甘薯多糖国内外研究进展

孙 健，周 波，钮福祥，金昌海2,

(1.江苏徐淮地区徐州农业科学研究所，江苏 徐州 221131；2.扬州大学 化学化工学院，江苏 扬州 225002；3.扬州大学 食品科学与工程学院，江苏 扬州 225127)



甘薯多糖国内外研究进展

孙 健1,2，周 波3，钮福祥1，金昌海2,3

(1.江苏徐淮地区徐州农业科学研究所，江苏 徐州 221131；2.扬州大学 化学化工学院，江苏 扬州 225002；3.扬州大学 食品科学与工程学院，江苏 扬州 225127)

甘薯多糖是甘薯中重要的活性物质，具有抗肿瘤、抗氧化、抗菌、调节免疫、降血糖等生物活性。综述了近年来国内外甘薯多糖的提取分离、组成成分、化学结构、生物活性等研究现状，并对其研究应用前景进行了展望。

甘薯多糖；组成；结构；生物活性

多糖又称多聚糖，是由10个以上结构相同或不同的单糖以糖苷键结合而形成的高分子化合物，广泛存在于高等植物、藻类、微生物及动物体内，是自然界含量最丰富的生物聚合物[1]。自20世纪60年代发现多糖具有复杂的、多方面的生物活性和功能以来，其日益受到人们的广泛关注。研究表明，多糖具有调节免疫、抗肿瘤、降血糖、降血脂、抗病毒、抗衰老、抗疲劳、抗菌、抗辐射等多种生物活性[2]，在保健食品、医药和临床上应用广泛，已成为食品科学、天然药物、生物化学与生命科学领域的研究热点。

甘薯[Ipomoea batatas (L.)Lam.]是甘薯属旋花科一年或多年生草本植物，又名红薯、山芋、番薯、白薯、红苕等。甘薯不仅营养丰富，还含有蛋白、多糖、多酚、膳食纤维、维生素和矿物质等多种生物活性物质[3]。目前我国每年种植面积约410×104hm2，年总产量1.0×108t，占世界甘薯产量的80%[4]。甘薯多糖以国内研究居多，主要集中在多糖提取分离、组分分析和生物活性等方面；而国外研究较少，但侧重于多糖的鉴定和生物活性。本文综述了甘薯多糖的提取方法、化学组成与结构、生物活性等方面的国内外研究现状及进展，以期为甘薯多糖的研究和应用提供基础资料。

1　甘薯多糖提取

目前，甘薯多糖的提取方法主要有水提法、超声波提取法、微波提取法、酶解法等[5-8]，其中以水提法最为常见。陈庆华等[9]利用常规水提技术提取甘薯根颈多糖，在加30倍水、80 ℃下浸提45min的优化条件下，甘薯根颈中多糖的得率为4.75%(干基)。代小梅[10]利用响应面法确定了紫甘薯多糖水提法的最佳工艺条件，即提取温度68 ℃、提取时间4h、料液比1∶30，此时多糖得率最大，为11.67%。与传统水提法相比，超声波提取法和微波提取法具有提取效率高、多糖得率高等优势。于立芹等[11]采用水提法制备甘薯叶多糖，其提取时间长达12h，多糖得率仅为6.5%；而杨岩涛等[12-13]分别利用超声波和微波提取甘薯叶中多糖，提取时间大大缩短，多糖得率明显提高，其中微波提取法提取时间仅为20min，多糖得率高达9.51%。此外，也有学者利用多种方法协同提取甘薯多糖，如李超柱等[14]采用缓冻协同微波结合热水浸提法提取甘薯多糖，其提取率为26.6%。

甘薯多糖的提取部位包括甘薯叶、茎、蔓、茎叶、茎蔓、根颈和块根。丁文等[15]采用热水浸提法提取红薯叶和茎中的多糖发现，红薯嫩茎中的含量最高，为6.12%，其次是老茎，为4.47%，红薯叶多糖含量最低，为2.09%。王宪昌等[16]开展甘薯生长期、成熟期、收获期茎蔓和甘薯根颈多糖提取研究，发现甘薯茎蔓不同时期和不同部位的多糖含量差异显著。王莎莎等[17]采用水提醇沉法提取甘薯根颈多糖，其得率为4.68%(干基)。全桂静等[18]利用热水浸提法提取甘薯块根多糖，粗多糖得率可达31.34%。

2　甘薯多糖化学组成和结构

甘薯多糖是一类高分子的杂多糖，其组分种类繁多，而且各组分的单糖种类和结构差异较大。赵国华等[19]从甘薯块根中分离出一种白色粉末状多糖SPPS-I-Fr-II，其分子量为53200，单糖组成为葡萄糖。田春宇等[20]从甘薯块根中得到一种甘薯多糖，其相对分子质量为4.6×104D，单糖组成为β-葡萄糖。林娟等[21]从甘薯块根中分离出4种纯多糖组分，其分子量分别为86、47、23和176kD，百分含量分别为18.51%、36.80%、17.93%、25.20%，单糖组成为葡萄糖、半乳糖和木糖。罗丽萍等[22]从徐薯18薯蔓中分离到3个多糖组分PSPVⅠ、PSPVⅡ和PSPVⅢ，分子量分别为6.278×104、3.801×104和1.418×104D，其中PSPVⅠ由木糖、甘露糖、葡萄糖构成，PSPVⅡ由甘露糖和半乳糖构成，PSPVⅢ单糖由葡萄糖、木糖和鼠李糖构成。刘捷等[23]从红薯叶中提取一种水溶性多糖IBL(Ⅰ)，相对分子质量为2.63×104D，其单糖组成为木糖、甘露糖、葡萄糖，物质的量之比为0.47∶0.35∶0.18。赵婧等[24]从紫心甘薯分离出4个多糖组分PPSPⅠ、PPSPⅡ、PPSPⅢ和PPSPⅣ，其中PPSPⅠ主要由葡萄糖和半乳糖两种单糖组成，而PPSPⅡ由葡萄糖组成，并具有β-D-葡萄吡喃聚糖的红外特征吸收峰。Wu等[25]利用紫甘薯得到3种多糖PSPP1-1、PSPP2-1和PSPP3-1，其中PSPP1-1和PSPP3-1由鼠李糖、木糖、葡萄糖和半乳糖组成，而PSPP2-1由鼠李糖和半乳糖组成。

国内外有关甘薯多糖的化学结构研究很少，仅有我国西南农业大学赵国华等[26-27]开展了相关研究，他们采用甲基化分析、高碘酸氧化、Smith降解、1HNMR、13CNMR及IR等分析甘薯多糖SPPS的化学结构，研究发现SPPS是由α-D-Glcp以1，6糖苷键形成的一种(1→6)-α-D-葡聚糖，其结构单元为→6)-α-D-Glcp-(1→6)-α-D-Glcp-(1→。

3　甘薯多糖生物活性

3.1抗肿瘤

肿瘤是一种严重威胁人类健康和生命的疾病，预防与治疗肿瘤是世界性难题。多糖具有显著抑制肿瘤活性，其抗肿瘤机理有2条途径：一是通过增强免疫能力达到预防肿瘤的目的，比如激活人体免疫细胞，诱导干扰素、肿瘤坏死因子、白细胞介素的合成等；二是诱导肿瘤细胞死亡，有些多糖具有细胞毒性直接杀死肿瘤细胞，有些则通过抑制肿瘤细胞的代谢，致使肿瘤细胞死亡。研究表明，甘薯多糖对移植性黑色素瘤B16、Lewis肺癌、Hela、HepG2、SGC7901和SW620肿瘤细胞有很好的抑制作用[24-26]。叶小利等[28]研究紫色甘薯多糖对S180荷瘤小鼠抗肿瘤活性的影响，结果表明：紫色甘薯多糖对S180荷瘤小鼠的抑瘤率可达40%(P<0.01)，低剂量的紫色甘薯多糖与5-氟尿嘧啶(5-FU)配伍使用，能提高荷瘤小鼠抑瘤率，对5-FU所致的荷瘤小鼠胸腺、脾脏质量萎缩有明显的保护作用。刘主等[29]研究发现，甘薯多糖对H22实体瘤小鼠具有明显的抑瘤作用(P<0.05)，能明显延长H22实体瘤小鼠的存活期、显著增加其脾脏指数、胸腺指数及腹腔巨噬细胞活性。Tian等[30]研究表明，甘薯多糖对K562乳腺癌和Hca-f实体瘤具有显著抑制效果，其抑制率可达75%(P<0.01)，而对自然细胞无伤害，其作用机理为：甘薯多糖首先特异性结合肿瘤细胞受体，而后通过激活机体免疫系统抑制肿瘤细胞。

3.2抗氧化

活性氧如超氧阴离子O2-、羟自由基OH等易造成人体内DNA、蛋白质、脂肪和小细胞分子的氧化损伤，进而引起癌症、心血管等疾病。研究表明：甘薯多糖具有较强的体内外抗氧化活性。田春宇等[31]探讨了甘薯多糖清除活性氧自由基的机制，结果表明：甘薯多糖在体外对O2-和OH均有清除作用，且与甘薯多糖浓度呈正相关；甘薯多糖的体内抗氧化与抗肿瘤作用表现出密切的相关性，能显著提高荷瘤小鼠中血清SOD的活性，降低MDA含量。高秋萍等[32]研究了紫心甘薯多糖(PPSP)的体内外抗氧化活性发现，随着紫心甘薯多糖浓度增加，其体外还原力、OH·和DPPH·清除率均有所增加，当PPSP浓度为250μg/mL时，表现出较强的还原力，对OH·和DPPH·的清除率分别为92.2%和60.2%；PPSP灌胃结果表明，大鼠肝脏和胰腺组织内的MDA含量都有明显降低效果，GSH和T-AOC活性都有明显升高，肝脏切片结果显示中剂量多糖能有效减少糖尿病所致的肝脏细胞损伤。郭金颖等[33]比较了5种甘薯多糖的抗氧化活性，甘薯多糖都具有良好的抗氧化活性，其中紫薯宁薯2-2对DPPH自由基及羟自由基清除能力最强，而浙薯255对铁离子的还原能力最强。

3.3调节免疫

多糖大多具有良好的免疫调节活性，对机体的细胞免疫、体液免疫、特异性免疫和非特异性免疫等均有一定的调节作用。Zhao等[27]评价了不同剂量甘薯多糖(PSPP)对小鼠免疫系统的作用效果，研究发现，50mg/kgPSPP能显著增加淋巴细胞数量和血清IgG浓度(P<0.05)，而150和250mg/kg剂量组所有的免疫指标均显著升高(P<0.01或P<0.05)，由此推断甘薯多糖PSPP对小鼠的噬菌细胞功能、溶血活性和血清IgG浓度的作用表现为剂量依赖型，而对淋巴细胞数量和自然杀伤细胞活性的作用是非剂量依赖型。有研究表明，薯蔓多糖具有促进单核巨噬细胞系统吞噬功能的作用，可增强小鼠的非特异性免疫功能，同时也可极显著地增强小鼠的特异性体液免疫功能[34]。

3.4降血糖

糖尿病是由于糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱引起的一种以高血糖为特征的慢性病,主要可分为Ⅰ型和Ⅱ型两类。在众多的天然产物中，以活性多糖降血糖效果较为显著。张彧等[35]研究了薯蔓提取物降血糖作用时发现，红薯茎叶多糖提取物对四氧嘧啶致糖尿病小鼠具有显著的降血糖作用，而且具有体外抑制α-葡萄糖苷酶活性的作用，但均弱于阿卡波糖；其中徐薯18红薯多糖提取物的降血糖作用和对α-葡萄糖苷酶的抑制作用优于大地1号。高秋萍等[36]研究了紫心甘薯多糖对糖尿病大鼠血糖代谢的调节作用，结果表明：甘薯多糖可显著提高肝糖原合成能力，增强GSH和T-AOC活性，降低糖尿病大鼠血糖及血清中GSP、TC、TG、MDA的量。

3.5抗菌

由于化学抗菌剂毒副作用，天然植物中提取的抗菌活性物质广受关注。在甘薯多糖抗菌活性方面，有学者研究了红薯茎叶多糖提取物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、志贺杆菌、葡枝根霉和黑曲霉的抑制效果，红薯茎叶多糖提取物抑菌活性稍弱于丙酸钙和苯甲酸钠，红薯茎叶多糖提取物对细菌抑制能力明显大于霉菌，而且其抑菌活性受培养基pH和菌悬液作用时间影响较大，受溶液pH、温度的影响较小[37-38]。

3.6其他

研究表明，甘薯多糖还具有抗突变、抗疲劳、抗辐射、保护肝脏等功效。阚建全等[39]研究发现，甘薯活性多糖具有显著的抗突变作用，当其剂量为20mg/平皿时对2-AF、B[a]p和AFB1的致突变性抑制率均达到70%以上，并且呈明显的剂量-效应关系。赵婧等[40]探讨了紫心甘薯多糖的抗疲劳活性，紫心甘薯多糖能显著提高运动后肝糖原、肌糖原储量，降低血清尿素氮和肝脏MDA生成量，并使血清酶活性呈现抗疲劳的良性趋势，而且抗疲劳活性明显优于普通甘薯多糖。研究还发现，紫甘薯多糖在体内对137Csγ-射线辐射损伤小鼠具有保护作用[41]。此外，紫心甘薯多糖对CCl4致小鼠急性肝损伤具有明显保护作用，其作用机理可能与抗氧化作用有关[42]。

4　展望

作为世界上最大的甘薯生产国，我国甘薯不仅来源丰富，而且种质资源多样，国家甘薯改良中心常年保存1200余份甘薯品种资源。而且，甘薯富含生物活性物质，是一种天然的功能性食品资源，具有独特的药用价值。因此，利用我国丰富的甘薯资源开展生物活性物质的研究和开发具有重要意义。近年来，甘薯多糖展现出了抗肿瘤、抗氧化、抗菌、调节免疫、降血糖等生物活性引起了国内外的广泛关注，已逐渐成为甘薯功能性物质研究的又一热点。目前，甘薯多糖的研究还处于起步阶段，特别是多糖完整结构的鉴定方面基本上处于空白状态，今后应加强甘薯多糖结构鉴定及构象解析、体内代谢途径及作用机制、构效关系研究以及高效的分离纯化技术等方面的研究工作，以期推动甘薯源多糖保健品、药品开发利用，造福人类。

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(责任编辑：曾小军)

WorldwideResearchProgressinPolysaccharidefromSweetPotato

SUNJian1,2,ZHOUBo3,NIUFu-xiang1,JINChang-hai2,3

(1.XuzhouInstituteofAgriculturalSciencesinXuhuaiRegionofJiangsu,Xuzhou221131,China; 2.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,YangzhouUniversity,Yangzhou225002,China; 3.CollegeofFoodScienceandEngineering,YangzhouUniversity,Yangzhou225127,China)

Polysaccharideisanimportantactivesubstanceinsweetpotato,andithasanti-tumour,antioxidant,antibacterial,immuneregulation,bloodsugarreductionandotherbiologicalactivities.Thisarticlereviewedthelatestresearchprogressesintheextraction,compositions,chemicalstructure,andbiologicalactivitiesofpolysaccharidefromsweetpotatointheworld,anddiscusseditsapplicationprospects.

Sweetpotatopolysaccharide;Composition;Chemicalstructure;Biologicalactivity

2016-01-08

国家现代农业产业技术体系建设专项资金项目(CARS-11-B-20)；江苏省农业科技自主创新资金项目[CX(14)5090]。

孙健(1979─)，男，江苏徐州人，副研究员，主要从事甘薯产后加工研究。

S531

A

1001-8581(2016)08-0090-04