西洋参多糖的研究进展

贾琦琦，石韶琦，李宁阳*，乔旭光，单成钢

（1.山东农业大学食品科学与工程学院，山东省高校食品加工技术与质量控制重点实验室，山东泰安 271018；2.山东省农业科学院农产品研究所，山东济南 250100）

西洋参（Panax quinquefoliumLinn.）又称西洋人参、花旗参、洋参等，是一种具有育阴、生津、滋补效用的名贵药材[1]。北美和加拿大是西洋参最早的发源地，我国的东北、山东、陕西等地也有种植，西洋参在不同的生长环境中所含活性成分的含量有一定差异[2]，疗效不同。西洋参中含有氨基酸、挥发油、多糖及皂苷等功能成分，西洋参多糖作为主要的功能成分之一具有多种生物活性，能提高机体免疫力、抗肿瘤、降血糖。

近年来的研究表明，西洋参的地上和地下部分均含有多种生理活性成分，主要是皂苷，其是西洋参中生理活性最显著的物质。西洋参皂苷主要是三萜类化合物，结构与人参皂苷相似。事实上，除了皂苷以外，多糖也是西洋参中的一种重要活性物质，在提取皂苷后的西洋参残渣中仍存在大量的多糖类物质，充分利用西洋参残渣中的多糖能提高西洋参资源的综合利用，减少浪费，创造更高的经济效益。目前对西洋参多糖的研究主要集中在提取纯化方法、结构分析和功能作用等方面。西洋参多糖常用的提取方法有传统的溶剂浸提法和酶处理、超临界萃取、超高压、微波和超声波等优化了的提取方法，不同提取方法的多糖得率不同。目前西洋参多糖结构研究的主要方向是一级结构，结构和功能作用之间的相互关系还未有深入研究。西洋参多糖的高级结构和功能作用的机理仍是目前西洋参多糖研究的重点和难点。Azike C G等[3]研究发现西洋参多糖中的酸性多糖及高分子量组分能促进免疫功能，对脂多糖诱导的促炎反应具有明显的抑制作用。Ghosh Rajarshi 等[4]从西洋参细胞悬浮液中提取分离出的中性多糖AGC1，能刺激小鼠巨噬细胞产生一系列炎症介质，并且可作为免疫刺激剂促进细胞增殖。另外市场上常见的西洋参产品的主要功效成分是人参皂苷，西洋参多糖产品并不多见，西洋参多糖复合饮料[5]、胶囊[6]等的制取工艺还需在工业化生产中实践应用。本文总结了西洋参多糖的提取方法、分离纯化、结构鉴定和功能作用等方面的内容，探讨了西洋参多糖研究中遇到的问题，以期推动西洋参多糖功能产品的开发与应用。

1 西洋参多糖提取

随着科技的进步，多糖的提取方法在不断地改进创新，越来越多的新技术被应用到食品研究领域。为了提高多糖的提取率和纯度，多糖提取前需进行预处理。预处理方法有浸泡、微波、气流精细粉碎、低温冻干粉碎、挤压膨化、蒸汽爆破等。浸泡提高多糖得率的效果并不明显；微波的热效应可以破坏原料细胞壁和细胞膜，促进多糖物质的溶出；气流精细粉碎和低温冻干粉碎都是使物料组织被破坏，适合木质化的原料，提高多糖提取率的同时对多糖的活性和性质影响不大；挤压膨化和蒸汽爆破都是在高温高压的环境中破坏原料的细胞结构，降解纤维素、木质素、淀粉等大分子聚合物，具有处理效率高、提取效果好等优点。徐美蓉等[7]研究了直接提取和经过浸泡、微波和低温冻干粉碎等预处理方式对党参多糖提取效果的影响，结果表明经过低温冻干粉碎处理后的多糖产率明显提高。

1.1 水提醇沉法

水提醇沉法利用多糖易溶于热水、不溶于有机溶剂的特点来提取多糖，是目前植物多糖提取中最常用、最传统的方法。除了热水提取外，稀酸、稀碱也能提取多糖，为了保证多糖结构不被破坏，需要控制好溶液的酸碱度[8]。

1.2 复合酶法

复合酶法是近年来多糖提取应用较多的方法之一，向提取液中加入蛋白酶、果胶酶、淀粉酶等，分解提取液中的蛋白质、纤维等杂质，提高多糖的提取率和纯度。陈军辉等[9]通过对比超声提取法、回流提取法、酶解-回流提取法和微波提取法，发现酶解-回流提取法能明显提高西洋参多糖的提取率，提取率达到17.3%。Sun Lin 等[10]用α-淀粉酶提取人参多糖，发现多糖得率与热水浸提结果相当，但分析结构和活性结果表明，这些多糖与热水提取的多糖不同，说明不同方法能提取出不同的多糖，不同多糖的生物活性也不同。

1.3 超声波辅助提取法

超声辅助提取法操作简单、不需要特殊的设备，是多糖提取常用的方法之一。刘婷等[11]以蒸馏水为溶剂采用超声法优化了西洋参多糖的提取工艺，试验表明超声法显著提高了西洋参多糖的提取率，优化后的工艺为料液比1:30，超声功率60 W，超声提取20 min，提取3 次，在此条件下西洋参多糖得率高达12.35%。

1.4 微波辅助提取法

微波辅助提取法可以将物料内外同时加热，提取质量提高的同时大大节省提取时间，具有无污染、安全、易控制等优点，应用广泛。陈军辉[12]首次将微波技术应用到西洋参多糖的提取中，研究发现微波辅助提取效果的综合评价指标好于只用回流法提取。

植物多糖的提取方法有多种，但同一种方法应用于不同的物料有不同的最优提取条件，这就要求在提取多糖时要对提取条件进行考察。另外，同一种物料不同提取方法得到的多糖提取率不同，因此要根据试验目的及目标多糖的结构性质特点选择合适的提取方法。

2 西洋参多糖的纯化

2.1 西洋参粗多糖的除杂

西洋参粗多糖中包含的蛋白质、色素等杂质会影响后续多糖结构和功能，选择合适的方法除杂可提高西洋参多糖纯度。粗多糖提取液中含有的蛋白质杂质可以分成两种，一种是游离态蛋白质，易去除；另一种是与糖结合的结合态蛋白，难以完全去除。在目前的研究中，Sevag法、三氯乙酸法和酶法是使用较多的三种去蛋白方法。Sevag 法的优点在于除去蛋白的同时能保持多糖原来的结构，不降解多糖，但重复多次才能将蛋白除净，多糖损失较多，试剂用量大，所用试剂有毒。三氯乙酸法适合的原料广泛，但会使多糖降解。相比之下酶法反应条件温和、无毒，同时避免了多糖的降解。酶法常与Sevag 法联用，去蛋白效果好。于晓红等[13]比较了上述三种方法和木瓜蛋白酶-Sevag 联用法，结果表明酶结合Sevag 法脱除西洋参多糖粗提液中蛋白质的效果最好。目前应用较多的多糖脱色方法是活性炭吸附法、大孔树脂吸附法和H2O2法。活性炭吸附法适合原料广泛，适用于工业化生产，但需严格控制多糖溶液的浓度，若多糖浓度过高则易造成活性炭表面吸附大量多糖。大孔树脂吸附法脱色的优点是吸附条件较为温和、脱色效率高、可再生反复使用，但是填料会吸附少量多糖，造成损失。H2O2法无毒无害，但需严格控制H2O2的浓度，若H2O2浓度过高会造成多糖降解。吴宪玲[14]选用多种方法对西洋参多糖脱色，结果表明活性炭吸附效果较好，更能适应食品企业工业化生产的应用，实验得到的最佳工艺条件是在加入1.5%活性炭，45 ℃水浴30 min 的条件下，多糖的损失少，色素脱除率最高。

2.2 西洋参多糖的纯化方法

除杂后得到的西洋参多糖是由不同组分构成的混合物，为了进一步研究西洋参多糖的结构，需分离出单一的多糖组分。西洋参多糖的分离方法主要有柱层析法、超滤法和乙醇沉淀法。乙醇沉淀法与柱层析法结合使用，分离出的多糖组分纯度更高。随着加入乙醇的浓度提高，分离出的多糖组分相对分子量降低。超滤有较高的分离效率，容易操作，成本低，是工业多糖提取中应用较为广泛的一种加工工艺[15]。杨修仕等[16]通过超滤分离出四种不同分子量的西洋参多糖组分，能刺激机体产生免疫分子提高机体免疫力，四种多糖的生物活性不同。柱层析法中离子交换柱与凝胶柱连用分离效果好，能分离出单一的多糖组分。

西洋参多糖的单糖组成、连接键、折叠方式等是造成其结构复杂的重要原因，因此，西洋参多糖除杂纯化方法的改进和创新较难。

3 西洋参多糖的结构鉴定

由于多糖结构非常复杂，目前，多糖的结构和功能之间的关系并没有明确的定论。多糖的结构分为一、二、三、四级结构。一级结构是多糖结构的主要研究对象，包括糖苷键的类型、相对分子质量、单糖的组成、含量和顺序等。目前，西洋参多糖结构的研究还在探索中，一级结构是其中的主要研究方面，探究西洋参多糖的高级结构及其构效关系对推动植物多糖的结构研究具有重要意义。

多糖结构研究主要有物理法、化学法和生物法。物理法有紫外光谱、高效液相色谱、质谱、红外光谱、气相色谱和核磁共振等。化学法是将多糖甲基化、Smith 降解或高碘酸氧化等进而研究西洋参多糖的糖苷键位置、比例、构型等结构特征。郑艳[17]通过热水煮提的方法提取西洋参根中的多糖成分，提取三次后向提取液中加入乙醇至提取液中乙醇浓度达80%，离心得西洋参粗多糖，将其配置成水溶液，用Sevag 法除去蛋白质得西洋参粗多糖WQP，提取率为10.5%，通过柱层析分离出两种中性淀粉样葡聚糖，两种聚半乳糖醛酸（AG 型果胶）和四种聚阿拉伯半乳糖（HG 型果胶），它们的比例为43:1:13，其中淀粉样葡聚糖主要由葡萄糖组成相对分子质量为1×104～1×106，果胶型多糖主要由葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖组成，相对分子质量为5.5×103～2.3×105。Yu 等[18]用乙醇提取的西洋参多糖，纯化后得到两种中性多糖和三种酸性多糖，相对分子质量在1×104～1×107之间，中性多糖的红外光谱结果表明其含有吡喃糖，酸性多糖的红外光谱结果表明其含有微量糖醛酸。李珊珊等[19]从西洋参果中提取并纯化了一种中性多糖和一种酸多糖，经高效液相色谱仪分析表明两种多糖的主要组成为葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖和少量甘露糖等，此外分离出的酸性多糖中还包括鼠李糖和半乳糖醛酸。Guo Qingbin 等[20]从西洋参根中提取出的非淀粉多糖GSP 含有鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖和糖醛酸（1:4:8:8:50），红外光谱表明GSP具有果胶结构，核磁共振分析其主要糖残基为4-α-D-半乳糖残基。于晓娜[21]提取了西洋参中的碱性多糖，纯化后得到两种均一组分AEP-1 和AEP-2，两种多糖均含有β-吡喃糖苷，均由葡萄糖、半乳糖和半乳糖醛酸组成，AEP-2 还含有阿拉伯糖和甘露糖。多糖的功能与其结构密切相关，即使是一级结构完全相同的多糖，其高级结构不同导致其生物活性有很大差异。

4 西洋参多糖的活性及功能

4.1 免疫调节

西洋参多糖的免疫活性较强，可以促进机体释放多种细胞因子和抑制炎症反应，有效地促进机体的免疫调节。于晓红[22]用水提醇沉的方法从西洋参中提取出了粗多糖，喂养小鼠试验发现西洋参多糖既能提高小鼠巨噬细胞的吞噬能力，促进非特异性免疫，又能通过刺激小鼠产生淋巴细胞、抗体，促进特异性免疫。刘雪莹等[23]在实验中发现从西洋参花中提取的多糖显著提高小鼠RAW264.7 巨噬细胞的免疫活性。Wang Lijun 等[24-25]从西洋参中分离纯化出三种酸性多糖PPQA2、PPQA4 和PPQA5 和一种新型中性多糖PPQN，体外试验表明四种种多糖均能刺激小鼠巨噬细胞RAW264.7 产生细胞因子，促进小鼠的免疫调节。Kazi Farida Akhter 等[26]用荧光标记了西洋参多糖研究其免疫调节作用，结果发现西洋参多糖对巨噬细胞株几乎没有毒害作用，同时具有较强的免疫刺激作用。

4.2 降血糖

植物多糖的降糖效果主要是通过促进胰岛素分泌，抑制胰岛细胞凋亡；增强胰岛素敏感性，降低胰岛素抵抗；调节相关酶活性；抗炎；提高抗氧化应激能力；调节相关信号通路；调节肠道菌群等方面实现的[27]。西洋参多糖作为一种天然产物，具有毒副作用小、资源丰富的优点，作为辅助治疗糖尿病的药物前景广阔。刘永恒等[28]通过检测小鼠血液中的血糖水平考察了西洋参多糖对机体的降血糖作用，给予小鼠模型不同剂量水平的西洋参多糖，观察不同剂量组小鼠的血糖变化，结果显示西洋参多糖对机体有一定的降血糖作用，推动了西洋参多糖在医药领域的应用。刘宗林[29]通过检测小鼠血液中血糖水平观察西洋参多糖的降血糖作用，试验结果表明注射过西洋参多糖的小鼠体内血糖水平明显降低。陈锐等[30]通过检测糖尿病小鼠体质量和血糖水平、糖耐量等变化发现西洋参多糖肽具有降血糖的作用。Xie J.T.等[31]向小鼠腹腔注射从西洋参浆果中提取的多糖成分，结果表明小鼠在体质量不变的情况下血糖水平得到了有效控制。

4.3 抗肿瘤

肿瘤难以治愈，目前治疗多采用手术切除、放化疗技术，肿瘤难以切除完全，有复发的可能，放化疗会对机体产生非常大的副作用，加重机体负担[32]。西洋参多糖能提高宿主抗肿瘤的免疫功能，与治疗肿瘤的方法联用有较好的效果。朱文静等[33]建立了BABL/C 小鼠肝癌模型，在试验中发现给予小鼠模型西洋参多糖药物后，小鼠肿瘤的体质量降低，证明西洋参多糖具有显著抑制肿瘤的作用。朴云峰等[34]采用体外细胞培养等方法研究了西洋参多糖对肝癌细胞的杀伤作用，结果表明当西洋参多糖的质量-体积浓度提高时，可以有效地降低癌细胞的存活率，从而达到抗肿瘤作用。

4.4 抗辐射

西洋参多糖可提高经过辐照处理的小鼠的存活率，有研究认为这与西洋参多糖的抗氧化、促进免疫调节及清除有害自由基的功能有关[35]。刘宗林[29]以小鼠为实验动物，将西洋参多糖注射进小鼠体内，再对小鼠进行辐射处理，观察到西洋参多糖组存活小鼠数量明显比对照组数量多，证明西洋参多糖具有明显的防辐射作用。该研究发现西洋参多糖不仅能够在机体中单独发挥作用，还能与机体中的其他成分协同发挥作用。

4.5 其他功能

除上述作用外，西洋参多糖还有抗病毒、抗氧化、抗炎、降血脂等功能作用。冯坤苗等[36]用西洋参茎叶中提取的多糖进行体外抗病毒试验，试验结果表明从西洋参茎叶中提取的多糖具有显著的抗病毒作用，为提高西洋参资源的综合利用率提供了依据。Subhrojit Sen 等[37]发现西洋参提取物对葡萄糖诱导的氧化应激具有抑制作用，同时抑制了内皮细胞损伤，证明西洋参具有抗氧化特性，这可能是西洋参中的多糖和其他成分的共同作用。Wang Lijun 等[38]研究了亚洲人参、西洋参和三七的各种成分对抗菌活性的影响，结果表明皂苷、多糖、蛋白质和人参三醇等对抗菌活性有一定的影响。

与西洋参皂苷相比，西洋参多糖的研究起步较晚，还不够深入。随着越来越多学者对西洋参的关注多，西洋参多糖将成为研究的热门话题。通过总结近年来西洋参多糖功能作用的研究发现，西洋参多糖具有显著的生物活性，同时西洋参多糖资源丰富、天然产物安全无毒、应用范围广泛，有良好的研究前景。但是西洋参多糖作用机理和结构的关系仍不明确，这将是未来西洋参多糖研究的重点和难点，如何将其真正的应用到医学领域，还要做进一步的探索。

5 展望

综上所述，西洋参多糖的提取分离纯化已有多种方法，新技术的应用克服了传统提取方法提取时间长、多糖得率低的缺陷。同时西洋参多糖结构复杂，研究多集中在一级结构上，更高级结构的研究较难。对于西洋参多糖的生物活性研究多集中在免疫调节、抗氧化、抗肿瘤等方面，且这些研究还比较浅显，在细胞和基因水平上不够深入。大多研究都用粗多糖喂养小鼠做细胞试验，不能明确起作用的是哪种类型哪种结构的多糖，对其作用的机理尚不清楚。因此明确西洋参多糖结构和功能之间的关系，研究西洋参多糖功能作用的机理，对开发西洋参多糖功能产品、推动植物多糖的研究和医药领域的发展具有重要意义。