擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，且對(duì)非腫瘤的正常細(xì)胞不具有細(xì)胞毒性，直接靶向作用于腫瘤細(xì)胞，發(fā)揮其抗腫瘤活性，促使腫瘤細(xì)胞的凋亡。紅棗多糖能有效控制腫瘤細(xì)胞繁殖，但對(duì)于腫瘤細(xì)胞直接靶向?qū)τ诓∽兗?xì)胞，或是產(chǎn)生的抗腫瘤活性誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡，作用機(jī)理仍待進(jìn)一步研究，且可加深紅棗多糖對(duì)其他組織腫瘤細(xì)胞的研究。

3.3 保肝作用

植物多糖可通過(guò)降低谷丙轉(zhuǎn)氨酶ALT和谷草轉(zhuǎn)氨酶AST含量，降低MDA和升高SOD水平來(lái)保護(hù)肝臟，且對(duì)正常組織無(wú)毒副作用，紅棗多糖保護(hù)肝細(xì)胞的氧化損傷[26]*。李帆等[22]*采用紅棗多糖和紅棗色素聯(lián)合清除機(jī)體產(chǎn)生的H2O2，誘導(dǎo)小鼠肝細(xì)胞產(chǎn)生過(guò)量的ROS，降低脂質(zhì)過(guò)氧化物和自由基的生成，保護(hù)線(xiàn)粒體，降低MDA、CryC含量，增加T-AOC、SOD和GSH-Px水平，減低肝細(xì)胞線(xiàn)粒體的氧化損傷，從而達(dá)到護(hù)肝作用。Wang等[27]*利用紅棗多糖降低CCl4小鼠肝細(xì)胞的損傷，400 mg/kg的紅棗多糖降低谷丙轉(zhuǎn)氨酶和門(mén)冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶活性，降低肝組織中MDA水平，提高SOD水平，保護(hù)肝組織的氧化損傷。紅棗多糖通過(guò)清除自由基、減少肝細(xì)胞線(xiàn)粒體的氧化損傷達(dá)到護(hù)肝作用，但紅棗多糖的分子保護(hù)機(jī)制和其他肝損傷并未能闡明，待進(jìn)一步研究。

3.4 改善免疫機(jī)能

植物多糖能改善免疫系統(tǒng)機(jī)能，通過(guò)降低多糖或提高多糖的轉(zhuǎn)化維持免疫系統(tǒng)的平衡[26]*。韓雅婷[28]*研究發(fā)現(xiàn)紅棗多糖與400 mg/kg紅棗色素協(xié)同提高免疫力低下小鼠血清溶血素的含量和脾淋巴細(xì)胞增殖轉(zhuǎn)化能力，能提高碳粒廓清指數(shù)和單核-巨噬細(xì)胞吞噬功能，表明具有增強(qiáng)小鼠免疫力作用。Zhan等[29]*研究發(fā)現(xiàn)紅棗多糖對(duì)巨噬細(xì)胞有抗炎免疫作用，能降低TNF-γ、INF-α和IL-17、COX-2等促炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)，抑制NF-κB、和p38/JNK MAPK的信號(hào)通路，提高抗炎癥的免洗效果。紅棗多糖對(duì)機(jī)體免疫系統(tǒng)的機(jī)理和分子機(jī)制待進(jìn)一步深入研究，其中明確細(xì)胞免疫和體液免疫功能作用機(jī)制和分子表達(dá)、單一紅棗多糖的免疫作用等其他功能協(xié)同作用機(jī)理需要更明晰。

4 結(jié)語(yǔ)

提取紅棗多糖可以采用微波輔助、超聲輔助和脈沖電場(chǎng)輔助法，比熱水提取法等溶劑提取法更有效，紅棗多糖有抗氧化、抗腫瘤、護(hù)肝和調(diào)節(jié)免疫力等生物活性。紅棗粗多糖的純化主要是去除蛋白質(zhì)、色素、脂肪和低分子量糖等雜質(zhì)，得到純紅棗多糖，對(duì)進(jìn)一步多糖組成和精準(zhǔn)生理活性研究具有重要意義，同時(shí)可提高紅棗多糖的生理活性。近年來(lái)已對(duì)紅棗多糖提取、分離及生物活性進(jìn)行了廣泛研究，但是紅棗多糖的高級(jí)結(jié)構(gòu)特征、化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物活性的機(jī)制未研究透徹，紅棗多糖分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜且具有多樣性，部分研究?jī)H限于體外細(xì)胞或者小鼠動(dòng)物細(xì)胞的試驗(yàn)，動(dòng)物體內(nèi)研究和臨床研究均需要進(jìn)行。對(duì)紅棗多糖的研究仍存在很多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，紅棗多糖等大分子化合物具有重要的健康研究?jī)r(jià)值，加強(qiáng)其用于食品、保健品和藥品等領(lǐng)域的成果研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)，具有廣泛的市場(chǎng)前景。