范田慧，孫延平,2，喬威杰，楊炳友，匡海學(xué)

（1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，教育部北藥基礎(chǔ)與應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江省中藥及天然藥物藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱150040；2.中國(guó)科學(xué)院 大連化學(xué)物理研究所，藥用資源開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連116023）

半乳甘露聚糖是中性半纖維素生物聚合物，位于種子胚乳細(xì)胞壁中，作為碳水化合物儲(chǔ)備，用于萌發(fā)期間胚胎的發(fā)育[1-3]。他們主要從豆科植物種子胚乳中提取，在不同植物中的結(jié)構(gòu)和豐度水平上表現(xiàn)出很大差異[4]。半乳甘露聚糖主要由甘露糖和半乳糖兩種單糖組成，它們的摩爾比不同，在很大程度上決定了它們的理化性質(zhì)[5]。此外，它們是無(wú)毒的，來(lái)源于可再生資源，相當(dāng)便宜，并且對(duì)化學(xué)和生物化學(xué)修飾都適用[1]。半乳甘露聚糖具有優(yōu)異的增稠、穩(wěn)定和膠凝能力，廣泛應(yīng)用于食品、制藥、生物醫(yī)學(xué)和化妝品行業(yè)[6]。在食品和非食品添加劑中有商業(yè)價(jià)值的半乳甘露聚糖有3種來(lái)源:瓜爾膠（Cyamopsis tetragonolobus）、刺槐豆膠（Ceratonia siliqua）和塔拉膠（Caesalpinia spinosa）[3,6]。由于現(xiàn)今國(guó)際市場(chǎng)對(duì)半乳甘露聚糖的工業(yè)應(yīng)用的需求，因此，本文對(duì)半乳甘露聚糖的提取純化、結(jié)構(gòu)特征以及應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 半乳甘露聚糖的提取純化

通常半乳甘露聚糖采用水提醇沉法獲得。如田

箐[4]、決明子[7]、鳳凰木[8]、洋金鳳[9]和新銀合歡[10]種子等均采用水提醇沉法獲得，區(qū)別在于水的溫度等。Nurnadiah Rahim等[10]從新銀合歡種子通過(guò)水提醇沉以及離子交換層析的方法分離純化半乳甘露聚糖，產(chǎn)率50.31%（w/w）。Mingzhe Sun等[2]從皂莢種子通過(guò)水提醇沉法提取以及凝膠過(guò)濾色譜法純化獲得半乳甘露聚糖，提取率為67.5%（w/w）。Mengyi Zhou等[4]從田箐種子中通過(guò)水提、β-甘露聚糖酶水解和乙醇沉淀法，獲得了天然半乳甘露聚糖。

除此之外，還可采用稀酸或稀堿進(jìn)行提取。Farhat Rashid等[11]對(duì)葫蘆巴種子中半乳甘露聚糖的提取在前人的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些修改，在50℃左右用HAc預(yù)調(diào)pH值為3的5%NaCl溶液浸泡，得粗半乳甘露聚糖，將90%乙醇和10%異丙醇的混合物按3∶1的體積加入粗半乳甘露聚糖中，攪動(dòng)，離心，沉淀再溶解反復(fù)3次，得到的半乳甘露聚糖基本上沒(méi)有鹽和酸。該方法使葫蘆巴中半乳甘露聚糖的得率為10%，降低了蛋白質(zhì)含量。Mai K.Ammar等[12]對(duì)葫蘆巴種子的提取工藝通過(guò)響應(yīng)面法（RSM），基于中心組合設(shè)計(jì)（CCD）進(jìn)行了優(yōu)化，半乳甘露聚糖受沉淀劑體積與浸泡水體積的影響，當(dāng)沉淀劑體積與浸泡水體積比為3.633∶1時(shí)，提取率高達(dá)10.1%。Rui Li等[13]采用新方法提取純化田箐種子中的半乳甘露聚糖，即采用的提取工藝原料為胚乳裂片，所得產(chǎn)率為（40.3±7.2）%，用丙酮和TCA除去粗脂肪和蛋白質(zhì)，結(jié)果表明，該提取純化方法能有效去除蛋白質(zhì)等雜質(zhì)。

對(duì)于半乳甘露聚糖的分離純化，一般包含多個(gè)分離步驟，如離子交換層析法，DEAE纖維素柱層析[5]和Sephadex G-100柱層析[5]，凝膠過(guò)濾色譜法[2]和高效液相色譜法[16]等。

盡管水提醇沉法提取可能耗時(shí)長(zhǎng)，提取率受溫度影響不穩(wěn)定，但仍是目前最為普遍的半乳甘露聚糖的提取方法。

2 半乳甘露聚糖的結(jié)構(gòu)特征

半乳甘露聚糖由不同比例的d-甘露糖（Man）和d-半乳糖（Gal）單體組成。其結(jié)構(gòu)以β-（1,4）-甘露糖為主鍵，α-（1,6）-半乳糖單元為側(cè)基[1,13]。根據(jù)提取半乳甘露聚糖的來(lái)源和種類(lèi)，可以發(fā)現(xiàn)甘露糖和半乳糖的比值M/G和摩爾質(zhì)量的差異[14]。M/G比以及取代基沿聚合物主鏈的分布方式是建立聚合物結(jié)構(gòu)與其溶液性質(zhì)，特別是其溶解度和分子相互作用關(guān)系的關(guān)鍵因素[3]。

2.1 植物中半乳甘露聚糖的結(jié)構(gòu)特征

Lei Feng等[15]首次對(duì)決明子的CP-30結(jié)構(gòu)通過(guò)1D和2D核磁共振（NMR）,尺寸排阻色譜法加上多個(gè)探測(cè)器（SEC-MALS）,動(dòng)態(tài)光散射（DLS）和靜態(tài)光散射（SLS）進(jìn)行系統(tǒng)的分析，結(jié)果表明，決明子CP-30的結(jié)構(gòu)為半乳甘露聚糖，由1,4-linked-Manp主鏈和與O-6（1,4-linked-Manp）相連的側(cè)鏈（TGalp）組成，且具有稠密的隨機(jī)螺旋結(jié)構(gòu)。Leonira M.da Silva等[3]從決明子中提取的半乳甘露聚糖的M∶G為3.1∶1，1D和2D核磁共振波譜（NMR）證實(shí)具有4-鏈β-d甘露糖單元的主鏈，并含有半乳糖單元作為待定基團(tuán)，這些半乳糖單元通過(guò)（1→6）連鎖與中心核相連，特征粘度[η]為9.73dL·g-1。

Louis M.Nwokocha等[8]對(duì)從鳳凰木種子中分離出來(lái)的多糖進(jìn)行表征分析，結(jié)果表明，多糖成分為半乳甘露聚糖，M/G為5∶1，摩爾質(zhì)量為7.23×105g·mol-1,在2（w/w）%溶液條件下，形成高粘度溶液，零剪切粘度為317Pa·s，同時(shí)，小變形振蕩實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)濃度為2%時(shí)，其凝膠特性較弱。

Nurnadiah Rahim等[10]從新銀合歡種子中提取的半乳甘露聚糖結(jié)構(gòu)由d-甘露糖殘基和d-半乳糖殘基組成，經(jīng)UV、NMR、FT-IR、GPC、HPLC等方法對(duì)其進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果表明M/G為1.01，分子量為64kDa。

Farhat Rashid等[11]通過(guò)對(duì)葫蘆巴種子中的半乳甘露聚糖的紅外光譜分析，發(fā)現(xiàn)了歸屬于α-d半乳甘露糖單元和β-d-甘露糖單元的峰，（1→4）-d-甘露糖基殘基和（1→6）連接-d-半乳糖基甘露糖基殘基分別構(gòu)成了主干甘露糖和側(cè)支[14]。

Mingzhe Sun等[2]從皂莢種子中提取的半乳甘露聚糖經(jīng)高碘酸鹽氧化、Smith降解、甲基化、紅外光譜和核磁共振等手段測(cè)定其分子結(jié)構(gòu)為主鏈由β-1,4-d-甘露糖組成，支鏈由α-1-d-半乳糖糖組成，其質(zhì)量比為2.54~2.66，分子量為1913 kDa，并且通過(guò)CD光譜和剛果紅測(cè)試表明，半乳甘露聚糖在溶液中為無(wú)規(guī)卷曲構(gòu)象，在堿性條件下可形成少量螺旋構(gòu)象。同時(shí)，用OM、SEM和AFM觀察形貌的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，由多個(gè)微纖維組成的纖維相互纏繞形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Mourad Leboukh等[1]從皂莢種子中提取的半乳甘露聚糖的分子量約為871.9kDa。高粘度溶液的特征黏度[η]為7.14~7.25dL·g-1，色譜和光譜分析表明，半乳甘露聚糖中存在β-d-甘露糖和α-d-半乳糖，其摩爾比為2.86∶1。其大分子線性主鏈由4-鏈β-甘露糖單元組成的中心核心，具有半乳糖分支，通過(guò)α（1-6）鍵與碳水化合物核心相連。

Mengyi Zhou等[4]對(duì)從田箐種子中提取的半乳甘露聚糖經(jīng)HPAEC、NMR、FT-IR和HPGPC鑒定，其結(jié)構(gòu)為β-1,4-linked d-甘露糖聚合物，具有α-1,6-linked d-半乳糖單側(cè)鏈，分子量為1.42×106Da。Rui Li等[13]采用新方法提取純化從田箐中獲得半乳甘露聚糖的甘露糖/半乳糖（M/G）比為1.6∶1，分子量（Mw）為2.16×105g·mol-1。且通過(guò)剛果紅反應(yīng)證明其在水溶液中以無(wú)規(guī)卷曲態(tài)存在。

Arunkumar Patchaiyappan等[5]從馬錢(qián)子種子中提取所得多糖經(jīng)紅外光譜、核磁共振等手段鑒定為1,4β-d-半乳甘露聚糖多糖。通過(guò)MALDI-TOF分析，確定分子量為~1.28×104Da。

2.2 菌類(lèi)中半乳甘露聚糖的結(jié)構(gòu)特征

Gülsen Tel-C ayan等[16]從多孔菌科真菌靈芝的子實(shí)體中分離得到的半乳甘露聚糖采用FT-IR、1D和2D-NMR技術(shù)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征為β-（1,4）-甘露糖（Man）作為主基組成，α-（1,6）-半乳糖（Gal）單基作為側(cè)基，通過(guò)凝膠滲透色譜法測(cè)得分子量為5090Da，d-甘露糖和d-半乳糖的摩爾百分比為1∶1.4。

3 半乳甘露聚糖的應(yīng)用

3.1 半乳甘露聚糖的生物活性

3.1.1 細(xì)胞毒性 Mai K.Ammar等[12]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，葫蘆巴種子中的半乳甘露聚糖對(duì)LS174-T結(jié)直腸癌細(xì)胞具有一定的細(xì)胞毒性，Arunkumar Patchaiyappan等[5]首次證明從馬錢(qián)子中提取的半乳甘露聚糖對(duì)人乳腺癌細(xì)胞MCF-7具有殺傷活性，IC50為365μg·mL-1。Mengyi Zhou等[4]實(shí)驗(yàn)證明田箐種子中的半乳甘露聚糖對(duì)人癌細(xì)胞具有較強(qiáng)的抑制作用。同時(shí)也應(yīng)注意，過(guò)高的分子量會(huì)削弱抗癌活性。分子量過(guò)高會(huì)影響分子的遷移率和擴(kuò)散率，影響與癌細(xì)胞的相互作用，從而影響抗癌活性[17]。

3.1.2 抑菌 Mai K.Ammar等[12]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，葫蘆巴種子中的半乳甘露聚糖抗氧化活性較弱，對(duì)熱帶假絲酵母菌和微球菌的抑菌活性中等。

3.1.3 抗氧化 Arunkumar Patchaiyappan等[5]證明從馬錢(qián)子中提取的半乳甘露聚糖隨著濃度的增加對(duì)DPPH和羥基自由基的清除能力都有一定的提高。

3.1.4 抗 炎 Fabrícia da Cunha Jácome Marques等[9]研究表明，洋金鳳中提取的半乳甘露聚糖對(duì)吲哚美辛誘導(dǎo)的小鼠胃損傷有胃保護(hù)作用，其保護(hù)作用主要與抑制中性粒細(xì)胞遷移有關(guān)。Francisco Glerison da Silva Nascimento等[6]研究表明，鳳凰木中提取的半乳甘露聚糖對(duì)碘乙酸鈉所引起的高痛覺(jué)性和嚴(yán)重的軟骨損傷均有抑制作用，該實(shí)驗(yàn)表明，半乳甘露聚糖可以作為用于骨關(guān)節(jié)炎的新化合物的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)。

3.2 半乳甘露聚糖在食品、藥品工業(yè)中的應(yīng)用

半乳甘露聚糖因其提取方便、成本低而受到廣泛的商業(yè)應(yīng)用。新銀合歡花種子中的半乳甘露聚糖可以作為一種理想的制藥行業(yè)的藥物載體候選藥，已有多項(xiàng)研究報(bào)道，由于其能抵抗結(jié)腸內(nèi)的酸性和惡劣環(huán)境，已被證實(shí)可用于向結(jié)腸輸送藥物[10]。此外，由于其粘度高，在食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域可作為增稠劑和懸浮劑，如鳳凰木種子中提取的半乳甘露聚糖[8]。匯總見(jiàn)表1。

表1 不同植物及菌類(lèi)中半乳甘露聚糖的提取純化、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用Tab.1 Summary of extraction,purification,structure and application of galactomannan from different plants and fungi

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4 結(jié)語(yǔ)

半乳甘露聚糖是在豆科和非豆科種子的胚乳中儲(chǔ)存，是一種中性多糖，具有高粘度，M/G比率決定了半乳甘露聚糖的水溶性，提取純化過(guò)程中溫度的改變和原材料選擇均影響著半乳甘露聚糖中M/G比率，同時(shí)也影響著半乳甘露聚糖的結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響著半乳甘露聚糖的生物活性。而半乳甘露聚糖在結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性限制了半乳甘露聚糖的開(kāi)發(fā)，大規(guī)模臨床研究必須克服的兩大障礙：（1）目前提取分離純化技術(shù)，難以保證所獲得半乳甘露聚糖純度；（2）無(wú)法保證獲得半乳甘露聚糖結(jié)構(gòu)和構(gòu)象一致。