黃仁貴

劉 佳1,2

(1. 中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院，湖南 長沙 410004；2. 稻谷及副產物深加工國家工程實驗室，湖南 長沙 410004)

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提取方法對植物多糖生物活性的影響研究進展

黃仁貴1,2

劉 佳1,2

(1. 中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院，湖南 長沙 410004；2. 稻谷及副產物深加工國家工程實驗室，湖南 長沙 410004)

植物多糖是一類純天然的生物活性物質，其來源廣泛，具有抗腫瘤、免疫調節(jié)、降血脂、降血糖、抗氧化、抗疲勞等眾多活性功能。多糖的活性受種類、部位以及提取方法等因素影響。文章從植物多糖生物活性的研究現(xiàn)狀以及提取方法對生物活性的影響兩方面進行綜述，以期為多糖活性的探索與利用提供參考。

植物多糖；提??；生物活性

多糖(Polysaccharide)，又稱為多聚糖，是由10個及以上的單糖分子通過糖苷鍵連接形成的一類天然高分子物質，廣泛存在于自然界，同核酸、蛋白質和脂質并稱為構成生命所必需的四大基本物質，與機體各種生理功能聯(lián)系緊密。按來源，多糖分為植物多糖、動物多糖與微生物多糖。植物多糖具有抗腫瘤[1]、免疫調節(jié)[2]、降血脂[3]、降血糖[4]、抗氧化[5]、抗疲勞[6]等眾多活性功能。多糖的生物活性受到植物種類[7]、部位[8]及提取方法[9]等因素的影響。

目前，多糖的提取方法較多，如熱水浸提法[10]、超聲波輔助提取法[11]、微波輔助提取法[12]、酶輔助提取法[13]、超臨界萃取法[14]等。因此，選擇合適的方法對多糖進行提取，對維持或者改善其生物活性尤為重要。本文從植物多糖的活性研究及提取方法對活性的影響兩方面進行綜述，以期為多糖生物活性的探索和利用提供參考。

1 植物多糖的活性研究

1.1 抗氧化

1.1.1 氧化的危害 在食品加工過程中，氧化易引起食品風味、色澤的劣變，甚至導致有毒有害物質的形成。例如，油脂被氧化為醛、酮、酸等物質，產生一種令人不悅的“哈喇味”，嚴重影響油脂的風味、色澤；而且生成致毒致癌物質，如氫過氧化物、二聚物，反式脂肪酸、醛等[15]。油脂的氧化受到脂肪酸的組成、水分活度、氧氣、光照及溫度等因素的影響[16]。因此，科學地調控油脂貯藏條件，可有效抑制或者減緩油脂氧化，保障品質安全。

正常情況下，機體產生自由基與自由基的清除處于動態(tài)平衡狀態(tài)，但當機體自由基堆積，或者自由基清除能力下降，將會導致氧化應激，使得核酸、蛋白質等生物大分子遭到破壞，導致細胞結構與功能發(fā)生改變[17]，進而誘發(fā)多種疾病。例如，奶牛的乳房炎癥是一種多因素疾病，乳房炎導致奶牛產奶量降低、牛奶品質下降及乳汁中細菌超標[18]，這無疑大大增加了牛奶的生產成本和品質風險。

1.1.2 植物多糖的抗氧化性 抗氧化性是植物多糖的重要生物活性之一，相關研究表明植物多糖具有較好的抗氧化功能。目前，有關抗氧化性研究主要集中在體外抗氧化和體內抗氧化兩方面。體外抗氧化性研究主要分為化學法與細胞模型法，其中化學法由于操作簡單、成本低廉等因素，出現(xiàn)頻率較高；但是化學法沒有考慮到新陳代謝中一系列的生理變化過程，難以表明多糖在機體內部的功能活性。

(1) 體外抗氧化：植物多糖的體外抗氧化性研究，主要有清除自由基(DPPH、羥自由基、超氧自由基等)、還原力及細胞模型抗氧化能力評價。Chen等[19]研究了豬牙花多糖的抗氧化性，結果證實豬牙花多糖具有一定的抗氧化功效。Yuan等[20]從桑葉中提取、分離出MLP-3a、MLP-3b兩種多糖并進行了體外抗氧化研究，結果表明兩種多糖均具有良好的螯合Fe2+以及清除DPPH、羥自由基和超氧自由基能力，揭示出桑葉多糖作為天然抗氧化劑的潛力。山藥是一種藥食兩用植物，從中分離出的多糖具有較好的自由基清除效果，并在所研究濃度范圍內呈現(xiàn)出量效關系，當濃度為400 μg/mL 時，對DPPH的清除率達到83.21%[21]。從啤特果分離出的多糖，也具有明顯的清除自由基能力，揭示出啤特果多糖在食品和醫(yī)藥工業(yè)的應用潛力[22]。扶雄等[23]利用細胞模型法，評價了雞骨草多糖的抗氧化能力，結果表明ACPa、ACPb兩種多糖質量濃度分別達到6.25 μg/mL與100.00 μg/mL時，細胞模型抗氧化能力評價方法(Cellular antioxidant activity, CAA)的值達到20，在此基礎增加多糖濃度，CAA值無顯著變化。

(2) 體內抗氧化：體內抗氧化研究，主要依靠構建動物模型，評價機體過氧化產物以及與抗氧化相關酶的活性，反映受試物的體內抗氧化效力。蓮藕是中國一種重要的水生蔬菜，羅登宏等[24]研究了蓮藕多糖在小鼠體內的抗氧化能力，研究顯示蓮藕多糖可顯著提高小鼠重要組織中超氧化物歧化酶(SOD)活力，明顯降低脂質過氧化產物丙二醛(MDA)含量，表明蓮藕多糖在體內具有明顯的抗氧化效果。當以0.4，0.3 g/kg白扁豆多糖溶液灌胃小鼠，可提高小鼠血清中SOD和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的活性，與對照組比較具有統(tǒng)計學差異[25]。

1.2 降血糖

糖尿病(diabetes mellitus，DM)，是由胰島素分泌不足或者生物效力降低所致，可引起代謝紊亂，以血糖升高或者糖尿為主要癥狀。與傳統(tǒng)治療糖尿病的方法口服降糖藥或者胰島素治療相比，植物多糖具有來源廣，毒副作用小等優(yōu)勢，有著更大的發(fā)展前景[26]。

Gao等[27]利用鏈脲霉素(STZ)構建糖尿病動物模型，研究了仙人掌多糖(ODFP)的降糖活性，通過組織病理學研究顯示，仙人掌多糖可顯著提高小鼠胰島組織的完整性，表明ODFP具有一定的降糖功效。從油茶籽中分離得到的多糖，用于對四氧嘧啶造模的高血糖小鼠腹腔注射，探究得出油茶籽多糖具有一定的降血糖功效，并分析指出油茶籽多糖對DPPH在體內體外均有一定程度的清除力[28]。石玉濤等[29]通過研究兩種茶葉多糖對造模后小鼠的降血糖作用，表明兩種茶葉多糖可提高小鼠的葡萄糖耐量、胸腺指數(shù)與脾臟指數(shù)，促進小鼠胸腺和脾臟的發(fā)育，兩種茶葉多糖具有明顯的降血糖作用。

1.3 免疫調節(jié)

免疫應答、免疫器官、免疫細胞及免疫分子等組成了免疫系統(tǒng)[30]，當人體執(zhí)行識別和消滅病毒、細菌等外來異物的防御機制免疫系統(tǒng)受損，易導致免疫力低下患者生病[31]，危害健康。因此，增強機體免疫調節(jié)能力，對維持機體健康有著十分重要的意義。汪名春等[32]從萵苣莖提取出水溶性多糖，在小鼠巨噬細胞RAW264.7給藥試驗研究中顯示，萵苣莖水溶性多糖可明顯提高巨噬細胞活力和吞噬能力，刺激巨噬細胞產生NO。桔梗多糖可增加由環(huán)磷酰胺誘導的免疫抑制小鼠脾臟、胸腺指數(shù)，提高血清白介素-2(IL-2)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)含量，增強免疫功能[33]。Du等[34]研究了沙棗果肉中多糖的免疫調節(jié)活性，結果表明EAP、EAP-1a 和EAP-1b 3種多糖可刺激巨噬細胞釋放NO，提高巨噬細胞的吞噬活性，并在研究濃度范圍內具有劑量效應。Li等[35]研究表明黃芪多糖利于脾淋巴細胞增值，具有顯著免疫調節(jié)活性。

植物多糖還具有抗疲勞[36-37]、降血脂[38-39]、抗腫瘤[40]等生物活性，在食品與醫(yī)藥工業(yè)中有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前，對植物多糖的生物活性研究，主要集中在功能評估，而對于多糖具有相應生物活性的機理研究較少，有待進一步研究與探索。

2 提取方法對植物多糖活性的影響

2.1 對多糖得率的影響

表1列舉了提取方法對植物多糖得率的影響。

由表1可知，與傳統(tǒng)的熱水浸提法相比，酶法提取、微波提取、超聲波提取、超臨界萃取以及超聲波—酶法提取的得率普遍提高，分離效果更好。在竹蓀[41]、桑葚[46]及白茅根[47]多糖的提取研究中，超聲—復合酶法提取的得率均高于超聲波法、復合酶法提取，表明二者聯(lián)合對竹蓀、桑葚及白茅根多糖具有更好的提取效果。在蘆薈多糖的提取研究中，超臨界萃取法的多糖得率遠高于復合酶法、微波法提取的得率[43-45]，但此法成本高，不利于大量提取。酶法提取利用酶軟化細胞壁，降低多糖溶出進入溶劑的難度，從而提高提取效率，常用的有果膠酶、纖維素酶及木瓜蛋白酶等；超聲波提取，是利用超聲波巨大的空化作用與強烈的振動，加速預提取成分進入溶劑，利于提取。酶法提取與超聲波提取相比，具有反應條件溫和、耗能少及對設備要求低等優(yōu)勢[44]。

表1 提取方法對多糖得率的影響Table 1 Effect of extraction methods on the yield of polysaccharides

2.2 對多糖抗氧化性的影響

多糖的提取方法較多，每種方法均有相應的特點，得出的多糖具有不同的抗氧化功效。蛹蟲草經沸水浴、超聲波和微波3種方法提取后制成精多糖，當其濃度為1.0 mg/mL時，由3種方法得到的多糖對羥自由基的清除率分別為95.36%，74.46%，97.11%，超聲波法得到的蛹蟲草多糖對羥自由基的清除效果相對較差[49]。采用超聲波輔助法與熱水浸提法提取槐米多糖，前者提取的多糖對超氧自由基和羥自由基的清除率分別為70.78%，75.34%，熱水浸提的多糖相應清除率分別為62.28%，70.45%，前者的抗氧化性略高于后者[50]。在龍眼多糖的提取與抗氧化研究中，酶提法得到的龍眼多糖抗氧化效果最好，超聲波法次之，堿提法得到的多糖抗氧化效果相對較差[51]。陳衛(wèi)云等[52]對比了超聲波微波酶解協(xié)同提取與熱水提取兩種方法得到的多糖的抗氧化性，發(fā)現(xiàn)超聲微波酶解協(xié)同提取的荔枝多糖的總抗氧化力和清除DPPH、ABTS+自由基的能力分別是熱水法的2.00，6.40，7.83倍。

多糖的活性功能與其結構密切相關，受到多糖分子量、糖苷鍵、化學組成及立體構象等因素的影響[53]。酶提取法反映條件溫和，能夠較大限度地保持多糖結構的完整性，維持多糖的抗氧化功能。Chen等[54]研究了酶法提取與無酶提取得到黃芪多糖的抗氧化功效，結果顯示酶法提取的抗氧化能力約為無酶提取的2倍。但是，酶法提取成本較高，對反應溫度、作用時間、體系pH值及濃度等因素比較敏感。超聲波法提取可在一定程度提高多糖提取的效率，而其作用較為劇烈，對多糖的結構可能存在一定的破壞性，從而影響多糖的活性功能。從天然產物中提取具有效果良好的抗氧化劑，對現(xiàn)代食品與醫(yī)藥業(yè)具有十分重要的意義；因此，尋找科學合理的多糖提取方法，對天然抗氧化劑的研究與應用顯得尤為重要。

2.3 對多糖降血糖活性的影響

為抗擊高血糖這一健康殺手，從天然產物中提取具有降血糖功能性物質具有深遠意義。邢東旭等[55]對比研究了熱水浸提與微波兩種方法提取桑葉多糖對降血糖功效的影響；結果表明，微波多糖組具有更好的降血糖效果，其中微波萃取多糖的高劑量組可極顯著降低小鼠血糖濃度，基本恢復胰島細胞的正常形態(tài)，血清中SOD活性和血清、肝臟中的MDA含量與正常組無明顯差別，說明微波提取較熱水浸提可獲得更高降血糖活性的桑葉多糖。利用水提醇沉與超濾兩種工藝從番石榴中獲得2種多糖，二者均能顯著降低小鼠血糖濃度，有效緩解糖尿病小鼠多飲多食的習性，改善小鼠外觀與精神狀態(tài)[56]。利用不同的溶劑分級提取的綠茶多糖，得到水溶性多糖、草酸鹽溶多糖和堿溶性多糖3種多糖，降血糖活性研究[57]表明水溶性綠茶多糖降血糖效果最好，酶提茶多糖與水提茶多糖降血糖活性差異顯著，且酶提茶多糖效果更加明顯。植物多糖降血糖的作用機理，可能是改善了胰島β細胞的功能，促進肝糖原合成以降低血糖濃度或者降低對胰島素的要求[58]。

2.4 對多糖免疫活性的影響

宮春宇等[59]研究了龍須菜多糖的提取工藝及免疫活性，結果表明室溫浸提的多糖較高溫高壓浸提的多糖更能刺激淋巴細胞的增值，具有更強的免疫活性，可能是高溫高壓促進了雜質的溶出，抑制了多糖的免疫活性。朱地琴等[60]更加具體地研究了提取溫度對龍須菜粗多糖免疫活性的影響，發(fā)現(xiàn)100 ℃條件下提取多糖的免疫活性僅為50 ℃的70%左右，此研究結果與文獻[59]一致。在60 ℃條件下，姜玥等[61]考察了利用超聲波輔助提取和熱水提取得到多糖的免疫活性，發(fā)現(xiàn)在200 μg/mL和400 μg/mL時，超聲波輔助提取茯苓多糖對巨噬細胞的增值作用、刺激小鼠腹腔分泌TNF-α效果均顯著優(yōu)于水提茯苓多糖，表明超聲波輔助提取的茯苓多糖具有更強的免疫調節(jié)活性。

另外，植物多糖的提取方法對多糖降血脂[62]、抗腫瘤、抗菌功效亦存在一定程度的影響，彭梅等[63]研究了熱水浸提法和超聲波輔助提取法對仙茅多糖提取率及抗腫瘤活性的影響，結果顯示多糖抑瘤率分別為64.50%和51.10%，熱水提取法獲得的多糖具有更強的抗腫瘤活性。在提取方法對柿多糖生物活性影響的研究中，報道[64]稱不同提取方法對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌抑制作用不同，其中由微波法與超聲波法獲得的多糖抑制效果優(yōu)于堿提、酸提、反復凍融、水提取的效果，水提多糖的抑菌能力最低。

3 結語

中國在植物多糖方面的研究雖起步較晚，但近年來取得了巨大進展，目前已從不同植物提取出300余種多糖，并對上百種多糖進行了結構與生物活性研究[65]。但是，與多糖相關的研究并非僅停留在開發(fā)更多活性多糖來源的橫向發(fā)展，應當加強對多糖抗氧化、抗疲勞、降血脂等功能的機理研究，縱向深層次發(fā)展。植物多糖結構復雜，對任何結構的修飾以及不同位置的修飾都有可能改變分子量、鏈構象、黏度值等，從而改變活性功能。不同的提取方法均有各自的特點，會在一定程度影響多糖鏈構象、黏度值等，影響多糖生物活性。因此，采用科學合理的提取方法，盡可能維持多糖結構的完整性，對保證多糖相應高效生物活性至關重要。另外，通過對多糖結構的修飾也可影響相應生物活性，例如富硒茶葉多糖[66]、多糖硫酸化[67]，都在不同程度改善了多糖抗氧化性質。不論修飾過的多糖具有多么強的活性功能，對其進行嚴謹、科學的毒理學評價都是必不可少的。

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Effects of extraction methods on the biological activity of plant polysaccharides

HUANG Ren-gui1,2

LIUJia1,2

(1.CollegeofFoodScienceandEngineering,CentralSouthUniversityofForestryandTechnology,Changsha,Hunan410004,China; 2.NationalEngineeringLaboratoryforRiceandBy-productDeepProcessing,Changsha,Hunan410004,China)

Plant polysaccharides are natural biological active substances, and possess a series of biological activities, including anti-tumor, immune regulation, lowering blood fat, lowering blood sugar, anti oxidation, anti-fatigue. The activities of polysaccharides are influenced by their species, parts, extraction methods and other factors. In order to provide a theoretical reference for the development and utilization of plant polysaccharides, the research status of them and the effects of extraction methods on their biological activities were reviewed in this paper.

plant polysaccharides; extraction; bioactivity

黃仁貴，男，中南林業(yè)科技大學在讀碩士研究生。

劉佳(1963—)，男，中南林業(yè)科技大學教授。 E-mail: liujia3918@csuft.edu.cn

2016-09-05

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.11.049