柑橘低分子果膠研究進展

□ 蘇丹丹 河北農業大學

果膠是一類廣泛存在于植物細胞壁的初生壁和細胞中間片層的雜多糖，相對分子質量介于50～300 ku，不同的原料和提取工藝所得果膠的相對分子質量存在較大差異，現階段果膠的提取方法多為鹽析法、乙醇沉淀法、超濾，以及動、靜態大孔吸附樹脂法等。作為一種天然的植物膠體，可作為一種膠凝劑、穩定劑、組織形成劑和增稠劑廣泛應用于食品工業。近來研究發現低分子果膠在人體營養健康、醫療方面有新的作用，關于低分子果膠的研究成果越來越多[1]。

1 低分子果膠簡介

低分子柑橘果膠（Modified Citrus Pectin，MCP）是通過規定的pH和溫度水解天然果膠而得到的分子質量較小、酯化度較低、無分支的果膠多糖，MCP分子量在20 kDa左右，由于其經過修飾，故又稱修飾柑橘果膠[2]。水解既可以切斷果膠直鏈從而降低其分子量，又可以降低其酯化度從而使其易于被人體吸收[3]。

近些年來，關于柑橘果膠的改性方法的研究越來越多，主要采用pH（化學）改性、物理改性和酶改性。不同的改性方法作用機理不同，所得低分子果膠樣品的功能也各不相同。

因MCP克服了CP分子質量大、不易消化吸收等問題，具有更好的溶解度，且MCP的直鏈結構具有很強的陽離子結合能力，較CP具有更強的靶向性[4]。研究表明，通過調節果膠分子質量的大小，可控制其作用位點，增強其靶向性[5]。因此關于低分子果膠抑制結腸癌的研究成果越來越多。

2 制備方法

2.1 pH修飾法

采用pH修飾法對果膠多糖進行水解，多糖的水解是一個復雜的過程，酸、堿水解均可造成多糖鏈的斷裂及酯化程度的降低。其中，堿水解主要引起皂化，即降低果膠糖鏈的酯化程度；酸性溶液主要引起多糖中糖苷鍵的斷裂，使多糖降解為低分子量片段。通過控制酸濃度、溫度及反應時間可獲得不同分子量大小的降解產物。

利用多糖溶于水或酸、堿、鹽溶液而不溶于醇、醚、丙酮等有機溶劑的特性，可將多糖從溶液中提取出來。采用乙醇沉淀法提取多糖，其中，乙醇與多糖溶液的比例影響沉淀的性狀，乙醇與多糖溶液比例為1∶1時，沉淀下來的多糖呈絮狀，易于隨后的抽濾及干燥。若乙醇與多糖溶液比例大于1∶1，則沉淀的多糖呈糊狀，難以進行干燥。pH修飾法制備MCP產率可達90%以上，該方法過程易于控制，且易于將條件放大，可用于大規模生產[6]。

陳穎[7]通過酸熱法降解具有較高相對分子質量的橘皮果膠，確定酸水解條件為：80 ℃、1.5 mol/L HCL條件下，一次加樣制備得24%（w/v）的果膠溶液，水解反應210 min。

2.2 高溫高壓修飾法

高溫高壓修飾法目前應用的不多，經其處理的改性果膠又稱為熱改性果膠。將未改性的柑橘果膠在100～121℃，一定壓力下作用30 min得到，相對于pH改性，高溫高壓改性具有操作簡單易行，且無任何毒副作用的優點[8]。陳劍兵[9]等人研究發現亞臨界水處理能明顯降低果膠的分子量，溫度條件為120 ℃時，可使得Mw下降到20 ku以下，產品均一性、得率、色澤及能耗方面均具有優勢。經亞臨界水法得到的低分子柑橘果膠單糖含量和酯化度均降低。尹穎[10]等采用高壓蒸汽法對果膠進行105 ℃、120 ℃和135 ℃的處理，高壓均質法在50、100、150 MPa下對其進行均質處理，確立制備LMCP的較佳物理方法為120 ℃、101.2 MPa、30 min，所得LMCP的分子質量為16 kDa，Mw下降近90%。

2.3 輻照改性

輻照改性一般是指用Co-60等輻射源對果膠進行輻照處理而得到的改性果膠，有研究先對柑橘果膠用Co-60進行20 kGy劑量的輻照處理，吸收劑量率為10 kGy/h，再對輻照后的溶液進行透析處理使分子質量小于10 ku，最后旋蒸濃縮并冷凍干燥得到改性果膠樣品。現階段有人對果膠進行超聲、紫外輻射，但關于此方面的研究報道鮮見[11]。

3 生理功能

3.1 抗癌功能

關于低分子柑桔果膠抗腫瘤活性的研究眾多,占果膠抗腫瘤相關研究的97%以上，現階段抗腫瘤果膠的研究主要集中于結腸癌、前列腺癌、肺癌、宮頸癌、乳腺癌、和骨髓癌等癌癥[12]。目前，受多數人認可的低分子果膠抗癌作用原理與腫瘤的相關蛋白Galectin-3有關，但具體機理尚不完全清楚[13-15]。

2010年，張文博等制得的MCP通過小鼠移植性腫瘤模型發現MCP對肝癌H22細胞的抑制作用顯著,高劑量（4 mg/kg）下抑制率達到47.8%，MCP高劑量（4 mg/kg）與中劑量（2 mg/kg）組對U14瘤株的抑制率分別達到36.5%和38.5%。說明MCP具有抗肝癌和宮頸癌活性[16]。尹穎等[17,18]對MCP的抗癌活性進行了初步的評價，細胞實驗結果表明制得的MCP對PC3細胞有很強的抑制作用，高劑量（5～10 mg/mL）下抑制率達70%～90%，相對于天然CP，MCP抗前列腺癌細胞活性顯著增強。趙光日等[19]發現MCP可以增加順鉑在體外對肺癌細胞A549的增殖抑制作用，在細胞水平上表現為增加肺癌細胞凋亡率，在分子水平上促進procaspase-3、9激活水平。

通過給小鼠灌胃研究，發現LCP與奧沙利鉑聯合利用可發揮協同作用，阻滯細胞周期的G2/M期，從而顯著延長細胞增殖周期，有效抑制結腸癌[20-22]。

許鵬發現PAC-1聯合MCP用藥對誘導人結腸癌細胞的凋亡、延長細胞增殖周期的效果優于PAC-1單用，低濃度PAC-1聯合低分子柑橘果膠對人結腸癌細胞的增殖和凋亡有拮抗作用；中、高濃度PAC-1聯合低分子柑橘果膠對人結腸癌細胞增殖和凋亡表現為協同作用。聯合用藥后結腸癌細胞凋亡比例及凋亡相關蛋白的表達較PAC-1單用均顯著增高，線粒體通路及調控結腸癌細胞的細胞周期是低分子柑橘果膠顯著提高PAC-1對人結腸癌細胞的生長抑制作用的分子機制[23]。

3.2 調節血糖、血脂

鄔曉倩等[24]研究發現，低分子柑橘果膠可以降低糖尿病小鼠的血糖和血脂水平，且無劑量依賴性，為治療糖尿病和預防其并發癥提供了新的途徑。目前,對其作用機制的解釋為MCP能通過延遲胃排空和減緩小腸轉運影響脂肪和碳水化合物的吸收；低分子果膠通過影響膽酸的代謝進而改變脂質代謝酶的活性，促進脂肪代謝，降低血清中的TC/TG和LDL,從而使血脂降低。同時，低分子量果膠的攝入不會影響動物的正常生長發育[25,26]。

3.3 降低體重

張麗芬在研究修飾柑橘果膠對高脂血癥大鼠脂質過氧化調節作用時發現，在成功建立高脂血癥模型的基礎之上，MCP高劑量組（800 mg/kg·d）對大鼠灌胃能減輕高脂血癥大鼠體重。MCP對可升高高脂血癥大鼠的血清超氧化物歧化酶（SOD）和血清谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）的活力，降低大鼠血清丙二醛（MDA）的含量。

張若培[27]以100、400、800 mg/（kg·d）三種劑量對大鼠灌胃6周發現，三個劑量均可顯著降低大鼠體重、血清TG、TC。并對這一現象做出解釋：MCP由于具有低分子量的特點，易產生飽腹感，減慢小腸的轉運從而推遲胃排空的時間，影響食物與消化酶的結合使營養素在腸道黏膜上的分散減少，抑制碳水化合物的脂肪的消化吸收，從而抑制體重增長。同時，低分子量的特點使MCP避免了大量攝入的情況下對動物正常生長發育的影響。

3.4 其他

MCP可通過降低血脂修復因高脂飲食引起的肝細胞損傷，減輕脂肪變性、炎性壞死現象[28]。此外，低酯低分子果膠在醒酒和防醉酒方面也有一定的效果，并呈現一定的劑量作用，解酒效果依次為：低酯低分子果膠中劑量組＞低酯低分子果膠低劑量組＞低酯高分子果膠＞高酯高分子果膠組＞葡萄糖組＞生理鹽水組。而防醉酒效果依次為：低酯高分子果膠中劑量組＞低酯高分子果膠低劑量組＞葡萄糖組=低酯低分子果膠＞生理鹽水組[29]。MCP可抑制前炎癥因子的表達，調借氣道炎癥，對治療哮喘藥物提供新思路[30]。