提取方法对植物多糖生物活性的影响研究进展

黄仁贵

刘 佳1,2

(1. 中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南 长沙 410004；2. 稻谷及副产物深加工国家工程实验室，湖南 长沙 410004)



提取方法对植物多糖生物活性的影响研究进展

黄仁贵1,2

刘 佳1,2

(1. 中南林业科技大学食品科学与工程学院，湖南 长沙 410004；2. 稻谷及副产物深加工国家工程实验室，湖南 长沙 410004)

植物多糖是一类纯天然的生物活性物质，其来源广泛，具有抗肿瘤、免疫调节、降血脂、降血糖、抗氧化、抗疲劳等众多活性功能。多糖的活性受种类、部位以及提取方法等因素影响。文章从植物多糖生物活性的研究现状以及提取方法对生物活性的影响两方面进行综述，以期为多糖活性的探索与利用提供参考。

植物多糖；提取；生物活性

多糖(Polysaccharide)，又称为多聚糖，是由10个及以上的单糖分子通过糖苷键连接形成的一类天然高分子物质，广泛存在于自然界，同核酸、蛋白质和脂质并称为构成生命所必需的四大基本物质，与机体各种生理功能联系紧密。按来源，多糖分为植物多糖、动物多糖与微生物多糖。植物多糖具有抗肿瘤[1]、免疫调节[2]、降血脂[3]、降血糖[4]、抗氧化[5]、抗疲劳[6]等众多活性功能。多糖的生物活性受到植物种类[7]、部位[8]及提取方法[9]等因素的影响。

目前，多糖的提取方法较多，如热水浸提法[10]、超声波辅助提取法[11]、微波辅助提取法[12]、酶辅助提取法[13]、超临界萃取法[14]等。因此，选择合适的方法对多糖进行提取，对维持或者改善其生物活性尤为重要。本文从植物多糖的活性研究及提取方法对活性的影响两方面进行综述，以期为多糖生物活性的探索和利用提供参考。

1 植物多糖的活性研究

1.1 抗氧化

1.1.1 氧化的危害 在食品加工过程中，氧化易引起食品风味、色泽的劣变，甚至导致有毒有害物质的形成。例如，油脂被氧化为醛、酮、酸等物质，产生一种令人不悦的“哈喇味”，严重影响油脂的风味、色泽；而且生成致毒致癌物质，如氢过氧化物、二聚物，反式脂肪酸、醛等[15]。油脂的氧化受到脂肪酸的组成、水分活度、氧气、光照及温度等因素的影响[16]。因此，科学地调控油脂贮藏条件，可有效抑制或者减缓油脂氧化，保障品质安全。

正常情况下，机体产生自由基与自由基的清除处于动态平衡状态，但当机体自由基堆积，或者自由基清除能力下降，将会导致氧化应激，使得核酸、蛋白质等生物大分子遭到破坏，导致细胞结构与功能发生改变[17]，进而诱发多种疾病。例如，奶牛的乳房炎症是一种多因素疾病，乳房炎导致奶牛产奶量降低、牛奶品质下降及乳汁中细菌超标[18]，这无疑大大增加了牛奶的生产成本和品质风险。

1.1.2 植物多糖的抗氧化性 抗氧化性是植物多糖的重要生物活性之一，相关研究表明植物多糖具有较好的抗氧化功能。目前，有关抗氧化性研究主要集中在体外抗氧化和体内抗氧化两方面。体外抗氧化性研究主要分为化学法与细胞模型法，其中化学法由于操作简单、成本低廉等因素，出现频率较高；但是化学法没有考虑到新陈代谢中一系列的生理变化过程，难以表明多糖在机体内部的功能活性。

(1) 体外抗氧化：植物多糖的体外抗氧化性研究，主要有清除自由基(DPPH、羟自由基、超氧自由基等)、还原力及细胞模型抗氧化能力评价。Chen等[19]研究了猪牙花多糖的抗氧化性，结果证实猪牙花多糖具有一定的抗氧化功效。Yuan等[20]从桑叶中提取、分离出MLP-3a、MLP-3b两种多糖并进行了体外抗氧化研究，结果表明两种多糖均具有良好的螯合Fe2+以及清除DPPH、羟自由基和超氧自由基能力，揭示出桑叶多糖作为天然抗氧化剂的潜力。山药是一种药食两用植物，从中分离出的多糖具有较好的自由基清除效果，并在所研究浓度范围内呈现出量效关系，当浓度为400 μg/mL 时，对DPPH的清除率达到83.21%[21]。从啤特果分离出的多糖，也具有明显的清除自由基能力，揭示出啤特果多糖在食品和医药工业的应用潜力[22]。扶雄等[23]利用细胞模型法，评价了鸡骨草多糖的抗氧化能力，结果表明ACPa、ACPb两种多糖质量浓度分别达到6.25 μg/mL与100.00 μg/mL时，细胞模型抗氧化能力评价方法(Cellular antioxidant activity, CAA)的值达到20，在此基础增加多糖浓度，CAA值无显著变化。

(2) 体内抗氧化：体内抗氧化研究，主要依靠构建动物模型，评价机体过氧化产物以及与抗氧化相关酶的活性，反映受试物的体内抗氧化效力。莲藕是中国一种重要的水生蔬菜，罗登宏等[24]研究了莲藕多糖在小鼠体内的抗氧化能力，研究显示莲藕多糖可显著提高小鼠重要组织中超氧化物歧化酶(SOD)活力，明显降低脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量，表明莲藕多糖在体内具有明显的抗氧化效果。当以0.4，0.3 g/kg白扁豆多糖溶液灌胃小鼠，可提高小鼠血清中SOD和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性，与对照组比较具有统计学差异[25]。

1.2 降血糖

糖尿病(diabetes mellitus，DM)，是由胰岛素分泌不足或者生物效力降低所致，可引起代谢紊乱，以血糖升高或者糖尿为主要症状。与传统治疗糖尿病的方法口服降糖药或者胰岛素治疗相比，植物多糖具有来源广，毒副作用小等优势，有着更大的发展前景[26]。

Gao等[27]利用链脲霉素(STZ)构建糖尿病动物模型，研究了仙人掌多糖(ODFP)的降糖活性，通过组织病理学研究显示，仙人掌多糖可显著提高小鼠胰岛组织的完整性，表明ODFP具有一定的降糖功效。从油茶籽中分离得到的多糖，用于对四氧嘧啶造模的高血糖小鼠腹腔注射，探究得出油茶籽多糖具有一定的降血糖功效，并分析指出油茶籽多糖对DPPH在体内体外均有一定程度的清除力[28]。石玉涛等[29]通过研究两种茶叶多糖对造模后小鼠的降血糖作用，表明两种茶叶多糖可提高小鼠的葡萄糖耐量、胸腺指数与脾脏指数，促进小鼠胸腺和脾脏的发育，两种茶叶多糖具有明显的降血糖作用。

1.3 免疫调节

免疫应答、免疫器官、免疫细胞及免疫分子等组成了免疫系统[30]，当人体执行识别和消灭病毒、细菌等外来异物的防御机制免疫系统受损，易导致免疫力低下患者生病[31]，危害健康。因此，增强机体免疫调节能力，对维持机体健康有着十分重要的意义。汪名春等[32]从莴苣茎提取出水溶性多糖，在小鼠巨噬细胞RAW264.7给药试验研究中显示，莴苣茎水溶性多糖可明显提高巨噬细胞活力和吞噬能力，刺激巨噬细胞产生NO。桔梗多糖可增加由环磷酰胺诱导的免疫抑制小鼠脾脏、胸腺指数，提高血清白介素-2(IL-2)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)含量，增强免疫功能[33]。Du等[34]研究了沙枣果肉中多糖的免疫调节活性，结果表明EAP、EAP-1a 和EAP-1b 3种多糖可刺激巨噬细胞释放NO，提高巨噬细胞的吞噬活性，并在研究浓度范围内具有剂量效应。Li等[35]研究表明黄芪多糖利于脾淋巴细胞增值，具有显著免疫调节活性。

植物多糖还具有抗疲劳[36-37]、降血脂[38-39]、抗肿瘤[40]等生物活性，在食品与医药工业中有着巨大的发展潜力。目前，对植物多糖的生物活性研究，主要集中在功能评估，而对于多糖具有相应生物活性的机理研究较少，有待进一步研究与探索。

2 提取方法对植物多糖活性的影响

2.1 对多糖得率的影响

表1列举了提取方法对植物多糖得率的影响。

由表1可知，与传统的热水浸提法相比，酶法提取、微波提取、超声波提取、超临界萃取以及超声波—酶法提取的得率普遍提高，分离效果更好。在竹荪[41]、桑葚[46]及白茅根[47]多糖的提取研究中，超声—复合酶法提取的得率均高于超声波法、复合酶法提取，表明二者联合对竹荪、桑葚及白茅根多糖具有更好的提取效果。在芦荟多糖的提取研究中，超临界萃取法的多糖得率远高于复合酶法、微波法提取的得率[43-45]，但此法成本高，不利于大量提取。酶法提取利用酶软化细胞壁，降低多糖溶出进入溶剂的难度，从而提高提取效率，常用的有果胶酶、纤维素酶及木瓜蛋白酶等；超声波提取，是利用超声波巨大的空化作用与强烈的振动，加速预提取成分进入溶剂，利于提取。酶法提取与超声波提取相比，具有反应条件温和、耗能少及对设备要求低等优势[44]。

表1 提取方法对多糖得率的影响Table 1 Effect of extraction methods on the yield of polysaccharides

2.2 对多糖抗氧化性的影响

多糖的提取方法较多，每种方法均有相应的特点，得出的多糖具有不同的抗氧化功效。蛹虫草经沸水浴、超声波和微波3种方法提取后制成精多糖，当其浓度为1.0 mg/mL时，由3种方法得到的多糖对羟自由基的清除率分别为95.36%，74.46%，97.11%，超声波法得到的蛹虫草多糖对羟自由基的清除效果相对较差[49]。采用超声波辅助法与热水浸提法提取槐米多糖，前者提取的多糖对超氧自由基和羟自由基的清除率分别为70.78%，75.34%，热水浸提的多糖相应清除率分别为62.28%，70.45%，前者的抗氧化性略高于后者[50]。在龙眼多糖的提取与抗氧化研究中，酶提法得到的龙眼多糖抗氧化效果最好，超声波法次之，碱提法得到的多糖抗氧化效果相对较差[51]。陈卫云等[52]对比了超声波微波酶解协同提取与热水提取两种方法得到的多糖的抗氧化性，发现超声微波酶解协同提取的荔枝多糖的总抗氧化力和清除DPPH、ABTS+自由基的能力分别是热水法的2.00，6.40，7.83倍。

多糖的活性功能与其结构密切相关，受到多糖分子量、糖苷键、化学组成及立体构象等因素的影响[53]。酶提取法反映条件温和，能够较大限度地保持多糖结构的完整性，维持多糖的抗氧化功能。Chen等[54]研究了酶法提取与无酶提取得到黄芪多糖的抗氧化功效，结果显示酶法提取的抗氧化能力约为无酶提取的2倍。但是，酶法提取成本较高，对反应温度、作用时间、体系pH值及浓度等因素比较敏感。超声波法提取可在一定程度提高多糖提取的效率，而其作用较为剧烈，对多糖的结构可能存在一定的破坏性，从而影响多糖的活性功能。从天然产物中提取具有效果良好的抗氧化剂，对现代食品与医药业具有十分重要的意义；因此，寻找科学合理的多糖提取方法，对天然抗氧化剂的研究与应用显得尤为重要。

2.3 对多糖降血糖活性的影响

为抗击高血糖这一健康杀手，从天然产物中提取具有降血糖功能性物质具有深远意义。邢东旭等[55]对比研究了热水浸提与微波两种方法提取桑叶多糖对降血糖功效的影响；结果表明，微波多糖组具有更好的降血糖效果，其中微波萃取多糖的高剂量组可极显著降低小鼠血糖浓度，基本恢复胰岛细胞的正常形态，血清中SOD活性和血清、肝脏中的MDA含量与正常组无明显差别，说明微波提取较热水浸提可获得更高降血糖活性的桑叶多糖。利用水提醇沉与超滤两种工艺从番石榴中获得2种多糖，二者均能显著降低小鼠血糖浓度，有效缓解糖尿病小鼠多饮多食的习性，改善小鼠外观与精神状态[56]。利用不同的溶剂分级提取的绿茶多糖，得到水溶性多糖、草酸盐溶多糖和碱溶性多糖3种多糖，降血糖活性研究[57]表明水溶性绿茶多糖降血糖效果最好，酶提茶多糖与水提茶多糖降血糖活性差异显著，且酶提茶多糖效果更加明显。植物多糖降血糖的作用机理，可能是改善了胰岛β细胞的功能，促进肝糖原合成以降低血糖浓度或者降低对胰岛素的要求[58]。

2.4 对多糖免疫活性的影响

宫春宇等[59]研究了龙须菜多糖的提取工艺及免疫活性，结果表明室温浸提的多糖较高温高压浸提的多糖更能刺激淋巴细胞的增值，具有更强的免疫活性，可能是高温高压促进了杂质的溶出，抑制了多糖的免疫活性。朱地琴等[60]更加具体地研究了提取温度对龙须菜粗多糖免疫活性的影响，发现100 ℃条件下提取多糖的免疫活性仅为50 ℃的70%左右，此研究结果与文献[59]一致。在60 ℃条件下，姜玥等[61]考察了利用超声波辅助提取和热水提取得到多糖的免疫活性，发现在200 μg/mL和400 μg/mL时，超声波辅助提取茯苓多糖对巨噬细胞的增值作用、刺激小鼠腹腔分泌TNF-α效果均显著优于水提茯苓多糖，表明超声波辅助提取的茯苓多糖具有更强的免疫调节活性。

另外，植物多糖的提取方法对多糖降血脂[62]、抗肿瘤、抗菌功效亦存在一定程度的影响，彭梅等[63]研究了热水浸提法和超声波辅助提取法对仙茅多糖提取率及抗肿瘤活性的影响，结果显示多糖抑瘤率分别为64.50%和51.10%，热水提取法获得的多糖具有更强的抗肿瘤活性。在提取方法对柿多糖生物活性影响的研究中，报道[64]称不同提取方法对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌抑制作用不同，其中由微波法与超声波法获得的多糖抑制效果优于碱提、酸提、反复冻融、水提取的效果，水提多糖的抑菌能力最低。

3 结语

中国在植物多糖方面的研究虽起步较晚，但近年来取得了巨大进展，目前已从不同植物提取出300余种多糖，并对上百种多糖进行了结构与生物活性研究[65]。但是，与多糖相关的研究并非仅停留在开发更多活性多糖来源的横向发展，应当加强对多糖抗氧化、抗疲劳、降血脂等功能的机理研究，纵向深层次发展。植物多糖结构复杂，对任何结构的修饰以及不同位置的修饰都有可能改变分子量、链构象、黏度值等，从而改变活性功能。不同的提取方法均有各自的特点，会在一定程度影响多糖链构象、黏度值等，影响多糖生物活性。因此，采用科学合理的提取方法，尽可能维持多糖结构的完整性，对保证多糖相应高效生物活性至关重要。另外，通过对多糖结构的修饰也可影响相应生物活性，例如富硒茶叶多糖[66]、多糖硫酸化[67]，都在不同程度改善了多糖抗氧化性质。不论修饰过的多糖具有多么强的活性功能，对其进行严谨、科学的毒理学评价都是必不可少的。

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Effects of extraction methods on the biological activity of plant polysaccharides

HUANG Ren-gui1,2

LIUJia1,2

(1.CollegeofFoodScienceandEngineering,CentralSouthUniversityofForestryandTechnology,Changsha,Hunan410004,China; 2.NationalEngineeringLaboratoryforRiceandBy-productDeepProcessing,Changsha,Hunan410004,China)

Plant polysaccharides are natural biological active substances, and possess a series of biological activities, including anti-tumor, immune regulation, lowering blood fat, lowering blood sugar, anti oxidation, anti-fatigue. The activities of polysaccharides are influenced by their species, parts, extraction methods and other factors. In order to provide a theoretical reference for the development and utilization of plant polysaccharides, the research status of them and the effects of extraction methods on their biological activities were reviewed in this paper.

plant polysaccharides; extraction; bioactivity

黄仁贵，男，中南林业科技大学在读硕士研究生。

刘佳(1963—)，男，中南林业科技大学教授。 E-mail: liujia3918@csuft.edu.cn

2016-09-05

10.13652/j.issn.1003-5788.2016.11.049