天然寡糖的研究進展

管寧等

摘要：寡糖及其衍生物因具有誘導植物抗病性、促進雙歧桿菌生長、高保濕、抗氧化、抗腫瘤、增強機體免疫力等生物活性，已在生物農藥、飼料工業、食品工業、營養保健等行業中廣泛應用，成為近幾年的研究熱點。隨著食用菌食藥用價值不斷被發掘，其寡糖的研究越來越受到重視。為更好地指導食藥用菌天然寡糖開發應用，本文綜述了寡糖的分布、分類、提取工藝、分離純化工藝及活性等方面的研究新進展。

關鍵詞：寡糖；提??；純化；應用

中圖分類號：S646.099文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）07-0141-05

寡糖又稱低聚糖，由不同的五碳糖和六碳糖通過糖苷鍵連接形成?？茖W界對“寡”的數目并沒有嚴格的規定。1959年，Jhone建議將9個以下的單糖殘基低聚物稱為寡糖^[1]。寡糖及其衍生物是一類重要的生物活性物質，能促進雙歧桿菌生長，激活植物的自我防衛系統，還具有抗菌、抗病毒、抗腫瘤等作用。寡糖類物質可通過天然提取、降解和人工合成等方法獲得，其中天然提取的方法具有方法簡單、能耗小、污染低等優點。玄參科、菊科植物和食藥用菌因其含有較多的功能性寡糖和未知寡糖，已成為天然寡糖的主要研究對象。食藥用菌含有的聚糖類物質尤為豐富，繼活性多糖后食藥用菌寡糖的研究將成為糖工程研究的又一熱點。

1寡糖的分布

寡糖類物質的分布廣泛，多數植物的根莖、果實和種子中均含量豐富。王照波等^[2]、王江浪等^[3]從雪蓮果、蘋果中提取出大量寡糖類物質，陳劼^[4]采用水提醇沉去多糖法從洋根中提取的低聚果糖含量高達53.72%。生地黃中已知的寡糖種類有水蘇糖、棉子糖、甘露三糖、毛蕊四糖等^[5，6]。據報道，營養豐富的食藥用菌也富含寡糖類物質。姜瑞芝等^[7，8]從猴頭菌浸膏中分離得到猴頭菌二糖、三糖和四糖。馬紅霞等^[9]從樹舌靈芝中分離得到了非還原性二糖。此外，也有從藻類、菊芋、大豆等^[10～12]植物中獲得寡糖類物質的報道。

2寡糖的分類

到目前為止已確定的寡糖有上千種。寡糖的分類有以下3種方法^[13]：①根據寡糖的單糖組成可分為同寡糖和雜寡糖；②根據寡糖分子中是否存在游離的半縮醛羥基，分為還原性寡糖和非還原性寡糖；③根據生物學功能可分為普通寡糖和功能性寡糖，前者可被機體消化吸收，產生能量，后者具有特殊的生理學功能但不被腸道吸收。此外，寡糖還存在許多經過化學基團修飾生成的衍生物，如糖醛酸、胺基糖、脫氧糖、糖醇等^[14]。

3天然寡糖的提取方法

天然提取寡糖與降解或合成寡糖的方法相比，雖不易擴大到工業化生產，但工藝簡便，涉及化學藥品少，對寡糖的結構及生物學活性影響小，有利于研究未曾發現或認知的新型寡糖。常見的提取方法有以下幾種：

3.1水提法

水提法是自天然材料中提取糖類物質的常用方法。為了減少雜質，可先用低極性溶劑去除親脂性的成分，然后再用水浸提。趙貴興等^[12]以脫脂豆粕為原料，采用水提法制備大豆低聚糖漿，為大豆的綜合利用提供了新途徑。

3.2有機溶劑抽提法

糖類是多羥基的化合物，極性大，易溶于極性溶劑，因此，可利用相似相容原理，選擇合適極性的溶劑反復抽提。趙益斌等^[15]對青陽參乙酸乙酯提取物進行研究，分離得到4種新寡糖。信維平^[16]分析了乙醇–甲醇法和乙醇法兩種提取方法對胡蘿卜寡糖提取率的影響并確定了最佳提取工藝。

3.3微波提取法

近幾年來，微波提取法已廣泛應用于藥用植物化學成分提取方面。其原理^{[18，19]}是利用微波能的加熱效應加速對目標化合物的提取，并利用空間電場和磁場的高頻振蕩，加速目標化合物的擴散速率，從而提高提取效率。王章存等^[19]利用500 W的微波在近中性的條件下處理30 min，可顯著提高大豆低聚糖的含量且更利于脫鹽。

3.4射頻法

與微波加熱同屬介電加熱的射頻技術，射頻頻率在10～300 MHz，由于其波長最多可達微波波長的360倍，穿透深度（幾十厘米）遠遠超過微波^[20]。同時由于射頻的能量更加集中，不像微波是漫散射，因此設備放大后也不存在泄露問題。高虹等^[21]探討了射頻技術在香菇多糖提取中的應用，優化了射頻輔助提取工藝，與傳統方法相比得率有較大提高。

3.5超聲波提取法

超聲波法提取糖類化合物的主要原理是由于超聲波產生的空化效應能產生強大的沖擊波，促使細胞內含物釋放到溶劑中，從而加速了整個萃取過程^[22]。劉立洋等^[23]探究了超聲波技術在提取大豆低聚糖工藝中的應用效果，并摸索出一整套提取、檢測的方法。

4寡糖的分離和純化

寡糖的分離和純化是寡糖研究的關鍵步驟，是指將不同種類寡糖進行分離，得到單一寡糖的過程。目前，常用的分離技術有以下幾種：

4.1層析技術

4.1.1薄層層析薄層層析是在紙層析的基礎上發展起來的，在玻璃板上涂一層支持劑，通過流動劑的推動使一端樣品得到分離的物理方法。常用的支持劑有硅膠G、氧化鋁、纖維素、硅藻土、交聯葡聚糖凝膠等^[24]。此方法優點是分辨效率高，簡便易行，可同時分析多個樣品。Betty等^{[25，26]}確定了殼寡糖的薄層色譜分析條件：乙酸乙酯∶乙醇∶水∶氨水（V/V）=5∶4∶4∶0.3，殼寡糖溶液上行展距為8 cm。

4.1.2色譜柱分離法色譜柱分離法是一種便于工業化生產、操作簡單的方法。當樣品溶液通過色譜柱中的固定相后，不同組分即可得到分離。色譜柱中的填充料以離子交換樹脂、大孔樹脂和聚酰胺為主。下面簡單介紹幾種色譜柱分離方法：

①活性炭柱層析：活性炭柱層析是利用樣品中各組分在活性炭上的吸附能力不同來進行分離的?；钚蕴勘缺砻娣e大，吸附量大，分離效果較高，與等量的天然硅藻土混合使用，是分離寡糖液常用的填充材料?；钚蕴恐鶎游龇椒ǖ膬烖c是分離容量大，分離效率高，適用范圍廣，并不受洗脫液組成、糖液濃度改變（1%～10%）或無機鹽存在的影響^[27]。車今智等^[28]采用活性炭柱層析對芙蓉菊寡糖進行分離，獲得了不同分子量的寡糖片段。

②凝膠柱層析法：凝膠柱層析法已廣泛應用在寡糖的分離與純化過程中，其優點是高效、易操作、重復性好。主要原理是利用立體網狀結構的多孔性凝膠作為篩子，如葡聚糖凝膠（商品名為Sephadex G）、聚丙烯酰胺凝膠（商品名為Bio-Gel P系列）等。當糖溶液流經凝膠柱后，洗脫時不同相對分子質量的糖可以得到分離。小分子糖易于擴散，洗脫時路徑長，后被洗下。郝林華^[29]采用SePhadexG-50葡聚糖凝膠柱層析分離純化牛蒡寡糖，得率為77.12%。Harry等^[30]采用Bio-Gel P-2凝膠柱層析技術分離得到帶阿拉伯糖基的低聚木糖。

③離子交換色譜法：在纖維素層析成功分離糖類的基礎上，人們將纖維素改性，使離子交換與纖維素層析結合制成一系列的離子交換纖維素，應用于糖類的分離并取得了較滿意的效果。常見的陽離子交換纖維素有CM-Cellulose、P-Cellulose等；陰離子纖維素有DEAE- Cellulose、ECTEOLA- Cellulose等，可以分離酸性、中性多糖和黏多糖。用離子交換樹脂分離糖類，可有效地除去樣液中的酸、堿成分及無機離子，但應注意不宜用強堿性與強酸性樹脂^[1]。劉元召^[31]在研究真菌壁寡糖的過程中，采用強陽離子交換層析介質分離寡糖、蛋白及肽類物質。

4.2膜分離技術

膜分離是利用半透膜作為選擇障礙層，依據膜孔徑大小達到分離目的的一門新技術，其優點是操作簡便、產物活性高和生產過程無污染等。膜分離技術可分為以下幾種：反滲透、透析、電滲析、納濾、超濾、微濾等，其中反滲透和納膜過濾最有望用于分離純化功能性寡糖^[32]。杜昱光等^[33]建立了一種酶解殼聚糖與膜分離偶合生產殼寡糖的方法。陳勉等^[34]采用超濾的方法制備出聚合度為6～8的殼寡糖。

4.3其它分離方法

紙色譜、紙電泳、氣相色譜、石墨化碳柱高壓液相色譜^[35]、高效毛細管電泳法^[36]等技術也常用于檢測和分離寡糖。隨著各項分離、分析檢測技術的日趨成熟，各種方法間的混合使用已成為研究寡糖的最新趨勢。

5寡糖生物活性的應用

5.1寡糖在農作物抗病方面的應用

寡糖既可自身抑菌抗病，又可作為誘導子誘導植物體提高抗病性，與此同時還可作為營養成分調節作物生長發育^[37]，從而提高農作物的產量及商品性狀。許多報道顯示，寡糖類物質對多種真菌性病害均有很好的防治作用^[38～42]。徐大明等^[43]發現殼寡糖液濃度在0.5×10-5μg/ml以內時，對煙草花葉病毒（TMV）有明顯的鈍化作用。

5.2寡糖在飼料業中的應用

寡糖類物質具有調節腸道微生態、促進雙歧桿菌生長、提高動物的免疫能力及生產性能、避免耐藥性等功效^[44，45]。憑借獨特的生物學活性，寡糖類物質已成為新型飼料添加劑研發的熱點。邢廣林、李啟琳等^[46，47]的研究結果顯示甘露寡糖能夠代替抗生素藥物添加到飼料中，提高肉雞抗氧化能力、成活率和日增重，降低料重比。王彬等^[48]研究顯示，育肥期基礎日糧添加0.1%的半乳甘露寡糖，可以顯著促進育肥豬的生長，減少育肥豬的采食量，增強機體的免疫力。陳麗等^[49]研究發現褐藻寡糖對嗜水氣單胞菌（Aeromonas hydrophila）、白色念珠菌（Candida albicans）和鰻弧菌（Vibrio anguillarum）3種水產致病菌有很好的抗性，是一種高效、無毒副作用的水產養殖用飼料添加劑。

5.3寡糖在醫療保健方面的應用

5.3.1降血糖、血脂作用寡糖降血糖、血脂的生物活性已成為研發的新方向。據報道^[50，51]，地黃寡糖具有降低ALX糖尿病大鼠血糖、增加血清胰島素濃度及肝糖原含量的作用，昆布寡糖對2型糖尿病大鼠具有明顯的治療作用。張婷婷等^[52]試驗發現，5～10 ku的甲殼低聚糖對油脂、脫氧膽酸鈉、?；悄懰徕c和膽固醇的吸附率分別為5.3%、90.0%、71.1%和87.5%。

5.3.2提高免疫能力寡糖可通過多種途徑提高生物體免疫力，如促進細胞免疫和體液免疫。據報道^{[53，54]}，甘露寡糖能夠提高大西洋鲇嗜中性粒細胞的吞噬活性，對環磷酰胺制造的免疫低下小鼠也有較好的提高免疫力功效。此外，許多寡糖還具有增強造血功能、抗腫瘤、抗抑郁、治療心血管疾病的功效^[55～57]。

5.4寡糖在果蔬保鮮方面的應用

寡糖類物質在果蔬保鮮上的應用近幾年屢見不鮮^[58，59]，其主要的作用機理有以下幾點：①在果蔬外形成半透膜，減少蒸騰作用造成的水分損失；②起到類似于氣調包裝的效果，維持較高的CO2、較低的O2和乙烯濃度；③阻止存儲果蔬期間糖分和含酸量的下降；④降低存儲期間果實的脂氧合酶（LDX）的活力，防止細胞的脂膜過氧化及內容物的滲漏；⑤通過提高果蔬中超氧化物歧化酶（SOD）的活力，延緩細胞衰老；⑥通過誘導一系列防御反應機制阻礙病原菌侵襲，如堵塞皮孔、產生植保素、果實細胞壁加厚等。鄧麗莉等^[60]研究發現1.5%殼寡糖處理可以有效延長柑桔貯藏時間。

5.5寡糖在食品加工方面的應用

某些寡糖具有低甜度、較好的水活性、保濕性、穩定性以及黏度等特點，已被廣泛應用于食品和飲料加工。李曉東等^[61]研究表明添加大豆低聚糖可延長點心面包的保質期。金橋等^[62]研究發現在傳統酸菜腌漬過程中添加殼寡糖可以有效抑制發酵初期腐敗菌的生長并且還能提高酸菜的感官質量。此外，寡糖類物質應用于乳品、新鮮奶酪及保健飲料中的報道也不少^[63～65]。

6結論與展望

隨著人們對寡糖各方面性質和生理功能的不斷認識，寡糖的應用已在食品、醫藥、農業等領域取得了一些成績。食藥用菌卓越的保健功效與其含有豐富的聚糖類物質是分不開的。目前，食藥用菌多聚糖已開展了廣泛研究，但在寡糖類物質上的研究，尤其是天然寡糖的提取研究還較少。因此食藥用菌寡聚糖的研究開發對進一步提高食藥用菌的綜合開發價值有著重要意義。隨著各種自動化分析儀器、現代醫學與糖化學研究的緊密結合，寡糖類物質的研究開發具有廣闊的前景。

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