植物多糖的提取纯化、结构鉴定以及生物活性研究进展

马文英 季一顺

[摘要]植物多糖是从植物中提取的天然活性物质，大量研究证明其有广泛的生物活性。文章阐述植物多糖的提取纯化、结构解析以及生物活性，包括免疫调节、抗肿瘤、降血脂、抗氧化等及其相应的作用机制，并对植物多糖的研究进行展望，以期为植物多糖活性的开发与利用提供参考。

[关键词]植物多糖;提取纯化;结构鉴定;生物活性

中图分类号：R284.2                文献标识码：A                 DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20190717

代谢综合征包括心血管疾病、糖尿病和相关并发症等疾病，是所有工业化国家人口的主要死亡原因[1]。目前，研究者致力于寻找生物中的有效活性物质，期望这些活性成分有助于防治代谢综合征，提高人们的生活质量。多糖广泛存在于植物、动物及微生物中，是指自然界中普遍存在的由许多相同或者不同的单糖以α-糖苷键或者β-糖苷键组成的化合物，也是构成生物机体的基本物质[2]。近几十年来，人们逐渐认识到多糖在生物体中的功能，绝非仅仅作为能量来源和支持组织结构，更重要的是参与生物合成反应、细胞增殖、病毒和细菌感染、肿瘤细胞转移、调节肠道菌群等生物反应[2]。

随着认识和研究的深入，越来越多的人认识到多糖研究的重要性，对多糖提取纯化以及结构的研究也越来越多。植物多糖相较于动物多糖，前者含量较高，且糖蛋白含量较少，较好分离纯化，故植物多糖也就成为研究的热点。植物多糖具有降血糖、降血脂、抗氧化和抗肿瘤等生物活性，且自身毒性较小，因此具有广阔的应用前景。基于此，本文阐述了植物多糖的提取纯化、结构、生物活性几个方面的研究，以期为植物多糖的进一步研究提供参考。

1  植物多糖的提取

1.1  水提醇沉法

其原理是多糖具有大量的羟基，因此容易与水形成氢键而溶出，再利用多糖不易与醇类形成氢键的特点，加入乙醇使多糖沉淀。这种方法简单易操作、成本低、污染小，也是一直沿用至今的原因。

1.2  热水提取法

热水提取虽然简单价廉，但具有提取率低、提取温度高、提取时间长等缺点，因此，在提取过程中，一般会结合物理或化学方法来辅助提取[3]。荆晶等[4]利用热水提取结合响应面法优化，指出绿茶多糖的提取工艺∶料液比1∶20，提取时间90 min，提取温度80 ℃，提取率为5.22%。

1.3  微波/超声辅助提取

Li S L等[5]采用正交试验法，对水浸法、微波辅助提取法和超声提取法分别进行了优化。热水提取方法的优化条件为90 ℃下提取3 h，提取3次，液固比为50∶1，多糖的提取率为2.10%;微波辅助提取法的优化条件：处理15 min，液固比为50∶1，提取率为4.18%;超声提取方法的优化条件：在60 ℃下超声30 min，提取2次，液固比为60∶1，频率为60 Hz，提取率为3.02%。

1.4  新技术应用

现在一些新技术也被运用到多糖提取中以达到优化提取的效果。Li等[5]利用阴离子反向胶束系统提取多糖，发现在最优条件下（pH值4.6，0.06 mol/L盐酸胍盐，7%甲醇和0.05 mol/L NaCl）正向采收率为34%，这种方法传质快、选择性高、成本较低。Chen等[6]利用超临界二氧化碳萃取技术，提取时间2 h，萃取温度45 ℃，提取率高达92.5%。

2  植物粗多糖的分离纯化

多糖提取物一般含有较多的“杂质”，其中，多糖提取物中的蛋白质一般采用三氯乙酸、三氟三氯乙烷、Sevege法或蛋白酶法来除去，也有文献中提到几种方法混用而达到除蛋白的效果[7]。植物多糖提取液颜色较深，需要进行脱色处理，常用的有氧化法、吸附法、离子交换法、金属络合物法等[8]。

多糖提取物经初步分离后，通常是不同极性、不同相对分子质量的多糖混合物，多糖组分不够均一，还需要进一步纯化。多糖纯化的方法有很多，如：分级沉淀法、柱层析法、超滤法、反相高效液相色谱等[8-9]。Zhou等[10]采用凝胶G-100来纯化茶多糖，使茶多糖的纯度从34.5%升高至90.26%。Wang等[11]使用超滤膜分离粗多糖，得到3个馏分，分子量分别为240 kDa、21.4 kDa和2.46 kDa。Wang等[12]以茶花为原料，采用乙醇分级精馏和逐步沉淀法制备茶花多糖，发现30%的乙醇浓度可使茶花多糖析出最多，接近传统方法70%乙醇析出的结果。

3  植物组分多糖的结构解析

多糖结构表征手段很多，包括化学方法、仪器分析法等，但多糖的结构复杂，需要多种方法相结合才能解析出其结构。多糖的一级结构主要研究的是多糖得相对分子质量和纯度、单糖组成和糖醛酸类型与比例、单糖残基的绝对构型（D型或L型）、成环类型、连接顺序、连接位点、异头异构形式等，对应的分析方法见表1。

Zou等[14]阐明了从枸杞中得到的酸性组分多糖（LBP-1）的结构。由高效凝胶渗透色譜（HPGPC）测得其平均相对分子质量为2 250 kDa，水解后进行HPLC和GC分析，结果显示LBP-1由鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、半乳糖醛酸组成;红外光谱1H-NMR和13C-NMR特征峰证实了有去质子化的半乳糖醛酸存在。

Yuan等[15]结合高效液相色谱（HPLC），傅里叶变换红外光谱（FTIR），甲基化分析，核磁共振光谱（NMR），发现其中一组分多糖SCP-1平均分子量为15.63 kDa，主链是由α-D-Glcp残基由（1→4）糖苷键连接，侧链是由α-D-Glcp通过（1→6）糖苷键连接主链，主链上每5个残基有一个分支点。

Tang等[16]测得组分多糖LBP-3b的相对分子质量为4.92 kDa，单糖组成是甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、半乳糖和木糖，其中葡萄糖占68%，甘露糖占13%，鼠李糖占12%。通过紫外光谱、红外光谱和核磁共振对结构进行分析，证明了吡喃环和呋喃环的存在，且此组分多糖中含有3.5%的蛋白。

4  植物多糖生物活性

对于植物多糖生物活性的研究，目前国内外文献主要集中于免疫调节、抗肿瘤、降血糖、抗氧化活性。多糖活性研究的常用技术见表2。

4.1  免疫调节活性

大量免疫实验证明，多糖不仅能激活吞噬细胞、自然杀伤细胞、T淋巴细胞等免疫细胞，还能诱导细胞因子的产生和细胞因子受体的表达，促进抗体形成[17]。Schepetkin等[17]報道纯化得到的阿拉伯半聚糖通过诱导小鼠腹膜巨噬细胞J744.A1分泌一氧化氮（NO）合成酶从而刺激细胞产生NO，同时分泌IL-1、IL-6、TNF-α、IL-12等炎症因子和IL-10抗炎症因子。Wei等[18]从黄芪中提取的黄芪多糖通过TLR4介导的MAPK和NF-κB的激活诱导RAW 264.7细胞NO及细胞因子的产生，并显著上调TNF-α，IL-6，iNOS的基因表达。白术中提取的白术多糖，具有增强巨噬细胞吞噬功能，提高TLR4的表达并可能通过正调节MAPK和NF-κB两条通路，促进细胞因子及生物活性物质的释放来调节机体免疫[19]。

4.2  抗肿瘤活性

多糖的抗肿瘤作用近些年来引起人们广泛的关注，多糖的抗肿瘤作用方法可分为两类，一类是具有通过激活机体的免疫系统，诱导细胞分化、抗转移、抗新生血管生成和诱导NO产生等;另一类是通过抑制肿瘤细胞的蛋白质和核酸的合成、诱导肿瘤细胞凋亡、影响癌基因表达来达到抗肿瘤的作用等，抑制肿瘤细胞生长。陈沛等[20]发现在一定的浓度范围内，GFP能显著抑制人肝癌HepG2细胞的增殖;经过GFP处理的HepG2细胞出现了典型的细胞凋亡的形态变化，细胞收缩，形成微核，说明GFP诱导HepG2细胞凋亡。Zhou等[21]证实了黄芪多糖可协同顺铂诱导鼻咽癌细胞的凋亡。李学波等[22]报道香菇多糖可激活老年中晚期消化道恶性肿瘤患者体内的补体系统，提高患者免疫功能。

4.3  降血糖活性

（1）降低肝糖原、提高外周组织器官对糖的利用;（2）促进降糖激素和抑制升高血糖激素的分泌;（3）降低机体的氧化应激作用;（4）具有胰岛细胞保护作用及糖代谢酶活力调节作用等。Schwede等[23]发现灵芝多糖可结合G蛋白偶联受体，在细胞内第二信使的参与下，激活蛋白激酶A、蛋白激酶B和磷脂酰肌醇激酶3发挥作用，提升胞内环腺苷酸浓度，阻断钾离子通道，导致胞外钙离子内流，从而提高机体胰岛素水平，降低机体血糖升高。类似地，肖春等[24]发现灵芝多糖能够提高外周组织对糖的利用，增强葡萄糖代谢相关酶的活性，加速葡萄糖的分解，从而实现降血糖的效果。洪德志等[25]发现桑枝多糖可以调节脂类物质代谢、增加肝糖原积累、改善胰岛素分泌，从而可以有效降低血糖。

4.4  抗氧化活性

许多种植物多糖均具有清除自由基、抑制脂质过氧化、抑制亚油酸氧化等抗氧化作用。多糖的抗氧化活性可能与其抗肿瘤、抗衰老等其他活性的作用机制直接相关。金智生等[26]研究发现，在胰岛素抵抗（IR）大鼠模型中，红芪多糖饲喂大鼠与模型组相比SOD活性显著增强，而丙二醛（MDA）及血糖含量显著降低，且红芪多糖高剂量组的作用显著优于红芪多糖低剂量组，表明红芪多糖不仅具有抗氧化，治疗胰岛素抵抗作用，且该作用存在剂量依存性。Wang等[27]发现，粗多糖对DPPH清除能力呈浓度依赖性，在25～400 μg/mL浓度范围内的自由基的清除率为36.58%～86.88%。Ren等[28]研究发现，富硒茶多糖可显著提高小鼠肝肾组织SOD和GSH-Px活性，降低脂质过氧化产物MDA含量，从而减轻糖尿病小鼠因氧化应激产生的胰岛组织损伤。

5  结  论

多糖因其复杂的结构，赋予其多种生物活性，比如免疫调节、抗肿瘤、降血糖、降血脂、抗氧化等。目前，虽然多糖提取、分离、纯化的研究已经取得较大的进展，但多糖结构复杂，不易于结构表征，因此这部分研究还不够深入，还需要进一步探索并优化分析手段。比如甲基化分析在多糖的结构表征中起着重要的作用，但不易获得甲基化完全的样品[29]，因此需要进一步完善甲基化反应，减少副反应发生。这就需要在完善多糖结构表征方法的基础上，不断开发多糖构效关系的新方法、新手段。另外，对多糖进行分子修饰[30]，可改变多糖的结构和部分理化性质，从而改善多糖的活性，故对多糖进行分子修饰是研究多糖构效关系的新方向。

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Investigation on Extraction，Purification，Structural Identification

and Biological Activity of Plant Polysaccharides

Ma Wenying1，Ji Yishun 2

（1.Central Laboratory of Huainan Grain Bureau of Anhui Province，Huainan，Anhui 232046;

2.Anhui Grain and Oil Products Quality Supervision and Testing Station，Hefei，Anhui 230031）

Abstract：Polysaccharides are natural active substances which are extracted from plants.A large number of studies have shown that it has a wide range of biological activities.This paper summarizes the extraction，purification，physicochemical characterization and bioactivities of polysaccharide including immune regulation，antitumor，antidiabetic activity，oxidation biological activity and their corresponding mechanisms.The aim is to provide a reference for the development and utilization of plant polysaccharides.

Keywords：polysaccharides，extraction and purification，structural characterization，biological activity