西洋参多糖分离纯化及其生物活性研究进展

摘 要：西洋参多糖是来源于西洋参中的一种重要的天然活性成分，能够增强机体免疫力、抗肿瘤、抗衰老、加速核酸和蛋白质合成，受到食品药品领域的广泛关注。与其他活性成分相比，西洋参多糖具有潜在药用性和应用价值。本文通过综述西洋参多糖的提取、分离与纯化方法，讨论其应用的必要性与可行性，论述了西洋参多糖的生物活性，最后指出该领域研究的现状和存在的问题，以期为西洋参多糖的进一步研究提供思路。

关键词：西洋参；多糖；分离纯化；生物活性

中图分类号：R284 文献标志码：A 文章编号：1008-1038（2024）10-0031-05

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.10.006

Progress Isolation， Purification and Bioactivity of Polysaccharides

from Panax quinquefolium

MIAO Lin1， QU Qiuying2， DUAN Yuanyuan1， YI Shaopeng1， XU Yufei1， WANG Kunning1， SONG Zhengjian1*

（1. Weihai Wendeng Daodi Ginseng Industry Development Co.， LTD.， Weihai 264400， China; 2. Weihai Wendeng Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Weihai 264400， China）

Abstract： American ginseng polysaccharides is an important natural active ingredient derived from Panax quinquefolium. It can enhance the body’s immunity， anti-tumor， anti-aging， and accelerate the synthesis of nucleic acid and protein， which has attracted wide attention in the field of food and medicine. Compared with other active components， it has potential medicinal properties and application value. This paper reviewed the extraction， separation and purification methods of American ginseng polysaccharide， discussed the necessity and feasibility of its application， discussed the biological activity， and finally pointed out the existing problems and current situation in the research field， in order to provide ideas for further research on American ginseng polysaccharide.

Keywords： American ginseng; polysaccharide; separation and purification; biological activity

西洋参（Panax quinquefolium）是一种生长缓慢的多年生草本植物，原产自北美东部，作为林下植物生长于落叶阔叶林中[1]。20世纪末引种中国，在东北、华东等地区分布广泛[2]。古史记载，西洋0c42d06b33fb2a35ea2b1f990f53fdbe参能生津降火、补脾除燥[3]。现代研究表明，西洋参具有抗氧化[4]、抗抑郁[5]、改善肠道菌群[6]、抑制黑色素形成[7]等功效，适龄广泛，是一种具有良好食品功效和药用功效的保健品。西洋参中含有多种有效成分，包括人参皂苷、氨基酸、肽、多糖、脂肪酸、无机物、挥发性甘油等[8]。近年来，人参皂苷仍然是西洋参研究的焦点，具有西洋参的主要生理活性，西洋参多糖潜在的降血糖、抗肿瘤、抗氧化[9]等功效也引起越来越多的关注。西洋参多糖主要存在于根、茎、叶中，这些部位含量高达80%。采用不同的提取和分离纯化方法获得的西洋参多糖理化性质不同，在临床试验中发现，其具有开发抗氧化、抗肿瘤或免疫调节能力的新型营养保健品或健康食品的潜在价值。

本研究对西洋参多糖的提取方法进行了总结和归类，并对其生物学性质进行了系统介绍，旨在为西洋参多糖的生物活性研究和进一步研发利用提供参考。

1 西洋参多糖的提取方法

1.1 水提法

西洋参多糖易溶于水、难溶于有机试剂的特点使水提法应用较为广泛，也是最常见的提取方法之一。丁之恩[10]用热水水提醇沉法从西洋参叶中提取多糖，提取物得率高达19.3%，多糖含量达到32.2%。康忠禹等[11]采用水提法对西洋参花进行闪式提取，提取电压为130 V，液料比30∶1（mL/g），提取时间100 s，西洋参花多糖得率为11.12%±0.23%。水提法简单方便，但提取率低，能耗高，且只适用于溶解性较好的中性多糖。基于传统的水提法，衍生出酶解法、超声提取法、两相萃取法等。

1.2 酶解法

在食品加工行业，提取西洋参的活性成分融入中药制剂和饮料中，从而为产品赋能，但常用的提取方法利用率低、苦味严重，为改善此现象，将酶解技术应用于食品药品生产过程中，根据西洋参的细胞壁组成选择合适的酶进行水解或降解，通过破坏细胞壁的结构，溶解细胞中的物质，能大大提高溶剂中活性物质的含量。Guo等[12]以西洋参为主要原料，采用纤维素酶和果胶酶、淀粉酶和麦芽糖酶以及风味蛋白酶的三步酶水解工艺，分解原料中的纤维素、果胶和淀粉，产生甜味，增强了最终产品的风味，同时保留了西洋参中的重要营养成分和功能性物质，在抗氧化和抗炎能力方面具有显著增强作用。吴宪玲[13]发现在酶解时间1.2 h、酶解温度60 ℃、pH 6.51、复合酶（纤维素酶与木瓜蛋白酶比例是1∶4）添加量2.02%条件下，西洋参粗多糖提取率为27.43%，与水提法相比，提取率提高了6.18%。酶解法虽然制备条件温和，大大保留了多糖结构，但对制备参数要求精确，提高了生产成本，将酶解法工艺进行优化升级，能加快多糖提取产业的变更与发展。

1.3 超声提取法

超声提取法具有成本低、操作简单和提取率高等特点。Yang等[14]应用Box-Behnken设计（BBD）来拟合和开发表示响应值（多糖提取率）和自变量（即超声波功率、提取时间和液料比）之间关系的数学模型，方差分析和响应面分析结果表明，与热水提取法相比，超声提取时间短、回收率高，且不改变多糖的结构和免疫刺激活性。刘婷等[15]采用正交试验的方法，对超声提取工艺进行优化，与传统回流提取法相比，多糖得率提高11.46%。总体而言超声提取是一种有效可行的大规模生产植物多糖的技术，但存在能量利用率低，对多糖结构破坏可能性较大。

1.4 两相萃取法

两相萃取法是基于水提法和乙醇沉淀法的绿色高效的提取方法，采用深共晶溶剂（DESs）与水性两相体系相结合，在整个提取过程中，避免使用有机试剂，分离出的绿色溶剂可以回收并重新用于下一个环节。Zhou等[16]发现，当DESs组分是乙二醇、含水率20%、固溶比1∶20、提取温度60 ℃、超声时间30 min时，提取率最高；此方法与水提法相比，具有提取能力高、操作简单、耗能较低等优点，可作为天然植物提取的方法，但多糖纯度显著低于水提法。

2 西洋参多糖的分离纯化方法

2.1 脱色工艺

西洋参多糖粗提后，多含有杂质和色素，若此时进行纯化，则会污染凝胶填料，也会对色谱分析和结构鉴定产生影响，因此，需要对多糖进行脱色处理后，再进行分离纯化。常见的脱色工艺分为活性炭脱色、过氧化氢脱色和大孔树脂脱色。于晓红等[17]对上述常见的三种工艺进行对比，以脱色率、脱蛋白率和多糖损失率为评价指标，结果表明，活性炭法脱色率较低，易形成黏稠胶状物质，不易分离，造成多糖损失。双氧水法在脱色过程中，通过氧化作用分解多糖，破坏活性基团，影响其活性。大孔树脂脱色工艺更优，多糖损失率最低。段晓颖等[18]采用正交实验，对西洋参多糖的大孔树脂脱色工艺进行优化，得出在洗脱剂为体积分数30%乙醇，洗脱剂pH 8.0时，得到的纯度为47.94%。大孔树脂法能可靠地提取西洋参多糖，但一定程度上也会造成中性糖或糖醛酸的损失。

2.2 乙醇沉淀法

乙醇沉淀法通常与色谱柱纯化法联合使用，与单独处理相比，具有较高的分离效率，且纯度也更高，是一种高效处理西洋参多糖的有效措施。Guo等[19]利用水提法提取，乙醇沉淀法纯化，得出由四种多糖组成的CGSP多糖得率为7.2%。Liu等[20]通过水提、乙醇沉淀、色谱柱纯化等工艺，将西洋参多糖的得率提高到9.2%。此方法操作简单，适用于处理大量样品，但乙醇等有机溶剂对多糖活性和结构存在破坏等副作用。

2.3 色谱柱纯化法

色谱柱纯化法是目前最常用的纯化方法之一，包括离子交换柱层析和分子筛层析。离子交换层析法不仅可以用于多糖的纯化，同样可以用于蛋白质的纯化，通过与离子的结合，将所需物质留在层析柱上，后续可用洗脱液进行洗脱。分子筛层析是根据各组分相对分子质量大小差异进行纯化。李珊珊等[21]采用水提法对西洋参果糖进行提取，用DEAE-Sepharose Fast flow层析柱分离提纯，在Sepharose CL-6B分析柱进一步洗脱，能够得到均一多糖。Yu等[22]对西洋参根多糖分离纯化，依次通过DEAE-Sepharose CL-6B阴离子交换色谱和Sepharose CL-6B凝胶色谱，得到不同分级的西洋参果糖。此方法分离效果好，操作简单，但大多适用于实验室研究，在生产加工中存在局限。

3 西洋参多糖的生物活性

3.1 抗菌活性

近年来，医学上抗生素的滥用和误用使得微生物病原体存在高耐药性，对植物进行抗微生物特性研究发现，多数植物存在抗微生物特性，人参、西洋参、三七等传统药物具有广泛的药理作用，Wang等[23]发现西洋参根提取物中的可溶性多糖对白念珠菌具有抗菌活性。任多多等[24]采用不同剂量的西洋参多糖对小鼠进行处理，与对照组相比，厚壁菌门和变形菌门的相对丰度减少，颤螺旋菌属和粪球菌属的相对丰度也大大降低。在改善肠道菌群的组成方面，西洋参多糖表现出良好的应用前景。

3.2 抗癌和抗肿瘤活性

癌症和肿瘤细胞的发生多数是因为内外界刺激引起炎症，进而恶化的结果。日光的紫外线照射能够形成过量的活性氧，引起皮肤炎症，从而引起皮肤老化、表皮细胞损伤和皮肤癌的发生。Akhter等[25]以无毛小鼠为模型，研究含有西洋参多糖的纳米颗粒对皮肤的光保护作用，通过西洋参多糖的预处理，有效抑制紫外线照射诱导的促炎细胞因子水平的升高，减少了炎症性皮肤损伤，大大缓解了皮肤癌症患病的概率。Akhter等[26]衍生出高荧光强度的西洋参多糖纳米颗粒，对肿瘤诱导的巨噬细胞几乎没有细胞毒性，且与人参多糖有相似的高免疫活性。

3.3 免疫调节活性

免疫系统是身体至关重要的防御系统，能够抵御外来侵害，保持正常的生理稳态。西洋参是一种维持人体稳态的补品，被用作免疫调节剂。Zhou等[27]联合使用西洋参多糖和人参皂苷，研究其免疫调节作用，结果发现，其能够有效恢复肠道免疫紊乱与受损的肠黏膜完整性，并减轻了肠道菌群功能障碍。在植物性多糖的提取过程中，容易存在细菌脂多糖污染的风险和标准化的控制，Ghosh等[28]首次利用植物组织培养技术对该问题进行控制，并成功分离出西洋参培养物中的酸性多糖，证实其中含有免疫调节型的果胶，可配制成生物活性营养保健品，也可单独用作外源性免疫调节剂。

3.4 抗炎活性

创伤、感染、有害刺激和其他病原体的侵害均可引起炎症的发生，免疫细胞产生大量的促炎因子，若该过程未被有效控制，则会诱导免疫细胞凋亡，并随后导致慢性退行性疾病或癌症，然而，生物活性成分能够有效调节免疫细胞的促炎介质和细胞因子的表达，从而抑制炎症的恶化。Xie等[29]通过高效凝胶渗透色谱从西洋参中分离纯化的中性多糖，在斑马鱼模型上进行表征，结果发现具有良好的抗炎活性，有助于开发具有改善炎症作用的功能性食品成分。Ren等[30]发现，西洋参多糖对抗生素诱导的腹泻情况具有显著的缓解作用，通过促进肠道结构的恢复，降低炎性细胞因子水平，改善短链脂肪酸水平，减少抗生素引起的副作用。Wang等[31]对另一新的西洋参中性多糖进行解析发现，可能在炎症和炎症相关疾病如肿瘤、动脉粥样硬化等方面具有治疗意义。

4 展望

西洋参作为药食同源植物，其中的活性成分皂苷，近年来受到广泛关注。西洋参多糖作为另一重要活性成分，也逐渐受到研究者的重视。西洋参多糖的提取纯化工艺已有很多方法，但与人参多糖相比，仍有很多环节需要进一步的探索以提高其提取率。在西洋参多糖的生物活性研究中，很少研究会涉及西洋参多糖的作用机理，特别是多糖种类与结构引起机理的改变，从而结合在食品、药品领域进行进一步的开拓，且对细胞层面和基因层面的探讨并不深入。目前对于西洋参的活性物质分析大多侧重于人参皂苷和西洋参多糖等，而对于氨基酸、蛋白、多肽等物质仍有很大空间值得进一步探讨和关注。

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