水果多糖的开发及应用进展

2017-07-01任二芳牛德宝刘功德李建强彭欣怡

农业研究与应用 2017年2期

任二芳　牛德宝　刘功德　李建强　彭欣怡　王丽萍

摘要：水果多糖作为水果中重要的功能因子之一，广泛存在于日常食用的水果当中，具有巨大的市场开发潜力。文章详细介绍了水果多糖的分类、结构与分析、在医疗和食品领域的应用以及水果多糖的应用前景，从而为水果多糖的深度开发与广泛应用提供参考。

关键词：水果多糖生物活性开发应用

多糖是由10个以上的相同或不同的单糖及糖醛酸通过糖苷键连结在一起的天然高分子碳水化合物[1]，广泛存在于动物、植物、微生物和藻类地衣中，是维持生命活动正常运转的基本物质之一[2]。水果多糖作为一种功能性活性成份，虽然其活性和作用在不同的個体中表现的作用存在差异，但是都具有一般的生理活性 [3]。

水果多糖作为天然植物多糖中的一类，虽然都是由单糖组成，但其性质与单糖存在很大的差异，且不具有甜味[3-4]。近年来随着分子生物学的迅猛发展和多糖的深入研究，人们逐渐认识到水果多糖具有许多极其重要的生物功能，如抗肿瘤、抗病毒、治疗艾滋病等[5-6]，由于它们具有独特的生物活性、低毒性和安全性高等优点，在食品、药品、保健品开发方面具有广阔的应用前景[4-7]。事实上，水果多糖早就引起了人们的注意，先前一直处于初级研究阶段；近年来随着生物多糖研究的深入，人们逐渐从其作为结构物质性质方面的初级研究逐渐转向了水果多糖的提取分离、化学以及生物活性等方面的实际应用研究[3]。因此，了解水果多糖的开发与应用进展，不仅有助于改进和改善果品的加工工艺和品质，而且对于水果多糖的进一步深度开发利用具有重要的实际指导意义[8-9]。

1 水果多糖的结构与分析

研究表明多糖主要有一级、二级、三级和四级结构等四种结构存在形式 [10]。一级结构是指单糖的组成以及单糖的链接方式和链接顺序等；二级结构是指在一级结构的基础上以氢聚集成的不同类型聚合物；三级结构是指在二级结构的基础上糖残基中的各种官能团之间相互作用形成的一种有序空间构象。四级结构是指多糖多聚链间相互作用而形成的聚合体[10-11]。而多糖的结构分析通常分为初级结构分析和高级结构分析[10]。目前还很难对多糖进行精确的结构分析，究其主要原因：一是单糖的种类繁多；二是各种单糖的链接方式和链接顺序的不同会导致多糖的结构产生多种结构[10]。多糖初级结构的分析方法主要有物理法、化学法和生物学方法[10]。物理分析法主要有质谱、核磁共振、紫外和红外光谱等；化学分析法包括酸水解、Smith降解和高碘酸氧化等；生物分析法主要是酶学方法[12-14]。而多糖高级结构分析方法主要有二维核磁、原子力显微镜分析、圆二色谱、X射线法、电子衍射等[15-16]。

2 水果多糖的分类

按多糖的组成种类，多糖可分为均一性多糖和不均一性多糖。其中，均一性多糖是指由一种单糖缩合所形成的多糖，比如纤维素、糖原和淀粉等[9]。不均一性多糖是指由两种或两种以上不同单糖分子组成的多糖，如半纤维素、透明质酸以及肽聚糖等[9]。而水果多糖几乎都是不均一性多糖，含有多种单糖组分[9]。

按多糖来源的水果种类不同，水果多糖可以以自己的名字分类，如：葡萄多糖、苹果多糖以及猕猴桃多糖等，研究表明，这些水果多糖具有很好的免疫调节作用，能够很好的增强机体免疫力[8]。

按多糖的水溶性性质，多糖又可分为水溶性多糖和水不溶性多糖，例如，果胶类多糖就是可溶性多糖的一种，作为水果中最重要的一类活性多糖，其分子量和化学结构在不同的植物组织中各有所不同，所以果胶多糖也是植物细胞壁多糖家族中最为复杂的一员 [3]。

3 水果多糖的开发与应用进展

近年来，随着人们对多糖的生物活性和化学结构不断深入研究，越来越多的生物活性多糖被人们发掘[10]，展现出较好的应用前景。

3.1 水果多糖在医疗领域的应用

3.1.1 抗肿瘤作用

水果多糖的抗肿瘤作用主要表现在其不仅可以间接抑制或杀死肿瘤细胞，某些具有细胞毒性的水果多糖还可以直接杀死肿瘤细胞。抗肿瘤作用一般是通过多糖的免疫调节作用激活特定的免疫细胞，从而诱导多种细胞因子以及受体基因的表达，来增强机体的抗肿瘤免疫功能。刘晓连[17]等人用6种长枣多糖对人肝癌细胞、人鼻咽癌细胞以及人胃癌细胞的增殖抑制率进行了测定和比较分析。结果表明，制得的6种长枣多糖均为单一组分多糖，当浓度为400 mg/L时，LJU-3对3 种肿瘤细胞的抑制率分别为61.29 % 、68.77 % 、72.16 %，均高于其他多糖，且高于50 %，说明它对3种肿瘤细胞的抑制作用为中度敏感或高敏感[17]。江岩[18]的研究表明杏多糖粗提物可不同程度的杀伤实验的五株肿瘤细胞，并且对除细胞以外的其他四株细胞的蛋白合成有抑制作用。

3.1.2 免疫调节作用

水果多糖是一种良好的免疫调节剂，能很好的提高机体抗肿瘤免疫力[2]。易阳等人[19]的研究表明新鲜果肉多糖和干制果肉多糖均能显著刺激ConA 诱导的脾淋巴细胞增殖和巨噬细胞NO生成（P<0.05），但对LPS 诱导的脾淋巴细胞增殖刺激作用较弱，而且龙眼果肉的干制处理可能通过改变水溶性多糖的理化特征而增强其体外免疫调节活性。刘成荣[20]的研究也表明枇杷多糖可以提高草金鱼的免疫功能。

3.1.3 抗氧化作用

现代医学认为，抗氧化剂和自由基清除剂在人类健康方面具有重要的作用，能有效延缓人体衰老和预防心脑血管疾病、癌症、免疫系统低下、过敏等多种疾病的发生[21]。潘莹和许经伟把冬枣多糖经DEAE-52分离和Sephadex G-100纯化得到2个组分DPA和DPB，研究表明DPA和DPB均具有一定的抗氧化活性，且其抗氧化活性随着冬枣多糖质量浓度的增加而增强，在质量浓度8 mg/mL时，对羟自由基清除率分别为28.52 %、78.79 %；在质量浓度为0.4 mg/mL时，对DPPH自由基清除率分别为9.97 %、24.54 %[22]。

3.1.4 抗病毒作用

研究表明，多糖的抗病毒作用主要是表现在通过其免疫调节作用来增强宿主的免疫能力，预防病毒感染，有些多糖也可以直接杀死病毒[21]。陈玉香[23]等人从沙棘果提取沙棘油所剩残渣中提取分离有抗病毒活性的多糖Hn进行抗病毒试验，结果表明沙棘果多糖Hn不仅对柯萨奇病毒B3有明显的抑制作用，而且可以预防病毒对正常细胞侵染。另外，刘涛[24]等人用HepG 2.2.15 细胞株为模型，研究了琐琐葡萄多糖抗乙肝病毒的作用，结果显示琐琐葡萄多糖对HepG 2.2.15 细胞分泌HBV DNA 的抑制作用随多糖浓度的增大而逐渐增强，在100 mg/L时对HBV DNA的抑制率达59.33 %，说明琐琐葡萄多糖在体外具有一定的抗HBV生物学活性。

3.1.5 抑菌作用

曾红亮等人[25]对金柑多糖的抑菌效果进行了实验研究，结果发现金柑多糖抑制金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和假单胞杆菌等菌的最小抑菌浓度分别为3.13，50.00， 12.50，12.50，12.50 mg/L；所得多糖能较好的抑制金黄色葡萄球菌。吴敬等人[26]的研究也表明海红果粗多糖对蜡样芽孢杆菌 GMCC1.1686、单核细胞增生李斯特氏菌以及沙门氏菌均有抑制作用，其中对沙门氏菌、单核细胞增生李斯特氏菌最小抑菌质量浓度均为25 mg/mL，对蜡样芽孢杆菌CGMCC1.1686 的最小抑菌质量浓度为50 mg/mL。实验证明，水果多糖表现出较好的抑菌效果。

3.1.6 降血糖作用

糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病，而持久的高血糖会导致各种组织慢性损害或功能障碍[21]。糖尿病是一种常见病和多发病，科研人员为寻找治疗糖尿病的活性物质，着重从化学合成药物开始向从无毒无公害的天然物质中去筛选药物的方向转移，这已成为医药开发领域的一个趋势[21]。伍曾利和陈厚宇[27] 用自提取的香蕉多糖以100 mg/kg的剂量对小鼠进行连续10 d的灌胃给药，结果表明香蕉多糖能明显降低四氧嘧啶性糖尿病小鼠的血糖值，其效果不仅比对照药物格列本脲片的效果还明显，而且香蕉多糖对正常小鼠的血糖值没有影响。刘延吉等人[28]的研究也证明糖尿病小鼠灌胃软枣猕猴桃多糖显著降低空腹血糖、提高糖耐量、增加肝糖原，降低血脂水平。

3.1.7 抗衰老作用

水果多糖具有抗衰老作用，杨联河[29]通过桑堪多糖抗衰老作用实验，结果表明桑堪多糖可不同程度的升高小鼠红细胞SOD、CAT和小鼠全血GSH-Px的活力，降低小鼠血浆、肝匀浆和脑匀浆LOP水平，具有抗衰老作用。周鹏[30] 以美国野生型黑腹果蝇为抗衰老试验对象进行葡萄多糖的抗衰老实验研究，结果表明葡萄多糖能延长果蝇的寿命，分别延长雄、雌果蝇半数死亡期为23.41 %、24.62 %，分别延长雄、雌果蝇的平均寿命为18.69 %、21.23 %，分别延长雄、雌果蝇的最高寿命为33.21 %、32.62 %，雄、雌果蝇脂褐素含量分别降低为0.81、0.78 μg/g[30]。

3.1.8 其他作用

水果多糖具有广泛的生物活性功能，除上述作用外，水果多糖还可以促进表皮细胞增殖、抗缺氧、抗疲劳、抗应激、抗感染以及清除活性氧自由基等作用[21]。

3.2 水果多糖在食品领域的应用

3.2.1 作为食品添加剂

唐小俊等人[31-32] 以18 %荔枝粗多糖为配方原料，以50 %乙醇水溶液为湿润剂在65 ℃下研制成荔枝多糖咀嚼片；以比例1：4：0.04的荔枝粗多糖：可溶性淀粉：甜蜜素配成荔枝多糖冲剂。

3.2.2 作为酶抑制剂

张钟等人[33]对荔枝果肉水溶性多糖对α-葡萄糖苷酶的活性影响进行了研究，结果表明荔枝果肉水溶性多糖对α-葡萄糖苷酶具有明显抑制作用，且其抑制效果是阿卡波糖的1.25倍；荔枝果肉水溶性多糖对α-葡萄糖苷酶抑制的最佳作用条件为温度30 ℃、pH 6.8、时间25 min、抑制剂质量浓度80 mg/mL。

3.2.3 其他应用

水果多糖具有广泛的生物活性功能，一定剂量时可以治疗人体疾病，而少剂量时又可以健身防病，是增强人体机能的健康佳品。因此，水果多糖不仅可以作为药物进行研究，还可以作为保健食品进行开发，比如保健饮料、口服液，或含片等，这就使得更多的研究人员开始把水果多糖从药品研究向食品开发转化，从疾病治疗向食品保健的方向发展[21，34-35]。

4 展望

我国水果资源丰富，品类繁多，随着社会的进步和科学技术的发展，人们对水果多糖的研究会越来越全面和深入，不断将会有新型水果多糖被发现，而由于水果多糖具有独特的生理功能，在抗肿瘤、抗病毒以及治疗艾滋病等临床应用方面将会显示出越来越广阔的应用前景。另外，随着水果多糖研究深度和广度的不断发展，水果多糖也不会仅被局限应用于医疗领域，更多的水果多糖也将会被进一步开发利用在其他领域，造福于人类的健康事业。

参考文献

[1] 刘璐. 树莓果实中多糖的降解、结构及生物活性研究[D].哈尔滨：东北农业大学， 2016.

[2] 刘洁，李文香，王文亮，等.生物多糖研究进展[J].山东农业科学， 2011（5）：98-101.

[3] 呂明霞. 枣及其他一些水果中多糖的分析[D].保定：河北农业大，2011.

[4] Min-Cheol Kang， Seo Young Kim， Yoon Taek Kim， et al. In vitro and in vivo antioxidant activities of polysaccharide purified from aloe vera （Aloe barbadensis） gel[J]. Carbohydrate Polymers， 2014， 99：365-371.

[5] 范会平，符锋， Giuseppe Mazza，等. 微波提取法对樱桃、猕猴桃和枸杞多糖特性的影响[J].农业工程学报， 2009（10）： 355-360.

[6] Jing Zhu， Wei Liu， Juping Yu， et al. Characterization and hypoglycemic effect of a polysaccharide extracted from the fruit of Lycium barbarum L.[J]. Carbohydrate Polymers， 2013， 98（1）： 8-16.

[7] Jalles A. Batista， Eulina G.N. Dias， Tarcisio V. Brito， et al. Polysaccharide isolated from Agardhiella ramosissima Chemical structure and anti-inflammation activity[J]. Carbohydrate Polymers，2014，99： 59- 67.

[8] 刘杰超，焦中高，周红平，等. 水果活性多糖的研究现状与展望[J]. 食品科学， 2008， 29（10）： 675-679.

[9] 刘苏苏，吕长鑫，冯叙桥，等. 果蔬多糖生物活性及其提取纯化技术的研究进展[J]. 食品科学， 2015， 36（17）： 281-287.

[10] 张秋平. 桦褐孔菌多糖的化学修饰，理化性质及生物活性研究[D]. 杭州：浙江理工大学， 2016.

[11] 曾凯宏，明建. 真菌多糖的结构与功能[J]. 食品科技， 2001 （4）： 65-66.

[12] 刘玉红，王凤山. 真菌多糖结构研究进展[J].中国药学杂志， 2007， 8：561-565.

[13] Ge Q， Zhang AQ， Sun PL. Research progress in structural modifications of polysaccharide in fungi and their identification[J]. Edible Fungi of China， 2008， 27（1）： 5-9.

[14] Li S. Advances in Analysis Methods of the Structure of Ganoderma lucidum Polysaccharide[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences， 2012， 40： 6177-6179， 6188.

[15] Hua Y， Gao Q， Wen L， et al. Structural characterisation of acid-and alkali-soluble polysaccharides in the fruiting body of Dictyophora indusiata and their immunomodulatory activities[J]. Food Chemistry， 2012， 132（2）： 739-743.

[16] Zhang A， Xu M， Fu L， et al. Structural elucidation of a novel mannogalactan isolated from the fruiting bodies of Pleurotus geesteranus[J]. Carbohydrate polymers， 2013， 92（1）： 236-240.

[17] 刘晓连，李亚蕾，罗瑞明，等. 长枣多糖中抗肿瘤多糖的筛选研究[J]. 安徽农业科学， 2012， 40（29）： 14461-14463.

[18] 江岩. 新疆杏多糖抗肿瘤效应的实验研究[D]. 乌鲁木齐：新疆医科大学， 2004.

[19] 易阳，孙杰，王丽梅，等. 新鲜和干制龙眼果肉中多糖的理化特征及免疫调节活性比较 [J]. 现代食品科技， 2015 （10）： 53-62.

[20] 刘成荣. 枇杷多糖对草金鱼免疫特性的影响[J]. 福建农业学报， 2016， 31（7）： 694-698.

[21] 刘杰超，焦中高，周红平，等. 水果多糖的生物活性与应用前景[J]. 中国食物与营养2008（8）： 22-25.

[22] 潘莹，许经伟. 冬枣多糖的分离纯化及抗氧化活性研究[J]. 食品科学， 2016， 37（13）： 89-94.

[23] 陈玉香，张丽萍. 沙棘果水溶性多糖 Hn 的分离纯化与抗病毒研究[J]. 东北师大学报（自然科学版）， 1997 （4）： 74-77.

[24] 刘涛，赵军，李海波，等. 琐琐葡萄多糖体外抗乙型肝炎病毒作用的实验研究[J]. 中国药理学通报， 2011， 27（1）： 147-148.

[25] 曾红亮，黄灿灿，常青，等. 金柑多糖微波辅助提取工艺优化及抑菌效果[J]. 食品与机械， 2016， 32（9）： 154-160.

[26] 吴敬，王英丽，宝冠媛，等. 海红果多糖水提醇沉工艺及其抑菌活性研究[J]. 食品与发酵工业， 2014，40（9）： 193-197.

[27] 伍曾利，陈厚宇. 香蕉多糖降血糖功能研究[J]. 轻工科技， 2014 （12）： 9-10.

[28] 刘延吉，刘金凤，田晓艳，等. 软枣猕猴桃多糖降血糖降血脂活性研究[J]. 食品与生物技术学报， 2012， 31（1）： 86-89.