油茶多糖的研究进展

王　静

(1.广东省森林病虫害生物防治重点实验室;2.广东省林业科学研究院,广东广州 510520)



油茶多糖的研究进展

王静1,2

(1.广东省森林病虫害生物防治重点实验室;2.广东省林业科学研究院,广东广州 510520)

油茶多糖是油茶中一种具有良好生物活性和重要功能性的物质。在茶多糖研究的基础上,重点综述了油茶多糖的单糖组成及其百分含量、提取、分离纯化、生物活性、工业价值、现阶段油茶多糖研究存在的问题以及未来的发展方向,为油茶多糖的综合开发和工业应用提供一些思路。

油茶多糖,综合研究,发展前景

多糖又称多聚糖(Polysaccharides),是一种非离子型的弱极性高分子化合物,主要存在于高等植物、动物细胞膜和微生物细胞壁中。植物中的多糖不仅可作为能量资源和结构材料,还参与生命现象中细胞的各种活动,具有抗衰老、抗肿瘤、抗病毒等多种生物活性[1]。目前应用于医药领域的植物多糖产品包括香菇多糖、云芝多糖、猪荃多糖等,其中我国抗癌新药白花蛇舌草静脉注射液和桑叶多糖胶囊已广泛进入市场[1]。茶多糖的研究主要包括茶叶多糖和茶籽多糖,其中茶籽多糖有茶叶籽多糖和油茶多糖(油茶籽多糖/油茶饼粕多糖/油茶果壳多糖)等。目前对茶籽多糖的报道相对较少,油茶多糖的研究则更是有限。本文将在茶多糖基础上,对油茶多糖的研究进展和开发价值进行讨论。

1　油茶研究背景

油茶(Camelliaoleifera)属山茶科山茶属,常绿小乔木或灌木,是我国特有的多年生木本油料作物。油茶作为我国南方主要的经济林木,与油棕、油橄榄和椰子并称为世界四大木本食用油料树种[2]。茶油是由油茶树果实——茶籽,经加工和提炼而得到的一种高营养价值的食用植物油,有“东方橄榄油”之称,其主要功能成分组成与油橄榄油相近[3]。油茶产业的副产物中含有大量的生物活性物质,如油茶多糖、茶皂素、茶多肽、多酚类物质、黄酮类物质等。其中在橄榄中不存在的茶皂素和茶多酚,分别具有溶血栓作用和降低胆固醇、预防肿瘤等功能[4],因此油茶活性物质的开发研究具有优势性。油茶各组成成分研究表明,油茶籽仁与油茶籽壳的多糖含量分别为23%[5]和6%～10%[5-6],油茶饼粕中总糖含量亦有20%[7]。因此,油茶多糖的综合研究和开发是实现油茶高附加值利用和油茶饼粕高效利用的有效手段之一。

2　油茶多糖的单糖组成及其含量

自然界中存在的大多数多糖一般由 80～100个单糖基通过糖苷键形成直链或具有分支支链的结构,直链大多以α-1,4或β-1,4 糖苷键连成,支链中的连接点通常为α-1,6 糖苷键。茶多糖(Tea Polysaccharides)是一类具有生物活性的复合多糖,一般由7个以上,1种或2种以上的单糖以特殊糖苷键缩合而成的单一聚糖、杂聚糖或粘多糖[8]。油茶多糖具有一级结构和高级结构,目前对于油茶多糖的研究仍处于一级结构阶段,分析方法有紫外光谱法、红外光谱法、气相或气质联用法、核磁共振光谱法等物理方法,和酸水解法、碱降解法、甲基化反应等化学方法[7,9]。一级结构的油茶多糖中单糖组分差异较大[10]。朱彬等[6]指出,脱脂脱皂后的油茶多糖主要由6种单糖组成,包括30%甘露糖、23%半乳糖、18%阿拉伯糖、11%葡萄糖、11%鼠李糖和6%木糖等。Feng等[11]从油茶叶中分离纯化出3种多糖粗品,其单糖组成及含量均有差异:分别含有5种(55%葡萄糖、24%半乳糖、2%木糖、7%甘露糖、3%阿拉伯糖)、6种(45%葡萄糖、26%半乳糖、4%木糖、3%鼠李糖、14%甘露糖、2%阿拉伯糖)、4种(52%葡萄糖、27%半乳糖、6%木糖、8%甘露糖)单糖组分和部分蛋白质。

多糖的高级结构复杂、分析难度大,每个单糖残基有多个连接位点,使得糖苷键具有多种连接可能性,其构型分为α和β两种,结构复杂性导致多糖的结构测定较难。目前对于油茶多糖的高级结构的研究较少,但是有报道指出,多糖的活性与其结构如单糖组成、糖苷键类型和链接方式等有关[7],因此研究油茶多糖的构效关系对其生物活性的研究具有辅助和解释作用。油茶多糖的高级结构分析有其重要的生物价值,趋待研究。

油茶多糖的一级结构受油茶品种、产地和多糖提取、纯化方法等影响,油茶多糖的高级结构又是影响其生物活性的重要因素[7],因此油茶多糖的结构研究是产品开发的重要前提和基础。

3　油茶多糖的提取及分离纯化

3.1油茶多糖的提取

目前植物多糖的主要提取工艺包括溶剂提取法、超声提取法、微波提取法、酶提取法等。其中从植物中提取多糖多采用水提醇沉法,此方法具有安全无毒、工艺成本消耗低等优点,适合工业化大规模生产。Wang等[12]利用响应面方法获得最佳提取条件,即料液比(w/v)1∶20、提取温度70 ℃、提取时间90 min时油茶果皮多糖提取得率为5%。叶展等[13]以脱脂油茶籽为原料,在料液比1∶11、乙醇浓度60%、浸提浓度55 ℃、提取时间2 h的最佳工艺条件下,油茶多糖得率为7%。范燕华[14]在料液比1∶31、温度84 ℃、提取时间13 min时的油茶饼粕多糖提取得率为8%。白庆云等[15]获得的油茶饼粕多糖提取得率最高,为13%,其提取条件为料液比1∶8、温度80 ℃、提取时间2 h、提取2次。水提醇沉法制备油茶多糖也已获得专利[16],但是该提取工艺的提取效率低,易溶解出蛋白质、皂素等其他成分,提取物过滤困难,影响后续分离过程。

超声提取是利用超声波萃取原理,通过物质破碎作用,加速溶剂溶解目标成分,进而提高提取率的方法。微波提取是一种相对新型的辅助萃取技术,工作原理是利用不同物质对微波能的吸收程度差异造成周围环境的热度梯度,加快目标成分的溶解。陈娟[17]在料液比1∶25、超声波功率240 W、超声40 min的最优条件下,油茶多糖提取得率最高达20%。吴雪辉等[18]在料液比1∶25、微波功率640 W、提取时间3 min、粒度80～100目的条件下,油茶多糖的提取得率为16%。王瑾[19]等采用微波辅助法从茶籽粕中提取茶籽多糖的工艺进行研究,在最优条件下多糖提取率亦达16%。微波提取获得的油茶多糖提取率略低于超声波法[17-19],但是微波茶多糖对α-淀粉酶活性的抑制作用大于超声波茶多糖[20],因此综合油茶多糖提取得率和生物活性功能两方面考虑,微波提取和超声波提取在油茶多糖的工业价值应用中各有优势。

茶多糖的酶法提取是利用酶促反应的催化作用,在比较温和的环境下分离植物组织,常用的提取酶有蛋白酶、纤维素酶、果胶酶等,这种方法既能够加速多糖提取,同时也能较好的保留其活性。傅博强等[21]指出单独纤维素酶解法比无酶水提法的多糖提取得率高0.2%,酶解-超声结合法比水提法高0.3%。周小玲等[22]则指出不同的酶(果胶酶、胰蛋白酶、复合酶)提取工艺对茶多糖的单糖组成影响不大,但是对各单糖组分之间的比例稍有影响。目前酶法提取油茶多糖的报道很少,但是酶提法具有提取周期短、杂质易于分离、反应物无毒等特点,结合经济成本和油茶多糖得率两方面评价,酶法提取有其研究空间和价值。

3.2油茶多糖的分离纯化

多糖的纯化方法有沉淀法、盐析法、金属络合物法、柱层析法等,或者多种方法联合使用。油茶多糖经提取工艺获得的粗多糖,杂质较多,经脱蛋白、脱色素、半透膜透析除去小分子杂质,再经超滤、纤维素阴离子交换剂柱层析、凝胶柱层析等纯化步骤,最终可获得分子量相对集中的多糖精品。目前关于油茶多糖的纯化制备,报道最多的是利用DEAE-纤维素柱层析和Sephadex G-100凝胶柱层析两种层析方法,其国内外研究结果如表1所示。

油茶多糖工业应用的整体评价中,除了油茶多糖的单独提取、综合提取工艺[23]、单独纯化和综合纯化方法,油茶品种、预处理方式、糖组分测定方法等都将影响油茶多糖的提取得率、纯度及生物活性。

表1　油茶多糖的分离纯化研究结果

注:Glu,葡萄糖;Gal,半乳糖;Xyl,木糖;Man,甘露糖;Ara,阿拉伯糖;Rha,鼠李糖;Fuc,岩藻糖;GalN,氨基半乳糖;GluUA,葡萄糖醛酸;GalUA,半乳糖醛酸;NM,未知单糖;NT,未测定。4油茶多糖的生物活性

随着生活水平的日益提高,人们对健康愈加重视,特别是现代社会的亚健康状态日益严重,高血压、高血脂、糖尿病、心脏病等疾病的年轻化和扩大化,使得人们对具药用价值的功能性食品关注加大。近年来,植物多糖的化学性质和生物学功能已广泛研究,油茶多糖的生物活性研究相对较少。

李湘洲等[28]研究表明,油茶饼粕多糖(3～12 ku分子量)浓度与α-葡萄糖苷酶抑制活性呈正相关性,0.05 mg/mL浓度时抑制酶活性达50%,并指出油茶多糖具有抑制葡萄糖吸收的能力。李学军等[29]报道,油茶籽多糖能够改善生长猪的生长性能及提高生长猪的抗氧化能力,在生长猪日粮中添加油茶多糖(含量>50%)能够显著提高猪血清中超氧化物歧化酶(SOD)活力,降低血清丙二醛(MDA)含量。油茶多糖还具有良好的清除自由基和油脂抗氧化能力,0.5 mg/mL浓度的油茶饼粕多糖对羟基自由基和超氧化物阴离子清除率分别为76%和85%[26],0.6 mg/mL浓度时1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)的清除效率为70%～91%[27],1.0 mg/mL时羟基自由基清除率和抗氧化率分别为67%～86%和69%～88%[27,30]。另外,油茶多糖不仅没有细胞毒性,还具有明显的抗肿瘤活性[26,30]。在40 mg/kg剂量下,油茶果壳多糖(362 ku)和油茶饼粕多糖(458 ku)对小鼠S180实体肿瘤的抑制率分别为65%[30]和86%[26]。张宽朝等[31]指出,油茶籽多糖在50 mg/kg剂量下对正常小鼠的肝脏自由基清除率达37%,在100 mg/kg剂量下对高血糖小鼠的肝脏自由基清除率为33%,因此推测油茶籽多糖可能有助于肝肾功能的恢复、具有一定的保肝作用,可能通过促进肝糖原合成代谢达到降低血糖的效果。此外,油茶多糖作为油茶的主要活性成分,对大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌及黑曲霉等具有良好的抑菌效果[32]。

油茶多糖不仅具有降血糖、降血脂等功能,还能防止心血管疾病及糖尿病,对恶性肿瘤有辅助治疗作用,并具有使用剂量小、疗效显著、无毒副作用等优点,可作为广谱免疫促进剂调节机体免疫功能。油茶多糖的降血压、抗血凝、防辐射、抗癌作用、调节免疫等其他生物活性功能,仍具有进一步研究的价值和意义。油茶多糖作为一种极具开发潜力的天然功能性活性物质,其药用价值不可忽视。

5　油茶多糖的工业价值

植物多糖的研究已有多年,产品开发技术相对成熟,比如灵芝多糖、猪苓多糖、黄芪多糖、大枣多糖、野甘草多糖等产品在市场均有销售,于功能性食品和临床上有着广泛的使用。10%～40%灵芝多糖(w/w)、20%～50%猪苓多糖、20%～50%香菇多糖、20%～50%枸杞多糖和60%～90%黄芪多糖的市场价格分别为100～200、300～400、200～400、300～500和100～200 元/kg。市场上的茶多糖为茶叶多糖,98%茶叶多糖的商品价格为200～300 元/kg,油茶多糖产品未见销售。

油茶多糖不具备细胞毒性,因此可作为潜在的安全抗肿瘤剂应用于医药工业[26,30]。目前,茶粕在饲料行业中的应用已有大量的研究报道,如以茶籽多糖和三萜皂甙为主要成分的绿色天然饲料添加剂——糖萜素已被证明对动物的生长有利[33],油茶籽多糖在动物饲料添加剂和农林废弃物利用技术领域的直接使用已获得专利[34]。随着油茶饼粕、籽壳等加工副产品中营养成分和生物活性物质的不断深入研究与开发,其营养保健和药用价值越来越被人们重视,开发具有滋补、保健作用的药物及食品已成趋势。对于油茶综合加工利用的技术解决方案,中粮等公司已开始承包工程设计和成套设备工程[35],但是油茶多糖产品仍待开发和应用。

6　存在问题和发展前景

相对于其他油脂产业,我国的油茶产业尚处于初级阶段[36],现有的对于油茶籽壳、油茶果壳、油茶饼粕等综合利用的研究方向和成果多集中于茶皂素、茶多酚等副产物,且已有多种工业产品上市。油茶多糖研究应用相对薄弱,尚未商品化和市场化,油茶多糖的突破性研究将推动油茶深加工的深度和广度。目前国内外对于油茶多糖已有相关研究报道,但是油茶多糖的提取制备工艺不成熟,无法满足工业化生产需求;得率和纯度普遍不高,无法满足高品质油茶多糖的需求;与油茶多糖生物学功能相关的一级结构和高级结构尚缺乏足够的科学依据和结论;为引导国内外油茶多糖行业的规范化发展,油茶多糖的行业标准仍未明确和制定等主要问题,使得油茶多糖具有较大的研究开发空间。

随着新技术迅速发展,多糖的价值逐渐被人们重视,油茶多糖在医药、食品保健、饲料添加剂等行业中正逐步的应用和开发。目前已有“茶多糖泡腾片”、“复方硒茶多糖”[37]、“茶多糖胶囊”[38]等初级茶多糖保健产品进入市场[39]。油茶多糖产品开发前景广阔。首先,油茶多糖的生物活性研究,使其有望于在食品或者饲料添加剂中应用;其次,人体动物临床研究正在起步,这将为油茶多糖在医药领域的应用奠定坚实的理论基础;最后,油茶多糖作为无细胞毒性的免疫促进剂,具有开发成糖尿病、心血管疾病、肿瘤防治等天然药物产品的潜力,拓宽了油茶多糖的应用前景。

近年来我国食用植物油消费量持续增长,木本油料产业的发展有利于减少我国食用油对外依存度,确保国家粮油安全。油茶作为我国特有的木本油料作物,其产业是优化我国木本油料整体发展布局的主要内容。我国每年制油后剩余的油茶饼粕约50万t,油茶籽和油茶饼粕的综合利用研究由来已久。充分利用我国的油茶资源,开发油茶和油茶饼粕的深加工产品——油茶多糖,深入研究其天然活性功能,加快理论研究成果转化,实现资源向产业化方向发展,对综合利用自然资源创造经济价值,推动经济可持续发展具有重要意义。

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Research progress inCamelliaoleiferapolysaccharides

WANG Jing1,2

(1.Guangdong Provincial Key Laboratory of Bio-control for the Forest Disease and Pest,Guangzhou 510520,China; 2.Guangdong Academy of Forestry,Guangzhou 510520,China)

The polysaccharides fromCamelliaoleiferais a kind of importantly functional substances with good biological activity. Based on tea polysaccharides study,composition and content of monosaccharide,extraction,purification,biological value,and the commercial value ofCamelliaoleiferapolysaccharides were reviewed. The main problems at the present stage and prospects of the polysaccharides fromCamelliaoleiferawere also elucidated in this paper. It provided a train of thought for theCamelliaoleiferapolysaccharides on comprehensive development and industrial application.

Camelliaoleiferapolysaccharides;general research;development prospects

2016-02-26

王静(1986-)，女，博士，主要从事油茶活性物质研究，E-mail：wangjingmos@hotmail.com。

广东省省级科技计划项目(2015B020202002，2014A020208043)；广东省林业科技创新专项资金项目(2013KJCX009-01)。

TS229

A

1002-0306(2016)17-0372-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.065