山药多糖的功效与提取纯化及含量测定

2021-01-22李沂格

生物化工 2021年1期

李沂格

（石河子大学，新疆石河子 832003）

山药是薯蓣科薯蓣属植物，主产地为河南、广东、广西等地，以河南省焦作市所产最佳，又称怀山药，是当地“四大怀药”之一。山药不仅口感细腻滑爽，对人们的身体十分有益，可以增强人体免疫力，起到抗肿瘤、降血糖、改善睡眠以及补脾益肺等功效，且老少皆可食用。医学研究结果表明，山药之所以具有如此丰富的功效，主要是由于山药中有山药多糖。本文主要对山药多糖的功效及其提取方法进行综述。

1 山药多糖的功效

1.1 降血糖作用

近年来，我国糖尿病人数日趋增多。糖尿病患者在日常生活中不仅需要通过药物来控制血糖，还要通过饮食来控制血糖。山药作为一种可以降低血糖的食材深受广大糖尿病患者的喜爱。胡国强等[1]和郜红利等[2]以四氧嘧啶致糖尿病大鼠为实验对象，将处理好的山药做成药剂注射到小鼠体内，通过实验发现糖尿病大鼠的血糖明显降低。推测其原因可能是山药多糖具有改善受损的胰岛B细胞，促进胰岛素分泌的功能。何云等通过观察糖尿病大鼠体内胰岛素以及血小板数量的变化，发现山药多糖可以抑制血小板的异常激活和聚集，并可以保护糖尿病大鼠的胰岛功能，从而进一步证明了山药多糖具有降血糖的作用[3]。

1.2 免疫调节作用

徐增莱等[4]的研究以小鼠为实验对象，证明了山药多糖对小鼠免疫功能的影响。结果表明，山药多糖可以增强小鼠的免疫功能如其体液免疫和细胞免疫。由此推测山药多糖具有免疫调节的作用。陈写书等[5]的研究表明，山药多糖能够明显地拮抗由于长时间高强度运动引起的免疫抑制。在长时间高强度运动的运动员饭菜中加入适量山药，可以提高运动员的免疫力，提高其运动成绩。

1.3 抗肿瘤突变作用

赵国华等[6]将实体瘤移植到小鼠体内，将山药处理成药剂向小鼠体内注射，发现作为山药多糖的一种，RDPS-1具有明显的抗肿瘤作用。RDPS-1对B16黑色素瘤抑制效果不明显，而对Lewis肺癌有显著的抑制作用。通过进一步的研究发现，RDPS-1是通过增强机体免疫力，即提高T细胞的增殖能力以及提高NK细胞的活性来增强机体免疫力，从而起到抗肿瘤作用。

1.4 抗衰老作用

大量实验结果表明，山药多糖可以通过降低与衰老相关的酶的活性，延缓衰老[7-8]。目前，大多实验以机体老化所产生的代谢物——组织脂褐素LF和LPO的含量高低来衡量衰老的程度。山药多糖就是通过降低小鼠体内的LPO与LF含量来延缓衰老。

1.5 肝损伤保护作用

孙设宗等[9]探究了山药多糖对小鼠CCl4肝损伤的保护作用及其作用机制。实验发现，山药多糖对自由基具有拮抗和清除作用，通过降低小鼠的肝脏指数，降低丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶活性和血清丙二醛含量从而对肝损伤起保护作用。同时Yoon等人[10]发现山药多糖可以显著增加小鼠肝细胞中的谷胱甘肽（小鼠体内重要的还原物质，可参与清除自由基）。推测山药多糖抗肝损伤的另一个机制是山药多糖能够促进谷胱甘肽合成酶的合成，进而增加谷胱甘肽的含量，清除自由基。

1.6 其他作用

山药可以帮助人们改善睡眠，提高睡眠质量。这是因为山药里含有维生素B6，而维生素B6是许多助睡眠药物中的主要成分，因此山药可以帮助人们改善睡眠质量。山药具有较高的药用价值，对人体有着广泛的作用，称得上老少皆宜，然而目前对于山药多糖功效的研究并不多，因此还需要进一步研究探讨，从而使山药能够发挥更大的价值。

2 山药多糖的提取

2.1 水浸法

水浸法是提取山药多糖最简便的方法。山药多糖是极性大分子化合物，在水中的溶解度很大，因此可以用水浸法提取山药多糖。孟庆华等[11]研究其最佳提取条件，最终得到的最适提取条件为：在100 ℃，加水比例为1∶30的条件下，提取2 h，一般进行两次浸取。但水浸法提取率很低，消耗的时间也很长，所以一般不采用水浸法提取山药。

2.2 纤维素酶法

费玉婷等[12]使用控制变量法，在单因素实验的基础上采用正交实验，以山药多糖含量为指标，对影响多糖提取的因素进行探讨研究，包括酶的含量、提取温度、提取时间以及pH，最终得出提取山药的最佳条件：酶用量约为0.2%，温度约控制在55 ℃，提取时间3 h，溶液为中性。在此条件下，山药多糖得率可提高35.66%。

2.3 超声波提取

超声波提取法主要是通过超声波对植物细胞壁进行破碎处理，从而使细胞内的植物多糖溶出对山药多糖进行提取。该方法大大提高提取效率的同时，较大程度地缩短了反应时间。影响超声波提取山药多糖的主要因素有超声功率、提取时间、温度、物料比等。李金忠等人[13]得出了用超声波提取山药多糖的最佳条件：超声功率1 000 W、提取时间50 min、物料比1∶100。在此提取工艺条件下，粗多糖得率为6.1%。

2.4 微波辅助提取

微波具有穿透力强、选择性高、加热效率高等特点。微波辅助提取山药多糖是一种比较新颖的提取方法，具有较高的选择性和提取率。徐本波等人[14]利用微波辅助提取山药多糖，在单因素实验的基础上，采用正交试验考察了各因素对多糖得率的影响，并确立了微波提取山药多糖的最佳提取条件：在温度为60 ℃、物料比为1∶20、微波功率为464 W的条件下，提取约30 min。对超声波提取与微波提取进行对比发现，微波提取法提取率明显比超声波提取率高。

2.5 响应面法提取山药多糖

诸爱士等[15]将山药多糖作为原料，利用响应面法对山药多糖的提取工艺进行优化。在单因素实验的基础上，选取提取的温度、时间、液料比为影响因素(因子），以山药多糖的提取率为响应值，通过回归模型，研究各影响因子对多糖提取率的影响。并通过实验得出最佳提取条件：在50 ℃左右、液料比为1∶20的条件下提取3.5 h。

3 山药多糖的纯化

一般情况下，提取到的山药多糖都是不纯的，含有许多如蛋白质、色素、脂类等杂质，因此要想得到纯净的山药多糖，必须进行除杂和纯化。

3.1 化学试剂除杂

Sevage法是常见的化学除杂法，也是脱除蛋白最温和的方法。这种方法根据蛋白质在氯仿等有机溶剂中变性的特点，用体积比为5∶1或4∶1的氯仿、戊醇（或正丁醇）混合物剧烈振摇20～30 min，蛋白质变性生成凝胶，离心分离，分去水层和溶剂层交界处的变性蛋白质。此种方法只能除去少量蛋白质，效率不高，须反复多次，多糖有损失。但此方法比较温和，在避免多糖降解上效果较好，如配合加入一些蛋白质水解酶，用Sevage法效果更佳。此法不能除去脂蛋白，因为脂蛋白溶于氯仿。

3.2 色谱除杂

以往除去粗多糖杂质的方法常采用化学试剂的方法，在除去杂质的同时也会带走多糖。色谱除杂要用到色谱层析法和Sephadex法，这种方法与化学试剂除杂相比，能减少多糖的损失，产率更高。

4 含量测定

4.1 紫外-可见分光光度法

紫外-可见分光光度法主要用来定量分析物质的含量，首先确定待测物质的最大吸收波长，然后在确定的最大吸收波长处测定物质的吸光度，通过标准曲线法得到该吸光度下所对应的物质含量。在测定山药多糖的含量时，常用的显色剂有苯酚、蒽酮-硫酸和DNS。这些方法所涉及的原理不同，前两者涉及缩合反应，而后者则是利用多糖具有还原性这一性质。

4.2 高效液相色谱法

色谱分析法是分析化学中应用广泛的一个重要方法，是采用高压输液泵将规定的流动相泵入装有填充剂的色谱柱，对供试品进行分离测定。注入的供试品由流动相带入色谱柱内，各组分在柱内被分离，并依次进入检测器，由积分仪或数据处理系统记录和处理色谱信号，最终得到各组分的色谱峰。千刚等[16]在进行山药多糖含量测定时，选用乙腈-磷酸盐缓冲液为流动相，以葡萄糖作对照，在210 nm波长下进行检测，测得山药多糖含量。