南瓜多糖降血糖作用研究进展

2014-04-07赵婧袁驰周春丽刘伟陈冬李全宏

食品研究与开发 2014年7期

赵婧，袁驰，周春丽，刘伟，陈冬，李全宏

（中国农业大学食品科学与营养工程学院，国家果蔬加工工程技术研究中心，农业部果蔬加工重点实验室，果蔬加工教育部工程研究中心，北京100083）

随着人们生活水平的提高，糖尿病的发病率逐年增加，给人们生理上、精神上以及经济上带来巨大的困扰。传统的降血糖药物如胰岛素、磺酰脲类和双胍类物质虽然能短时降低血糖，但是往往产生一些副作用，并且有可能使机体产生依赖性。因此，研究者们越来越多地致力于开发更为安全并且经济的降血糖药物。南瓜系葫芦科草本植物，具有多种食疗保健作用，我国及世界上许多国家都曾把南瓜作为一种有效地预防及治疗糖尿病的食物。南瓜多糖是从南瓜中提取的重要的活性成分，大量研究已经证实其具有显著的降血糖功效。南瓜多糖作为一种天然的植物性多糖，以其安全性受到广泛的认可。本文综述了南瓜多糖的理化性质、结构特点及其降血糖的功效和机理，并对其研究发展前景进行了展望。

1 南瓜多糖的理化性质

南瓜多糖是一种水溶性多糖，不同品种、不同方式提取的南瓜多糖在理化性质上可能存在着差异。孔庆胜等经水提醇沉，Sevag除蛋白，Sephadex G-100柱层析后得南瓜多糖，为棕色粉末，溶于水，尤易溶于热水。不溶于高浓度的乙醇，丙酮，乙酸乙酯等有机溶剂。其水溶液呈透明黏稠状，可被2%的CTAB络合沉淀，与碘-碘化钾反应，茚三酮和氨基黑10B反应均为阴性[1]。随着多糖提取工艺的不断发展和优化，南瓜多糖的纯度逐步提高，理化性质也得以细化。向东等用超声波、缓冻强化后水提取南瓜粗多糖，采用Sephacry1 S-400 HR凝胶柱层析逐级分离纯化得到两种南瓜多糖PP-Ⅰ和PP-Ⅱ。PP-Ⅰ为白色粉末固体，PP-Ⅱ为淡黄色絮状固体，两者均易溶于水，不溶于乙醇、乙醚及丙酮等有机溶剂，无甜味，无挥发性，与碘-碘化钾不反应，PP-Ⅰ与茚三酮反应呈淡紫色，PP-Ⅱ与茚三酮反应不显色。分子量分别为24 ku和36 ku[2]。孔倩采用热水提取法提取出南瓜粗多糖，通过分级醇沉得到两种南瓜多糖，其中50%浓度乙醇沉淀出的多糖PL1为淡黄色絮状，80%浓度乙醇沉淀出的多糖PL2为纯白色海绵状，对多糖PL2进一步通过离子交换层析得到多糖组分PL2-1和PL2-2，分子量分别为10.2 ku和＞2 000 ku，均为水溶性多糖，水溶液黏度较大，菲林试剂反应、碘-碘化钾反应、三氯化铁反应、双缩脲反应均为阴性[3]。于斐等采用低温提取技术提取的南瓜多糖为白色粉末，溶于水，碘-碘化钾反应呈阴性，分子量分布在4 ku～270 ku[4]。总而言之，近年来实验室提取的南瓜多糖多为白色或淡黄色，颜色的不同可能与其色素的含量以及脱除的程度有关，分子量从几万到几百万不等，纯化程度较高的南瓜多糖中一般不含有淀粉、还原糖、酚类和蛋白类物质。

2 南瓜多糖的单糖组成和结构

南瓜多糖是一种杂多糖，其含有的单糖主要是葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖，另外还可能含有木糖、甘露糖、已糖醛酸以及氨基糖。孔庆胜等最早采用纸层析法测定南瓜多糖由D-葡萄糖、D-半乳糖、L-阿拉伯糖、木糖和D-葡萄糖醛酸组成，其摩尔比为0.181∶0.083 ∶0.069 ∶0.031 ∶0.175[1]。张拥军等测定出降血糖效果较为显著的南瓜多糖PCE-C主要由鼠李糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖组成，还有少量的已糖醛酸和氨基糖[5]。朱红艳等测得南瓜多糖的单糖组成及比例为鼠李糖 ∶阿拉伯糖 ∶葡糖糖 ∶半乳糖=4 ∶2 ∶3 ∶5[6]。Li Junli等采用气相色谱技术（GC）测定了4种水溶性南瓜多糖的化学组成，4种多糖均由L-阿拉伯糖，L-鼠李糖，D-葡萄糖，D-半乳糖和D-葡糖糖醛酸组成，其中 4种单糖的比例分别为 2∶7∶1∶5.6，4.8∶7.6∶2.7∶7.4，4.3∶3.2∶1.8∶2.8和 5∶3∶1∶2[7]。于斐等从南瓜中分离纯化出两种多糖组分PPⅠ和PPⅡ，单糖组成主要为半乳糖、葡萄糖和甘露糖，比例分别为3.43∶2.71∶1和 5.50 ∶1 ∶7.47[8]。

近年来，随着对南瓜多糖功能性的研究逐渐深入，利用各种技术手段对南瓜多糖进行结构解析的研究也不断增多。张拥军等采用IR，NMR等技术对南瓜多糖的化学结构进行了表征，发现南瓜多糖主链主要是以β-1，2-糖苷键和β-1，3-糖苷键连接的半乳糖和阿拉伯糖，同时还存在一定量的葡糖糖和鼠李糖，侧链主要是以β-1，4-糖苷键和β-1，6-糖苷键连接的葡糖糖和鼠李糖[9]。Song Yi等通过化学分析手段及HPLC、IR、GC-MR、NMR以及图谱分析，确定了南瓜多糖LGPP-1的糖链主要是由 1，2，6-α-D-吡喃半乳糖、1，6-α-D-吡喃半乳糖、端基 β-D-吡喃半乳糖、1，4，6-β-D-吡喃葡萄糖、1，3-β-D-吡喃葡萄糖及端基 α-D-吡喃葡糖糖构成，其摩尔比为 1∶1∶1∶2∶1∶2。后来通过X-衍射分析推断了南瓜多糖LGPP-1空间结构呈空心螺旋状，每一轮螺旋所含的重复单元数目为2，各残基与中心轴处于垂直状态，摄影长度近于0[10]。

3 南瓜多糖的提取和分离纯化

3.1 南瓜多糖的提取

南瓜多糖最传统也是最常用的提取方法为水提法，李俊丽等优化了热水提取南瓜多糖的工艺，得出最佳工艺条件为料液比1∶40，在70℃水浴条件下，提取3次，每次提4 h，多糖提取率为6.93%[11]。水提法虽然操作简单，但是多糖的得率较低，因此，许多研究者采用复合酶法来提取南瓜多糖，并且利用超声波辅助和微波辅助提取的方法来提高多糖的得率。刁小琴等优化了微波辅助复合酶法提取南瓜多糖的工艺，显著提高了南瓜多糖的得率[12]。另外，采用冷冻法对南瓜进行前处理以提高南瓜多糖得率[13]以及低温提取南瓜多糖的技术都取得了一定的进展。

3.2 南瓜多糖的分离纯化

南瓜多糖的分离纯化要经过脱蛋白、脱色和透析等步骤。南瓜多糖粗品脱蛋白最常用的方法为Sevag法[14]，脱色常用活性炭和H2O2，活性炭脱色容易使南瓜多糖造成损失，而利用H2O2时需要对实验条件进行严格的掌控[15]。目前南瓜多糖进一步的分离纯化最常用的方法是离子交换层析和凝胶层析。吴鹏将经过脱色、脱蛋白处理后的南瓜多糖使用SephadexG-200凝胶层析柱层析，出现2个主要色谱峰，保留体积分别为10.2 mL和15.2 mL[13]。于斐等将南瓜粗多糖经DEAE Sepharose Fast Flow离子交换层析分离，成功分离出3个糖峰[8]。另外，多糖的分离纯化的方法还有乙醇分级沉淀法、盐析法、电泳法和高速离心法等。

4 南瓜多糖降低机体血糖的功效

随着南瓜多糖的功能特性研究不断深入，南瓜多糖的降血糖功效在动物实验和临床试验中屡次得到证实。并且，南瓜多糖作为一种草本植物多糖，其副作用较化学合成药物小很多，因此南瓜多糖被认为是极具开发价值的预防和治疗糖尿病药物的活性物质。

4.1 南瓜多糖降低糖尿病动物血糖的功效

现代研究南瓜多糖降血糖功效常采用四氧嘧啶致糖尿病动物模型，四氧嘧啶是一种特异性的胰岛β细胞毒剂，可选择性地破坏动物的胰岛β细胞，诱发动物产生糖尿病[16]。大量研究表明，南瓜多糖对四氧嘧啶致糖尿病动物模型有着显著的降血糖功效。

李全宏等进行了南瓜提取物对糖尿病大鼠的降糖效果研究，发现南瓜多糖可显著增加四氧嘧啶致糖尿病大鼠的胰岛素含量，降低空腹血糖值[17]。刘颖等发现南瓜多糖不仅能改善糖尿病大鼠的一半状况，增加体重，而且能显著的降低大鼠的血糖，并且降糖效果好于消渴丸[18]。常慧萍研究了南瓜多糖对四氧嘧啶糖尿病小鼠血糖和血脂的影响，发现南瓜多糖剂量为400mg/kg时，糖尿病模型组血糖比对照组降低了60%，胰岛素升高了61.2%，体现了显著的降血糖功效[19]。朱小兰等发现高低剂量（360、180 mg/kg）的南瓜多糖都可显著降低糖尿病模型大鼠禁食以及自由进食后的血糖，疗效与格列本脲相当，并且可明显升高模型大鼠的胰岛素水平，降低禁食后的胰高血糖素水平[20]。张拥军等研究了不同品种南瓜多糖对糖尿病小鼠血糖的影响，以500 mg/kg的剂量腹腔注射，发现不同品种的南瓜多糖对糖尿病小鼠的降糖作用有明显的差异，6种南瓜多糖中有2种降糖效果显著[21]。由此表明，南瓜的品种对南瓜多糖的降血糖功效有着较大的影响。另外，研究者将南瓜多糖与其他有降血糖功效的成分复配，改善了其降血糖功效。赵敏等将南瓜多糖与冬虫夏草、灰兜巴复配制成复方HCP，能有效降低糖尿病小鼠的血糖值并且能降低预防组小鼠的糖尿病模型的成模率[22]。显示了南瓜多糖在预防和治疗糖尿病上的巨大潜力。

4.2 南瓜多糖降低临床患者血糖的功效

南瓜多糖作为一种天然的植物性多糖，其安全性基本能够认可，但是关于南瓜多糖降血糖作用的临床实验还是很少。石扬等给临床2型糖尿病患者服用南瓜多糖颗粒制剂，每次2包（2×10 g），每日2次，连服4周，发现其治疗糖尿病病例的有效率达87.18%，明显高于对照组消渴丸有效率66.6%，表明南瓜多糖对2型糖尿病患者的疗效优于消渴丸[23]。

5 南瓜多糖的降血糖作用机理

目前对于南瓜多糖降血糖机理的深入研究还比较少，但是根据对动物模型血糖水平和激素水平的实验结果对其降糖机理有很多推测。

常慧萍等推断南瓜多糖能够修复受损的胰岛细胞，促进胰岛β细胞再生，从而增加胰岛素的释放[19]。朱红艳等研究了南瓜多糖对糖尿病大鼠胰岛Fas、Fas-L、Bal-2及Bax表达的影响，发现南瓜多糖能够改善STZ诱导的糖尿病大鼠β细胞的凋亡，保护受损的胰岛β细胞[6]。张拥军等通过实验推断南瓜多糖不是通过刺激胰岛素的大量分泌来降血糖的，其降糖作用可能与促进肝糖原的合成及增加胰岛素受体敏感性有关[24]。另外，朱小兰等推测南瓜多糖可能在一定程度上抑制胰岛α细胞分泌胰高血糖素，说明南瓜多糖可能是通过协调胰岛内不同细胞间的功能，使体内降糖及升糖激素之间达到一定的平衡而发挥作用的[20]。

还有研究表明，南瓜多糖的降血糖功效可能通过抑制α-葡萄糖苷酶的活性来实现的。通过抑制小肠上段α-葡萄糖苷酶的活性可以延缓或减少葡萄糖在肠道内的吸收，从而有效地降低餐后血糖的峰值，减少高血糖对胰腺的刺激，提高胰岛素的敏感性[25]。于斐等研究表明南瓜多糖对α-葡萄糖苷酶的具有非竞争性抑制作用，且随多糖浓度的增加，其抑制作用有所增强[8]。

另外，南瓜多糖对血糖的影响还可能与其对血脂的影响是相互关联的。刘颖等根据实验结果推测南瓜多糖能够改善葡萄糖的脂肪酸循环，降低游离脂肪酸的同时通过多种途径促进了葡萄糖的利用从而降低血糖[18]。

6 结语

南瓜多糖是一种水溶性杂多糖，其糖链主要由葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖等单糖组成，其理化性质随南瓜的品种和提取方式的不同而存在一定的差异。大量动物实验表明南瓜多糖具有显著的降低机体血糖的功效，显示了其作为一种高效低毒的天然产物在糖尿病的治疗上具有巨大的应用前景。我国南瓜资源丰富，但以南瓜多糖为主要成分开发的降血糖功能性食品在市场上还很少见，因此以南瓜多糖的降血糖功效为切入点开发新型南瓜及制品也是未来南瓜产业发展的一个重要的方向。而且，目前对于南瓜多糖的降血糖机理研究得不是十分明了，也还需要进一步地深入研究。

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