植物多糖的研究進(jìn)展

1、植物多糖的研究進(jìn)展【摘 要】多糖又稱多聚糖，是由單糖縮合成的多聚物，廣泛分布于自然界中，是一類重要的活性物質(zhì)。從20世紀(jì)50年代對(duì)真菌多糖抗癌效果的發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人們開(kāi)始了對(duì)多糖的化學(xué)、物理、生物學(xué)系列的研究。目前已有報(bào)道的天然多糖化合物約有300多種，廣泛存在于植物、動(dòng)物和微生物組織中。近年來(lái)，由于植物多糖具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗衰老、降血糖等多種生物活性、毒副作用小和不易造成殘留等優(yōu)點(diǎn)1-2，對(duì)植物多糖的研究呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢(shì)。中國(guó)幅員遼闊，自然條件復(fù)雜，孕育著豐富的植物資源，為開(kāi)發(fā)利用植物多糖奠定了深厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，對(duì)植物多糖的研究多集中在藥理作用等方面，而對(duì)植物多糖進(jìn)一步的分離純化、結(jié)

2、構(gòu)測(cè)定、結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系及在食品、農(nóng)業(yè)、工業(yè)方面的開(kāi)發(fā)應(yīng)用等研究工作較少。筆者參閱了部分資料，對(duì)植物多糖的結(jié)構(gòu)、提取方法、藥理作用及在保健品、食品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用作一簡(jiǎn)要綜述，旨在為今后中國(guó)植物多糖的綜合利用和開(kāi)發(fā)奠定技術(shù)和理論基礎(chǔ)。【關(guān)鍵詞】多糖；功能；提取純化1 植物多糖的組成和結(jié)構(gòu)多糖是由超過(guò)10個(gè)以上、通常由幾百甚至幾千個(gè)單糖分子聚合而成的一類化合物。由醛糖或酮糖通過(guò)糖苷鍵連接而成，糖苷鍵分為型和型2種。植物多糖的糖鏈結(jié)合以-1,3或-1,6鍵為主，有的多糖還帶有分支，帶有分支鏈的多糖具有抗腫瘤活性。而型連接的多糖生理活性較弱。但有研究表明3，型連接的多糖也具有較強(qiáng)的抗腫瘤活性。多糖與

3、蛋白質(zhì)一樣具有一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)是指糖基的組成，糖基排列順序，相鄰糖基的連接方式，異頭碳構(gòu)型以及糖鏈有無(wú)分支，分支的位置與長(zhǎng)短等。二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多糖主鏈間以氫鍵為主要次級(jí)鍵而形成的有規(guī)則的構(gòu)象。三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)是指以二級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，由于糖單位之間的非共價(jià)相互作用，導(dǎo)致二級(jí)結(jié)構(gòu)在有序的空間里產(chǎn)生的有規(guī)則的構(gòu)象。研究表明，同是-1,3連接的多糖即使其一級(jí)結(jié)構(gòu)完全相同，但由于二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)不同，其生理活性差異也很大4-5。因此，多糖的活性與其高級(jí)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。2 多糖提取純化方法的研究進(jìn)展2.1植物多糖的提取方法2.1.1水煎煮法水煎煮法是多糖提取的傳統(tǒng)方法,是用水作為溶劑煎煮提取多糖。因?yàn)?/p>

4、多糖在冷水中溶解度較低,一般要在70-90熱水中回流提取23h,將提取液真空濃縮后加入乙醇將多糖析出。目前多數(shù)國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)采用水煎煮法提取多糖,如盛家榮等6采用此法從板藍(lán)根中提取多糖,李志洲等7采用該法提取大棗多糖。該法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、適用面廣等優(yōu)點(diǎn)。但是這種方法也存在操作時(shí)間長(zhǎng),收率低,并需多次反復(fù)操作,能耗較高等缺點(diǎn)。黃琳娟等人研究枸杞多糖時(shí),采用水提法先浸泡24h,過(guò)濾后殘?jiān)儆盟?h,操作周期過(guò)長(zhǎng)8。2.1.2酶法提取酶技術(shù)近年來(lái)廣泛應(yīng)用到有效成份提取中的一項(xiàng)生物技術(shù),使用酶可降低提取條件,在比較溫和的條件下分解植物組織,加速有效成分的釋放或提取。此外,使用酶還可分解提取液中淀

5、粉、果膠、蛋白質(zhì)等非目的產(chǎn)物。此法可使后續(xù)的濃縮和脫蛋白工藝更簡(jiǎn)易、省時(shí),粗多糖的純度更高。但會(huì)提高生產(chǎn)成本,對(duì)提取條件要求較高。楊云9等人采用的單酶法和復(fù)合酶法提取大棗多糖,單酶法提取多糖含量最高可達(dá)44.69%,而復(fù)合酶法多糖最高含量可達(dá)68.13%。2.1.3超聲法提取超聲法利用超聲波對(duì)細(xì)胞組織的破碎作用來(lái)提高多糖浸出率的,具有快速、安全、簡(jiǎn)便、成本低、多糖提取率高,成分又不被破壞等優(yōu)點(diǎn),但對(duì)提取設(shè)備要求較高。楊云10、李小平11等采用超聲提取大棗多糖,李夏蘭12等采用超聲法提取芥菜多糖。研究表明,超聲法與傳統(tǒng)的熱水浸提法相比,多糖提取率高,并有效地縮短了提取周期,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。2.1

6、.4超臨界萃取法根據(jù)某些氣體在超臨界狀態(tài)下具有特殊的液相性質(zhì),對(duì)一些組分有較好的溶解性,用來(lái)提取目的產(chǎn)物。一般采用CO2超臨界萃取多糖組分。廖周坤等人采用超臨界CO2萃取技術(shù)對(duì)藏藥雪靈芝中多糖進(jìn)行提取。結(jié)果表明,采用不同極性?shī)A帶劑的超臨界CO2萃取與傳統(tǒng)溶劑萃取工藝相比,多糖收率可提高至1.62倍13。這種方法對(duì)物質(zhì)的生物活性保存較好,但成本較高,大多用于價(jià)值較高的多糖的提取。新型高效的提取分離方法,不僅可以極大地縮短操作周期,而且可提高收率,應(yīng)用前景廣泛;對(duì)新技術(shù)的作用機(jī)理及模型應(yīng)當(dāng)作進(jìn)一步的研究,從而為工業(yè)化放大提供依據(jù)。在應(yīng)用新技術(shù)的同時(shí),其負(fù)效應(yīng)也不容忽視,如酶法降解副產(chǎn)物對(duì)提取的影響

7、;超聲波的凝聚作用以及熱點(diǎn)作用下多糖的降解問(wèn)題等。2.2植物多糖的純化方法活性多糖的分離純化是指獲得粗的活性多糖后,除去共存雜質(zhì),得到純度較高多糖產(chǎn)品。分離純化的方法很多,一般隨多糖組成的不同而有所區(qū)別。2.2.1透析法透析法是利用一定孔目的膜,使無(wú)機(jī)鹽或小分子糖透過(guò),而將大分子的多糖截留下來(lái)從而達(dá)到純化多糖的目的。此法的關(guān)鍵是要選擇孔目合適的透析膜。纖維膜孔徑為23nm,可使單糖分子通過(guò),分離效果較好,透析時(shí)常需要多次換水,溶液的pH值維持在6.06.5范圍內(nèi)。2.2.2分級(jí)沉淀法一般的單糖和小分子糖是溶于乙醇的,而分子較大的多糖在乙醇中的溶解度較低,因此,根據(jù)多糖聚合度和分子量的不同,在低

8、級(jí)醇或低級(jí)酮中的溶解度不同,一般隨著聚合度和分子量增大在醇中的溶解度逐步降低。根據(jù)這一性質(zhì),在濃縮后的多糖溶液中,分批按比例由小到大加入這些醇,使溶液中含醇量漸增,進(jìn)行分級(jí)沉淀。分取各次析出的沉淀,可以粗略得到分子量不同的多糖。采用此法純化多糖時(shí),一般應(yīng)將溶液的pH值調(diào)到7.0附近,此時(shí)多糖的性質(zhì)較穩(wěn)定。這種方法適于分離溶解度相差較大的多糖。除了改變?nèi)軇┑慕M成外,也可利用熱的糖溶液逐步冷卻,或逐步添加無(wú)機(jī)鹽,如硫酸銨等進(jìn)行鹽析。由于多糖的分子量范圍廣,有共沉淀現(xiàn)象,此法只能作為多糖的粗略分離方法,實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需結(jié)合其他純化方法。凝膠柱層析法凝膠柱層析法主要是根據(jù)多糖分子的大小和形狀不同而達(dá)到分

9、離目的。但溶液流經(jīng)多孔性凝膠柱時(shí),小分子已擴(kuò)散入孔中,各溶質(zhì)依分子量大小順序依次流出。此方法快速、簡(jiǎn)單、條件溫和。常用的凝膠有葡聚糖凝膠(Sephadex)和瓊脂糖凝膠(Sepharose),以不同濃度的鹽溶液和緩沖溶液作為洗脫劑。此法還可進(jìn)行多糖相對(duì)分子量的測(cè)定。2.2.3纖維素柱層析法纖維素陰離子交換劑柱層析對(duì)多糖的分離是利用pH6時(shí),酸性多糖能吸附于交換劑上,中性多糖不吸附,用pH相同離子強(qiáng)度不同的緩沖液將酸性強(qiáng)弱不同的酸性多糖分別洗脫出來(lái)。常用的陰離子交換纖維素有DEAE-纖維素和ECTEOLA纖維素。張?zhí)m杰等就采用DEAE-纖維素柱分離北五味子多糖,分別得到了白色結(jié)晶和黃色粉末兩種多

10、糖產(chǎn)物。2.2.4離子交換樹(shù)脂法將陰離子交換樹(shù)脂用堿進(jìn)行預(yù)處理,其可以選擇性的吸附還原糖,部分吸附蔗糖,用NaCl溶液進(jìn)行洗脫,常用的強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂是Dowex-1。而陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可對(duì)酸性和中性多糖進(jìn)行較好的分離。尚紅偉14采用弱堿性離子交換樹(shù)脂純化大棗多糖,其產(chǎn)品含量達(dá)39.4%。此法具有產(chǎn)物純度高,污染小的優(yōu)點(diǎn),但此法具有洗脫體積大,后處理麻煩等缺點(diǎn)。2.2.5季銨鹽沉淀法采用陽(yáng)離子型清潔劑,例如在十六烷基三甲銨溴化物中依次加入不同pH的多糖水溶液,就可以在酸性、中性、堿性的溶液中分步沉淀出多糖。根據(jù)沉淀物的性質(zhì),可分別采用下述三類方法將多糖從沉淀物中游離出來(lái):(1)沉淀溶于無(wú)機(jī)鹽

11、溶液。將沉淀物放入NaCl溶液中溶解,向溶液中加入乙醇使多糖再次沉淀析出;(2)沉淀溶于有機(jī)溶劑。將沉淀溶于乙醇,向溶液中加入無(wú)機(jī)鹽,此時(shí)多糖生成鹽沉淀下來(lái),再加入強(qiáng)酸使多糖變?yōu)橛坞x態(tài);(3)沉淀不溶于鹽和有機(jī)溶劑。將沉淀放入無(wú)機(jī)鹽的醇飽和溶液,振蕩,用乙醇洗滌沉淀,再加酸將糖游離出來(lái)。李紅艷等就采用此法對(duì)大棗多糖的粗品進(jìn)行純化,得到酸性多糖純度為53.76%,中性多糖純度為57.4%。3 藥理作用3.1免疫調(diào)節(jié)的作用研究發(fā)現(xiàn)，植物多糖最重要的藥理作用為免疫促進(jìn)作用。黃芪多糖可從多層面發(fā)揮免疫增強(qiáng)作用15-17：（1）可直接影響細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)代謝，誘導(dǎo)機(jī)體細(xì)胞產(chǎn)生相關(guān)的體液因子；（2）不僅能增強(qiáng)

12、機(jī)體的特異性免疫，而且還能增強(qiáng)機(jī)體的非特異性免疫；（3）既可增強(qiáng)正常機(jī)體的免疫功能，又可調(diào)節(jié)異常機(jī)體的免疫功能。牛膝多糖具有明顯的增強(qiáng)機(jī)體免疫功能作用，能升高血清溶血素和脾臟內(nèi)抗體形成細(xì)胞束，提高血清免疫球蛋白IgG水平，激活網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的吞噬功能，激活巨噬細(xì)胞促進(jìn)TNF和IL-2的生長(zhǎng)，促進(jìn)淋巴細(xì)胞的增殖18。淫羊藿多糖能提高免疫系統(tǒng)組織細(xì)胞的活性，具有雙向免疫調(diào)節(jié)功效，使機(jī)體紊亂的免疫狀態(tài)恢復(fù)正常，促進(jìn)抗體生成，提高小鼠淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率和腹腔巨噬細(xì)胞吞噬率19。蕨麻多糖能提高正常小鼠和免疫抑制小鼠脾臟指數(shù)，表明該多糖體內(nèi)注射能促進(jìn)免疫抑制小鼠脾臟和胸腺淋巴細(xì)胞的增殖，可對(duì)抗環(huán)磷酰胺引起的免疫

13、抑制20。3.2抗腫瘤多糖通過(guò)活化巨噬細(xì)胞，活化淋巴細(xì)胞，促進(jìn)細(xì)胞因子分泌，活化補(bǔ)體而提高宿主抗腫瘤免疫功能，通過(guò)影響腫瘤細(xì)胞膜生化、抗自由基、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化與凋亡，影響腫瘤細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)而發(fā)揮直接的抗腫瘤作用。香菇多糖能恢復(fù)或加強(qiáng)宿主對(duì)淋巴細(xì)胞、激素及其它生物活性因子的反應(yīng)，通過(guò)刺激免疫活性細(xì)胞的成熟、分化和繁殖，使機(jī)體的淋巴細(xì)胞大量增加；它又能激活補(bǔ)體系統(tǒng)的經(jīng)典途徑或變更途徑，增加巨噬細(xì)胞非特異性細(xì)胞毒，并增加中性粒細(xì)胞對(duì)腫瘤節(jié)的侵潤(rùn)，促使宿主因癌癥及感染而引起的體內(nèi)平衡失調(diào)的恢復(fù)21。蘆薈多糖能激活巨噬細(xì)胞，增加一氧化氮（NO）的合成，刺激巨噬細(xì)胞表面分子的表達(dá)，具有抗腫瘤作用，而且與化

14、療藥物合用時(shí)，均有不同程度的減毒增效作用，且可顯著提高荷瘤鼠血清中IL-2、TNF含量22。枸杞多糖可提高荷H22瘤小鼠的T淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化能力和人體自然殺傷細(xì)胞（NK細(xì)胞）活性，提示其抗腫瘤作用可能是通過(guò)增強(qiáng)荷瘤小鼠免疫功能間接實(shí)現(xiàn)的23。3.3抗衰老現(xiàn)代研究認(rèn)為，植物多糖的抗衰老作用主要涉及以下四個(gè)方面：加強(qiáng)DNA的復(fù)制與合成，提供必須的微量元素與營(yíng)養(yǎng)來(lái)延長(zhǎng)動(dòng)物的生長(zhǎng)期，提高動(dòng)物對(duì)非特異性刺激的抵抗能力以達(dá)到強(qiáng)壯作用；調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)和核酸、糖和脂質(zhì)代謝；抗脂質(zhì)過(guò)氧化與抑制脂褐質(zhì)作用；提高機(jī)體超氧化物歧化酶（SOD）活力，清除機(jī)體內(nèi)脂質(zhì)過(guò)氧化物（LPO）和丙二醛（MDA），抑制MAOB的作用，以抗衰

15、老24。枸杞多糖可明顯降低衰老大鼠羰基蛋白含量，增加谷胱甘肽含量和增強(qiáng)谷胱甘肽活性，通過(guò)降低蛋白質(zhì)氧化損傷而發(fā)揮抗衰老的作用25。此外，蘆薈多糖、野甘草多糖、南沙參多糖、牛膝多糖、螺旋藻多糖、山茱萸多糖、玉竹多糖、紫菜多糖、木耳多糖、天門(mén)冬多糖、沙棘多糖、板藍(lán)根多糖都具有一定程度的清除自由基及延緩衰老的作用26-27。3.4其他作用此外，植物多糖還具有抗炎、抗菌、抗病毒、抗寄生蟲(chóng)、抗輻射、降血脂、降血糖、抗感染、抗消化性潰瘍、抗凝血及清除體內(nèi)外氧自由基等作用28。4 植物多糖的應(yīng)用4.1在保健食品方面的應(yīng)用活性多糖小劑量可防病健身，是增強(qiáng)免疫力、延緩衰老的佳品。所以可將植物多糖作為重要的保健品

16、進(jìn)行開(kāi)發(fā)。近年來(lái)已有靈芝多糖、香菇多糖、甘草多糖、枸杞多糖等被用來(lái)開(kāi)發(fā)了多種保健品，取得了較好的效果29。在工業(yè)化生產(chǎn)中，可直接制成高濃度的多糖粗提液，然后進(jìn)一步加工制成飲料、口服液，或作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑直接加入食品中作為特殊人群的保健食品，使之由藥品向功能性食品轉(zhuǎn)化。4.2在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用植物多糖具有“prebiotic”益生元的特性，能促進(jìn)動(dòng)物體內(nèi)有益菌生長(zhǎng)，而對(duì)有害菌起抑制作用，能起到調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道菌群的效果，是一種有效的益生協(xié)同劑，例如黃芪多糖和益生菌組成合生元，能協(xié)同作用提高雛雞機(jī)體免疫水平30。研究發(fā)現(xiàn)，在仔豬日糧中添加300mg/kg香菇多糖能夠顯著提高日增重和采食量，并且生產(chǎn)激素（

17、GH）、三碘甲腺原氨酸（T3）水平顯著提高，皮質(zhì)醇水平顯著下降，仔豬生產(chǎn)性能得到改善31。黃芪多糖既能促進(jìn)哺乳仔豬、斷奶仔豬免疫系統(tǒng)的免疫功能，增強(qiáng)機(jī)體的抗病力，又能降低哺乳仔豬“三痢”、斷奶仔豬腹瀉的發(fā)病率32。不同濃度淫羊藿多糖能顯著提高雛雞淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率、中性粒細(xì)胞吞噬力、AI-HI和ND-HI抗體效價(jià)、紅細(xì)胞-C3b花環(huán)率，降低紅細(xì)胞-IC花環(huán)率，且中劑量效果較好33。研究表明，飼料中添加枸杞多糖能顯著增強(qiáng)鯽魚(yú)的溶菌酶活力，提高其非特異性免疫力34；低濃度-葡聚糖能顯著促進(jìn)齊口裂腹魚(yú)生長(zhǎng)，增強(qiáng)其免疫功能35。黃芪多糖可以顯著提高仿刺參體腔細(xì)胞溶菌酶mRNA表達(dá)量，其中5mg/kg劑量組

18、提高顯著36。云芝多糖對(duì)銀鯽的吞噬活性、血清溶菌酶活力和超氧化物歧化酶活力有一定的增強(qiáng)作用，還能提高奧尼羅非魚(yú)蛋白酶活性，降低脂肪酶活性，而對(duì)淀粉酶活性影響不顯著37-38。近年來(lái)，隨著人們生活水平的提高，對(duì)畜產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，生產(chǎn)無(wú)激素、無(wú)殘留的綠色食品已成為生活的必要。研究表明39，植物多糖具有促進(jìn)T細(xì)胞增殖、NO產(chǎn)生、白細(xì)胞介素生成以及抗炎、抗病毒等作用，且低毒或無(wú)毒，不易造成殘留，是一種天然的綠色飼料添加劑，在畜牧生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。4.3在其他方面的應(yīng)用多糖可作為果蔬的涂膜保鮮劑、可食性的包裝材料；以及工業(yè)上的絮凝劑、潤(rùn)滑劑和保濕劑等等，例如白芨多糖可作為潤(rùn)滑劑、保濕

19、劑應(yīng)用于石油和化妝品工業(yè)中。此外，由于多糖優(yōu)越的保濕性、吸附性及粘結(jié)性，研究人員認(rèn)為將價(jià)廉易得的植物多糖用于環(huán)境治理將是該領(lǐng)域新的研究方向。5 結(jié)語(yǔ)總之，植物多糖的生物活性日益受到重視，在醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等方面有著較大的潛在應(yīng)用價(jià)值。迄今，對(duì)植物多糖的研究、開(kāi)發(fā)應(yīng)用已取得了飛速的發(fā)展，但仍存在著一些問(wèn)題，如對(duì)植物多糖作用機(jī)理與結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究仍是薄弱環(huán)節(jié)，植物多糖雖具有廣泛的生物活性，但真正應(yīng)用于臨床的植物多糖并不多，在這些方面仍需要深入研究。我國(guó)資源豐富，但長(zhǎng)期以來(lái)，由于自然條件和人為的破壞，許多珍貴植物資源已瀕臨滅絕，如何改進(jìn)適于工業(yè)化生產(chǎn)的提取、分離、純化方法以提高資源的利用率，節(jié)省

20、能源，也顯得極為重要。參考文獻(xiàn) 1TaoYW.TianGY.Studiesonthephysicochemicalproperties,structureandantitumoractivityofpolysaccharideYhPS-1fromtherootofCordalisyanhusuoWangJ.ChineseJournalofChemistry,2006,24(2):235-239.2GeY.DuanYF,FangGZ,etal.StudyonbiologicalactivitiesofPhysalisalkekengivarfranchetipolysaccharideJ.JSc

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