β-甘露聚糖研究进展*

黄荣勋，谭小丹，陈涵，吴先辉

（1.福建农林大学食品科学学院，福建 福州 350002；2.宁德职业技术学院， 福建 福安 355000）

β-甘露聚糖研究进展*

黄荣勋1，谭小丹1，陈涵1，吴先辉2

（1.福建农林大学食品科学学院，福建 福州 350002；2.宁德职业技术学院， 福建 福安 355000）

β-甘露聚糖（β-mannan）是植物体中一类常见的半纤维素多糖，有极佳的应用前景，可作为流体流损抑制剂、絮凝剂、饲料辅助添加剂等，可应用于造纸、纺织、化妆品、食品等各行业。但国内的多糖研究起步慢，所以β-甘露聚糖的相关研究也较少。文章综述了β-甘露聚糖的提取、分离、纯化、鉴别等方法的研究进展。

β-甘露聚糖；提取；分离纯化；鉴别

β-甘露聚糖（β-mannan）是植物体中一类常见的半纤维素多糖，分类上，可将其分为4个子家族，分别为纯甘露聚糖、半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、半乳葡甘露聚糖。β-甘露聚糖有着极高的利用价值，在多个行业中应用广泛。目前，国内主要用于石油工业[1]，作为流体流损抑制剂和絮凝剂；也可作为饲料辅助添加剂[2]，代替动物饲料中的抗生素；还可用于造纸、纺织、化妆品、食品等行业。但因国内的多糖研究起步慢，所以β-甘露聚糖的相关研究也较少。

β-甘露聚糖的提取方法有机械法、浸提法、半湿法、酶法、超声辅助提取法、超临界流体萃取法等，一般的企业工厂化生产以机械法为主，能提供稳定的生产质量，同时降低成本。β-甘露聚糖的分离纯化方法有sevage法、沉淀法、色谱法、膜法、透析等，sevage法较为常用，也有同时应用多种方法进行相关的分离纯化。β-甘露聚糖的鉴别方法有红外光谱法、核磁共振法、原子力显微镜观察法、扫描电镜测试法、X光衍射法、化学法等。

1 β-甘露聚糖的提取

β-甘露聚糖的提取方法主要有几种：机械法、半湿法、浸提法、酶法、超声辅助提取法、超临界流体萃取法。

1.1 机械法

机械法通常低成本、高效率，同时生产的产品质量稳定，普遍应用于工业。但由于企业注重利益、国家投入开发成本少，机械设备一直更新缓慢。一般常用的有压榨机、研磨机等。周金湘[3]利用球磨及超声波处理对米糠多糖提取的影响进行研究，发现将磨球质量增加为2kg，米糠球磨5min后，多糖的提取率达到3.84%。在这之后，随着球磨时间的增加，提取率则没有发生较明显的变化。何余堂[4]等人研究表明，机械破壁法明显优于温差破壁法，且与酶解破壁法差异不明显。机械破壁法易操作、成本低，被认为适合在多糖提取中使用。分离提取玉米花粉多糖的最优条件为：采取机械破壁法，料液比为1:6，浸提温度为70℃，浸提时间2h。

1.2 半湿法

当提取原料浸泡处理长时间不吸胀，无法很好的提取β-甘露聚糖时，可使用半湿法。蒋建新[5]等人提出用半湿法分离提取无法吸胀的原料，且可利于提高提取率。具体流程依次为：原料、清杂、浸泡、脱水、气流去湿、一次开片、筛分、二次开片、筛分、选片、胶片、水合、增粘、烘干、制粉、杀菌、胶粉包装、成品入库。且该法对原料大小、形状等规则性要求不高；易操作，无粉尘飞扬，环境好；产品提取率高，品质稳定；不含化学试剂，生产过程无化学污染。

1.3 浸提法

β-甘露聚糖可用水、酸、碱、有机溶剂等进行粗提。已有许多学者用过该类方法，且可多个溶剂结合使用来提取多糖。该类方法需根据所提取β-甘露聚糖的存在部位，确定是否进行预处理，再确定用何种溶剂进行处理。

水提法是最常用的一种方法，一般采用热水浸煮，然后对原料进行β-甘露聚糖提取。但该法得到的提取液易变质，不易保存，且提取很耗时，提取率低。刘红芝[6]优化了水提法制备甘露聚糖，确定其最佳条件：酵母菌体浓度为25%(w/w)，在50℃、pH值6.5、3% NaCl的条件下，振荡24 h，而后再将菌体洗净，120℃处理3h。汪艳群[7]确定的提取五味子多糖的热水浸提法的最佳工艺条件为：料液比1:40，提取温度90.3℃，提取时间5h，五味子粗多糖的提取率为（10.99±0.22）%。

酸提法可针对某些在酸性条件下难以溶解的多糖进行提取，提取的多糖在纯度上比水提法要高，也可在一定程度上提高多糖提取率。一般采用弱酸将提取液制成酸性，再用有机溶剂将多糖析出，或加入盐类使得多糖析出。侯然然[8]确定了用柠檬酸缓冲液提取废酵母泥中的葡甘露聚糖的最佳提取条件为：柠檬酸缓冲液pH值7.0、提取温度120℃、提取时间90min，提取重复2次。Huang G. L.[9]等人研究表明：盐酸法展现出最高地脱蛋白率，损失率只比sevage法、三氯乙酰酸法略高一些。任初杰[10]等人研究了花生粕多糖酸提法的工艺：用盐酸提取花生粕，以10000r.min-1离心15min，再取离心后的上清液，加入3倍95%乙醇进行沉淀，过夜之后，再以10000 r.min-1离心15min，然后将沉淀用0.1mol.L-1盐酸溶解。

碱提法是与酸提法在原理上相似的一种方法。一般用弱碱进行提取，根据原料的不同而定制不同的温度和提取次数、时间。刘红芝[6]确定了碱提法制备酵母甘露聚糖的最佳条件为：KOH浓度2%、温度100℃、反应时间2 h。张兰杰[11]等人用稀NaOH将pH调到8，再用水溶液重复提取3次，滤液分离纯化后，得到2种多糖，质量分数为0.387%和0.061%。

1.4 酶法

利用酶反应分解原料，除去杂质，促使极性低的脂溶成分转化成水溶成分，可在一定程度上降低提取的难度。唐存多[12]确定了酶法水解魔芋精粉提取低聚甘露糖的条件：魔芋胶溶液30g·L-1，加入酶量60U·g-1魔芋精粉，温度60℃，水解6h，在此条件下水解率为36.6%。贺寅[13]等人确定了酶解龙眼多糖最佳工艺条件：酶添加量1.2%、液料比6:1(mL.g-1)、酶解温度45.0℃、酶解时限187.0min。在此条件下，酶法提取龙眼多糖的得率为(12.23±0.15)mg.g-1，比起浸提法有更高的多糖得率。

1.5 超声辅助提取法

利用超声的机械作用，可破坏原料细胞壁，加强细胞内原生质传输，从而提高多糖提取速度。在溶液中，超声使得液体介质反复伸缩，在拉伸时让液体撕裂成类真空的空洞，在收缩时空洞崩解产生局部高温、放电现象。进而破坏细胞壁结构，使细胞破裂，瞬间将细胞内的活性成分释放。超声辅助提取法比起一般的浸提法可保证较高的提取率，也可与其它方法联用。张琳[14]优化了超声辅助提取法联合酶法制备魔芋低聚糖的工艺条件：魔芋胶浓度80g.L-1，pH为自然pH，温度55℃，加入酶量0.168%、超声功率为76.08W、超声时间14min。姚以才[15]等人确定超声辅助提取芦根多糖的最佳工艺条件：液料比9.9:1(mL.g-1) 、超声温度60℃、超声时间52min，此时芦根多糖得率9.06%。

1.6 超临界流体萃取法

超临界流体萃取法是一种使物质处于临界温度和临界压力的条件下，同时具有液相和气相的性质，从而极大提高溶解度，使得物质渗入到提取材料中，再通过减压，达到萃取目的。一般常用CO2作为萃取溶剂。朱俊玲[16]确定的超临界CO2流体萃取芦荟多糖的最佳工艺条件是：乙醇用量为250mL. (100g)-1芦荟、萃取压力为25MPa、萃取温度为35℃。任美玲[17]确定最优竹叶多糖提取工艺条件：萃取温度55℃，压力40MPa，提取时间2h，夹带剂体积与竹叶质量比为3:1。实测4种竹叶多糖超临界CO2提取物多糖含量：毛竹13.311%、苦竹24.333%、绿竹29.894%、黄甜竹15.014%。采用超临界流体萃取技术提取竹叶多糖得率明显高于传统的水提法、溶剂提取法、酶法、微波提取法，且提取效率高、成本低、无污染。

2 β-甘露聚糖的分离纯化

2.1 去蛋白

去蛋白的方法有Sevage法、三氯乙酸法、三氯乙酸-正丁醇法等。

2.1.1 Sevage法：蛋白质在有机溶剂中易发生变性，利用这个特点，在充分变性沉淀后再离心去除蛋白蛋。该法能防止多糖降解，但在效率上表现欠佳，需多次反复，会损失部分多糖。王艳立[18]的研究中表明采用Sevage法纯化脱蛋白效果最好，可使多糖含量达到88.95%。张萍[19]等人确定石榴皮多糖的最佳脱蛋白工艺条件为：Sevage试剂中氯仿与正丁醇的比为4:1、试剂加入量为多糖溶液体积的1/3、震摇时间为25 min、脱蛋白1次，蛋白脱除率达88.46%，多糖损失率为8.05%。扈瑞平[20]等人确定了Sevage法去除沙葱多糖蛋白的最佳工艺条件为：Sevage试剂添加量为1/4，氯仿-正丁醇体积比为3:1，除蛋白时间为30min。

2.1.2 三氯乙酸法：三氯乙酸能与多糖提取液中的蛋白质发生作用，而变性沉淀。一般是在多糖水提液中滴加等体积的5%～10%三氯乙酸，然后充分搅拌后静置，再过夜，离心除去沉淀，接着反复执行以上操作，直到水提液中无混浊为止，可得到无蛋白质的多糖。孙茜[21]的研究表明，在纯化胡芦巴半乳甘露聚糖时，三氯乙酸法脱蛋白效果优于Sevage法。

2.1.3 三氯乙酸-正丁醇法：方升平[22]等人确定了最佳的除蛋白方法：Sevage法的蛋白质去除率在90%以上，但多糖回收率仅为40%；三氯乙酸法的蛋白质去除率为37.28%，多糖回收率为73.19%；三氯乙酸-正丁醇法的蛋白质去除率为83.60%，多糖回收率为85.16%，且操作简便、高效。因此，三氯乙酸-正丁醇法除蛋白效果较好。汪艳群[7]研究表明，最佳脱蛋白方法为酶法与三氯乙酸-正丁醇法结合，酶解条件为：蛋白酶用量为1%、酶解温度为50℃、酶解时间为140min、pH值为5，酶解后用三氯乙酸-正丁醇法处理4次，可除去蛋白质，多糖保留率为68.3%。

2.2 多糖的分离

多糖的分离方法主要有沉淀法、色谱法、膜法、透析等。

2.2.1 沉淀法：因大部分多糖可溶于水，碳数越多溶解度越低，利用这个特性，且低碳的多糖还可溶于乙醇，制作一个乙醇体积浓度差，使得不同碳数的多糖分层析出。也可采用硫酸铵沉淀或者硫酸铵分级沉淀法来去除蛋白[23]，硫酸铵分级沉淀法与硫酸铵单步沉淀相比，提取率较低，但能得到较高的纯化倍数。谢爱泽[24]等人确定了丙酮沉淀法的最佳工艺条件为：离心时间为15min，丙酮加入量为20ml、沉淀时间为12h，在此条件下的所得粗茶多糖含量为0.0037g。刘悦[25]等人确定的较优的提取条件为：提取时间60min，蒸馏水与茶叶的液固比30:1，浸提温度60～70℃，提取次数3次，茶多糖的提取率达2.120%。黄家伟[26]等人确定了丙酮沉淀法提取杠板归多糖的最佳工艺条件：丙酮加入量75ml、沉淀时间18h和离心时间18min。江新凤[27]等人确定乙醇沉淀法提取茶花多糖的最佳工艺条件：浓缩液与沉淀剂的比例为1:3、沉淀时间为6h、提取次数为2次。

2.2.2 色谱法：常用凝胶柱色谱法、离子色谱法。凝胶柱色谱法，邵静可[28]在研究中利用凝胶色谱分离法从魔芋飞粉中分离出魔芋甘露聚糖肽，在最佳发酵工艺条件下，魔芋甘露聚糖多肽的最高得率为5.78%。齐晓辉[29]采用离子交换色谱法和凝聚渗透色谱法对浒苔多糖的粗多糖进行分离纯化，主要得到4个多糖组分QC1S、QCQ2、QCQ3和QHS，总糖含量分别为52.2%、42.4%、51.0%和55.6%。陈英红[30]等人利用高效液相色谱法建立银耳多糖特定图谱，经过分析，图谱由6个共有峰组成，为木糖、岩藻糖、甘露糖、葡萄糖、葡萄糖醛酸以及1个未鉴定出的单糖。周鑫玉[31]在体系的上相为固定相，下相为流动相，主机转速为800rpm，流动相流速0.8mL. min-1，分离温度30℃的条件下，用高速逆流色谱法从0.4g石榴皮多糖提取物中成功分离获得10.7mg的PGP-1，4.7mg的PGP-2和15.6mg的PGP-3。

2.2.3 膜法：即膜分离技术（membrane separation technology,MST）[18]，以选择透过性膜作为分离介质，在膜两侧施加一定动力，一般是利用压力或电位形成压力差或电位差，强迫溶液中的物质选择性地透过膜。目前多使用超滤、微滤技术。娄广庆[32]的研究确定了最佳制备魔芋葡甘露低聚糖实验条件：加入酶量2.6%，pH为4.84，料液比1%。经超滤分离，魔芋葡甘露低聚糖得率为9.81%。谭永辉[33]对水溶性大豆多糖纯化效果进行乙醇沉淀法和超滤法的比较研究，结果表明：乙醇沉淀法的得率和脱色率分别为88.9%和93.1%；超滤法的得率和脱色率分别是分别为81.8%和90.1%。虽然超滤法的纯化效果稍差，但它有一定的分离和浓缩作用，较适合于工业化生产。

3 β-甘露聚糖的鉴别

β-甘露聚糖的鉴别方法有红外光谱法、核磁共振法、原子力显微镜观察法、扫描电镜测试法、X光衍射法、化学法等。

3.1 红外光谱法

红外光谱法是利用红外光谱分析仪得出分析图谱，进而分析出多糖化学结构的一种方法。钟纪育[34]证明了半乳甘露聚糖具有一定的特征吸收峰，说明了用红外光谱法对多糖进行鉴别是准确可靠的。吴先辉[35]等用红外光谱法分析出GGM分子链在3352、2930、1639、1354、1230、1028 cm-1出现特征吸收峰。Soren Barsberg[36]等人将红外光谱与衰减全反射结合起来，当作一种全新的方法进行甘露聚糖和纤维素的振动特性的研究分析。夏朝红[37]等人研究了壳聚糖、葡聚糖、茯苓多糖、魔芋甘露聚糖等多糖的红外光谱，研究结果表明，葡聚糖为α-多糖，其余均为β-多糖。纪鹏[38]用红外光谱分析各种当归炮制品中酸性多糖成分，结果为：含量从高到低依次为油当归多糖、当归炭多糖、土当归多糖、生当归多糖、酒当归多糖。吡喃环糖成分，结果为：含量从高到低依次为生当归多糖、油当归多糖、土当归多糖、当归炭多糖、酒当归多糖。常静[39]等人研究表明：不同等级灵芝的红外光谱图基本相似，峰形相同；所选定的吸光度变量与灵芝多糖含量之间的相关性显著，灵芝多糖含量的预测模型及其检验结果有显著水平的拟合度。说明可用红外光谱法来预测灵芝多糖含量。

3.2 核磁共振法

刘玉红[40]等人在做核磁共振应用的综述中小结到，高磁场核磁共振仪大幅提高了谱峰的分辨率，可提供多糖结构中单糖残基的类型、C、H化学位移归属、残基间的连接位置和顺序、或可提供某些多糖结构的全部信息。吴先辉[35]等人用核磁共振法鉴定GGM单糖分子为链状，链状分子非直线形，而是具有高度螺旋、折叠、卷绕、分支的化学结构。单链的厚度小于2.8 nm，长度为50 nm-2μm，宽度为10-40 nm；GGM分子链结构存在α构型和β构型糖甘键。Cizova Alzbeta[41]等人用NMR观察到白念球菌在超声波处理下，聚合结构发生了明显的变化。杜秀菊[42]等人阐述了核磁共振波谱技术(2D-NMR)在多糖结构鉴定中的作用，并提供了糖残基数的确定、糖环构型的确定、异头构型的确定、单糖残基H和C的化学位移的归属、连接位置和连接顺序的确定、取代基的确定等过程中，会出现的相关的规律及帮助确定结构大致的方法。

3.3 原子力显微镜观察法

已有学者运用原子力显微镜观察法，对多糖进行结构观察。吴先辉[35]等用原子力显微镜观测到云杉中半乳葡甘露聚糖大分子呈多分枝结构。郑洁等人[43]在对原子力显微镜应用的综述上指出，原子力显微镜可对多糖分子进行尺寸、表征的观测，可进一步对多糖的性质进行研究，但须注意缓冲溶液对观测的影响。孙润广[44]等人用原子力显微镜(AFM)对甘草多糖的微观结构进行观察，结果表明：甘草多糖主要由葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖组成。甘草多糖分子具有高度分枝的结构，并且糖链间形成环状、柱状或近似于螺旋状的结构。这种现象可能与该多糖中分子间的范德华力相互作用以及糖链间的氢键缔合有关。徐平平[45]等人用原子力显微镜对女贞子多糖结构形态进行观测，分析表明：LL-Ⅰ1、LL-Ⅰ2、LL-Ⅲ分别不同程度的聚集成股，且具有螺旋结构。这种现象可能与聚集体的分子间相互作用和糖链间的氢键缔合有关。

3.4 扫描电镜测试法

吴先辉[35]等人用扫描电镜对样品进行分析，放大倍数从500倍至10000倍，观察中可看到较为清晰的GGM形貌，呈团簇状、小球状，外表有线状绒毛。秦利鸿[46]等人利用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对绿茶多糖及酶解绿茶多糖试样进行显微成像，得到颗粒状或由单个颗粒聚集成的形貌结构。研究表明：改进制样方法的扫描电镜观察结果与原子力显微镜成像基本一致，说明改进后的扫描电镜制样法是一种简单有效的方法。

4 讨论与展望

β-甘露聚糖的应用范围非常广泛，有很好的应用前景，人们对其的关注程度也在逐渐提高。β-甘露聚糖的提取手段，在不断更新进步的同时，提取的条件、成本也在不断的提高，但提取的纯度提高有限，需要进行更多的探究。分离纯化的方法已经比较成熟。鉴别的方法也很多，融合使用多种方法能更加准确的得出结果。另外，在制作糖胶时，要注意品质的问题，以及影响的因素，并利用改性改变粘度低的问题，改性的方法仍然有可开发之处。随着科学技术的高速发展，许多方法已经走向标准化，相信在不久的将来，会开发出更多成本低、效率高、效果显著、操作简便的最佳方法。

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福建省自然科学基金项目（2014J01384），福建省林业厅科技计划项目(No20135)。

2015-07-25

黄荣勋（1990-），男，福建三明人，硕士生，主要从事魔芋葡甘聚糖的结构与功能研究。

吴先辉，副教授， E-mail：wxh6390026@126.com