甘露低聚糖及其衍生物制備技術研究進展

毛跟年，瞿建波，李 鑫，郭 倩

（陜西科技大學生命科學與工程學院，陜西西安710021）

甘露低聚糖及其衍生物制備技術研究進展

毛跟年，瞿建波*，李 鑫，郭 倩

（陜西科技大學生命科學與工程學院，陜西西安710021）

綜述了近年來國內外有關甘露低聚糖的制備和分離純化技術，介紹了甘露低聚糖衍生物的制備技術和發展前景，為甘露低聚糖衍生物的進一步研究提供了方向。

甘露低聚糖，衍生物，制備技術，分離純化

甘露低聚糖（Mannose-oligosaccharides，MOS）又稱甘露寡糖，是唯一能結合腸道中外源性病菌的新型功能性低聚糖，廣泛存在于魔芋粉、瓜爾豆膠、田菁膠及多種微生物細胞壁內［1］。甘露低聚糖除了具有功能性低聚糖的特點外，還具有防治高血脂、抗氧化、增強免疫功能等作用［2］。近年來，隨著人們的生活水平的不斷提高，低聚糖越來越受到消費者的青睞，甘露低聚糖作為一種較優秀的新型低聚糖，也將會越來越受到人們的關注。

1 甘露低聚糖的特征

1.1 結構特征

由于來源不同，甘露低聚糖在結構上有所差異，現在研究較多的為魔芋甘露低聚糖。魔芋中所含的葡甘聚糖是β-D葡萄糖與β-D甘露糖以1∶1.6或1∶1.7的比例，通過β-1，4糖苷鍵聯結成的雜多糖［3］。魔芋葡甘聚糖經β-甘露聚糖酶作用后的產物為M-G，G-M，G-G，M-M，M-M-M，G-G-M，M-G-M，G-M-M，M-M-M-M，G-M-M-M，G-M-M-G，G-G-M-M，M-M-M-M-M。（其中M為甘露糖，G為葡萄糖）［4-5］。

1.2 理化特性

甘露低聚糖屬于非還原糖，味微甜，清爽純正，安全無毒，易溶于水和極性有機溶劑，不溶于乙醇、丙酮、乙醚等有機溶劑。其主要有糖漿和糖粉兩種存在形式，糖漿為無色或淡黃色液體，糖粉為白色或淡黃色粉末。由甘露低聚糖的分子結構可知，甘露低聚糖分子鏈中含有乙酰基團和大量的羥基［6］，且其分子中C2、C3、C6位上的-OH均具有較強的反應活性［7］，可方便地對其進行脫乙酰基或酯化、螯合離子化等化學改性處理，依此可制備成具有各種特異功能的衍生物。

2 甘露低聚糖的制備技術

2.1 酶解法

甘露低聚糖可采用β-甘露聚糖酶酶解甘露聚糖獲得。β-甘露聚糖酶（endo-1，4-β-Mannanase，EC3.2.1.78）能作用甘露聚糖、葡萄甘露聚糖、半乳甘露聚糖和半乳葡萄甘露聚糖，形成低聚糖。許牡丹等［8］以魔芋精粉為原料，選用黑曲霉β-甘露聚糖酶制備甘露低聚糖，通過正交實驗優化出最佳工藝，在此條件下甘露低聚糖的產率為 32.3%。Masahiro Kurakake等［9］利用從草酸青霉菌株中提取的β-甘露聚糖酶水解瓜爾豆膠，制得葡甘露低聚糖。在pH為5，溫度為60℃的條件下，酶解得到的產物中92%為低聚糖，經電離飛行時間質譜分析，其中大部分低聚糖的聚合度為6～7。吳長菲等［10］先利用β-甘露聚糖酶水解魔芋膠得到葡甘露低聚糖粗品，再利用酵母發酵去除可發酵性糖，最終獲得純度為100% 的葡甘露低聚糖。

2.2 酸酶結合法

目前制備甘露低聚糖的方法主要是酶解法，但是由于魔芋精粉在水中呈膠體狀，粘度大，酶反應底物質量濃度低，難以提高產量。許牡丹等［11］通過采用先酸解再酶解的方法，對魔芋精粉進行預處理，先降低其粘度，再酶解，進而提高酶解效率，增大產量。并確定最佳工藝為：酸解時間1.5h，酶解溫度55℃，HCl濃度0.07mol/L，酸解溫度85℃，加酶量6000U/g，底物質量濃度80g/L。陶興無［12］利用鹽酸和β-甘露聚糖酶水解魔芋精粉，水解率為20.65%，產品得率為59.54%，多數水解產物分子的大小在三糖以上。

2.3 氧化-酸解法

H2O2具有穩定的漂白效果，反應產物具有無殘毒、易處理、成本低、環境污染小等特點。在酸解法降解魔芋葡甘露聚糖時，加入雙氧水，可以起到輔助降解作用，同時可增加白度及去除異味。李濤等［13］在恒溫搖床180r/min，溫度35℃，pH1.0，加入3.5% H2O2的條件下對魔芋精粉處理 3h，產品得率為86.7%；用薄層層析方法分析上清液中含有單糖、雙糖和三糖。

2.4 微波-氧化法

黃永春［14］等研究了在微波輻射下H2O2對魔芋葡甘聚糖的降解作用，結果表明，微波能有效促進H2O2對魔芋葡甘聚糖的降解，其效果優于微波或H2O2的單獨作用。當魔芋葡甘聚糖的濃度為2%時，最適的降解條件為：pH3.6，H2O2的濃度為1.8%，微波功率為540W，降解時間為3min。

2.5 輻照酶解法

γ-射線是一種具有高能量、長射程和強穿透力的離子流，可用于高聚物的降解和改性。徐振林等［15］研究表明，魔芋葡甘露聚糖經60Coγ-射線輻照后，用β-甘露聚糖酶水解葡甘露聚糖，然后用活性炭、離子交換樹脂純化葡甘露低聚糖，最后用凝膠滲透色譜（GPC）和質譜（MS）鑒定產物。結果表明，輻照不僅可以顯著地降低魔芋葡甘露聚糖的黏度，還可以在一定程度上提高其酶解效率。

2.6 超聲波降解法

超聲作為一種新技術在化學領域中發揮著越來越大的作用，利用超聲波對甘露低聚糖進行降解，是一種高效、環保的降解方法。黃永春［16］等研究了超聲波對魔芋葡甘聚糖的降解作用，研究結果表明，超聲波對魔芋葡甘聚糖有明顯的降解作用，降解的最佳條件為超聲功率100～150W、超聲時間120～150min、降解溫度45℃、魔芋葡甘聚糖濃度0.8～1.0g/mL。

3 甘露低聚糖分離純化

目前甘露低聚糖的制備方法得到的產物中，除了甘露低聚糖外還含有單雙糖和多糖，甘露低聚糖的含量不高，所以必須進行分離純化。目前主要的純化方法有柱層析法和膜分離法。

3.1 柱層析法

柱層析又稱柱色譜，是通過色譜柱的分離作用而達到純化的目的。許牡丹等利用硅膠柱層析法［17］和離子交換柱層析法［18］對甘露低聚糖進行純化。利用硅膠柱層析法純化，在進樣量為10mL、柱高為600mm、流速為1mL/min、溫度為60℃的條件下得到甘露低聚糖的純度為71.34%。采用離子交換樹脂法分離純化甘露低聚糖時，在進樣量為10mL、柱高為600mm、流速為2mL/min、溫度為60℃的條件下制得甘露低聚糖的純度為68.4%。

3.2 膜分離法

膜分離法不僅能夠節約能源，而且具有無污染、高效保留生物活性成分等特點，尤其適用于工業化大生產。史勁松等［19］對甘露聚糖的水解液進行超濾（截留相對分子質量3000Da）和納濾（截留相對分子質量300Da）處理，獲得的精制濾液中，甘露低聚糖的平均聚合度為2.13。HPLC分析表明，甘露低聚糖中的單糖組分占13.6%，二糖組分占52.0%，三糖以上的組分占34.4%。實驗表明，聯合應用超濾和納濾，能夠較好地對甘露低聚糖進行精制、脫鹽和濃縮，是一種高效、經濟的分離純化方法。

4 甘露低聚糖衍生物的制備

4.1 甘露低聚糖金屬絡合物

碳水化合物具有廣泛的生物功能，而且可以作為配體同大部分金屬陽離子進行絡合而發揮作用。金屬離子與碳水化合物絡合作用的研究在生物無機化學研究中占有極為重要的地位，也是配位化學的重點研究科目［20］。

近年來國內外對補鉻（Ⅲ）劑的研究表明［21］，低聚糖鉻的配合物作為補鉻（Ⅲ）劑不僅具有較好的穩定性和溶出性能，同時釋放出鉻（Ⅲ）后的配體低聚糖還有助于金屬離子的吸收和利用。陳秀敏等［22］用β-甘露聚糖酶水解產生的魔芋葡甘露低聚糖與Cr3+在強堿性水溶液中絡合，制備魔芋葡甘露低聚糖鉻絡合物。毛跟年等［23］利用甘露低聚糖與氯化鉻進行反應制備MOS鉻配合物，得出最佳工藝為：pH12、反應時間2.0h、反應溫度為50℃、0.45mol/L氯化鉻的加入量為5mL。通過UV和IR分析表明Cr（Ⅲ）與甘露低聚糖的羥基發生了配位反應。

在對補銅劑的研究過程中，低聚糖因本身的特點而受到人們的關注。將銅離子與甘露低聚糖有機結合做為補銅劑，不僅能降低Cu（Ⅱ）的毒性，還有助于銅離子的吸收。毛跟年等［24］以甘露低聚糖與氯化銅為原料制備MOS銅配合物，得出最佳工藝為：溫度54℃、pH6.4、氯化銅量 0.0021mol，反應時間108min。通過UV和IR分析表明銅離子結合在甘露低聚糖羥基上。

低聚糖鐵配合物作為補鐵劑不僅具有合適的配合穩定性，對胃腸道無或甚少刺激作用，而且當其釋放鐵之后，配體低聚糖具有多方面的生理活性，是對機體有益的成分，可被吸收利用，不會產生毒副作用［25］。毛跟年等［26］利用甘露低聚糖與氯化鐵進行反應制備MOS鐵配合物，經單因素及正交實驗，確定出甘露低聚糖鐵配合物的最佳工藝條件：pH9、時間1.5h、氯化鐵濃度 0.45mol/L、檸檬酸鈉濃度0.20mol/L。通過UV和IR分析表明鐵配合到了甘露低聚糖的-OH、-C=O上。

4.2 甘露低聚糖硫酸酯化衍生物

硫酸酯化多糖是指含有硫酸基團的天然及半合成的酸性多糖，為聚陰離子化合物。自1987年發現硫酸酯化葡聚糖具有抑制艾滋病病毒HIV活性以來［27］，該類多糖在抗病毒方面的研究十分活躍。

干信等［28-29］以魔芋精粉為原料，經酶解、羥丙基化和硫酸酯化修飾，制成了水溶性良好的魔芋葡甘露低聚糖硫酸酯化衍生物。甘露低聚糖醛酸雙酯化最佳條件：羥丙基化過程：m（甘露低聚糖醛酸）/m（環氧丙烷）=1.00/1.25，恒溫30℃，攪拌反應3h。硫酸酯化過程：m（甘露低聚糖醛酸羥丙酯）/m（氯磺酸）=1.0/2.5，恒溫68℃，攪拌反應3h。甘露低聚糖醛酸雙酯鈉對甘露低聚糖醛酸的得率為76.4%。該物質有機硫含量為20%，凝膠色譜顯示其相對分子質量為2000～4000Da；紅外光譜和1H核磁共振光譜分析，按低分子肝素質量標準藥檢及藥理實驗，確證是一種新型肝素類藥物。

4.3 雙硫化甘露低聚糖

李慶國等［30］利用魔芋甘寡糖與二硫化碳和二甲胺進行雙硫化加成反應制備了雙硫化魔芋寡糖素。孫春等［31］應用酶法降解魔芋甘露聚糖制得魔芋甘露低聚糖，并對其進行雙硫化化學改性，制得魔芋寡聚糖DS-VLK殺菌劑。二者都證實雙硫化后的魔芋寡糖對魔芋軟腐病、山藥炭疽病、小麥赤霉病、梨黑斑、棉花黃萎、稻瘟、大白菜軟腐病、水稻白葉枯等農作物病害有明顯抑制作用，可以較長時間附著于植物表面，具有刺激植物產生植保素和直接抑制微生物的雙重作用，并且不會產生抗生素的耐藥性，應用廣泛，是一種新型廣譜生物農藥。

5 展望

近年來，隨著人們生活水平的提高，對低聚糖的需求也越來越大。甘露低聚糖作為比較優秀的低聚糖，具有提高人體免疫機能、吸附毒素、護肝和軟化血管等功效，且可用于各類食品中，如餅干、調味品、蛋糕、飲料等，尤其是酸奶、乳酸菌飲料、碳酸飲料等酸性飲料中，是一種非常理想的保健食品原材料。因此，開發甘露低聚糖保健食品有著非常廣闊的市場前景。

甘露低聚糖由于分子中存在乙酰基和大量的羥基，能進行一系列的化學改性，制成各種衍生物，從而極大地豐富了甘露低聚糖的研究內容。通過化學改性提高了甘露低聚糖原有特性，使其具有更佳的作用效果，更重要的是可以制得新的衍生物，開發出更具魅力的新產品。作為一種資源豐富、用途廣泛的天然低聚糖，對它的研究才剛剛起步，因此很有必要對其進行更深入、更全面系統的研究。可以預見，對于甘露低聚糖衍生物的研究將會受到越來越多的重視。

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Research progress in preparation technique of mannose-oligosaccharides and its derivatives

MAO Gen-nian，QU Jian-bo*，LI Xin，GUO Qian
（College of Life Science and Engineering，Shaanxi University of Scienceamp;Technology，Xi’an 710021，China）

The recent domestic and foreign technology of preparation，separation and purification of mannoseoligosaccharides（MOS）were reviewed，the preparation technology and the development of derivatives were introduced，so as to provide suggestions for further study of the derivatives.

mannose-oligosaccharides（MOS）；derivative；preparation technology；separation and purification

TS201.1

A

1002-0306（2011）02-0366-04

2010-06-12 *通訊聯系人

毛跟年（1963-），男，教授，研究方向：藥物新材料的制備與應用。

陜西省科技廳攻關項目（2007k07-25）；陜西省教育廳科研項目（07Jk197）。