西洋參多糖分離純化及其生物活性研究進(jìn)展

摘 要：西洋參多糖是來源于西洋參中的一種重要的天然活性成分，能夠增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗腫瘤、抗衰老、加速核酸和蛋白質(zhì)合成，受到食品藥品領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。與其他活性成分相比，西洋參多糖具有潛在藥用性和應(yīng)用價(jià)值。本文通過綜述西洋參多糖的提取、分離與純化方法，討論其應(yīng)用的必要性與可行性，論述了西洋參多糖的生物活性，最后指出該領(lǐng)域研究的現(xiàn)狀和存在的問題，以期為西洋參多糖的進(jìn)一步研究提供思路。

關(guān)鍵詞：西洋參；多糖；分離純化；生物活性

中圖分類號：R284 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1008-1038（2024）10-0031-05

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.10.006

Progress Isolation， Purification and Bioactivity of Polysaccharides

from Panax quinquefolium

MIAO Lin1， QU Qiuying2， DUAN Yuanyuan1， YI Shaopeng1， XU Yufei1， WANG Kunning1， SONG Zhengjian1*

（1. Weihai Wendeng Daodi Ginseng Industry Development Co.， LTD.， Weihai 264400， China; 2. Weihai Wendeng Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Weihai 264400， China）

Abstract： American ginseng polysaccharides is an important natural active ingredient derived from Panax quinquefolium. It can enhance the body’s immunity， anti-tumor， anti-aging， and accelerate the synthesis of nucleic acid and protein， which has attracted wide attention in the field of food and medicine. Compared with other active components， it has potential medicinal properties and application value. This paper reviewed the extraction， separation and purification methods of American ginseng polysaccharide， discussed the necessity and feasibility of its application， discussed the biological activity， and finally pointed out the existing problems and current situation in the research field， in order to provide ideas for further research on American ginseng polysaccharide.

Keywords： American ginseng; polysaccharide; separation and purification; biological activity

西洋參（Panax quinquefolium）是一種生長緩慢的多年生草本植物，原產(chǎn)自北美東部，作為林下植物生長于落葉闊葉林中[1]。20世紀(jì)末引種中國，在東北、華東等地區(qū)分布廣泛[2]。古史記載，西洋0c42d06b33fb2a35ea2b1f990f53fdbe參能生津降火、補(bǔ)脾除燥[3]?，F(xiàn)代研究表明，西洋參具有抗氧化[4]、抗抑郁[5]、改善腸道菌群[6]、抑制黑色素形成[7]等功效，適齡廣泛，是一種具有良好食品功效和藥用功效的保健品。西洋參中含有多種有效成分，包括人參皂苷、氨基酸、肽、多糖、脂肪酸、無機(jī)物、揮發(fā)性甘油等[8]。近年來，人參皂苷仍然是西洋參研究的焦點(diǎn)，具有西洋參的主要生理活性，西洋參多糖潛在的降血糖、抗腫瘤、抗氧化[9]等功效也引起越來越多的關(guān)注。西洋參多糖主要存在于根、莖、葉中，這些部位含量高達(dá)80%。采用不同的提取和分離純化方法獲得的西洋參多糖理化性質(zhì)不同，在臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，其具有開發(fā)抗氧化、抗腫瘤或免疫調(diào)節(jié)能力的新型營養(yǎng)保健品或健康食品的潛在價(jià)值。

本研究對西洋參多糖的提取方法進(jìn)行了總結(jié)和歸類，并對其生物學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)介紹，旨在為西洋參多糖的生物活性研究和進(jìn)一步研發(fā)利用提供參考。

1 西洋參多糖的提取方法

1.1 水提法

西洋參多糖易溶于水、難溶于有機(jī)試劑的特點(diǎn)使水提法應(yīng)用較為廣泛，也是最常見的提取方法之一。丁之恩[10]用熱水水提醇沉法從西洋參葉中提取多糖，提取物得率高達(dá)19.3%，多糖含量達(dá)到32.2%?？抵矣淼萚11]采用水提法對西洋參花進(jìn)行閃式提取，提取電壓為130 V，液料比30∶1（mL/g），提取時(shí)間100 s，西洋參花多糖得率為11.12%±0.23%。水提法簡單方便，但提取率低，能耗高，且只適用于溶解性較好的中性多糖。基于傳統(tǒng)的水提法，衍生出酶解法、超聲提取法、兩相萃取法等。

1.2 酶解法

在食品加工行業(yè)，提取西洋參的活性成分融入中藥制劑和飲料中，從而為產(chǎn)品賦能，但常用的提取方法利用率低、苦味嚴(yán)重，為改善此現(xiàn)象，將酶解技術(shù)應(yīng)用于食品藥品生產(chǎn)過程中，根據(jù)西洋參的細(xì)胞壁組成選擇合適的酶進(jìn)行水解或降解，通過破壞細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，溶解細(xì)胞中的物質(zhì)，能大大提高溶劑中活性物質(zhì)的含量。Guo等[12]以西洋參為主要原料，采用纖維素酶和果膠酶、淀粉酶和麥芽糖酶以及風(fēng)味蛋白酶的三步酶水解工藝，分解原料中的纖維素、果膠和淀粉，產(chǎn)生甜味，增強(qiáng)了最終產(chǎn)品的風(fēng)味，同時(shí)保留了西洋參中的重要營養(yǎng)成分和功能性物質(zhì)，在抗氧化和抗炎能力方面具有顯著增強(qiáng)作用。吳憲玲[13]發(fā)現(xiàn)在酶解時(shí)間1.2 h、酶解溫度60 ℃、pH 6.51、復(fù)合酶（纖維素酶與木瓜蛋白酶比例是1∶4）添加量2.02%條件下，西洋參粗多糖提取率為27.43%，與水提法相比，提取率提高了6.18%。酶解法雖然制備條件溫和，大大保留了多糖結(jié)構(gòu)，但對制備參數(shù)要求精確，提高了生產(chǎn)成本，將酶解法工藝進(jìn)行優(yōu)化升級，能加快多糖提取產(chǎn)業(yè)的變更與發(fā)展。

1.3 超聲提取法

超聲提取法具有成本低、操作簡單和提取率高等特點(diǎn)。Yang等[14]應(yīng)用Box-Behnken設(shè)計(jì)（BBD）來擬合和開發(fā)表示響應(yīng)值（多糖提取率）和自變量（即超聲波功率、提取時(shí)間和液料比）之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，方差分析和響應(yīng)面分析結(jié)果表明，與熱水提取法相比，超聲提取時(shí)間短、回收率高，且不改變多糖的結(jié)構(gòu)和免疫刺激活性。劉婷等[15]采用正交試驗(yàn)的方法，對超聲提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，與傳統(tǒng)回流提取法相比，多糖得率提高11.46%。總體而言超聲提取是一種有效可行的大規(guī)模生產(chǎn)植物多糖的技術(shù)，但存在能量利用率低，對多糖結(jié)構(gòu)破壞可能性較大。

1.4 兩相萃取法

兩相萃取法是基于水提法和乙醇沉淀法的綠色高效的提取方法，采用深共晶溶劑（DESs）與水性兩相體系相結(jié)合，在整個(gè)提取過程中，避免使用有機(jī)試劑，分離出的綠色溶劑可以回收并重新用于下一個(gè)環(huán)節(jié)。Zhou等[16]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DESs組分是乙二醇、含水率20%、固溶比1∶20、提取溫度60 ℃、超聲時(shí)間30 min時(shí)，提取率最高；此方法與水提法相比，具有提取能力高、操作簡單、耗能較低等優(yōu)點(diǎn)，可作為天然植物提取的方法，但多糖純度顯著低于水提法。

2 西洋參多糖的分離純化方法

2.1 脫色工藝

西洋參多糖粗提后，多含有雜質(zhì)和色素，若此時(shí)進(jìn)行純化，則會污染凝膠填料，也會對色譜分析和結(jié)構(gòu)鑒定產(chǎn)生影響，因此，需要對多糖進(jìn)行脫色處理后，再進(jìn)行分離純化。常見的脫色工藝分為活性炭脫色、過氧化氫脫色和大孔樹脂脫色。于曉紅等[17]對上述常見的三種工藝進(jìn)行對比，以脫色率、脫蛋白率和多糖損失率為評價(jià)指標(biāo)，結(jié)果表明，活性炭法脫色率較低，易形成黏稠膠狀物質(zhì)，不易分離，造成多糖損失。雙氧水法在脫色過程中，通過氧化作用分解多糖，破壞活性基團(tuán)，影響其活性。大孔樹脂脫色工藝更優(yōu)，多糖損失率最低。段曉穎等[18]采用正交實(shí)驗(yàn)，對西洋參多糖的大孔樹脂脫色工藝進(jìn)行優(yōu)化，得出在洗脫劑為體積分?jǐn)?shù)30%乙醇，洗脫劑pH 8.0時(shí)，得到的純度為47.94%。大孔樹脂法能可靠地提取西洋參多糖，但一定程度上也會造成中性糖或糖醛酸的損失。

2.2 乙醇沉淀法

乙醇沉淀法通常與色譜柱純化法聯(lián)合使用，與單獨(dú)處理相比，具有較高的分離效率，且純度也更高，是一種高效處理西洋參多糖的有效措施。Guo等[19]利用水提法提取，乙醇沉淀法純化，得出由四種多糖組成的CGSP多糖得率為7.2%。Liu等[20]通過水提、乙醇沉淀、色譜柱純化等工藝，將西洋參多糖的得率提高到9.2%。此方法操作簡單，適用于處理大量樣品，但乙醇等有機(jī)溶劑對多糖活性和結(jié)構(gòu)存在破壞等副作用。

2.3 色譜柱純化法

色譜柱純化法是目前最常用的純化方法之一，包括離子交換柱層析和分子篩層析。離子交換層析法不僅可以用于多糖的純化，同樣可以用于蛋白質(zhì)的純化，通過與離子的結(jié)合，將所需物質(zhì)留在層析柱上，后續(xù)可用洗脫液進(jìn)行洗脫。分子篩層析是根據(jù)各組分相對分子質(zhì)量大小差異進(jìn)行純化。李珊珊等[21]采用水提法對西洋參果糖進(jìn)行提取，用DEAE-Sepharose Fast flow層析柱分離提純，在Sepharose CL-6B分析柱進(jìn)一步洗脫，能夠得到均一多糖。Yu等[22]對西洋參根多糖分離純化，依次通過DEAE-Sepharose CL-6B陰離子交換色譜和Sepharose CL-6B凝膠色譜，得到不同分級的西洋參果糖。此方法分離效果好，操作簡單，但大多適用于實(shí)驗(yàn)室研究，在生產(chǎn)加工中存在局限。

3 西洋參多糖的生物活性

3.1 抗菌活性

近年來，醫(yī)學(xué)上抗生素的濫用和誤用使得微生物病原體存在高耐藥性，對植物進(jìn)行抗微生物特性研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)植物存在抗微生物特性，人參、西洋參、三七等傳統(tǒng)藥物具有廣泛的藥理作用，Wang等[23]發(fā)現(xiàn)西洋參根提取物中的可溶性多糖對白念珠菌具有抗菌活性。任多多等[24]采用不同劑量的西洋參多糖對小鼠進(jìn)行處理，與對照組相比，厚壁菌門和變形菌門的相對豐度減少，顫螺旋菌屬和糞球菌屬的相對豐度也大大降低。在改善腸道菌群的組成方面，西洋參多糖表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

3.2 抗癌和抗腫瘤活性

癌癥和腫瘤細(xì)胞的發(fā)生多數(shù)是因?yàn)閮?nèi)外界刺激引起炎癥，進(jìn)而惡化的結(jié)果。日光的紫外線照射能夠形成過量的活性氧，引起皮膚炎癥，從而引起皮膚老化、表皮細(xì)胞損傷和皮膚癌的發(fā)生。Akhter等[25]以無毛小鼠為模型，研究含有西洋參多糖的納米顆粒對皮膚的光保護(hù)作用，通過西洋參多糖的預(yù)處理，有效抑制紫外線照射誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子水平的升高，減少了炎癥性皮膚損傷，大大緩解了皮膚癌癥患病的概率。Akhter等[26]衍生出高熒光強(qiáng)度的西洋參多糖納米顆粒，對腫瘤誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞幾乎沒有細(xì)胞毒性，且與人參多糖有相似的高免疫活性。

3.3 免疫調(diào)節(jié)活性

免疫系統(tǒng)是身體至關(guān)重要的防御系統(tǒng)，能夠抵御外來侵害，保持正常的生理穩(wěn)態(tài)。西洋參是一種維持人體穩(wěn)態(tài)的補(bǔ)品，被用作免疫調(diào)節(jié)劑。Zhou等[27]聯(lián)合使用西洋參多糖和人參皂苷，研究其免疫調(diào)節(jié)作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其能夠有效恢復(fù)腸道免疫紊亂與受損的腸黏膜完整性，并減輕了腸道菌群功能障礙。在植物性多糖的提取過程中，容易存在細(xì)菌脂多糖污染的風(fēng)險(xiǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化的控制，Ghosh等[28]首次利用植物組織培養(yǎng)技術(shù)對該問題進(jìn)行控制，并成功分離出西洋參培養(yǎng)物中的酸性多糖，證實(shí)其中含有免疫調(diào)節(jié)型的果膠，可配制成生物活性營養(yǎng)保健品，也可單獨(dú)用作外源性免疫調(diào)節(jié)劑。

3.4 抗炎活性

創(chuàng)傷、感染、有害刺激和其他病原體的侵害均可引起炎癥的發(fā)生，免疫細(xì)胞產(chǎn)生大量的促炎因子，若該過程未被有效控制，則會誘導(dǎo)免疫細(xì)胞凋亡，并隨后導(dǎo)致慢性退行性疾病或癌癥，然而，生物活性成分能夠有效調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的促炎介質(zhì)和細(xì)胞因子的表達(dá)，從而抑制炎癥的惡化。Xie等[29]通過高效凝膠滲透色譜從西洋參中分離純化的中性多糖，在斑馬魚模型上進(jìn)行表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)具有良好的抗炎活性，有助于開發(fā)具有改善炎癥作用的功能性食品成分。Ren等[30]發(fā)現(xiàn)，西洋參多糖對抗生素誘導(dǎo)的腹瀉情況具有顯著的緩解作用，通過促進(jìn)腸道結(jié)構(gòu)的恢復(fù)，降低炎性細(xì)胞因子水平，改善短鏈脂肪酸水平，減少抗生素引起的副作用。Wang等[31]對另一新的西洋參中性多糖進(jìn)行解析發(fā)現(xiàn)，可能在炎癥和炎癥相關(guān)疾病如腫瘤、動脈粥樣硬化等方面具有治療意義。

4 展望

西洋參作為藥食同源植物，其中的活性成分皂苷，近年來受到廣泛關(guān)注。西洋參多糖作為另一重要活性成分，也逐漸受到研究者的重視。西洋參多糖的提取純化工藝已有很多方法，但與人參多糖相比，仍有很多環(huán)節(jié)需要進(jìn)一步的探索以提高其提取率。在西洋參多糖的生物活性研究中，很少研究會涉及西洋參多糖的作用機(jī)理，特別是多糖種類與結(jié)構(gòu)引起機(jī)理的改變，從而結(jié)合在食品、藥品領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步的開拓，且對細(xì)胞層面和基因?qū)用娴奶接懖⒉簧钊?。目前對于西洋參的活性物質(zhì)分析大多側(cè)重于人參皂苷和西洋參多糖等，而對于氨基酸、蛋白、多肽等物質(zhì)仍有很大空間值得進(jìn)一步探討和關(guān)注。

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