植物多糖的提取及功能研究進展

郭鳳領，吳金平，陳磊夫，邱正明

（湖北省農業科學院經濟作物研究所，武漢，430064）

植物多糖的提取及功能研究進展

郭鳳領，吳金平，陳磊夫，邱正明

（湖北省農業科學院經濟作物研究所，武漢，430064）

邱正明

男，研究員，湖北省農科院經濟作物研究所副所長，博士，國務院特殊津貼專家，中國綠色食品發展中心專家咨詢委員會委員，國家大宗蔬菜產業技術體系高山蔬菜崗位科學家，行業專項“長江流域生態型高山蔬菜栽培及產業化示范”首席專家，科技部“國外園藝作物品種引進與改良（南方）國際科技合作基地”技術負責人，多個省縣市蔬菜專家顧問。先后參與和主持省部級以上蔬菜課題項目30多項，其中主持國家級科技項目8項；培育審（認）定瓜菜新品種16個，其中主持選育9個；發表文章、專著共40余篇（部），其中主編、主筆12篇（部）；制定國家及地方技術標準17部；獲省級以上科技進步獎等8項，獲國家技術發明專利3項。

介紹了植物多糖的基本信息，總結了植物多糖的提取工藝，包括溶劑提取法、酶提取法、超聲提取法和微波提取法。介紹了植物多糖的抗炎、抑腫瘤、免疫調節、降血脂和抗病毒等功能方面的研究進展。

植物多糖；提取工藝；功能研究；抑腫瘤；降血脂

多糖，又稱多聚糖，是由10個以上的單糖分子通過糖苷鍵聚合而成的一類分子結構復雜且龐大的糖類物質［1］，由醛糖或酮糖通過糖苷鍵連接而成，糖苷鍵分為α型和β型2種。植物多糖的糖鏈結合以β-1，3或β-1，6鍵為主，有的多糖還帶有分支，帶有分支鏈的多糖具有抗腫瘤活性。目前已報道的天然多糖化合物有300多種，廣泛存在于植物、動物和微生物組織中［2］。多糖具有多種生物活性，與維持生物機能密切相關。多糖與蛋白質、脂類形成的糖蛋白、脂多糖在細胞的識別、分泌以及蛋白質的加工和轉移方面起著不容忽視的作用［3］。植物多糖因具有免疫調節、抗菌、抗病毒、抗腫瘤、降血糖、降血脂等生物活性，成為近年來的研究熱點［4］。近年來，通過對植物多糖的提取和研究，人們進一步了解到蔬菜的營養價值。

1　植物多糖的提取

在生物體內多糖以游離狀態和結合狀態存在，主要有蛋白多糖和脂多糖，因此，提取多糖之前，應先確定多糖的存在形式，再對生物材料進行相關預處理。除此之外，還要考慮提取部位，以確認是否需要脫色或脫脂處理等［5］，主要提取方法有以下幾種。

1.1溶劑提取法

①水提醇沉法多糖是極性大分子，容易與水分子形成氫鍵而溶于水，而在醇、酮等溶劑中不易形成氫鍵，溶解度較低。所以一般選擇水和醇等溶劑分步提取多糖。首先將原材料粉末用熱水或者冷水浸泡一定時間，取上清后濃縮，隨后加入醇類溶劑并使其體積分數達到一定比例，使多糖沉淀下來。提取過程中，提取溫度、提取時間、提取次數和料液比是影響提取效果的主要因素。如梁婷婷等［6］研究認為，采用水提醇沉法提取太子參多糖的最佳溫度是90℃、時間是180 min，提取次數為3次，料液比為1∶9。

該方法的優點是不需要昂貴的設備、生產成本低、污染少、安全、適合工業化生產；缺點是在提取過程中不易去除水溶性成分如蛋白質和苷類等，不利于后續的分離純化，且耗時長、提取率不高［7］。

②酸提法酸提法是在水提醇沉法的基礎上發展而來的，在某些植物如香菇的多糖提取中，得率較高；但該法會引起酸降解及糖苷鍵的斷裂，所以采用酸提法時溫度不宜高，時間不宜太長［8］。朱建飛等［9］采用酸提紫蘇粕多糖時，發現對提取效果影響的大小依次為提取溫度、酸濃度、浸提時間，并得出優化的酸提紫蘇粕多糖提取工藝條件為浸提時間35 min，提取溫度60℃，酸濃度0.25 mol/L，得率為1.42%。

③堿提法對于酸性多糖和糖醛酸含量高的多糖可以采用堿提法［10］。諸愛士等［11］研究發現，隨著堿濃度的升高，小米多糖收率比水提多糖收率明顯增加，在堿濃度達到0.6 mol/L時收率最大，超過0.8 mol/L后多糖收率下降，是因為堿有助于破除細胞壁中聚合物分子間的物理和化學作用，促進多糖從細胞中溶出，但過高濃度的堿又會促進多糖水解。任初杰等［12］在堿提花生粕水溶性多糖工藝的研究中發現，提取溫度和堿濃度對花生多糖得率影響最大，優化的堿提花生多糖工藝條件為提取溫度88℃，堿濃度0.68 mol/L，提取時間2.4 h，料液比34∶1，提取1次，最后得率為9.78%。

④超臨界萃取法超臨界萃取法是利用處于臨界溫度和臨界壓力以上、介于氣體和液體之間的超臨界流體作為萃取溶劑的一項萃取技術，具有傳質速率快、穿透能力強、萃取效率高及操作溫度低等特點［13］。陳明等［14］在超臨界CO2萃取茶多糖的試驗研究中驗證了該技術萃取茶多糖的可行性，在茶粉顆粒度為40目的情況下，采用20%無水乙醇夾帶劑，萃取壓力35 MPa，萃取溫度45℃，萃取時間2 h，茶多糖得率高達92.5%。與傳統方法相比，雖然超臨界CO2萃取法需要高端的設備和較長的提取時間，但其優點在于保證多糖高得率的前提下，大大減少了有機溶劑的使用量［15］。

1.2酶提取法

在酶的作用下，植物細胞壁的組分被水解，增加了細胞膜的通透性，加速了多糖的釋放［8］。周小玲等［16］比較了果膠酶、胰蛋白酶、復合酶3種酶法提取工藝對茶多糖組成的影響，結果表明，不同的酶法提取對茶多糖的單糖組成種類影響不大，對各單糖組分之間的比例稍有影響，其中果膠酶法提取的茶多糖純度最高，總糖含量達到95.26%。鄒東恢等［17］在香菇多糖復合酶法提取及其脫色工藝優化中發現木瓜蛋白酶和纖維素酶質量比為2，酶解反應的溫度為55℃，pH值為6.5，反應時間3 h，多糖提取率為16.1%。

1.3超聲提取法

利用超聲波的物理作用，通過高頻振蕩，產生空化作用、機械作用和熱學作用，從而使物體內部產生振蕩、生長、收縮，增加分子的運動頻率和速率，使植物組織和細胞變形破裂，并釋放出內含物，從而促進細胞內的分子溶出［18］。超聲提取的優點在于效率高。張杰等［19］使用93%的超聲功率、40 min的超聲時間、50℃的超聲溫度、1:40的料液比提取蛹蟲草多糖，得率達15.48%。

1.4微波提取法

微波提取是指在微波反應器中，使用合適的溶劑從植物中提取化學成分的技術。通過微波的加熱作用，加之微波的電磁場，可使植物化學成分加速溶解在溶劑中［20］。朱磊等［21］用微波輔助提取黑木耳多糖，發現一次性提取的多糖得率在28%～29%，比傳統水提法和酶提法輔助得率高出了10%。

2　植物多糖的功能研究

2.1抗炎

研究發現，銀杏多糖、茯苓多糖、香菇多糖、金櫻子多糖、草蓯蓉多糖可以顯著抑制炎癥引起的小鼠耳朵腫脹和毛細血管通透性的增加，隨著多糖劑量的增大，抗炎效果增強；海帶多糖可以通過降低阿霉素腎病模型大鼠的外周血淋巴細胞及腎組織類肝素酶的表達，減弱炎癥趨化因子IL-6和IL-8的表達，從而發揮抗炎性損傷治療作用［22］；劉立新等［23］在抗炎試驗中發現，胡蘿卜多糖可以顯著抑制二甲苯的致炎作用，而且隨著胡蘿卜多糖含量的升高，這種抑制作用越明顯。

2.2抑腫瘤

多糖對腫瘤的生長具有一定的抑制作用。聶志奎［24］在體內試驗中發現，巴參菜多糖對小鼠腫瘤的生長具有抑制作用，它能顯著增加小鼠脾臟指數及相關的細胞免疫因子，此外巴參菜多糖還能促進小鼠原代腹腔巨噬細胞增殖，抑制人體肝癌HepG2細胞的生長。汲晨鋒［25］試驗表明，蘆筍多糖可以抑制S180小鼠腫瘤的生長，其中高劑量組抑制率達47.65%，而且蘆筍多糖還能延長H22小鼠的生存時間，高劑量組延長率為66.65%。

2.3免疫調節

植物多糖主要通過以下幾個方面來增加機體的免疫功能［26］：①提高正常小鼠的脾臟、胸腺指數及改善燒傷小鼠的脾臟、胸腺指數；②通過促進機體生成抗體，提高抗體效價，增強體液免疫功能；③通過促進T、B淋巴細胞的增殖來增強細胞的免疫功能；④通過提高巨噬細胞的吞噬活性，增加巨噬細胞數目；⑤通過增強紅細胞C3b受體的免疫粘附功能，提高紅細胞的免疫功能；⑥通過促進細胞因子mRNA轉錄活性的增加，提高細胞因子的分泌，增強細胞因子的生物活性；⑦通過改變免疫細胞內細胞信號分子如cAMP、cGMP、NO、Ca2+的含量和相對比值，調節機體免疫功能。蘆筍多糖可以激活巨噬細胞釋放活性介質NO，促進TNF-α、IL-6基因的表達，這可能是蘆筍增強機體免疫力的作用方式之一［27］。苦瓜多糖能提高小鼠胸臟和脾臟指數，增強免疫能力，抑制小鼠脾臟淋巴細胞的增殖；能顯著增強免疫低下小鼠巨噬細胞的吞噬能力；增加小鼠血清溶血素含量；協同ConA作用，顯著促進小鼠脾淋巴細胞的轉化，提高小鼠的免疫功能［28］。

2.4降血脂

研究表明，植物多糖能明顯降低高血脂癥、糖尿病及正常大鼠血清中的總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白水平，升高高密度脂蛋白膽固醇水平，同時改善卵磷脂膽固醇酰基轉移酶，促進膽固醇的逆向轉運和代謝，對糖尿病并發癥的預防和治療有重大作用［29］。蘆筍老莖多糖可顯著降低高脂血癥小鼠的血清膽固醇水平、低密度脂蛋白膽固醇水平，降低谷丙轉氨酶、谷草轉氨酶和血清堿性磷酸酶活性，增強超氧化物歧化酶及谷胱甘肽、谷胱甘肽過氧化物酶的活性，提高總抗氧化能力，并提高

PPAR-α基因的表達，從而調控脂代謝過程中相關靶基因的表達，達到調節血脂的功能［30］。

2.5降血糖

白子草多糖通過提高機體抗氧化酶活性，清除活性氧自由基以解除自由基對肝臟的損害和胰島β細胞的修復和再生，增加肝糖原的儲存能力，從而實現對2型糖尿病小鼠降血糖的作用，而且在高劑量給藥21 d后，小鼠血糖水平與陽性對照無統計學差異［31］。桑葉多糖能改善糖尿病小鼠消瘦和毛色暗淡等癥狀，降低糖尿病小鼠血糖濃度，提高小鼠肝臟的抗氧化功能，促進葡萄糖轉變為肝糖原，同時還具有減輕四氧嘧啶型小鼠胰島損傷等作用［32］。此外，山藥多糖、麥冬多糖、海帶多糖、丹皮多糖、黃芪多糖等通過促進胰島素分泌來降低血糖濃度；茶多糖、人參多糖、玉米須多糖、紫心甘薯多糖等可通過調節代謝中相關酶的活性，抑制糖異生，并促進外周組織和靶器官對糖的利用，從而促進肝糖原合成，改善代謝紊亂，以降低血糖濃度；番石榴多糖、枸杞多糖、柿葉多糖、硫酸化牛膝多糖等通過抗氧化、清除自由基、保護和修復胰島β細胞來降低血糖濃度；薏苡仁多糖、黨參多糖和南瓜多糖等通過調節、恢復免疫系統功能、保護胰島β細胞來降低血糖濃度［33］。

2.6抗病毒

在豬藍耳病病毒PRRSV的阻斷試驗中，先加入山藥多糖后接種病毒，發現山藥多糖對該病毒感染的Marc-145細胞有阻斷作用，其作用機制可能是多糖活性成分增強了細胞膜的穩定性，阻止病毒顆粒吸附靶細胞，使細胞受到保護，從而提高了細胞的抗病毒能力［26］。龍須菜多糖抗病毒作用與其硫酸根含量和取代度有一定關系，其抗病毒能力在一定范圍內隨硫酸根含量的增加而增強［34］。

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Research Progress on Extraction and Function of Plant Polysaccharides

GUO Fengling， WU Jinping， CHEN Leifu， QIU Zhengming
（ Economic Crops Research Institute， Hubei Academy of Agricultural Science， Wuhan 430064 ）

This paper introduced the basic information of plant polysaccharide， and summarized the extraction methods of plant polysaccharide including method as solvent extraction， enzyme extraction， ultrasonic extraction and microwave extraction. This paper also introduced the research progress on multiple functions of plant polysaccharide including anti-inflammatory， tumor suppression， immune regulation， reducing blood lipid and antiviral， etc.

Plant polysaccharide； Extraction process； Function research； Tumor suppression； Reducing blood lipid

10.3865/j.issn.1001-3547.2016.20.016

O629.12

A

1001-3547（2016）20-0037-04

農業部現代農業產業技術體系項目（nycytx-35-02-06）

郭鳳領（1974-），女，副研究員，主要研究方向為蔬菜資源開發利用，E-mail：guofenglingok@163.com

邱正明（1966-），通信作者，男，研究員，主要研究方向為蔬菜育種與高山蔬菜栽培技術研究

2016-07-27