西洋參多糖的研究進展

于曉娜，崔 波，任貴興

西洋參多糖的研究進展

于曉娜1,2，崔 波1，任貴興2,*

（1.齊魯工業大學食品與生物工程學院，山東 濟南 250353；2.中國農業科學院作物科學研究所，北京 100081）

西洋參系五加科人參屬植物，具有廣泛的生物活性和獨特的藥理作用，西洋參多糖在免疫調節、抗腫瘤等方面起到重要作用。本文綜述西洋參多糖的提取、分離純化、結構鑒定及其生物活性等方面的研究進展，討論目前研究中存在的問題，并對其發展前景進行展望。

西洋參多糖；提取；分離純化；生物活性

西洋參（Panax quinquefolium L.）英文名：American ginseng，又名美國參、花旗參、洋參，系五加科人參屬多年生草本植物，原產于美國和加拿大，20世紀80年代初在我國引種成功后，種植面積逐年擴大，現已成為世界上生產西洋參的第三大國，亦是世界上最大的西洋參消費國。西洋參具有與人參相似的功能，但又因性涼而不同于人參，具有補氣養陰，清熱生津的功效，主治陰虛發熱、口干舌燥、消渴等癥。西洋參的主要功效成分是皂苷、多糖、黃酮類物質、氨基酸等[1]。目前對西洋參的研究主要集中于皂苷，對其他活性成分研究較少。有關研究表明，西洋參多糖具有免疫調節、抗腫瘤、降血糖、抗輻射、預防流行性感冒和上呼吸道感染等作用，具有重要的研究和開發應用價值，其中最具代表性的西洋參多糖保健品是加拿大研發的Cold-fX，已獲得專利，并成功完成美國醫藥管理局和加拿大衛生部批準的臨床實驗。

1 西洋參多糖的提取、分離純化

1.1 西洋參粗多糖的提取

關于多糖的提取方法報道的較多且論述全面，傳統的提取方法有熱水浸提法、稀酸法、稀堿法，其中常用的是熱水浸提法。此外，酶解技術、微波技術、超濾法、超聲輔助提取技術、超臨界流體萃取技術也是近年來廣泛應用到多糖提取的有效手段[2-7]。

西洋參多糖的提取過程與其他多糖基本相同，其主要步驟包括：粉碎→熱水提取（或其他方法）→離心分離→濃縮→乙醇沉淀→除蛋白→乙醇沉淀→有機溶劑洗滌→冷凍干燥。堿浸提得到的西洋參粗多糖還需要進行中和并透析。張仁權等[8]先用沸水浸提西洋參參須廢渣，得到的濾渣繼續用1%的HCl和2%的NaOH提取，最終獲得醇提多糖（3.9%）、鹽酸可溶性果膠多糖（6.0%）和酸性多糖（1.8%）。任燁等[9]對西洋參多糖的提取工藝進行了優化，得到的最佳提取工藝為：樣品粒徑65目、料液比1∶35（m/V）、浸泡3 h、100 ℃條件下1 h，提取3 次，多糖得率為11.254%。Zhu Wenjing等[10]用沸水浸提脫脂的西洋參90 min，減壓濃縮后用Sevag法除蛋白后，3 倍體積的乙醇沉淀過夜，分離得到西洋參根粗多糖，約占總量的4.3%。陳軍輝等[11]將回流提取法、微波提取法、超聲提取法、 酶解-回流提取法應用于西洋參多糖的提取，研究結果表明：采用酶解-回流法提取西洋參多糖，在優化的工藝條件下提取率高達17.3%。

綜上所述，西洋參中粗多糖含量可達到10%以上，提取率會隨原料、提取方法的不同而產生一定的差異。

1.2 多糖含量測定

多糖的檢測方法可分為兩大類：一類是利用組成多糖的單糖性質進行測定，如苯酚-硫酸法、蒽酮-硫酸法、3,5-二硝基水楊酸鹽比色法、斐林法等化學方法；另一類是直接測定多糖本身，如高效液相色譜法、高效毛細管電泳法、氣相色譜法、質譜、薄層掃描等[6,12]。

1.3 西洋參多糖的分離純化

提取得到的粗多糖中一般含有較多的雜質，首先要除去其中的蛋白質、色素。常用的脫除蛋白的方法有Sevag法、三氟三氯乙烷法、三氯乙酸法、反復凍融法、甘鞣酸法、酶法及有機溶劑-酶法；脫色的方法有離子交換法、氧化法、金屬絡合物法和吸附法。為獲得均一多糖，需要對提取、除雜后的混合多糖進行分離純化，如分步沉淀法、季銨鹽沉底法、色譜法、超濾法和超離心法等[2,4-5,13]。其中最常用的純化多糖的方法是色譜法，包括離子交換色譜和凝膠色譜等[14]。此外，也有報道用超濾的方法，依據截留分子質量的不同分段純化多糖[15]。

馬秀俐等[16-18]熱水提取西洋參須根后，先用40%的乙醇沉淀，保留上清液，棄去沉淀，之后分別用60%和80%的乙醇分級沉淀，得到兩種西洋參粗多糖PPQⅠ和PPQⅡ，得率分別為2.6%、2.5%；60%乙醇沉淀得到的多糖繼續用Sephadex DEAE A50層析柱純化，苯酚-硫酸法檢測收集液，合并各次相同洗脫峰，透析、濃縮凍干后得到5種不同多糖組分（PPQⅠ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ），PPQⅠ、PPQⅤ分別上Sephadex G200、Sephadex G100柱層析再次分離，最后PPQⅠ分離得到4種純多糖（PPQⅠ-1、PPQⅠ-2、PPQⅠ-3、PPQⅠ-4），PPQⅤ得到一個單一對稱多糖峰PPQⅤ-2。Zhu Wenjing等[10]提取西洋參粗多糖后，將其過DEAE Sepharose Fast Flow層析柱，用氯化鈉溶液梯度洗脫，苯酚-硫酸法檢測，收集的主峰經透析、濃縮、冷凍干燥后，再經Sephacryl S-200 High Resolution 凝膠柱跟李得到一個單一組分。Edmund等[19]將除蛋白的西洋參粗多糖過DEAE-Cellulose層析柱，先用4 L蒸餾水洗脫得到中性多糖N-DWSPE（13.8%），之后用4 L 0.5 mol/L的氯化鈉溶液洗脫得到酸性多糖A -DWSPE（0.83%），鹽洗脫得到的酸性多糖A-DWSPE再次過DEAE-Cellulose柱，用NaCl溶液進行梯度洗脫（0.0、0.1、0.2、0.3、0.5 mol/L NaCl），分離得到6 個組分（A-DWSPE-1、A-DWSPE-2、A-DWSPE-3、A-DWSPE-4、A-DWSPE-5和A-DWSPE-6）。通常，多糖分離純化后，還需要進行純度鑒定，測定方法有比旋光度、高壓電泳法、凝膠色譜法、高效液相色譜法等[2-7]，其中色譜法最常用。

近年來，西洋參多糖的研究取得了很大進步，但與其他多糖一樣，西洋參多糖的分離純化方法發展依然緩慢，主要是因為多糖種類多、結構復雜、分子質量大、極性大等。西洋參多糖的分離純化方法有待于進一步改進。

2 西洋參多糖的結構分析

多糖的活性與其初級和高級結構密切相關[12]。多糖的結構描述包括相對分子質量范圍、單糖組成、連接點類型、單糖和糖苷鍵的構型以及重復單元等[20]。多糖的結構分析方法有化學方法和儀器分析方法，化學方法主要有酸水解法、高碘酸氧化法、Smith降解法、甲基化反應；常用的分析儀器主要有高效液相色譜儀（high performance liquid chromatograph，HPLC）、紅外光譜儀、氣相色譜儀（gas chromatograph，GC）、核磁共振儀和質譜儀（mass spectrometer，MS）等[3]。酸水解是鑒定多糖的單糖組成常用的方法；通過測定高碘酸消耗量及甲酸的釋放量，可以判斷糖苷鍵的位置、直鏈多糖的聚合度、支鏈多糖的分枝數目等；Smith降解是將高碘酸氧化產物還原后進行的酸水解或部分酸水解，用紙層析或氣相層析鑒定水解產物，由降解產物可以推斷糖苷鍵的位置[3,21]。紅外光譜法在多糖結構分析上主要是確定吡喃糖的苷鍵構型及常規觀察其他官能團；氣相色譜和氣相色譜-質譜（GC-MS）連用可快速準確的測出多糖的組分及各單糖之間的摩爾比；核磁共振光譜主要用于解決多糖結構中糖苷鍵的構型以及重復結構中單糖的數目[5,13,21-22]。另外，紫外光譜常用來檢測多糖中是否含有蛋白質、核酸、多肽類，它們的紫外吸收峰在260～280 nm[3]。多糖的分子質量通常用高效凝膠滲透色譜測定，檢測器為示差檢測器）或蒸發光檢測器，以不同分子質量的葡聚糖為標品[3,13,21]。多糖的主要結構分析手段見表1。

表1 多糖結構分析方法[3,13,21]Table 1 Analytical methods for the structure of polysaccharides[3,13,21]

馬秀俐等[18]利用分步醇沉得到兩種西洋參粗多糖PPQⅠ和PPQⅡ，其中PPQⅠ總糖含量約80%，PP QⅡ總糖含量約50%，水解后進行GC分析，PPQⅠ的單糖組成為葡萄糖∶阿拉伯糖∶甘露糖（29∶3.6∶1），PPQⅡ葡萄糖∶阿拉伯糖∶甘露糖（23∶6∶1），兩者組成相近；馬秀俐等[16]之后從西洋參根中分得4種純多糖（PPQⅠ-1～4），均為含有糖醛酸的雜多糖，相對分子質量范圍為2×104～7×104，主要由阿拉伯糖和半乳糖組成，有的含有少量葡萄糖。劉宗林[23]從西洋參莖葉中提取水溶性多糖，其分子結構是以β（1,4）糖苷鍵連接的葡萄糖為主鏈，半乳糖、木糖、阿拉伯糖多位于側鏈的雜多糖，葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖的物質的量比為33∶4∶6∶3，主鏈上的分枝率為25%，分子的分枝點率為47.8%。

Assinewe等[24]分析西洋參粗多糖單糖組成，發現西洋參多糖主要是由葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖組成，物質的量比大約為85∶8∶6∶1，此外，還含有少量的果糖和甘露糖。Zhu Wenjing等[10]分離純化出的一種西洋參多糖組分，用苯酚硫酸法檢測多糖含量為96.3%，不含蛋白質，高效凝膠滲透色譜（high gel permeation chromatography，HPGPC）檢測相對分子質量為5.4×104，由葡萄糖和半乳糖組成，物質的量比為2.1∶1。Edmund等[19]分離純化的西洋參多糖相對分子質量為7.3×104，主要由葡萄糖（77%～86%）、半乳糖（6.8%～7.5%）、阿拉伯糖（4.5%～5.9%）和半乳糖醛酸（8.7%～9.5%）組成。

多糖的結構比蛋白質和核酸的結構更為復雜。目前，西洋參的結構研究主要集中在相對分子質量、單糖組成，糖苷鍵連接方式或更高結構方面的研究報道較少。相比于人參多糖，關于西洋參多 糖的研究多糖還不全面，為更好地研究西洋參多糖結構與活性的關系，有必要深入研究西洋參多糖的結構。

3 西洋參多糖的生物活性

3.1 免疫調節作用

免疫調節使免疫系統產生有利于機體的適度應答，如對病原體產生排斥，而對自身抗原產生耐受。細胞因子由活化的免疫細胞或非免疫細胞分泌，在免疫細胞分化發育、免疫應答、免疫調節、炎癥反應、造血功能中發揮重要作用，并廣泛參與機體其他生理功能和某些病理過程發生、發展[25]。研究表明西洋參多糖能夠促進細胞因子IL-6、IL-13、IFN-γ等的釋放，同時也能抑制炎癥反應[10,15,19,26]。

李巖等[27]研究西洋參根粗多糖對環磷酰胺所致小鼠免疫功能低下的調節作用發現：西洋參根粗多糖具有顯著地拮抗環磷酰胺所致的白細胞數及免疫器官重量減少的作用，提示西洋參多糖對機體的非特異性免疫和細胞免疫功能具有增強作用，且隨劑量增加而增強。朱偉等[28]提取的西洋參粗多糖經DEAE Sephadex A50和Sephadex G100純化后得到的4種均一多糖，可單獨也可協同亞劑量Con-A刺激淋巴細胞轉化，結果表明，得到的4種均一多糖具有可調節機體免疫活性細胞功能。

Wang Meiqi等[29]研究了西洋參水提物（主要是寡糖和多糖）對Con-A誘導的小鼠脾臟細胞IL-2和IFN-γ分泌的影響，結果表明西洋參水提物能夠顯著提高Con-A誘導的脾臟細胞IL-2和IFN-γ的分泌；結合先前的研究—西洋參水提物能夠提高B淋巴細胞增殖和血清免疫球蛋白的產生，表明西洋參水提物可能廣泛的參與調解先天性免疫應答和獲得性免疫應答。Lemmon等[15]用超濾的方法分離西洋參多糖，研究各個相對分子質量段的免疫活性，結果表明大分子質量的西洋參多糖在免疫調節作用中起關鍵作用。

3.2 抗腫瘤作用

多糖的抗腫瘤主要是通過活化巨噬細胞、淋巴細胞，促進細胞因子分泌，來提高宿主抗腫瘤免疫功能[7]。西洋參多糖能夠促進巨噬細胞分泌細胞因子TNF-α、NO、IL-2[10,15,19,26]。

曲紹春等[30]用西洋參粗多糖連續15d喂食S180荷瘤鼠，結果表明西洋參根多糖可以抑制S180荷瘤鼠的腫瘤生長，并能明顯誘導脾淋巴細胞合成IL-3樣活性物質。杜云峰等[31]用不同濃度的西洋參多糖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ處理肝癌細胞，與西洋參多糖共育的肝癌細胞增殖緩慢、細胞伸展不良，形成的集落數目及體積均小于正常對照組，結果表明：西洋參多糖能有效地阻斷處于S期的腫瘤細胞DNA的合成，同時能直接破壞細胞膜結構，改變細胞外衣性質，抑制貼壁細胞貼壁從而抑制細胞增殖。朱文靜等[32]建立了BABL/c小鼠肝癌模型，用多糖干擾小鼠肝癌的發生發展，觀測小鼠肝臟腫瘤以及脾臟的變化，結果發現隨著多糖用量的加大，小鼠腫瘤質量明顯減小，腫瘤抑制率明顯增加，表明西洋參多糖對腫瘤的抑制作用明顯。

Assinewe等[24]從西洋參中分別獲得甲醇提取物（含有皂苷）和西洋參多糖，并分別用這兩種物質對小鼠肺泡巨噬細胞進行處理，發現西洋參多糖具有顯著的刺激TNF-α刺激作用，而甲醇提取物則效果不明顯。

3.3 降血糖的作用

劉宗林向模型小鼠注射西洋參多糖（4.0 mg/mL，注射為0.2 mL），12 h后血糖含量比對照組下降了約12%，24 h后血糖下降了6.82%，表明西洋參多糖具有良好的降血糖功能[23]。Xie等[33]對2型糖尿病小鼠模型每天進行腹腔注射不同劑量的西洋參多糖，第5天時，與對照組小鼠比較，注射西洋參多糖的小鼠模型血糖均下降，第10天，注射150 mg/kg劑量西洋參多糖的小鼠模型血糖量正常，而且不影響小鼠體質量，終止注射后，空腹血糖水平依然較低，30 d后才達到與對照組小鼠模型水平，表明西 洋參多糖具有 良好的降血糖作用，但這是否與增加胰島素敏感性還有待進一步驗證，也可能與碳水化合物利用率增加以及糖原的生成降低有關。

3.4 參與預防感冒及上呼吸道感染的作用

Cold-fX（CVT-E002）是加拿大科學家研究發明的一種天然保健品，是加拿大最暢銷的抗流感、感冒病毒產品，含有80%以上的西洋參多糖，不含皂苷[34]。關于Cold-fX的研究較多，研究表明CVT-E002對脾臟外圍和淋巴組織免疫力具有獨特的作用，且能夠抑制小鼠肝癌[35-37]。McElhaney等[38]通過人體實驗研究表明CVT-E002安全、易接受，可能有效的預防由流行性感冒和呼吸道合胞病毒引起的急性呼吸道感染。Predy等[39]進行了一個隨機、雙盲試驗，323 人接受實驗，這些人之前至少患過兩次感冒，參與者每天服用兩次Cold-fX膠囊或相同劑量的安慰劑，4 個月后檢查患過感冒人數，其次檢查癥狀嚴重性、癥狀及感冒持續天數，結果發現服用西洋參提取物組平均得感冒的次數低于服用安慰劑組，感冒癥狀得分也低于服用安慰劑組，由此可見，服用中等劑量的富含多糖的西洋參提取物能夠降低每人的平均感冒次數及感冒天數，緩解感冒癥狀。Predy等[40]進一步的研究表明，其作用機制可能是Cold-fX增加T淋巴細胞和自然殺傷細胞的比例，降低了血清中免疫球蛋白水平。

3.5 抗輻射作用

于永超等[41]建立60Coγ射線照射致小鼠免疫抑制模型，對其喂食摻入一定劑量西洋參多糖的飼料，結果表明西洋參多糖能增強Con-A誘導的小鼠T淋巴細胞轉化能力，升高小鼠碳粒廓清指數，推斷可能是西洋參通過抵抗氧化應激過度旺盛，減輕自由基對免疫系統細胞染色體的損害來保護機體正常免疫功能。劉宗林用西洋參多糖的溶液做小鼠急性放射病防治實驗，照射前1～7 h給小鼠皮下注射1 mg西洋參多糖，照射劑量為766～840 rad，結果小鼠存活率提高了30%，西洋參多糖組防輻射效果顯著[23]。

3.6 抗氧化作用

許多從天然產物中分離得到的多糖類化合物具有清除自由基、抑制過氧化等抗氧化作用。Yu Xiaona等[42]用稀堿法從西洋參殘渣中分離純化出兩種多糖AEP-1和AEP-2，體外抗氧化實驗表明AEP-2能夠清除2,2’-聯氮雙（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二銨鹽（2,2’-azinobis（3-ethylbenzothi azoline-6-sulfonic acid）ammonium salt，ABTS）自由基和 2,2’-偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽（2,2’-azobis（2-methylpropionamidine） dihydrochloride，AAPH）產生的自由基，具有良好的抗氧化性。

4 結4 語

西洋參多糖的研究仍然存在較多問題，一是傳統的分離純化時間長得率低；二是西洋參多糖結構分析困難，目前關于西洋參多糖結構的主要集中在相對分子質量、單糖組成上，具體的糖苷鍵連接方式、更高級結構以及結構與活性之間的關系仍需要深入研究；三是西洋參多糖具有免疫調節、抗腫瘤、降血糖、預防感冒等作用，但是其構效關系、量效關系及免疫作用機理仍不明確。

目前市場上多糖類的保健產品較多，如靈芝多糖、猴頭菇多糖、酵母多糖、蟲草多糖、香菇多糖等，西洋參多糖保健品在國內市場上還不多見，在加拿大，Cold-fX已經相對成熟。隨著多糖類保健食品的開發與熱銷，西洋參多糖具有廣闊的前景，進一步深入研究西洋參多糖的提取、分離純化、結構及生物活性研究，對食品藥物開發及西洋參資源的利用具有重要意義。

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Progress in Research on Polysaccharides from American Ginseng

YU Xiao-na1,2, CUI Bo1, REN Gui-xing2,*
(1. School of Food and Bioengineering, Qilu University of Technology, Jinan 250353, China; 2. Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)

American ginseng (Panax quinquefolium L.) belongs to the genus Panax of the family araliaceae. Because of its special properties and a number of pharmacological functions, it is widely accepted in the world. Polysaccharides from American ginseng play an important role in immunoregulatory and anti-tumor effects. This paper reviews the recent progress made in the research of American ginseng polysaccharides, including extraction, isolation, purifi cation, identifi cation and bioactivity.

American ginseng polysaccharide; extraction; isolation and purifi cation; bioactivity

TS201.1

A

1002-6630（2014）09-0301-05

10.7506/spkx1002-6630-201409059

2014-01-13

國家國際科技合作專項（2011DFG32500）

于曉娜（1986—），女，碩士研究生，研究方向為作物功能成分。E-mail：yxnwork@126.com

*通信作者：任貴興（1963—），男，研究員，博士，研究方向為作物功能成分。E-mail：renguixing@caas.cn