楊斯惠，向 月，曹亞楠,*，任遠(yuǎn)航，彭鐮心,*，時(shí)小東

（1.成都大學(xué) 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜糧加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610106；2.四川省雜糧產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)研究中心，四川 成都 610106）

多糖是由超過(guò)10個(gè)單糖基經(jīng)過(guò)-或-糖苷鍵聚合、脫水形成的天然高分子化合物，主要分布于動(dòng)物、植物、藻類及微生物中，可以根據(jù)其化學(xué)成分、在植物體內(nèi)的功能、來(lái)源、溶解性等進(jìn)行分類。根據(jù)來(lái)源的不同，可將多糖劃分為動(dòng)物多糖、植物多糖和微生物多糖（真菌多糖、細(xì)菌多糖）。植物多糖作為植物體的重要組成物質(zhì)，與蛋白質(zhì)、核酸、脂類并列為植物生命體四大基本物質(zhì)。常見的植物多糖有淀粉、纖維素、葡聚糖、果膠、果聚糖等。隨著越來(lái)越多的科研工作者投入對(duì)植物多糖的研究中，其在加工、結(jié)構(gòu)和生物活性方面受到關(guān)注。研究表明，植物多糖在抗氧化、抗腫瘤、抗肝損傷、降血糖、益生作用等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。其中，益生作用是多糖生物活性的一個(gè)重要方面。

根據(jù)推測(cè)，人體內(nèi)存在約500～1 000種細(xì)菌，這些微生物總共構(gòu)成了100萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞，是自身細(xì)胞數(shù)量的10 倍，而大多數(shù)微生物在腸道生存。這些在人和動(dòng)物腸胃中生活的微生物統(tǒng)稱為腸道菌群。健康個(gè)體的腸道菌群中，大多數(shù)微生物分布在厚壁菌門（Firmicutes）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）、螺旋體門（Spirochaetes）、梭桿菌門（Fusobacteria）、藍(lán)藻菌門（Cyanophyta）、疣微菌門（Verrucomicrobia）以及黏膠球形菌門（Lentisphaerae）這9 類菌門中，其中至少90%的細(xì)菌屬于厚壁菌門和擬桿菌門。絕大多數(shù)微生物群的定植始于生命早期，在新生兒出生時(shí)和出生后不久，新生兒接觸了母體和環(huán)境中的微生物，同時(shí)腸道菌群的建立啟動(dòng)。嬰兒發(fā)育、腸道形態(tài)和飲食變化等因素影響嬰兒腸道菌群的變化，結(jié)果表現(xiàn)為兼性厭氧菌數(shù)量減少，嚴(yán)格厭氧細(xì)菌逐漸增加成為優(yōu)勢(shì)菌種。哺乳期結(jié)束后，腸道菌群趨于穩(wěn)定，健康人體內(nèi)形成終生的菌群特征。正常機(jī)體內(nèi)，腸道菌群能夠代謝宿主自身不能降解的多糖，增強(qiáng)腸道上皮屏障功能，減輕炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，抑制致病菌群生長(zhǎng)的功能。然而當(dāng)微生物受到環(huán)境、年齡、飲食、生活方式、抗生素等各類因素影響時(shí)，菌群動(dòng)態(tài)平衡被打破，進(jìn)而導(dǎo)致菌群混亂。而通過(guò)在飲食中補(bǔ)充多糖調(diào)節(jié)腸道微生物區(qū)系也逐步被人們認(rèn)識(shí)到是有效方法。

據(jù)報(bào)道，植物多糖（淀粉除外）不能被人體直接消化，但可作為益生元通過(guò)抑制病原體和刺激免疫系統(tǒng)來(lái)維持機(jī)體胃腸道健康，被腸道菌群分解利用，生成具有生物活性的產(chǎn)物（如短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）），調(diào)節(jié)腸道微生物組成和活性，進(jìn)而促進(jìn)人體健康。而多糖的生理功能又與其單糖組成、分子質(zhì)量、分子形狀和鏈構(gòu)象等結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。當(dāng)前隨著對(duì)植物多糖生物活性深入研究，其在醫(yī)學(xué)、食品、生命科學(xué)等領(lǐng)域廣泛運(yùn)用，成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。本文系統(tǒng)論述植物多糖與其益生作用的關(guān)系以及影響植物多糖結(jié)構(gòu)的因素，旨在為植物多糖的精準(zhǔn)化開發(fā)利用提供參考。

1 植物多糖的益生作用

植物中非淀粉類多糖在唾液、胃液和腸液等消化液中不能被消化或完全消化，其中不能被宿主自身酶類催化水解的植物多糖進(jìn)入腸道，成為人體內(nèi)腸道微生物區(qū)系的主要碳源。利用碳水化合物活性酶類（carbohydrate-active enzymes，CAZymes）的交互降解作用是腸道菌群利用植物多糖的主要途徑。腸道菌群編碼的CAZymes主要包括糖苷水解酶（glycoside hydrolases，GHs）、糖基轉(zhuǎn)移酶（glycosyltransferases，GTs）、多糖裂解酶（polysaccharide lyases，PLs）、碳水化合物酯酶（carbohydrate esterases，CEs）和碳水化合物結(jié)合模塊（carbohydrate binding modules，CBM）。據(jù)報(bào)道，腸道菌群分解利用多糖的能力與其編碼的CAZymes數(shù)量密切相關(guān)，同一類型但源于不同菌種的CAZymes活力存在差異，因此，不同菌屬或菌株分解植物多糖的能力可能不同，不同的植物多糖來(lái)源還會(huì)影響降解微生物中基因表達(dá)的特異性。在結(jié)腸環(huán)境中，植物多糖在腸道菌群的作用下通過(guò)不同的降解系統(tǒng)和轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)被降解成單糖或低聚糖，隨后這些單糖或低聚糖被轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)進(jìn)一步降解和發(fā)酵，產(chǎn)生氣體（氫氣、二氧化碳和甲烷）、熱量和SCFAs。SCFAs是腸道微生物群酵解植物多糖的產(chǎn)物中研究最多的。醋酸、丙酸和丁酸是糞便中最常檢測(cè)到的SCFAs，是不同細(xì)菌的代謝產(chǎn)物。許多細(xì)菌可以產(chǎn)生醋酸，但丙酸和丁酸通常是由特定的細(xì)菌產(chǎn)生的。在胃腸道環(huán)境中，丁酸的主要產(chǎn)生菌是厚壁菌門（如毛螺菌科和普氏桿菌），而丙酸是由類桿菌、陰性桿菌和一些梭狀芽孢桿菌產(chǎn)生的。SCFAs在人體內(nèi)如何通過(guò)碳水化合物代謝途徑獲得以及發(fā)揮何種生理功能已有較為詳細(xì)的敘述。研究表明，植物多糖對(duì)腸道菌群組成具有調(diào)節(jié)作用，能夠促進(jìn)有益細(xì)菌生長(zhǎng)，產(chǎn)生SCFAs，降低糞便pH值，抑制有害菌生長(zhǎng)（圖1）。

圖1 植物多糖對(duì)腸道菌群和人體健康的調(diào)節(jié)作用Fig.1 Regulatory effect of plant polysaccharides on intestinal flora and human health

由表1可知，竹筍多糖、枇杷葉多糖、黃芪多糖、黨參多糖、白術(shù)多糖、大粒車前子多糖、菊粉型果聚糖和枸杞多糖均能促進(jìn)雙歧桿菌的增殖，果膠多糖和枇杷葉多糖可以顯著增加巨球藻屬和脫硫弧菌屬的數(shù)量，燕麥多糖和龍眼多糖則能促進(jìn)干酪乳桿菌的增殖。這些益生菌相對(duì)豐度改變影響著代謝產(chǎn)物SCFAs的生成。植物多糖的來(lái)源具有多元性，而不同的植物多糖針對(duì)不同的益生菌作用不同，這可能與多糖高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、物理特性密切相關(guān)。

表1 植物多糖的益生作用Table 1 Prebiotic effects of plant polysaccharides

續(xù)表1

2 植物多糖結(jié)構(gòu)與腸道菌群的關(guān)系

2.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)

植物多糖是結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的高分子化合物。植物多糖可以分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)包括單糖的組成、糖苷鍵的連接方式和順序、異頭碳的構(gòu)型等；二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多糖主鏈之間通過(guò)氫鍵等次級(jí)鍵而形成的聚合體結(jié)構(gòu)；類似于其他生物大分子，三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)是指在多糖的二級(jí)糖單位結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)非共價(jià)作用在有序空間里產(chǎn)生的規(guī)則構(gòu)象。近年來(lái)，從植物中提取得到的多糖在醫(yī)學(xué)、食品、生命科學(xué)等領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注，其具有多種生理活性如抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)、降血糖、益生作用等。這些生理活性受其分子質(zhì)量、鏈構(gòu)象、糖苷鍵類型等結(jié)構(gòu)的影響很大。

2.1.1 單糖組成

植物多糖的單糖組成與益生元活性具有相關(guān)性。單糖組成能夠影響多糖的鏈結(jié)構(gòu)與高級(jí)結(jié)構(gòu)，而高級(jí)結(jié)構(gòu)是影響多糖生物活性強(qiáng)弱的一個(gè)重要因素。由表1可知，大部分具有益生作用的多糖都具有半乳糖、阿拉伯糖、葡萄糖、鼠李糖、半乳糖醛酸和甘露糖，還有少數(shù)具有木糖和果糖。王軼帆等報(bào)道了由不同單糖殘基組成的雜多糖——龍眼多糖與由相同單糖殘基組成的同多糖——燕麥多糖的結(jié)構(gòu)特征及其益生活性比較，發(fā)現(xiàn)單糖組成更為復(fù)雜的龍眼多糖相較于主要由葡萄糖和少量甘露糖組成的燕麥多糖促益生菌增殖效果更佳，推測(cè)可能是由于雜多糖作為碳源被益生菌消耗較慢，有利于維持益生菌活菌數(shù)穩(wěn)定。以半乳糖和半乳糖醛酸為基本構(gòu)成單元的低聚半乳糖具有多種生物活性，同時(shí)具有較強(qiáng)的耐酸性和耐熱性，不會(huì)在高溫殺菌的加工過(guò)程中被破壞，也很少因人體胃酸分解而失去活性。其中，低聚半乳糖的益生活性與地錦草表現(xiàn)出的治療腹瀉等功效相符，李勝男推測(cè)由大量半乳糖組成的地錦草多糖可能也具有低聚半乳糖的益生活性。Zhu Rugang等報(bào)道了獼猴桃果實(shí)中果膠低聚糖（pectin oligosaccharides，POSs）與抗糖化潛力的構(gòu)效關(guān)系，發(fā)現(xiàn)POSs的益生元活性與分支度（（阿拉伯糖）∶（鼠李糖）和（半乳糖）∶（鼠李糖））以及中性糖含量呈正相關(guān)，特別是半乳糖和阿拉伯糖。從阿月渾子殼和竹筍中提取的由阿拉伯糖、半乳糖和木糖組成的多糖是潛在益生元也印證了多糖的單糖組成與益生元活性具有相關(guān)性這一觀點(diǎn)。

2.1.2 分子質(zhì)量

分子質(zhì)量在一定范圍內(nèi)的多糖具有生物活性，分子質(zhì)量過(guò)大或過(guò)低的多糖一般不具有明顯的生物活性。究其原因，是因?yàn)榛钚远嗵峭ㄟ^(guò)跨越細(xì)胞膜進(jìn)入生物體內(nèi)發(fā)揮生物學(xué)活性，而分子質(zhì)量的大小影響了多糖的溶解性和黏度，與多糖跨越細(xì)胞膜障礙相關(guān)，分子質(zhì)量太大不利于實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程。與分子質(zhì)量278、354 kDa的阿拉伯木聚糖相比，分子質(zhì)量66 kDa的阿拉伯木聚糖對(duì)于益生菌生長(zhǎng)具有更好的增殖作用。Chen Guangjing等報(bào)道了不同提取方法對(duì)竹筍多糖益生元活性影響的研究，探究提取工藝對(duì)竹筍多糖的體外消化率、益生元活性和理化性質(zhì)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超聲輔助提法得到的竹筍多糖（U-CPS）和酶解法得到的竹筍多糖（E-CPS）的分子質(zhì)量均顯著低于另外3種多糖。同時(shí)體外研究發(fā)現(xiàn)，分子質(zhì)量和粒徑較小的U-CPS和E-CPS可能更利于被細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝，刺激SCFAs的生成，從而產(chǎn)生更好的益生作用。Huang Fei等發(fā)現(xiàn)分別采用熱水、超細(xì)粉碎和超細(xì)粉碎輔助酶法提取得到的龍眼果肉多糖LP-H、LP-S和LP-SE對(duì)益生菌增殖有積極作用，且分子質(zhì)量較小的LP-SE對(duì)益生菌增殖作用最強(qiáng)。Fu Yuan等利用7種方法（熱水提取、加壓水提取、高速剪切均質(zhì)提取、微波輔助提取、超聲輔助提取、超聲波輔助酶法提取和超聲-微波輔助）提取枇杷葉多糖，其中超聲輔助提取和超聲-微波輔助提取的枇杷葉多糖具有較強(qiáng)的益生作用，這可能與其具有較低的分子質(zhì)量和黏度有關(guān)。張宇等通過(guò)灌胃鹽酸林可霉素建立腸道微生態(tài)失調(diào)小鼠模型，然后利用不同分子質(zhì)量的黃芪多糖進(jìn)行治療，結(jié)果表明黃芪多糖分子質(zhì)量在6～10 kDa范圍內(nèi)有利于“扶持”有益菌，抑制有害菌，調(diào)節(jié)小鼠腸道微生態(tài)菌群平衡效果最佳。

2.1.3 多糖基團(tuán)

多糖基團(tuán)數(shù)量、位置和種類的改變會(huì)導(dǎo)致生物活性的改變。相關(guān)研究表示，黃秋葵花多糖能夠顯著促進(jìn)大腸桿菌發(fā)酵液中乙酸和己酸的產(chǎn)生。而進(jìn)行羧甲基化、硫酸酯化和乙?；Y(jié)構(gòu)修飾后，與黃秋葵花多糖相比，修飾多糖顯著抑制大腸桿菌發(fā)酵液中乙酸、丁酸和己酸的產(chǎn)生，這可能是因?yàn)樾揎椂嗵遣荒鼙淮竽c桿菌酵解發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs。王亞莉以葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的小鼠潰瘍性結(jié)腸炎為模型，研究松花粉多糖和硫酸酯化松花粉多糖對(duì)葡聚糖硫酸鈉組小鼠腸道菌群的影響，發(fā)現(xiàn)兩種多糖在調(diào)節(jié)腸道菌群平衡方面都起到積極作用。王鑫以菜籽為原料，經(jīng)提取、分離和純化得到均一多糖R/MIN1-a，然后對(duì)R/MIN1-a分別進(jìn)行硫酸化修飾、乙酰化修飾和羧甲基化修飾，研究R/MIN1-a和修飾后多糖對(duì)腸道益生菌體外增殖活性的影響。結(jié)果表明，與R/MIN1-a相比，硫酸化修飾產(chǎn)物對(duì)嗜酸乳桿菌、嬰兒雙歧桿菌、青春雙歧桿菌和兩歧雙歧桿菌的增殖作用更為明顯。Nuerxiati等對(duì)廣布紅門蘭多糖進(jìn)行硫酸化、乙酰化、磷酸化和羧甲基化修飾，發(fā)現(xiàn)不同的改性多糖對(duì)不同的益生菌增殖效果不同；在保加利亞乳桿菌增殖效果的比較中，磷酸化多糖表現(xiàn)最佳，乙?；嗵菍?duì)青春雙歧桿菌的生長(zhǎng)促進(jìn)效果最好，硫酸化多糖則保持適度穩(wěn)定的益生菌能力。

2.1.4 空間結(jié)構(gòu)

特定的空間結(jié)構(gòu)是發(fā)揮多糖生物活性的必要條件。作為影響多糖生物活性強(qiáng)弱的一個(gè)重要因素，多糖的空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是糖鏈之間或者糖鏈內(nèi)部氫鍵、范德華力、色散力和疏水性等非共價(jià)鍵共同作用的結(jié)果，并具有多種構(gòu)象，例如單螺旋、雙螺旋、三螺旋和無(wú)規(guī)卷曲等。在多糖空間結(jié)構(gòu)的分析測(cè)定上，常用的方法有剛果紅實(shí)驗(yàn)、X射線衍射和原子力顯微鏡分析等。一般認(rèn)為，多糖具有規(guī)則的空間結(jié)構(gòu)，則生物活性也強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，多糖生物活性的基礎(chǔ)是-(1→3)--葡聚糖的單股螺旋構(gòu)象。例如，-(1→3)--葡聚糖發(fā)揮免疫增強(qiáng)活性主要依賴于單螺旋構(gòu)象和位于螺旋外表面的親水性基團(tuán)的存在，三股螺旋結(jié)構(gòu)對(duì)其活性的發(fā)揮來(lái)說(shuō)并不是必須的。而Maeda等認(rèn)為，三股螺旋構(gòu)型對(duì)有些食用菌-(1→3)-葡聚糖的免疫刺激和抗腫瘤活性有重要作用。雖有較多文獻(xiàn)報(bào)道多糖空間結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系，也取得了重要進(jìn)展，但由于植物多糖的復(fù)雜性和高度多態(tài)性，許多精細(xì)結(jié)構(gòu)仍未得到準(zhǔn)確解析，相關(guān)研究結(jié)果仍存爭(zhēng)議。植物多糖益生作用雖已被證實(shí)，但其空間結(jié)構(gòu)與益生活性的關(guān)系鮮有報(bào)道，制約了植物多糖的精準(zhǔn)化開發(fā)利用。

2.2 物理性質(zhì)

2.2.1 黏度

多糖的黏度由溶解度和分子質(zhì)量所決定。而黏度與非淀粉多糖中的單糖組成和鍵型沒有相關(guān)性。在較低濃度下，多糖會(huì)與水分子直接結(jié)合，黏度隨之增加；在較高濃度下，多糖相互結(jié)合和共價(jià)或非共價(jià)鍵連接形成網(wǎng)狀物，更易于增加腸道內(nèi)容物的黏度。一般來(lái)說(shuō)，分子質(zhì)量越大、分子結(jié)構(gòu)越復(fù)雜的多糖增加消化道中液體黏度的作用愈明顯。而研究表明，水溶性高和黏度低的多糖可以更容易、快速和完全地被益生菌利用。

2.2.2 微觀結(jié)構(gòu)

多糖的微觀結(jié)構(gòu)受單糖組成的影響，隨單糖組成復(fù)雜程度、數(shù)量和連接方式的改變，因此也會(huì)有所不同。用掃描電子顯微鏡觀察多糖的形態(tài)可以有效地分析多糖的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，包括大小、分子形狀和孔隙率。Xu Shuying等分析了人類腸道菌群對(duì)海壇紫菜多糖的微生物分解代謝，通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，海壇紫菜多糖的結(jié)構(gòu)可能由較不易被腸道微生物降解利用的外層和容易被腸道細(xì)菌降解的內(nèi)層組成，從而增加了SCFAs的水平。

3 影響植物多糖結(jié)構(gòu)的因素

植物多糖益生作用受到學(xué)者們廣泛關(guān)注，以植物多糖為原料的益生產(chǎn)品開發(fā)成為熱點(diǎn)。盡管其益生機(jī)制尚未明晰，植物多糖結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)關(guān)系到其活性強(qiáng)弱。多糖的結(jié)構(gòu)受到來(lái)源、處理方式、環(huán)境、溫度和其他因素的影響（圖1）。認(rèn)識(shí)改變植物多糖結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素并合理利用，可為植物多糖開發(fā)利用提供重要參考。

3.1 提取方法

針對(duì)植物多糖的提取，常用的方法有熱水浸提、酸提法、堿提法、醇提法、超聲波提法、酶解法等。

熱水浸提是最為經(jīng)濟(jì)、便捷和常見的多糖提取方法，能夠較好保存分子結(jié)構(gòu)，但提取耗時(shí)長(zhǎng)，效率低，得到的多糖大多是中性多糖，還有可能降解多糖。酸提法原理是在一定溫度、時(shí)間和pH值條件下，細(xì)胞膨脹并破壞細(xì)胞壁，植物多糖從中釋放。酸提法具有提取率高、純度高、耗時(shí)短的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是具有特異性，不適用于一般植物多糖的提取，并破壞糖苷鍵。堿提法原理與酸提法相似，適合提取含有糖醛酸的多糖及酸性多糖，有利于提取率的提高。酶解法是通過(guò)酶對(duì)細(xì)胞壁通透性的改變，減少溶劑提取時(shí)來(lái)自細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和細(xì)胞間質(zhì)的阻力，使其軟化、膨脹、破裂，從而使內(nèi)容物流出。此法具有反應(yīng)條件溫和、工藝簡(jiǎn)單、生物活性高等優(yōu)點(diǎn)，但與傳統(tǒng)水提醇沉法相比，成本較高。

張紅運(yùn)研究了不同提取工藝對(duì)大豆種皮多糖結(jié)構(gòu)的影響，利用微波輔助提取法和熱水浸提法提取多糖，發(fā)現(xiàn)微波輔助提取有利于大分子多糖的提取，但具有多糖分子質(zhì)量分布范圍較廣、均一性差等缺點(diǎn)，同時(shí)還會(huì)降低分支鏈分子質(zhì)量。馬智玲分別采用酸法、酶法和鹽法對(duì)馬鈴薯果膠進(jìn)行提取，結(jié)果表明，不同提取方法下，果膠的單糖組成和分子質(zhì)量不同，提取劑的性質(zhì)和沉析方式也會(huì)對(duì)果膠的結(jié)構(gòu)造成影響。Chen Guangjing等探究了提取工藝對(duì)竹筍多糖理化性質(zhì)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同提取工藝下，5種多糖的單糖組成相同，但各單糖的含量不同；超聲輔助提法得到的竹筍多糖和酶解法得到的竹筍多糖的分子質(zhì)量均顯著低于另外3種多糖。Huang Fei等采用熱水、超細(xì)粉碎和超細(xì)粉碎輔助酶法提取龍眼果肉多糖，結(jié)果表明，3種提取方法對(duì)多糖的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)均有一定影響。與熱水、超細(xì)粉碎法相比，超細(xì)粉碎輔助酶法提取多糖的表觀黏度、粒徑、分子質(zhì)量最低。

3.2 分離、純化

多糖經(jīng)過(guò)提取后一般還夾雜著蛋白質(zhì)、色素、小分子雜質(zhì)等物質(zhì)。對(duì)于多糖結(jié)構(gòu)和生物活性的研究，蛋白質(zhì)的存在會(huì)造成干擾。因此，選用對(duì)多糖結(jié)構(gòu)和生物活性不造成破壞的脫除方法很重要。常用Sevag法、三氟三氯乙烷法、陰離子交換樹脂法、酶解法等除去蛋白質(zhì)。Sevag法是脫除蛋白質(zhì)的經(jīng)典方法，原理為蛋白質(zhì)在氯仿等有機(jī)溶劑中發(fā)生變性。Sevag法的特點(diǎn)為條件溫和、效率低、操作瑣碎和得率不高等。與Sevag法相比，三氟三氯乙烷法脫除蛋白的效率較高，但溶劑易揮發(fā)，不宜大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。陰離子交換樹脂法可調(diào)節(jié)溶液pH值使蛋白質(zhì)形成陰離子，采用陰離子交換樹脂作為流動(dòng)相，具有去除效果好、成本低、條件溫和等特點(diǎn)。常用活性炭吸附法、乙醇洗滌法、過(guò)氧化氫法等除色素。除小分子雜質(zhì)則主要是用透析法和超濾法。分離除雜后，利用各種多糖的溶解度不同及電荷密度差異進(jìn)行純化得到單一的多糖物質(zhì)。常用的純化方法有分級(jí)純化法、凝膠柱層析、超濾法等。任益平以藜麥為原料采用超聲波輔助提取、AB-8大孔樹脂吸附、DEAE纖維素分離和Sephadex G-100凝膠柱純化后得到4個(gè)組分多糖，再通過(guò)傅里葉變換紅外光譜分析、核磁共振波譜分析、剛果紅實(shí)驗(yàn)和微觀結(jié)構(gòu)分析研究分離純化對(duì)多糖結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，在分離純化的過(guò)程中，分子間氫鍵或范德華力受到破壞，分子內(nèi)部的相互作用隨之減小，而分離純化有利于晶體結(jié)構(gòu)和三螺旋結(jié)構(gòu)的形成。

目前，有較多的文獻(xiàn)報(bào)道了關(guān)于多糖提取方法對(duì)結(jié)構(gòu)影響的研究，但針對(duì)分離和純化工藝是否對(duì)多糖結(jié)構(gòu)具有影響的研究相對(duì)較少。例如，在多糖脫蛋白的研究中，一般以蛋白質(zhì)清除率、多糖損失率、多糖得率作為指標(biāo)，并未深入探討脫蛋白方法與多糖結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。有學(xué)者認(rèn)為，醋酸鉛法、三氯乙酸法可能對(duì)多糖結(jié)構(gòu)造成破壞，Sevag法、醋酸鉛法、三氯乙酸法、氫氧化鈉法可能破壞多糖活性。分級(jí)純化法可能會(huì)影響多糖結(jié)構(gòu)和活性，金屬絡(luò)合物法可能影響多糖活性。但分離純化工藝具體如何影響多糖結(jié)構(gòu)的機(jī)理機(jī)制，進(jìn)而影響多糖生物活性還鮮有報(bào)道。

3.3 化學(xué)修飾

多糖分子的修飾是針對(duì)性地利用目標(biāo)基團(tuán)替代多糖分子上不同的基團(tuán)（一般為羥基、羧基、氨基）進(jìn)行化學(xué)修飾，使多糖結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，單糖構(gòu)成比例、分子質(zhì)量和形貌特征等也隨之改變，從而改善多糖生物活性。目前，常用的化學(xué)修飾方法主要有硫酸化、磷酸化、羧甲基化、化學(xué)降解修飾和乙?；取?/p>

硫酸化修飾是利用硫酸基團(tuán)取代羥基生成多糖硫酸化衍生物的過(guò)程。常用的方法有濃硫酸法、氯磺酸-吡啶法和三氧化硫-吡啶法。朱麗丹采用氯磺酸-吡啶法，以離子液體為介質(zhì)對(duì)米糠多糖進(jìn)行硫酸酯化結(jié)構(gòu)修飾，通過(guò)傅里葉紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，在809.52～836.66 cm處的吸收峰是C－O－S伸縮振動(dòng)，伸縮振動(dòng)峰的位置和硫酸根基團(tuán)在糖環(huán)上取代位置有關(guān)。氯磺酸-吡啶法對(duì)多糖進(jìn)行硫酸化修飾通常伴隨著多糖的降解。但是，在硫酸化修飾涼粉草多糖過(guò)程中，多糖分子質(zhì)量增加，表明硫酸化衍生物的成功制備沒有伴隨多糖降解，這可能緣于甲酰胺的緩沖作用和硫酸化改性的適度反應(yīng)條件。Xiao Heng等在利用不同反應(yīng)條件對(duì)海蒿子多糖進(jìn)行硫酸化修飾后，發(fā)現(xiàn)改性導(dǎo)致多糖的單糖組成發(fā)生改變，葡萄糖含量顯著降低，而其他單糖（巖藻糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖、甘露糖、半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸）含量略微增加。

磷酸化修飾是一種常見的結(jié)構(gòu)修飾方法之一，指多糖中的羥基被磷酸基團(tuán)取代。常用的磷酸化材料有磷酸、三氯氧磷、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉和三聚磷酸鈉等。何淼等利用多聚磷酸鹽法修飾山豆根多糖，紅外光譜定性分析發(fā)現(xiàn)，1 153.00 cm處的吸收峰為P＝O的伸縮振動(dòng)；1 021.29 cm處為P－O－C的伸縮振動(dòng)；899.36 cm處為P－O－R的伸縮振動(dòng)。在三氯氧磷修飾麥冬多糖研究中，張力妮等發(fā)現(xiàn)麥冬多糖化學(xué)修飾后空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，呈現(xiàn)三螺旋結(jié)構(gòu)，紅外光譜研究發(fā)現(xiàn)，在1 035 cm和1 120 cm處有P－O－C的伸縮振動(dòng)吸收峰。

羧甲基化修飾是將多糖分子上引入羧甲基基團(tuán)，具有成本低、制備簡(jiǎn)便、試劑易得等特點(diǎn)，是多糖結(jié)構(gòu)修飾常用的一種方法。其原理是將多糖與一氯乙酸在堿性的條件下相互反應(yīng)，從而將羧甲基引入原多糖殘基上的某些羥基上。目前常用的方法有溶媒法和水媒法。吳慧玉采用羧甲基化、硫酸酯化和乙?；瘜?duì)黃秋葵多糖進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，發(fā)現(xiàn)經(jīng)不同方法修飾得到的多糖其分子的不對(duì)稱性、鏈構(gòu)象、分子厚度、分子間距及表面形貌發(fā)生改變。

3.4 物理修飾

研究表明，過(guò)大的分子質(zhì)量、復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)和高聚合度是阻礙多糖發(fā)揮生物活性的主要原因。而對(duì)多糖結(jié)構(gòu)采用物理修飾方法，可以達(dá)到降低多糖的分子質(zhì)量、改變多糖空間結(jié)構(gòu)、降低聚合度的目的，有利于增強(qiáng)多糖生物活性。與化學(xué)修飾相比，物理修飾具有反應(yīng)條件溫和、環(huán)保、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。目前，常用的物理修飾方法有超聲波降解修飾、離子輻射修飾和高壓均質(zhì)降解等。

超聲波降解修飾具有降解過(guò)程和降解程度易控制、易獲得目標(biāo)分子質(zhì)量、無(wú)雜質(zhì)引入、綠色等優(yōu)點(diǎn)在多糖結(jié)構(gòu)修飾中得到了廣泛應(yīng)用，其原理主要是利用低頻（1 MHz）、高強(qiáng)度（3 W/cm）的超聲波通過(guò)增加質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)能量來(lái)切斷多糖大分子中的糖苷鍵以降低多糖分子質(zhì)量，增加水溶性，從而提高一些大分子多糖（如纖維素、殼聚糖、葡聚糖）的生物活性。Yang Haihong等以黑加侖果實(shí)為原料，利用超聲波處理降解黑加侖果實(shí)多糖，發(fā)現(xiàn)多糖分子質(zhì)量隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)和功率的增加而減小，使用超聲功率300、500 W和700 W超聲降解100 min后，黏均分子質(zhì)量從6.12h10Da分別下降到9.40h10、8.00h10、4.65h10Da，數(shù)均分子質(zhì)量也從8.13h10Da分別降至3.39h10、1.74h10、4.57h10Da。

離子輻射修飾具有反應(yīng)易控、無(wú)需添加物、環(huán)保、綠色等優(yōu)點(diǎn)。其原理是采用γ射線、X射線及電子束等電離輻射誘導(dǎo)多糖發(fā)生物質(zhì)聚合、交聯(lián)、接枝或降解等物理化學(xué)變化以改變多糖的分子結(jié)構(gòu)提高其生物活性。目前，離子輻射修飾在殼聚糖、海藻酸鈉、纖維素等多糖降解上都有報(bào)道。Henniges等利用γ射線照射木屑后，其纖維素的聚合度發(fā)生了降低。

高壓均質(zhì)降解利用高壓均質(zhì)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)多糖降解的一種新型純物理降解方法，具有純物理作用、產(chǎn)品純度高、簡(jiǎn)便、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。高壓均質(zhì)降解技術(shù)在多糖中的應(yīng)用，目前報(bào)道較多的是針對(duì)殼聚糖的降解。研究發(fā)現(xiàn)，高壓均質(zhì)降解殼聚糖是通過(guò)機(jī)械作用切斷殼聚糖分子鏈，降低分子質(zhì)量，降解效果隨循環(huán)次數(shù)的增加而增加，對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和脫乙酰度基本不改變。Xie Fan等采用高壓均質(zhì)處理（200 MPa、20 min）對(duì)紫肉馬鈴薯多糖進(jìn)行改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其單糖組成發(fā)生改變，阿拉伯糖的含量升高，而葡萄糖的含量則降低。Avi等為了研究高壓均質(zhì)化對(duì)果膠的影響，以柑橘果膠和蘋果果膠為原料進(jìn)行高壓均質(zhì)化處理，結(jié)果表明，高壓均質(zhì)可以使柑橘果膠發(fā)生明顯解聚，顯著降低其分子質(zhì)量，但對(duì)蘋果果膠幾乎沒有影響，這可能與蘋果果膠中性糖含量更加豐富、結(jié)構(gòu)更加致密有關(guān)。

改變各種植物多糖結(jié)構(gòu)的方法整理見表2。

表2 改變植物多糖結(jié)構(gòu)的主要方法Table 2 Main chemical and physical methods to modify the structure of plant polysaccharides

4 結(jié) 語(yǔ)

自然界植物種類繁多，植物多糖結(jié)構(gòu)豐富。植物多糖作為腸道菌群的能量來(lái)源，可作為潛在益生元開發(fā)差異化的健康產(chǎn)品，具有廣闊的應(yīng)用前景。植物多糖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前構(gòu)效關(guān)系尚未完全明晰，制約了植物多糖精準(zhǔn)化利用。隨著多糖結(jié)構(gòu)解析的深入，相關(guān)研究人員應(yīng)結(jié)合多組學(xué)技術(shù)，逐漸明確腸道微生物對(duì)植物多糖的利用過(guò)程；建立具有益生活性的植物多糖快速篩選技術(shù)；同時(shí)應(yīng)關(guān)注植物多糖與蛋白、脂肪、維生素以及其他功能性成分如何協(xié)同調(diào)節(jié)腸道菌群、促進(jìn)人體健康。