人参多糖提取分析方法及生物活性研究进展

李万丛，艾芷伊，游 颖，范静静，黄 婧，王玉华

（吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林长春 130118）

0 引言

“人参之用，其史久也，其效妙也，其途广也，其誉盛也”[1]。早在4 000年前《神农本草经》就已经对人参的生理功能进行了介绍，主要调养心肝脾肺肾，对智力的提升也有一定疗效[2]。明朝时期，《本草纲目》中记录人参对头晕、呕吐、体虚有一定的疗效[3]。根据当前临床医学研究，人参既具备增强心肌、降低血糖、促进造血机能和提高肾上腺皮质功能，同时也具有提高人体免疫力、调节神经系统等功能。人参的成分构成丰富，不仅包括人参皂苷、多糖、氨基酸，也包括酚类、一些微量元素和腺苷等[4]。其中，普遍认为人参中起主要作用的是人参皂苷[5]。近几年的研究表明，人参多糖因具有抗肿瘤、抗氧化、免疫作用等而受到重视[6-8]。从而对人参多糖也进行相关研究，综述人参多糖目前的研究进展。

1 人参多糖提取与分析研究进展

1.1 人参多糖提取方法

人参多糖的提取与其他多糖的提取大致相同，通常采用化学、物理和生物3种方式进行提取。其中，化学法具体可分为稀酸、稀碱或有机试剂提取法；物理法则方法繁多，不仅有微波辅助提取、超滤膜法提取和超临界辅助热水浸提法[9-10]，还可采取加热回流法提取、超声辅助法提取[11]和湿法粉碎法提取；生物法主要包括酶解提取[12]和微生物法提取。化学法酸碱度不宜控制，会带来环境污染及试剂残留，对环境压力较大而且会威胁到人体健康。物理法由于全过程不使用有机溶剂，进行水提时提取物中无溶剂残留，也不发生化学反应，应用相对安全可靠、试验成本较低，而且具有操作过程连续、整体周期较短的优点，同时能够有效避免试验提取过程中，有害物质对试验操作者的损伤，以及对周围环境等的破坏和污染，但对仪器设备要求较高，如对设备压力和密封程度均有较高要求且设备投资大、耗费成本。另外，物理法可能会产生一定的降解作用，破坏生物大分子结构，导致其变性甚至失活，进而影响药物有效成分的生理活性。生物法包括酶法和微生物法提取，酶法提取的特点是能够在一定程度上提高人参中所含药物有效成分的提取率。酶法提取具有对试验设备无特殊要求、温和条件下即可分解植物组织和增强有效药用活性成分转化的优点。同时，酶法提取也具有一定的局限性，由于影响酶活性的因素较多并且不易控制，导致酶法提取对试验设备无特殊要求，但对条件要求较高。具体试验表现是，当试验条件较为适宜时，酶的活性高，催化能力强；反之，当试验条件不宜时，其催化效力变弱，甚至是失活。微生物法提取操作简单、反应条件温和、成本较低、对环境友好，且能提高药效、改变药性、降低毒副作用，势必成为新的发展趋势。

1.1.1 化学法提取人参多糖

化学法提取人参多糖主要采用稀酸、稀碱、有机试剂等，主要通过试剂的充分作用，使得植物细胞吸水膨胀，达到一定程度后，细胞破裂释放出多糖。酸碱法提多糖因酸碱度不易控制会使糖苷遭到破坏，从而使其得率下降，且会腐蚀容器，并造成环境污染，所以很少采用该方法提取人参多糖。宋利华等人[13]采用水提、酸提、碱提3种方法提取人参多糖，提取率分别为6.207%，1.222%，3.893%。一般采用水提醇沉法，以醇沉法为例，提取的主要步骤包括浸泡过夜→热水浸提→离心→浓缩→醇沉→离心→除蛋白→有机溶剂萃取沉淀→冷冻干燥。

1.1.2 物理法提取人参多糖

物理法提取人参多糖主要有微波、超声和超临界辅助提取等，微波法的本质采用电磁波贯穿介质进入细胞之内，汲取能量后，出现温度升高、压力增大等现象，导致细胞破裂。同时，微波激发分子转动，分子间发生摩擦碰撞，产生大量热能，进一步加速细胞破裂，在电磁场的作用下，使目标物加速溶出。超声法主要利用超声波作用于植物细胞时产生的气泡或空穴发生爆破或闭合后，产生巨大的压力并释放大量的热，将细胞壁迅速破坏撕裂，使细胞内部所含目标产物得以释放和溶解，进而获得更高的提取率。超临界CO2萃取主要是借助压力、温度，在超临界情况下将极性大小、分子量大小及沸点不同的组分依次萃取分离，然后通过减压升温等过程将流体转变为气体，从而实现分离纯化之目的[14]。例如，吴琼等人[15]通过微波法提取人参多糖的得率为19.86%，与使用热水作为溶剂提取时相比，人参多糖得率提高7.32%。钟振声等人[16]通过超声波法提取人参多糖，当原料粒度80目，料液比1∶50，功率200 W，时间30 min时，所提取多糖含量较之传统煎煮法高2.3%；时间缩短到传统煎煮法的1/6，多糖提取效率及提取效果均有显著提高。张艳荣等人[17]通过超临界辅助提取人参多糖，对提取工艺条件进行优化，采用最优条件原料-夹带剂比例1∶2.5（g∶mL）等条件时，人参多糖的提取率为38.03%±1.43%，多糖纯度为54.71%±2.16%，与水提法进行对比，多糖提取率和纯度分别提高了16.15%和13.44%。综合以上几种方法，发现超临界辅助提取法人参多糖得率最佳，且这种方法没有化学试剂残留，绿色安全。但对试验操作要求较高，且仪器耗费较高。

1.1.3 生物法提取人参多糖

生物法提取人参多糖，主要通过2种方法，一个是酶法提取，一个是微生物法提取。其中，酶法提取一般是用合适的酶对试验样品进行预处理，将构成细胞壁的纤维素、半纤维素等进行分解，进而破坏细胞壁结构，使局部溶解和疏松的现象得以产生，使细胞壁及细胞间质对于溶剂提取的阻力得以降低，使提取效率加快。微生物法提取是利用微生物复杂而精细的调节系统，不但可以产生有益的副产物，反应条件温和、绿色安全、提取效率高，而且操作简便，前后处理均较为简单。郭特[18]利用α-淀粉酶提取人参多糖，人参多糖WGPE得率为9%，纯度为72.5%。薛俊杰等人[19]以蛹虫草为菌株对人参进行固态发酵，结果表明发酵后人参多糖的得率明显提升。目前，我国对于采用微生物提取人参多糖的方法尚处于起步阶段，因此绿色安全的微生物提取法将会是今后研究的重中之重。

1.2 人参多糖的分离纯化

人参多糖内包含有一定的杂质，多为蛋白质和色素。脱蛋白的方法较多，常用有机溶剂或合适的酶等方法进行去除。有机溶剂除杂的本质是使蛋白质变性失活，酶法除杂则是将大分子物质降解成小分子物质。色素主要采用氧化、吸附、离子交换、反胶束萃取等方式进行去除。其中，氧化法主要采用双氧水作为氧化剂，此种方法虽然操作简单，但无法将氧化脱色后的色素分离出去，吸附法采用吸附剂除去杂质，在众多的吸附剂中，聚酰胺去除色素的效果最佳。另外，反胶束法和离子交换法的应用也较为普遍。除杂后的人参多糖仍然是聚合度不同的混合物，为获取人参多糖的单一级分，需对初步除杂后的多糖进行分离，如离子交换色谱、凝胶色谱、透析法等。其中，较常用的有2种，一是离子交换色谱，二是凝胶色谱。张向平[20]经过初步提取获得粗多糖除杂后，获得人参总糖，再经DEAE-Cellulose柱分离得到酸性人参多糖GRA和中性人参多糖GRN。中性人参多糖总糖含量为97.8%。

1.3 人参多糖结构分析

人参多糖有效成分主要是酸性糖和中性糖，中性糖主要是淀粉，由葡萄糖聚合而成；酸性糖大多是果胶、人参果胶有3种分型，分别是RG-Ⅰ，RG-Ⅱ和HG，其中HG仅由半乳糖醛酸组成，其他2种分型除了含有半乳糖醛酸外，还含有鼠李糖。结构不同的物质活性也不尽相同，因此深入剖析人参多糖结构成为研究结构活性的前提。人参多糖同核酸类似，按照复杂程度，可分为4个等级，主要包括单糖组成及比例，糖醛酸含量及种类，有无侧链，侧链连接位点，侧链中官能团数量及种类等。目前，结构分析主要停留在一级结构，通常采用物理和化学法进行分析，高级结构还有待研究，可以借鉴其他多糖高级结构的分析方法用于人参多糖的分析。

多糖结构分析方法见表1。

表1 多糖结构分析方法

2 人参多糖生物活性的研究进展

2.1 人参多糖免疫活性的研究进展

多糖刺激后，活化的巨噬细胞通过分泌作为癌症抑制因子的细胞因子并调节IL-1β等细胞因子和炎性介质的分泌，在先天和适应性免疫应答中起关键作用。Kallon S等人[21]研究了人参多糖（GPS） 是否可以通过提高免疫力来抵抗禽流感病毒（H9N2 AIV）对鸡的影响时发现，MHCII和IL-2等细胞因子的表达呈上升趋势。这些结果表明，通过预处理CEF，GPS可以通过增强免疫力促进机体的抗病毒活性。余建云等人[22]通过对80例Ⅱb～Ⅳa期宫颈癌患者分组观察，得出人参多糖在宫颈癌同步放化疗的同时能使患者更好地接受治疗，避免因放化疗严重不良反应而中断治疗或延长治疗时间所致的疗效降低，还可以降低直肠炎的程度及延缓其发生的时间。

2.2 人参多糖抗肿瘤活性的研究进展

Cai J P等人[23]在研究人参多糖（PGPW1） 对人胃癌细胞系HGC-27的抗侵袭和转移作用时发现，pgpw1可以量效地抑制HGC-27细胞侵袭和迁移。此外，Western blot结果显示pgpw1可以抑制Twist蛋白（肿瘤相关蛋白） 和AKR1C2（癌基因） 的表达，并且观察到NF1的增加，这些结果表明PGPW1具有抗肿瘤活性。Wang J等人[24]在研究人参多糖对K562，HL-60或KG1α肿瘤细胞的影响时，经GPS处理后，小鼠PM中CD68，ACP和α-ANE的表达增加。此外，包括TNF-α等在内的细胞因子水平升高，一氧化氮（NO） 的浓度增强。毕蕾等人[25]通过人参水提液（WEG）、人参多糖（GPS）、人参皂苷（GTS） 对肿瘤相关巨噬细胞（TAMs） 与肿瘤细胞共培养体系中肺癌A549细胞增殖、迁移和细胞骨架的影响研究，探讨人参抗肿瘤的作用机制。总而言之，这些结果表明，GPS通过刺激巨噬细胞而产生了有效的抗肿瘤活性。

2.3 人参多糖降血糖活性的研究进展

Niu J等人[26]在研究水溶性人参多糖（WGP） Ⅱ型糖尿病（T2DM）大鼠的影响时，检测了尿液中的影响物质，用WGP处理后，1-甲基腺嘌呤、四氢皮质醇、4-脱氧硫酸、5-羟基己酸水平均有不同程度的减少，而5-羟色胺、肌苷十二烷二酸等有显著提升。这些结果均表明，WGP有降血糖活性。Jiao L等人[27]研究了人参多糖对血糖的影响，经人参多糖处理后，患病小鼠的体重、肝糖原等显著增加，同时TG、TC、丙二醛（MDA） 水平与正常小鼠相比显着降低，而维C和维E的浓度及GSH-Px的活性均明显升高。陈艳等人[28]研究了人参水提物对正常小鼠血糖和血脂代谢的影响及其对四氧嘧啶（ALX）致糖尿病小鼠降血糖的作用。试验证实，200 mg/kg和400 mg/kg人参水提物极显著地降低了血糖。还具有改善正常小鼠的葡萄糖耐量，降低糖尿病小鼠血糖值的作用。结果表明，人参多糖有降血糖活性。

2.4 其他功能

人参多糖除具有上述功能外，还具有保护心脏、保肝、抗氧化、抗衰老、防止疲劳、抗补体活性、细胞保护活性等功能。

Jiao L等人[27]研究GPII和GPIII 2种人参多糖的抗氧化活性时发现GPII和GPIII的羟基自由基清除活性比维C高，对1,2,3-phenriol的自氧化与维C等效。Song JY等人[29]研究了人参多糖对肝脏功能的影响，人参多糖处理后，NPSH水平升高，CYP450水平下降，HO活性增强，CYP450活性降低。结果表明，人参多糖对雌小鼠的肝脏代谢及抗氧化具有调节作用。Wang J等人[30]在评估人参多糖的抗疲劳活性时，对小鼠进行强迫游泳试验，经人参多糖处理的小鼠，GPx，SOD，GLU水平升高，CK，LDH，MDA，TG水平均下降，表明人参多糖有抗疲劳的功效。李珊珊等人[31]通过水提法得到人参果中的总多糖（WGBP），并通过离子交换层析对 WGBP进行分离纯化。WGBP主要由鼠李糖（rhamnose，Rha）、半乳糖醛酸（galacturonic acid，GalA）、半乳糖 （galactose，Gal）、阿拉伯糖（arabinose，Ara）和葡萄糖（glucose，Glc） 组成。WGBP具有明显的DPPH自由基和羟自由基清除活性，且清除率随质量浓度的升高而逐渐增强。当WGBP质量浓度为2.0 mg/mL时，DPPH自由基清除率为62.7%；当质量浓度为0.2 mg/mL时，羟自由基清除率为81.2%。WGBP对DPPH自由基和羟自由基清除活性优于4个子级分。

3 结语

人参多糖因具有众多的生物活性而受到广泛关注，传统的人参多糖提取方法耗时较长、分离纯化困难，人参多糖结构复杂、种类繁多，与之相对应的功效机制也尚未研究清楚，因此建立一整套快速、简便、经济高效并保证多糖活性的提取分离方法便成为多糖工业化生产的首要前提，微生物提取法绿色环保、反应温和、操作简单，为以后的研究指明了方向，除此之外，与其相关的功能性食品种类较少，大众认知度较差，这就要求科研单位和相关机构加大科研和宣传力度，开辟更为广阔的新型功能性食品市场。