植物多糖的提取純化、結構鑒定以及生物活性研究進展

馬文英 季一順

[摘要]植物多糖是從植物中提取的天然活性物質，大量研究證明其有廣泛的生物活性。文章闡述植物多糖的提取純化、結構解析以及生物活性，包括免疫調節、抗腫瘤、降血脂、抗氧化等及其相應的作用機制，并對植物多糖的研究進行展望，以期為植物多糖活性的開發與利用提供參考。

[關鍵詞]植物多糖;提取純化;結構鑒定;生物活性

中圖分類號：R284.2? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20190717

代謝綜合征包括心血管疾病、糖尿病和相關并發癥等疾病，是所有工業化國家人口的主要死亡原因[1]。目前，研究者致力于尋找生物中的有效活性物質，期望這些活性成分有助于防治代謝綜合征，提高人們的生活質量。多糖廣泛存在于植物、動物及微生物中，是指自然界中普遍存在的由許多相同或者不同的單糖以α-糖苷鍵或者β-糖苷鍵組成的化合物，也是構成生物機體的基本物質[2]。近幾十年來，人們逐漸認識到多糖在生物體中的功能，絕非僅僅作為能量來源和支持組織結構，更重要的是參與生物合成反應、細胞增殖、病毒和細菌感染、腫瘤細胞轉移、調節腸道菌群等生物反應[2]。

隨著認識和研究的深入，越來越多的人認識到多糖研究的重要性，對多糖提取純化以及結構的研究也越來越多。植物多糖相較于動物多糖，前者含量較高，且糖蛋白含量較少，較好分離純化，故植物多糖也就成為研究的熱點。植物多糖具有降血糖、降血脂、抗氧化和抗腫瘤等生物活性，且自身毒性較小，因此具有廣闊的應用前景。基于此，本文闡述了植物多糖的提取純化、結構、生物活性幾個方面的研究，以期為植物多糖的進一步研究提供參考。

1? 植物多糖的提取

1.1? 水提醇沉法

其原理是多糖具有大量的羥基，因此容易與水形成氫鍵而溶出，再利用多糖不易與醇類形成氫鍵的特點，加入乙醇使多糖沉淀。這種方法簡單易操作、成本低、污染小，也是一直沿用至今的原因。

1.2? 熱水提取法

熱水提取雖然簡單價廉，但具有提取率低、提取溫度高、提取時間長等缺點，因此，在提取過程中，一般會結合物理或化學方法來輔助提取[3]。荊晶等[4]利用熱水提取結合響應面法優化，指出綠茶多糖的提取工藝∶料液比1∶20，提取時間90 min，提取溫度80 ℃，提取率為5.22%。

1.3? 微波/超聲輔助提取

Li S L等[5]采用正交試驗法，對水浸法、微波輔助提取法和超聲提取法分別進行了優化。熱水提取方法的優化條件為90 ℃下提取3 h，提取3次，液固比為50∶1，多糖的提取率為2.10%;微波輔助提取法的優化條件：處理15 min，液固比為50∶1，提取率為4.18%;超聲提取方法的優化條件：在60 ℃下超聲30 min，提取2次，液固比為60∶1，頻率為60 Hz，提取率為3.02%。

1.4? 新技術應用

現在一些新技術也被運用到多糖提取中以達到優化提取的效果。Li等[5]利用陰離子反向膠束系統提取多糖，發現在最優條件下（pH值4.6，0.06 mol/L鹽酸胍鹽，7%甲醇和0.05 mol/L NaCl）正向采收率為34%，這種方法傳質快、選擇性高、成本較低。Chen等[6]利用超臨界二氧化碳萃取技術，提取時間2 h，萃取溫度45 ℃，提取率高達92.5%。

2? 植物粗多糖的分離純化

多糖提取物一般含有較多的“雜質”，其中，多糖提取物中的蛋白質一般采用三氯乙酸、三氟三氯乙烷、Sevege法或蛋白酶法來除去，也有文獻中提到幾種方法混用而達到除蛋白的效果[7]。植物多糖提取液顏色較深，需要進行脫色處理，常用的有氧化法、吸附法、離子交換法、金屬絡合物法等[8]。

多糖提取物經初步分離后，通常是不同極性、不同相對分子質量的多糖混合物，多糖組分不夠均一，還需要進一步純化。多糖純化的方法有很多，如：分級沉淀法、柱層析法、超濾法、反相高效液相色譜等[8-9]。Zhou等[10]采用凝膠G-100來純化茶多糖，使茶多糖的純度從34.5%升高至90.26%。Wang等[11]使用超濾膜分離粗多糖，得到3個餾分，分子量分別為240 kDa、21.4 kDa和2.46 kDa。Wang等[12]以茶花為原料，采用乙醇分級精餾和逐步沉淀法制備茶花多糖，發現30%的乙醇濃度可使茶花多糖析出最多，接近傳統方法70%乙醇析出的結果。

3? 植物組分多糖的結構解析

多糖結構表征手段很多，包括化學方法、儀器分析法等，但多糖的結構復雜，需要多種方法相結合才能解析出其結構。多糖的一級結構主要研究的是多糖得相對分子質量和純度、單糖組成和糖醛酸類型與比例、單糖殘基的絕對構型（D型或L型）、成環類型、連接順序、連接位點、異頭異構形式等，對應的分析方法見表1。

Zou等[14]闡明了從枸杞中得到的酸性組分多糖（LBP-1）的結構。由高效凝膠滲透色譜（HPGPC）測得其平均相對分子質量為2 250 kDa，水解后進行HPLC和GC分析，結果顯示LBP-1由鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、半乳糖醛酸組成;紅外光譜1H-NMR和13C-NMR特征峰證實了有去質子化的半乳糖醛酸存在。

Yuan等[15]結合高效液相色譜（HPLC），傅里葉變換紅外光譜（FTIR），甲基化分析，核磁共振光譜（NMR），發現其中一組分多糖SCP-1平均分子量為15.63 kDa，主鏈是由α-D-Glcp殘基由（1→4）糖苷鍵連接，側鏈是由α-D-Glcp通過（1→6）糖苷鍵連接主鏈，主鏈上每5個殘基有一個分支點。

Tang等[16]測得組分多糖LBP-3b的相對分子質量為4.92 kDa，單糖組成是甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖和木糖，其中葡萄糖占68%，甘露糖占13%，鼠李糖占12%。通過紫外光譜、紅外光譜和核磁共振對結構進行分析，證明了吡喃環和呋喃環的存在，且此組分多糖中含有3.5%的蛋白。

4? 植物多糖生物活性

對于植物多糖生物活性的研究，目前國內外文獻主要集中于免疫調節、抗腫瘤、降血糖、抗氧化活性。多糖活性研究的常用技術見表2。

4.1? 免疫調節活性

大量免疫實驗證明，多糖不僅能激活吞噬細胞、自然殺傷細胞、T淋巴細胞等免疫細胞，還能誘導細胞因子的產生和細胞因子受體的表達，促進抗體形成[17]。Schepetkin等[17]報道純化得到的阿拉伯半聚糖通過誘導小鼠腹膜巨噬細胞J744.A1分泌一氧化氮（NO）合成酶從而刺激細胞產生NO，同時分泌IL-1、IL-6、TNF-α、IL-12等炎癥因子和IL-10抗炎癥因子。Wei等[18]從黃芪中提取的黃芪多糖通過TLR4介導的MAPK和NF-κB的激活誘導RAW 264.7細胞NO及細胞因子的產生，并顯著上調TNF-α，IL-6，iNOS的基因表達。白術中提取的白術多糖，具有增強巨噬細胞吞噬功能，提高TLR4的表達并可能通過正調節MAPK和NF-κB兩條通路，促進細胞因子及生物活性物質的釋放來調節機體免疫[19]。

4.2? 抗腫瘤活性

多糖的抗腫瘤作用近些年來引起人們廣泛的關注，多糖的抗腫瘤作用方法可分為兩類，一類是具有通過激活機體的免疫系統，誘導細胞分化、抗轉移、抗新生血管生成和誘導NO產生等;另一類是通過抑制腫瘤細胞的蛋白質和核酸的合成、誘導腫瘤細胞凋亡、影響癌基因表達來達到抗腫瘤的作用等，抑制腫瘤細胞生長。陳沛等[20]發現在一定的濃度范圍內，GFP能顯著抑制人肝癌HepG2細胞的增殖;經過GFP處理的HepG2細胞出現了典型的細胞凋亡的形態變化，細胞收縮，形成微核，說明GFP誘導HepG2細胞凋亡。Zhou等[21]證實了黃芪多糖可協同順鉑誘導鼻咽癌細胞的凋亡。李學波等[22]報道香菇多糖可激活老年中晚期消化道惡性腫瘤患者體內的補體系統，提高患者免疫功能。

4.3? 降血糖活性

（1）降低肝糖原、提高外周組織器官對糖的利用;（2）促進降糖激素和抑制升高血糖激素的分泌;（3）降低機體的氧化應激作用;（4）具有胰島細胞保護作用及糖代謝酶活力調節作用等。Schwede等[23]發現靈芝多糖可結合G蛋白偶聯受體，在細胞內第二信使的參與下，激活蛋白激酶A、蛋白激酶B和磷脂酰肌醇激酶3發揮作用，提升胞內環腺苷酸濃度，阻斷鉀離子通道，導致胞外鈣離子內流，從而提高機體胰島素水平，降低機體血糖升高。類似地，肖春等[24]發現靈芝多糖能夠提高外周組織對糖的利用，增強葡萄糖代謝相關酶的活性，加速葡萄糖的分解，從而實現降血糖的效果。洪德志等[25]發現桑枝多糖可以調節脂類物質代謝、增加肝糖原積累、改善胰島素分泌，從而可以有效降低血糖。

4.4? 抗氧化活性

許多種植物多糖均具有清除自由基、抑制脂質過氧化、抑制亞油酸氧化等抗氧化作用。多糖的抗氧化活性可能與其抗腫瘤、抗衰老等其他活性的作用機制直接相關。金智生等[26]研究發現，在胰島素抵抗（IR）大鼠模型中，紅芪多糖飼喂大鼠與模型組相比SOD活性顯著增強，而丙二醛（MDA）及血糖含量顯著降低，且紅芪多糖高劑量組的作用顯著優于紅芪多糖低劑量組，表明紅芪多糖不僅具有抗氧化，治療胰島素抵抗作用，且該作用存在劑量依存性。Wang等[27]發現，粗多糖對DPPH清除能力呈濃度依賴性，在25～400 μg/mL濃度范圍內的自由基的清除率為36.58%～86.88%。Ren等[28]研究發現，富硒茶多糖可顯著提高小鼠肝腎組織SOD和GSH-Px活性，降低脂質過氧化產物MDA含量，從而減輕糖尿病小鼠因氧化應激產生的胰島組織損傷。

5? 結? 論

多糖因其復雜的結構，賦予其多種生物活性，比如免疫調節、抗腫瘤、降血糖、降血脂、抗氧化等。目前，雖然多糖提取、分離、純化的研究已經取得較大的進展，但多糖結構復雜，不易于結構表征，因此這部分研究還不夠深入，還需要進一步探索并優化分析手段。比如甲基化分析在多糖的結構表征中起著重要的作用，但不易獲得甲基化完全的樣品[29]，因此需要進一步完善甲基化反應，減少副反應發生。這就需要在完善多糖結構表征方法的基礎上，不斷開發多糖構效關系的新方法、新手段。另外，對多糖進行分子修飾[30]，可改變多糖的結構和部分理化性質，從而改善多糖的活性，故對多糖進行分子修飾是研究多糖構效關系的新方向。

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Investigation on Extraction，Purification，Structural Identification

and Biological Activity of Plant Polysaccharides

Ma Wenying1，Ji Yishun 2

（1.Central Laboratory of Huainan Grain Bureau of Anhui Province，Huainan，Anhui 232046;

2.Anhui Grain and Oil Products Quality Supervision and Testing Station，Hefei，Anhui 230031）

Abstract：Polysaccharides are natural active substances which are extracted from plants.A large number of studies have shown that it has a wide range of biological activities.This paper summarizes the extraction，purification，physicochemical characterization and bioactivities of polysaccharide including immune regulation，antitumor，antidiabetic activity，oxidation biological activity and their corresponding mechanisms.The aim is to provide a reference for the development and utilization of plant polysaccharides.

Keywords：polysaccharides，extraction and purification，structural characterization，biological activity