植物多糖及其提取方法

植物多糖及其提取方法 1 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 和核酸以外的乂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 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 一糖昔键 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糟。凹形糟是一级结构 与构象的体现。凹形糟的支 链与活性关系为：支链度越大， 凹形糟越多，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。 例如慧苣仁多糖 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， 能有效控制糖尿病的症状，而且疗效不错。 南瓜多糖也 (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、盘状胃炎病毒 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 起多糖中糖昔 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