玉米须多糖研究现状

宫春宇+郑喜群+陈泽峰

摘要： 玉米须多糖是传统中草药玉米须的主要功能性成分之一，具有广泛的生物学活性，具备开发潜力。主要就玉米须多糖在提取、纯化、组成以及生物学活性方面的研究现状作一综述，以期为玉米须多糖研究及开发提供理论借鉴。

关键词： 玉米须；多糖；提取方法；纯化技术；多糖组合；研究现状；生物活性

中图分类号： TS201.1；R284.1 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）03-0004-05

玉米须是禾本科植物玉米（Zea mays L.） 的干燥花柱，为《中华人民共和国卫生部药材标准》1985版（一部）[1]收录的常用药材品种之一，具有多种生物学活性，如调节免疫[2]、抗氧化[3-5]、降血糖[6]等。我国民间食用玉米须水用于防病、治病历史悠久，美国1991年认定玉米须为非处方药品[7]。Wang 等连续喂食雄性和雌性Wistar大鼠8%（相当于 9.354 g/kg 和10.308 g/kg 体质量）玉米须90 d，未发现有不良影响，进一步了证实玉米须的安全性[8]。研究发现玉米须中含有多糖、黄酮、植物甾醇、生物碱、隐黄素和有机酸等多种功能成分[9]。

玉米须多糖是其主要功能性成分之一，近年来有关玉米须多糖制备和生物活性研究方面的报道增加迅猛，本文重点就玉米须多糖提取、纯化、组成以及生物学活性方面的研究进展作一综述，以期为玉米须多糖未来研究和开发利用提供理论借鉴。

1 玉米须多糖提取

多糖是单糖通过糖苷键连接形成的水溶性高分子聚合物，不溶于乙醇等有机溶剂，因此传统的多糖提取主要采用水提醇沉的方法。近年来随着超声波、微波和酶解等技术的蓬勃发展，很多学者将其作为多糖提取的辅助技术，以期进一步提高多糖提取率。

1.1 水提醇沉法

水提醇沉法是多糖提取的传统方法，在多种来源的多糖提取中被应用。其原理是利用多糖具有大量的羟基亲水基团易溶于水的特性，采用热水将原料中多糖组分溶出，再利用乙醇等有机溶剂将多糖从水溶液中沉淀分离。影响多糖提取的因素主要包括提取温度、提取时间、提取次数、料水比，沉淀多糖时乙醇浓度[10-14]等。采用水提醇沉法提取多糖的研究比较多，优化后的提取工艺差异较小，多糖提取率比较稳定（表1）。也有学者报道，采用高温121 ℃提取玉米须多糖可以将提取时间缩短至25 min[15]。醇沉法虽具有操作简单，提取效果好等优点，但由于需要消耗大量的有机试剂，对环境有一定影响，不符合节能环保的发展理念，因此并不适用于规模化生产。

1.2 超声波辅助提取法

超声波是物质介质中的一种弹性机械波，其频率范围为2×104～2×109 Hz，超声波在物质介质中形成介质粒子的机械振动，可引起与媒质的相互作用，超声波在液体内的作用主要来自超声波的热作用、机械作用和空化作用[16]，有利于增加多糖溶质的溶出。又因超声波为物理作用，无需外加任何化学试剂，不会破坏多糖，因此被认为是良好的辅助提取方法。影响超声波作用效果的主要是超声时间、固液比、超声波功率等。Prakash Maran 等运用Box-Behnken 响应面分析方法，优化了玉米须多糖超声波提取工艺，获得最优工艺：提取温度56℃、提取时间17 min、固液比1 g ∶ 20 mL，多糖提取率达6.06%[17]。

1.3 微波辅助提取法

微波是波长介于1 mm～1 m（频率介于3×105～3×106 Hz）的电磁波。微波提取过程中，微波辐射导致植物细胞内的极性物质，尤其是水分子吸收微波能，产生大量热量，使细胞内温度迅速上升，液体水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破，形成微小的孔洞，进一步加热，细胞内部和细胞壁水分减少，细胞收缩，表面出现裂纹，有利于细胞外溶剂进入细胞内，溶解释放出胞内物质[18]。赵文竹等采用Plackett-Burma设计方法、中心组合试验及响应面分析方法，优化微波法提取玉米须多糖的工艺条件，获得最优工艺参数：温度为85 ℃，功率为400 W，液固比为80 mL ∶ 1 g[19]。

1.4 酶水解辅助提取法

酶辅助提取是近几年发展起来的一种新技术，主要是利用酶将生物质材料中束缚多糖溶出的成分进行分解，以利于多糖提取。由于酶处理条件较温和，因此酶处理可以提高多糖的得率，同时保持多糖的构象与生物活性[20]。酶水解提取过程通常有2种，第1种是先进行酶水解，再经灭酶操作后，用热水提取；第2种是先热水提取，再利用酶水解原料残渣进一步提取[21]。多糖提取率受到酶种类、酶解温度、pH值、酶添加量等多种因素的影响[21-22]。常采用的酶种类主要包括纤维素酶、木瓜蛋白酶、半纤维素酶、果胶酶[21]等细胞壁成分分解酶。这主要由于纤维素、半纤维素、果胶质及木质素等物质构成致密结构的植物细胞壁在保持细胞形态、调节胞内外物质扩散等方面起着至关重要的作用[23]。

何余堂等选取花丝种类（嫩花丝、半老花丝和老花丝）、酶添加量、水浴温度以及水浴时间4 个因素，运用L9（34）正交试验方法，优化了酶水解玉米花丝多糖提取工艺：采用半老花丝，纤维素酶添加量为4%，水浴温度55 ℃，时间2.5 h[24]。酶法分离花丝多糖的提取率为4.35%，比不加酶提取高2.5百分点。

由于多糖大多存在于细胞壁或细胞内，酶水解破坏细胞壁，降低传质阻力，被认为是有效的提高多糖提取率的方法，并且酶水解对设备要求也远远低于超声波和微波辅助技术，因此酶解辅助提取玉米须多糖更适合规模化生产，缺点是酶价格较高，因此成本会有所提高。

1.5 多种辅助提取技术联合应用

除各种辅助提取技术单独被应用到多糖提取研究中之外，学者们还对不同辅助提取技术组合应用对玉米须多糖提取的影响进行了研究。

孙海涛等采用单因素试验（超声时间、料液比、pH、酶用量）和正交试验的方法研究了超声辅助纤维素酶解（先酶解后超声）提取玉米须多糖工艺，最终确定影响提取率的主次因素分别是料液比、酶用量、超声时间和pH值，最佳工艺条件是超声时间为90 min，料液比为1 g ∶ 20 mL，pH值为5.0，酶用量为2.0%，多糖提取率达4.93%[25]。陈红等采用先纤维素酶水解再微波的方法提取玉米须多糖，并运用正交试验对微波功率、微波时间、纤维素酶用量和酶解温度进行了优化，最终获得最佳提取工艺为微波功率500 W、微波处理时间2 min、液料比30 mL ∶ 1 g、纤维素酶用量1.5%、酶解温度50 ℃、酶解时间40 min、pH值5.0[26]。易延逵等采用正交试验方法研究了沸水提取玉米须多糖后再辅助以纤维素酶或木瓜蛋白酶水解提取对玉米须多糖提取率的影响。结果表明纤维素酶辅助提取最佳提取工艺为酶解时间40 min、酶解温度80 ℃、酶解浓度1.0%，多糖提取率4.926%；木瓜蛋白酶辅助提取最佳提取工艺为酶解时间120 min，酶解温度40 ℃、酶浓度1.5%，提取率达5.44%[27]。

多种辅助提取技术组合应用，不仅可以发挥每种辅助提取技术的优点，并且相互之间还有促进作用，能最大程度的提高多糖提取率，但其缺点是提取周期长，设备投入大。

2 玉米须多糖纯化

多糖由于聚合度不同，分子量分布比较广，数量级104～106 u，甚至更高。由于多糖提取主要采用水为溶剂，因此提取到的多糖中还含有水溶性蛋白、色素等杂质。多糖纯化就是将粗多糖中杂质去除和分离多糖纯品的过程。目前玉米须多糖纯化研究主要集中在蛋白质和色素等杂质的脱除，而对多糖纯品的制备研究比较少。

2.1 脱蛋白

对于体系中的游离蛋白脱除，可以采用Sevag法、TCA法（三氯乙酸）和等电点沉淀法等。其中Sevag法条件比较温和，有利于多糖结构和构象的稳定，是目前应用较多的蛋白脱除方法。该方法根据蛋白质在氯仿等有机溶剂中变性沉淀的特点，将蛋白质脱除，但Sevag单次脱除率较低，一般需要4～5次，因此常需对脱蛋白工艺进行优化[28-29]。周鸿立等优化了Sevag法脱蛋白质条件，获得最优工艺为氯仿与正丁醇比5 ∶ 1，样液与试剂比2 ∶ 1，振荡时间8 min，脱蛋白次数4 次。利用此工艺蛋白脱除率达64.2%，多糖损失率为34.3%[30]。另外，周鸿立等还研究了Sevag 法与酶法联用脱除蛋白工艺，脱蛋白顺序为先酶水解再加入Sevag 试剂，获得最佳工艺为酶底比2.5（mg/L）、温度50 ℃、振荡时间8 min、脱蛋白次数2 次[31]。采用此工艺蛋白脱除率69.97%，多糖剩余率94.51%。可见，Sevag法与酶法联用的蛋白脱除率略好于单独采用Sevag法，更重要的是降低了多糖损失。这主要是由于减少了Sevag法脱蛋白次数，而多糖的损失与Sevag法脱蛋白次数成负相关。赵文竹等采用Sevag法6次脱蛋白，蛋白质脱除率达到了80%，但多糖损失严重，损失率达到54.47%[32]。三氯乙酸（TCA）法对玉米须多糖的蛋白脱除效果也非常好，应用TCA法脱蛋白后，在280 nm 附近不存在明显的吸收峰，说明糖结合蛋白基本除尽[33]。但这样就有可能破坏糖与蛋白的结合缀合物（糖蛋白），而糖蛋白是很重要的一类具有生物学活性的糖缀合物[34]。

2.2 脱色素

成熟玉米须为深褐色，色素含量较高，提取的粗多糖颜色比较深，因此需要脱色处理。常用脱色方法包括，活性炭吸附法、氧化法、树脂吸附和离子交换法等。何余堂等报道活性炭吸附和大孔阴离子交换树脂D315脱色效果优于次氯酸钠和过氧化氢，其中活性炭的脱色率为87.9%，多糖保留率为81.5%，树脂D315 的脱色率为83.4%，多糖保留率为76.6%[35]。但活性炭脱色后，通常会有残留，不容易清除，易发生二次污染。同时，何余堂等还发现离子交换树脂D392 和吸附树脂AB-8 也具有良好的脱色效果，但要比D315差。他们通过正交试验优化了D315脱色条件，获得最优工艺为添加量为0.5 g/mL，pH值6.0，温度45 ℃。在此工艺下脱色率达85.4%，多糖保留率为76.8%[36]。但也有学者的研究结果与之不符，周鸿立等就报道过氧化氢氧化脱色法优于活性炭吸附法，采用优化后脱色工艺，脱色率达90.70%，损失率18.80%，而活性炭法脱色率仅为14.76%[37]。因此，对于玉米须多糖的脱色研究还有待进一步深入。

2.3 小分子杂质脱除

周鸿立等研究了透析法去除玉米须多糖中小分子杂质的工艺，发现透析液与缓冲液体积比为1 ∶ 50的最佳透析条件为透析时间为7 h，温度为30 ℃，更换缓冲液次数为3次，多糖纯度由27.00%提高到42.35%[38]。

2.4 均一多糖制备

经脱蛋白、脱色等纯化处理后，虽可提高多糖含量，但由于多糖自身分子量分布非常广泛，所以单纯提高糖含量（苯酚硫酸法等化学方法测定的糖含量），并不能制备到纯多糖，即均一多糖（纯多糖的概念不同于小分子化合物，没有绝对的纯品，而是相对纯品，是指分子量分布相近的多糖组分的集合，因此称之为均一多糖）。目前，均一多糖制备比较成熟的方法是先采用离子柱色谱对粗多糖进行初步纯化，再将分离到的组分过凝胶柱色谱，最终制备到均一多糖。关于玉米须均一多糖的制备研究非常少。赵文竹等利用交联葡聚糖凝胶色谱G-75和G-100分离经脱色和脱蛋白处理的玉米须多糖，但未分离到均一多糖[32]。郭晓强等运用DEAE-650C离子交换柱层析从水提醇沉法制备的玉米须粗多糖中分离到中性和酸性多糖组分各1个，质量分数分别为92.9%和95.3%，但没对2种多糖的纯度进行鉴定[39]。经高效凝胶渗透色谱法（ HPGPC） 测定，中性和酸性多糖组分重均分子量分别为364 754.0 u和184 926.9 u。孙晓雪等优化了DEAE 纤维素纯化玉米须总糖工艺，经DEAE 纤维素纯化后中性多糖和酸性多糖分别占总多糖的30. 43% 和58. 88%，纯度分别提高了约2.5、2倍[40]。

3 玉米须多糖的组成

由于玉米须均一多糖制备的缺失，仅有少量关于玉米须粗多糖的单糖组成和糖苷键类型的研究报道。赵文竹等运用气相色谱分析发现玉米须粗多糖由甘露糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖和果糖组成[32]。王磊等同样采用气相色谱分析发现玉米须水溶性粗多糖由鼠李糖、阿拉伯糖和甘露糖3种单糖组成[41]。贾亚敏等报道经Sevag法脱蛋白初步纯化的玉米须粗多糖CSCP，由鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖组成，它们的摩尔比为1 ∶ 1.99 ∶ 1.58 ∶ 0.54 ∶ 3.65 ∶ 3.61；红外光谱显示CSCP主要通过α-糖苷键连接[42]。赵文竹等利用红外光谱分析了微波提取玉米须多糖的结构，发现该多糖具有明显的多糖物质特征吸收峰，为吡喃型糖环[19]。刘晓飞等以气相色谱-质谱联用测定了经Sephadex G-100凝胶层析纯化后的玉米须多糖，发现其以葡萄糖为主，另外还含有5种单糖，含量由高至低为半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖、木糖和来苏糖[43]。制备方法、玉米种类等因素不仅影响到玉米须多糖提取率，而且对玉米须多糖的组成也有一定影响，综合多位学者研究结果，组成玉米须多糖的单糖的种类有葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖、木糖、鼠李糖、果糖和来苏糖，其中葡萄糖和半乳糖可能含量较高。

4 玉米须多糖的生物活性

4.1 降血糖

糖尿病是目前危害人体健康的主要慢性疾病，经常伴随多种并发症，严重降低病患的生活质量，甚至危害生命。报道显示玉米须多糖具有降血糖作用，可以降低模型小鼠的血糖值，提高肝糖原含量，减缓小鼠体质量降低[44]（体质量减轻是糖尿病患常伴有并发症）。梁启超等报道玉米须水溶性多糖中剂量组（200 mg/kg）和高剂量组（400 mg/kg）可显著降低高血糖模型小鼠血糖值（P<0.01），并呈现量效关系，其中高剂量组与二甲双胍效果相当[45]。张艳等以玉米须多糖低、中、高剂量（3%、6%、12%的多糖溶液）分别灌胃给药7 d后，皮下注射质量浓度0.1%肾上腺素，观察玉米须多糖对小鼠肝糖原含量和胸腺、肝脏、脾脏和肾脏指数以及30、60、90 min的血糖值的影响。结果高剂量组能明显降低60 min 和90 min 肾上腺素所致高血糖小鼠的血糖值和增加高血糖小鼠体内肝糖原含量，但对小鼠免疫脏器指数无明显影响，表明玉米须多糖具有抗肾上腺素所致的升血糖作用[46]。玉米须多糖对高血糖小鼠的降糖作用，可能是通过合成肝糖原来调节血糖代谢，或可能与调节胰岛细胞的分泌有关[47]。

4.2 免疫调节

现代医学、细胞生物学和分子生物学的发展使人们认识到免疫系统的紊乱不仅会产生多种疾病，并且与人体衰老和老年发病有关。大量的研究表明，多糖最重要的药理作用是免疫调节作用[48]。多糖主要通过诱生多种细胞因子，促进干扰素、白细胞介素等的产生；激活巨噬细胞（MΦ）、自然杀伤细胞（NK细胞）和T、B淋巴细胞等免疫细胞；激活网状内皮系统和补体系统；促进抗体产生等多途径、多层面来提高机体特异性和非特异性免疫功能[49]。郑鸿雁等报道，玉米须多糖能显著提高小鼠抗体生成脾细胞数以及增加脾脏、胸腺器官质量，表明其具有较强的调节小鼠体液免疫功能，同时还可以提高巨噬细胞吞噬指数，对巨噬细胞有一定的激活作用[50]。魏宏明等报道玉米须多糖具有较强的调节小鼠体液免疫功能和一定程度的调节小鼠巨噬细胞吞噬功能的作用[51]。贾亚敏等研究发现玉米须水溶性多糖CSCP（10、30、100 mg/mL）能够明显刺激小鼠脾细胞增殖，并呈现一定的量效关系，显示玉米须多糖具有调节免疫作用[42]。

4.3 抗氧化

生物体自身代谢过程中会产生大量超氧阴离子自由基、羟自由基、过氧化氢（H2O2）和单线态氧等活性氧，前2种为自由基。活性氧有很强的氧化能力，可以引发脂质过氧化，破坏细胞膜、DNA等重要组织，对生物体危害极大。为了清除活性氧等氧化剂，生物体自身具有2类抗氧化系统。一类是以超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、谷胱甘肽还原酶（GSH-R）等为主的酶催防御体系，另一类是包括维生素E、维生素A、维生素C，辅酶Q和硒等的非酶催反应系统。因此，正常机体的活性氧代谢是动态平衡的。现代自由基医学研究显示，生物体的衰老、癌变、炎症和免疫性疾病等都与自由基代谢失衡有关[48]。玉米须多糖在体内和体外都有清除自由基、抗氧化作用。梁子安等发现200 mg/（kg·d） 和 400 mg/（kg·d） 2种剂量的玉米须多糖能明显降低老年大鼠血清中丙二醛（MDA） 及脑和肝组织脂褐质（Lf） 含量，提高皮肤羟脯氨酸（Hyp）含量，并明显提高老年大鼠血清中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT） 和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px） 活性，表明玉米须多糖具有体内抗氧化作用[52]。郭晓强等报道，多糖浓度为2.0 mg /mL 时，玉米须中性多糖对DPPH有微弱清除作用，而酸性多糖对自由基的生成具有很小的促进作用，但两者都对超氧阴离子和羟自由基具有一定的清除作用，效果低于维生素C[39]。其中，中性玉米须多糖对DPPH、超氧阴离子以及羟自由基的清除率分别为4.158%、47.7%、43.8%，酸性多糖组分的相应清除率分别为-3.89%、53.2%、43.3%。

4.4 抗菌

何余堂等研究发现活性炭和大孔阴离子交换树脂D315脱色后玉米花丝多糖对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、绿脓假单孢菌和痢疾志贺氏菌的抑菌活性与未脱色多糖相当，但次氯酸钠和过氧化氢氧化脱色后的玉米花丝多糖的抑菌活性有所下降[35]。何余堂等还发现脱蛋白、脱色后玉米花丝多糖对细菌和真菌都具有明显的抑菌活性，其中对革兰氏阴性菌的抑制作用稍微优于革兰氏阳性菌，总体上对细菌的抑制活性优于真菌，不同种类细菌抑制活性也有所不同，对绿脓假单孢菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和变形杆菌具有较强的抑制作用；对真菌的抑菌活性为丝黑穗病菌>白色念珠菌>玉米小斑病菌>酿酒酵母>玉米条锈病菌[53]。

4.5 利尿

张艳等报道玉米须Sevag法精制多糖（多糖含量54.0%）能明显增加水负荷小鼠的排尿量（P<0.05），且同浓度下优于玉米须粗多糖[54]。窦传斌等也曾报道玉米须多糖具有明显的利尿作用[55]。

4.6 抗癌

研究发现玉米须多糖可以诱导人肝癌SMMC-7721细胞凋亡，从而抑制SMMC -7721细胞生长，并且抑制作用呈现剂量依赖和时间依赖[56]。

5 结束语

我国是玉米生产大国，据统计玉米年产量居世界第2位。因此，作为玉米副产物的玉米须资源十分丰富，但对它的开发利用并不充分。玉米须中多糖含量较高，且具有降糖、调节免疫、抗菌、抗肿瘤和利尿等作用，在医药、食品方面均有很好的应用前景和开发价值。近2年有关玉米须多糖的研究报道增长迅速，标志着玉米须多糖的研究和开发正成为热点，但目前的研究也存在很多不足，如研究报道主要集中在粗多糖提取工艺和生物活性方面，而关于玉米须多糖的纯化、多糖组成、结构以及均一多糖的生物活性等方面的研究非常少。虽然也有关于粗多糖单糖组成的研究报道[41-43]，但由于粗多糖成分复杂，并不能真实反映玉米须多糖的单糖组成情况。因此，目前首要的问题是尽快解决玉米须多糖的纯化难题，分离到玉米须均一多糖，以进一步研究其组成、结构及生物学活性，为其开发利用奠定理论基础。

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