植物多糖及其提取方法

植物多糖及其提取方法1前言多糖是自然界和生物体中广泛存在的物质，它是生物体内除蛋白质和核酸以外的又一类重要的信息分子。它具有多种生物活性，与生物机能的维持密切相关，与蛋白质、脂类形成的糖蛋白、脂多糖在细胞的识别、分泌以及在蛋白质的加工、转移方面起着不容忽视的作用。近年来，植物、海洋生物及菌类等来源的多糖已作为有生物活性的天然产物中的一个重要类型出现，各种多糖所具有的抗肿瘤、免疫、抗凝血、降血糖和抗病毒活性已相继被发现。我国对多糖研究始于20世纪70年代，植物多糖由于它们独特的功能和低毒性，作为新药发展的方向具有广阔的应用前景，越来越多的研究人员将目光投向植物多糖。2植物多糖的结构植物多糖是由许多相同或不同的单糖以a或p一糖苷键所组成的化合物，普遍存在于自然界植物体中，包括淀粉、纤维素、多聚糖、果胶等。多糖有复杂的四级结构，一级结构指糖基的组成、排列顺序、相邻糖基的连接方式、异头碳构型及糖链有无分支、分支的位置与长短等；二级结构指多糖主链以氢键为主要次级键而形成的有规则构象；三、四级结构是指以二级结构为基础，糖单位之间的非共价相互作用，导致二级结构在有序地空间产生规则构象。植物多糖的主链与支链形成了特殊的构型一凹形槽。凹形槽是一级结构与构象的体现。凹形槽的支链与活性关系为：支链度越大，凹形槽越多，生物活性越大。近年来，人们对多糖的结构和活性的研究不断深入，进一步阐明了多糖作用机制与结构的关系，其多样性的生理活性更加受到重视。3植物多糖的功能多糖与蛋白质一样，具有生物大分子的复杂结构，具有一定的生理和生物学活性，概括起来多糖的生物活性包括：免疫调节性、抗肿瘤活性、降血糖活性、降血脂活性、抗病毒活性、抗衰老活性(抗氧化活性)、抗疲劳、抗突变活性，除此之外，还具有其他生物活性，包括抗凝血、抗炎、抗菌、抗惊厥、镇静、止喘及降血压等作用。(1)免疫调节功能。由于现代医学、细胞生物学及分子生物学快速发展，人们对免疫系统的认识越来越深入。免疫系统紊乱，会导致人体衰老和多种疾病的发生。植物多糖是一种免疫调节剂。多糖对肌体的免疫调节作用，包括激活巨噬细胞，激活网状内皮系统，激活T和B细胞，激活补体，进干扰素的生成，促进白细胞介素的生成，诱生肿瘤坏死因子等。2)抗肿瘤活性植物多糖主要是通过增强机体的免疫功能来达到杀伤肿瘤细胞的目的，许多高等植物中都含有抗肿瘤活性的多糖，如芦荟多糖、香菇多糖提取物、人参多糖具有抗肿瘤作用；南瓜多糖具有抑瘤作用。(3)降血糖、血脂活性植物多糖能够促进胰岛分泌胰岛素，影响糖代谢酶的活性，促使外周组织对葡萄糖的作用，抑制糖异生。例如薏苡仁多糖Coixan，玉米多糖、高山红景天中提取的多糖(RSPB)均有显著的降血糖作用，南瓜多糖也能有效控制糖尿病的症状，而且疗效不错。(4)抗菌、抗病毒活性。许多多糖对细菌和病毒有抑制作用，如艾滋病毒、单纯疤疹病毒、流感病毒、囊状胃炎病毒等。例如硫酸多糖(夏枯草中分离)具有抗HW作用，科学家们还进一步发现硫化多糖能从多个环节和步骤干扰HIV对宿主细胞的侵袭，并对HW有很高的选择性抑制作用．另据报道，甘草多糖GPS对牛艾滋病毒BIV、腺病毒、柯萨病毒均有较明显的抑制作用。此外，有数据显示，芦荟中的甘露聚糖通过免疫激活作用促进非包被小核糖核酸病毒衣壳蛋白抗原抗体的产生，这种作用可能有利于自然感染状态的肠道病毒和脊髓灰质炎病毒疫苗抗体滴度的提高。(5)抗衰老活性。多糖类化合物可以增强机体的免疫功能，在一定程度上延缓衰老，防治老年病。科学家们己从某些中药中得到了多种多糖类化合物，不但能促进机体的免疫功能，而且证实了有些多糖确实有抗老延寿的作用，如刺五加多糖和枸杞子中提取出来的一种多糖复合物，有显著的抗衰老作用。另外，何首乌、人参、黄茂、女贞子的多糖都有一定程度的抗衰老作用。(6)抗辐射作用。在现实生活中，随着科学技术和人们生活的现代化，电子电器越来越普遍，人们越来越多地接触辐射，尤其是放疗的肿瘤患者、职业受照人员的辐射性损害日益受到重视。抗辐射作用的机理一般认为多糖通过强化造血系统和活化吞噬细胞的作用来提高机体对辐射的耐受性。(7)其他作用。植物多糖除具有上述主要生物活性外，还具有抗凝血、抗炎、抗惊厥、镇静、止喘及保肝的作用。4植物多糖的提取方法种类繁多的植物多糖，存在于植物中的部位不尽相同。一般植物细胞壁比较牢固，在提取前需进行专门的破细胞操作，包括机械破碎(研磨法、组织捣碎法、超声波法、压榨法、冻融法)、溶胀和自胀、化学处理和生物酶降解。因此，植物多糖提取的研究中采用了许多不同的方法，包括溶剂提取法、酸提法、碱提法、酶解法、超滤法、超声波强化法、微波法。(1)溶剂提取法是从植物中提取多糖的常用方法，溶剂提取法一般应遵循相似相溶的原则。多糖是极性大分子化合物，在所有溶剂中，水、乙醇是典型的强极性溶剂，对植物组织的穿透力强，提取效率高，在生产上使用安全。溶剂提取为常用的传统方法之一，有自身的优点。如不需特殊设备、成本低等，但此法往往提取效率低且费时，因此，近年来,随着现代工业工程技术的迅猛发展，一些现代高新技术不断被应用到植物多糖的提取中。(2)有些多糖适合用稀酸提取。如海篙子多糖、茜草多糖提取研究中，发现相对于水提，以稀酸提取多糖产品纯度较高。但酸提法有其特殊性，只在一些特定的植物多糖提取中占有优势，目前报道的并不多。而且即使有优势，在操作上还应严格控制酸度，因为酸性条件下可能引起多糖中糖苷键的断裂。(3)有些多糖在碱液中有更高的提取率，尤其是提取含有糖醛酸的多糖及酸性多糖。采用稀碱提取多为氢氧化钠、氢氧化钾，为防止多糖降解，常通以氮气或加入硼氢化钠或硼氢化钾。碱提优势也是因多糖类的不同而异。与酸提类似，碱提中碱的浓度也应得到有效控制，因为有些多糖在碱性较强时会水解。另外，稀酸、稀碱提取液应迅速中和或迅速透析，浓缩与醇析而获得多糖沉淀。(4)酶提法。酶技术是近年来广泛应用的一项生物技术，在多糖的提取过程中，使用酶可降低提取条件，在比较温和的条件中分解植物组织，加速多糖的释放或提取。此外，使用酶还可分解提取液中淀粉、果胶、蛋白质等非目的产物，常用的酶有蛋白酶，纤维素酶，果胶酶等。酶提法的优势越来越受到研究人员的关注，因此有众多关于各种酶在多种植物多糖提取中的应用的报道。此外，新酶的开发利用也有着广阔的前景。(5)超滤法。超滤是一种膜分离技术，所采用的超滤膜能够从水和其他液体中分离出很小的胶体和大分子。由于超滤膜具有不对称微孔结构，且采用摩擦流道和湍流促进结构，减少膜污染，使得在分离过程中大分子溶质和微粒(如胶体，淀粉等)随溶液切向流经膜表面，而小分子物质和溶剂则在压力驱动下穿过致密层上的微孑L而进入膜另一侧，因而超滤膜可以长期连续使用并保持较恒定的产量和分离效果。将超滤膜用于多糖这种生物活性物质的分离，具有不损害活性、分离效率高、能耗低、设备简单、可连续生产、无污染等优点。超滤浓缩与传统的加热浓缩相比具有如下优点：浓缩条件温和，多糖损失小，速度快，节约能源，浓缩的同时可除去小分子杂质和色素。(6)超声提取是应用超声波强化提取植物多糖的方法。当超声波振动时能产生并传递强大的能量，引起媒质以大的速度加速进入振动状态。使媒质结构发生变化，促使有效成分进入溶剂中，同时，超声波在液体中还会产生空化作用(即在有相当大破坏应力的作用下，液体内形成空化泡的现象)。空化泡在瞬间涨大并破裂，破裂时吸收的声场能量在极短的时间和极小的空间内释放出来，形成高温和高压的环境，同时伴随有强大的冲击波和微声波，从而破坏细胞壁结构，使其在瞬间破裂，植物细胞内的有效成份得以释放，直接进入溶剂并充分混合，从而提高提取率。此外，超声波还产生许多次级效应，如热效应、乳化、扩散、击碎、化学效应、生物效应、凝聚效应等也能加速植物有效成份在溶剂中的扩散释放，有利于提取。与常规提取法相比，超声波提取可缩短提取时间，提高提取率，所以超声提取在植物多糖的提取中得到广泛应用。如南瓜总糖、还原糖和多糖、海带多糖、甘草多糖、海藻多糖的提取。(7)微波提取。微波是频率介于300MHz一300GHz之间的电磁波，微波提取的原理是微射线辐射于溶剂并透过细胞壁到达细胞内部，由于溶剂及细胞液吸收微波能，细胞内部温度升高，压力增大，当压力超过细胞壁的承受能力时，细胞壁破裂，位于细胞内部的有效成份从细胞中释放出来，传递转移到溶剂周围被溶剂溶解。此法提取时间短，提取率高，是强化固液提取过程颇具发展潜力的一项新型辅助提取技术。如白芥子多糖、半枝莲、金樱子、知母多糖、紫菜多糖、茶叶多糖的提取。植物多糖的提取方法和技术在不断革新，对于同一种方法和技术又不断在不同的植物多糖中研究、考察。(8)多糖的工业化生产。日本科研人员通过离体培养晚香玉的花瓣衍生细胞可以大量产生胞外多糖。这些多糖主要由含葡糖醛酸、甘露糖、阿拉伯糖、乳糖、葡萄糖和木糖的酸性多糖组成，研究人员通过植物细胞培养，利用最高水平的代谢物生产进行多糖的生产。5植物多糖的应用前景植物多糖类除营养作用外，还具有特殊的药理特性。至今已无相继报道了100多种多糖药物，有的已用于临床。多糖类化合物作为一种新药物，它具有毒副作用小、安全性高、疗效好等优点，因此在临床应用中显示越来越广阔的前景，而且研究显示，大枣多糖、竹叶多糖、绞股兰多糖、虫草多糖、黑豆粗多糖、无花果多糖、猴头菇多糖、中华猕猴桃多糖、白术多糖、防风多糖、地黄多糖、枸杞多糖、螺旋藻多糖、杜仲多糖、女贞子多糖等均有提高机体免疫力的功能；灰树花多糖能明显抑制肿瘤生长。其他多糖如螺旋藻多糖、银耳多糖、人参多糖、香菇多糖、猪苓多糖、枸杞多糖、黄芪多糖、灵芝多糖、竹叶多糖、金针菇多糖、虫草多糖均有抗肿瘤作用。据报道，南瓜多糖、海带多糖、银耳多糖、茶叶多糖、魔芋多糖具有降低血糖和降血脂作用，对糖尿病的防治效果己获确认。另外，具有降血糖作用的还有番石榴多糖、人参多糖、乌头多糖、知母多糖、苍术多糖、慧芭仁多糖、山药多糖、麻黄多糖、刺五加多糖、紫草多糖、桑白皮多糖、稻根多糖、米糠多糖、甘蔗多糖、黄芪多糖、灵芝多糖、紫菜多糖、昆布多糖、麦冬多糖、灰树化多糖、黑木耳多糖等。有研究表明，北五味子粗多糖有保肝作用；枸杞多糖可降低肝组织丙二醛的含量；这两种多糖都能提高肝糖原含量，从而提高机体的能量储备，有利于抵抗有害物质对肝脏的损害。日本专利报道，从丹参中分离出丹参多糖能够抑制尿蛋白的分泌，减缓肝肾疾病症状，可制成I=I服或肌注制剂，减少由于长期服用双嘧达莫等类固醇或血小板抑制剂造成的不良反应。植物多糖广泛的生物活性己逐渐被人们利用，其独特活性和来源的天然性在保障人体健康应用中具有很大潜力。它的应用领域也将会逐步拓宽。然而，由于多糖本身结构比较复杂，种类繁多，其结构测定和分离纯化有一定的难度；而且有些多糖在天然植物中的含量低且不易分离及多糖的药理作用与诸多因素有关，这给多糖的研究和应用带来许多挑战。近些年，随着人们生活水平的不断提高，人们的健康保健意识在逐渐增强。多糖作为保健食品的主要成分己悄然兴起。我国多糖资源丰富，尤其是来源于中草药的植物多糖，应用历史悠久，具有巨大的开发前景。通过对多糖的构效和量效关系的研究，人们将会利用我国丰富的多糖资源，生产出高附加值的以多糖(或复方多糖)为主要成分的保健食品，以提高人民身体素质、增进健康、提高生活质量。因此，开发疗效好、无污染、具有竞争力的天然绿色药品是一项紧迫的工作。我国有丰富的植物多糖资源，因此，开发应用前景广阔。由于目前对多糖研究的层次和水平还远远落后于蛋白质和核酸，限制了临床研究与发展。要使更多的具有多种生物活性的植物多糖应用于临床，造福于人类，还需要加强糖生物学的基础研究。参考文献：[1]韦巍，李雪华．多糖的研究进展[J]．国外医学药学分册。2OO5，32(3)：179—184．[2]邱宏端。林娟，宋智晶。等．植物多糖的提取及对双歧杆菌的增殖作用[J]．农业工程学报，2002，18(2)：96—100．[3]李军生，何仁，伍时华，等．超声波处理对提高南瓜多糖提取率的影响[J]．农业科技通讯，20O3，9：33．[4]刘青梅，杨性