β-甘露聚糖研究進展*

黃榮勛，譚小丹，陳涵，吳先輝

（1.福建農林大學食品科學學院，福建 福州 350002；2.寧德職業技術學院， 福建 福安 355000）

β-甘露聚糖研究進展*

黃榮勛1，譚小丹1，陳涵1，吳先輝2

（1.福建農林大學食品科學學院，福建 福州 350002；2.寧德職業技術學院， 福建 福安 355000）

β-甘露聚糖（β-mannan）是植物體中一類常見的半纖維素多糖，有極佳的應用前景，可作為流體流損抑制劑、絮凝劑、飼料輔助添加劑等，可應用于造紙、紡織、化妝品、食品等各行業。但國內的多糖研究起步慢，所以β-甘露聚糖的相關研究也較少。文章綜述了β-甘露聚糖的提取、分離、純化、鑒別等方法的研究進展。

β-甘露聚糖；提取；分離純化；鑒別

β-甘露聚糖（β-mannan）是植物體中一類常見的半纖維素多糖，分類上，可將其分為4個子家族，分別為純甘露聚糖、半乳甘露聚糖、葡甘露聚糖、半乳葡甘露聚糖。β-甘露聚糖有著極高的利用價值，在多個行業中應用廣泛。目前，國內主要用于石油工業[1]，作為流體流損抑制劑和絮凝劑；也可作為飼料輔助添加劑[2]，代替動物飼料中的抗生素；還可用于造紙、紡織、化妝品、食品等行業。但因國內的多糖研究起步慢，所以β-甘露聚糖的相關研究也較少。

β-甘露聚糖的提取方法有機械法、浸提法、半濕法、酶法、超聲輔助提取法、超臨界流體萃取法等，一般的企業工廠化生產以機械法為主，能提供穩定的生產質量，同時降低成本。β-甘露聚糖的分離純化方法有sevage法、沉淀法、色譜法、膜法、透析等，sevage法較為常用，也有同時應用多種方法進行相關的分離純化。β-甘露聚糖的鑒別方法有紅外光譜法、核磁共振法、原子力顯微鏡觀察法、掃描電鏡測試法、X光衍射法、化學法等。

1 β-甘露聚糖的提取

β-甘露聚糖的提取方法主要有幾種：機械法、半濕法、浸提法、酶法、超聲輔助提取法、超臨界流體萃取法。

1.1 機械法

機械法通常低成本、高效率，同時生產的產品質量穩定，普遍應用于工業。但由于企業注重利益、國家投入開發成本少，機械設備一直更新緩慢。一般常用的有壓榨機、研磨機等。周金湘[3]利用球磨及超聲波處理對米糠多糖提取的影響進行研究，發現將磨球質量增加為2kg，米糠球磨5min后，多糖的提取率達到3.84%。在這之后，隨著球磨時間的增加，提取率則沒有發生較明顯的變化。何余堂[4]等人研究表明，機械破壁法明顯優于溫差破壁法，且與酶解破壁法差異不明顯。機械破壁法易操作、成本低，被認為適合在多糖提取中使用。分離提取玉米花粉多糖的最優條件為：采取機械破壁法，料液比為1:6，浸提溫度為70℃，浸提時間2h。

1.2 半濕法

當提取原料浸泡處理長時間不吸脹，無法很好的提取β-甘露聚糖時，可使用半濕法。蔣建新[5]等人提出用半濕法分離提取無法吸脹的原料，且可利于提高提取率。具體流程依次為：原料、清雜、浸泡、脫水、氣流去濕、一次開片、篩分、二次開片、篩分、選片、膠片、水合、增粘、烘干、制粉、殺菌、膠粉包裝、成品入庫。且該法對原料大小、形狀等規則性要求不高；易操作，無粉塵飛揚，環境好；產品提取率高，品質穩定；不含化學試劑，生產過程無化學污染。

1.3 浸提法

β-甘露聚糖可用水、酸、堿、有機溶劑等進行粗提。已有許多學者用過該類方法，且可多個溶劑結合使用來提取多糖。該類方法需根據所提取β-甘露聚糖的存在部位，確定是否進行預處理，再確定用何種溶劑進行處理。

水提法是最常用的一種方法，一般采用熱水浸煮，然后對原料進行β-甘露聚糖提取。但該法得到的提取液易變質，不易保存，且提取很耗時，提取率低。劉紅芝[6]優化了水提法制備甘露聚糖，確定其最佳條件：酵母菌體濃度為25%(w/w)，在50℃、pH值6.5、3% NaCl的條件下，振蕩24 h，而后再將菌體洗凈，120℃處理3h。汪艷群[7]確定的提取五味子多糖的熱水浸提法的最佳工藝條件為：料液比1:40，提取溫度90.3℃，提取時間5h，五味子粗多糖的提取率為（10.99±0.22）%。

酸提法可針對某些在酸性條件下難以溶解的多糖進行提取，提取的多糖在純度上比水提法要高，也可在一定程度上提高多糖提取率。一般采用弱酸將提取液制成酸性，再用有機溶劑將多糖析出，或加入鹽類使得多糖析出。侯然然[8]確定了用檸檬酸緩沖液提取廢酵母泥中的葡甘露聚糖的最佳提取條件為：檸檬酸緩沖液pH值7.0、提取溫度120℃、提取時間90min，提取重復2次。Huang G. L.[9]等人研究表明：鹽酸法展現出最高地脫蛋白率，損失率只比sevage法、三氯乙酰酸法略高一些。任初杰[10]等人研究了花生粕多糖酸提法的工藝：用鹽酸提取花生粕，以10000r.min-1離心15min，再取離心后的上清液，加入3倍95%乙醇進行沉淀，過夜之后，再以10000 r.min-1離心15min，然后將沉淀用0.1mol.L-1鹽酸溶解。

堿提法是與酸提法在原理上相似的一種方法。一般用弱堿進行提取，根據原料的不同而定制不同的溫度和提取次數、時間。劉紅芝[6]確定了堿提法制備酵母甘露聚糖的最佳條件為：KOH濃度2%、溫度100℃、反應時間2 h。張蘭杰[11]等人用稀NaOH將pH調到8，再用水溶液重復提取3次，濾液分離純化后，得到2種多糖，質量分數為0.387%和0.061%。

1.4 酶法

利用酶反應分解原料，除去雜質，促使極性低的脂溶成分轉化成水溶成分，可在一定程度上降低提取的難度。唐存多[12]確定了酶法水解魔芋精粉提取低聚甘露糖的條件：魔芋膠溶液30g·L-1，加入酶量60U·g-1魔芋精粉，溫度60℃，水解6h，在此條件下水解率為36.6%。賀寅[13]等人確定了酶解龍眼多糖最佳工藝條件：酶添加量1.2%、液料比6:1(mL.g-1)、酶解溫度45.0℃、酶解時限187.0min。在此條件下，酶法提取龍眼多糖的得率為(12.23±0.15)mg.g-1，比起浸提法有更高的多糖得率。

1.5 超聲輔助提取法

利用超聲的機械作用，可破壞原料細胞壁，加強細胞內原生質傳輸，從而提高多糖提取速度。在溶液中，超聲使得液體介質反復伸縮，在拉伸時讓液體撕裂成類真空的空洞，在收縮時空洞崩解產生局部高溫、放電現象。進而破壞細胞壁結構，使細胞破裂，瞬間將細胞內的活性成分釋放。超聲輔助提取法比起一般的浸提法可保證較高的提取率，也可與其它方法聯用。張琳[14]優化了超聲輔助提取法聯合酶法制備魔芋低聚糖的工藝條件：魔芋膠濃度80g.L-1，pH為自然pH，溫度55℃，加入酶量0.168%、超聲功率為76.08W、超聲時間14min。姚以才[15]等人確定超聲輔助提取蘆根多糖的最佳工藝條件：液料比9.9:1(mL.g-1) 、超聲溫度60℃、超聲時間52min，此時蘆根多糖得率9.06%。

1.6 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法是一種使物質處于臨界溫度和臨界壓力的條件下，同時具有液相和氣相的性質，從而極大提高溶解度，使得物質滲入到提取材料中，再通過減壓，達到萃取目的。一般常用CO2作為萃取溶劑。朱俊玲[16]確定的超臨界CO2流體萃取蘆薈多糖的最佳工藝條件是：乙醇用量為250mL. (100g)-1蘆薈、萃取壓力為25MPa、萃取溫度為35℃。任美玲[17]確定最優竹葉多糖提取工藝條件：萃取溫度55℃，壓力40MPa，提取時間2h，夾帶劑體積與竹葉質量比為3:1。實測4種竹葉多糖超臨界CO2提取物多糖含量：毛竹13.311%、苦竹24.333%、綠竹29.894%、黃甜竹15.014%。采用超臨界流體萃取技術提取竹葉多糖得率明顯高于傳統的水提法、溶劑提取法、酶法、微波提取法，且提取效率高、成本低、無污染。

2 β-甘露聚糖的分離純化

2.1 去蛋白

去蛋白的方法有Sevage法、三氯乙酸法、三氯乙酸-正丁醇法等。

2.1.1 Sevage法：蛋白質在有機溶劑中易發生變性，利用這個特點，在充分變性沉淀后再離心去除蛋白蛋。該法能防止多糖降解，但在效率上表現欠佳，需多次反復，會損失部分多糖。王艷立[18]的研究中表明采用Sevage法純化脫蛋白效果最好，可使多糖含量達到88.95%。張萍[19]等人確定石榴皮多糖的最佳脫蛋白工藝條件為：Sevage試劑中氯仿與正丁醇的比為4:1、試劑加入量為多糖溶液體積的1/3、震搖時間為25 min、脫蛋白1次，蛋白脫除率達88.46%，多糖損失率為8.05%。扈瑞平[20]等人確定了Sevage法去除沙蔥多糖蛋白的最佳工藝條件為：Sevage試劑添加量為1/4，氯仿-正丁醇體積比為3:1，除蛋白時間為30min。

2.1.2 三氯乙酸法：三氯乙酸能與多糖提取液中的蛋白質發生作用，而變性沉淀。一般是在多糖水提液中滴加等體積的5%～10%三氯乙酸，然后充分攪拌后靜置，再過夜，離心除去沉淀，接著反復執行以上操作，直到水提液中無混濁為止，可得到無蛋白質的多糖。孫茜[21]的研究表明，在純化胡蘆巴半乳甘露聚糖時，三氯乙酸法脫蛋白效果優于Sevage法。

2.1.3 三氯乙酸-正丁醇法：方升平[22]等人確定了最佳的除蛋白方法：Sevage法的蛋白質去除率在90%以上，但多糖回收率僅為40%；三氯乙酸法的蛋白質去除率為37.28%，多糖回收率為73.19%；三氯乙酸-正丁醇法的蛋白質去除率為83.60%，多糖回收率為85.16%，且操作簡便、高效。因此，三氯乙酸-正丁醇法除蛋白效果較好。汪艷群[7]研究表明，最佳脫蛋白方法為酶法與三氯乙酸-正丁醇法結合，酶解條件為：蛋白酶用量為1%、酶解溫度為50℃、酶解時間為140min、pH值為5，酶解后用三氯乙酸-正丁醇法處理4次，可除去蛋白質，多糖保留率為68.3%。

2.2 多糖的分離

多糖的分離方法主要有沉淀法、色譜法、膜法、透析等。

2.2.1 沉淀法：因大部分多糖可溶于水，碳數越多溶解度越低，利用這個特性，且低碳的多糖還可溶于乙醇，制作一個乙醇體積濃度差，使得不同碳數的多糖分層析出。也可采用硫酸銨沉淀或者硫酸銨分級沉淀法來去除蛋白[23]，硫酸銨分級沉淀法與硫酸銨單步沉淀相比，提取率較低，但能得到較高的純化倍數。謝愛澤[24]等人確定了丙酮沉淀法的最佳工藝條件為：離心時間為15min，丙酮加入量為20ml、沉淀時間為12h，在此條件下的所得粗茶多糖含量為0.0037g。劉悅[25]等人確定的較優的提取條件為：提取時間60min，蒸餾水與茶葉的液固比30:1，浸提溫度60～70℃，提取次數3次，茶多糖的提取率達2.120%。黃家偉[26]等人確定了丙酮沉淀法提取杠板歸多糖的最佳工藝條件：丙酮加入量75ml、沉淀時間18h和離心時間18min。江新鳳[27]等人確定乙醇沉淀法提取茶花多糖的最佳工藝條件：濃縮液與沉淀劑的比例為1:3、沉淀時間為6h、提取次數為2次。

2.2.2 色譜法：常用凝膠柱色譜法、離子色譜法。凝膠柱色譜法，邵靜可[28]在研究中利用凝膠色譜分離法從魔芋飛粉中分離出魔芋甘露聚糖肽，在最佳發酵工藝條件下，魔芋甘露聚糖多肽的最高得率為5.78%。齊曉輝[29]采用離子交換色譜法和凝聚滲透色譜法對滸苔多糖的粗多糖進行分離純化，主要得到4個多糖組分QC1S、QCQ2、QCQ3和QHS，總糖含量分別為52.2%、42.4%、51.0%和55.6%。陳英紅[30]等人利用高效液相色譜法建立銀耳多糖特定圖譜，經過分析，圖譜由6個共有峰組成，為木糖、巖藻糖、甘露糖、葡萄糖、葡萄糖醛酸以及1個未鑒定出的單糖。周鑫玉[31]在體系的上相為固定相，下相為流動相，主機轉速為800rpm，流動相流速0.8mL. min-1，分離溫度30℃的條件下，用高速逆流色譜法從0.4g石榴皮多糖提取物中成功分離獲得10.7mg的PGP-1，4.7mg的PGP-2和15.6mg的PGP-3。

2.2.3 膜法：即膜分離技術（membrane separation technology,MST）[18]，以選擇透過性膜作為分離介質，在膜兩側施加一定動力，一般是利用壓力或電位形成壓力差或電位差，強迫溶液中的物質選擇性地透過膜。目前多使用超濾、微濾技術。婁廣慶[32]的研究確定了最佳制備魔芋葡甘露低聚糖實驗條件：加入酶量2.6%，pH為4.84，料液比1%。經超濾分離，魔芋葡甘露低聚糖得率為9.81%。譚永輝[33]對水溶性大豆多糖純化效果進行乙醇沉淀法和超濾法的比較研究，結果表明：乙醇沉淀法的得率和脫色率分別為88.9%和93.1%；超濾法的得率和脫色率分別是分別為81.8%和90.1%。雖然超濾法的純化效果稍差，但它有一定的分離和濃縮作用，較適合于工業化生產。

3 β-甘露聚糖的鑒別

β-甘露聚糖的鑒別方法有紅外光譜法、核磁共振法、原子力顯微鏡觀察法、掃描電鏡測試法、X光衍射法、化學法等。

3.1 紅外光譜法

紅外光譜法是利用紅外光譜分析儀得出分析圖譜，進而分析出多糖化學結構的一種方法。鐘紀育[34]證明了半乳甘露聚糖具有一定的特征吸收峰，說明了用紅外光譜法對多糖進行鑒別是準確可靠的。吳先輝[35]等用紅外光譜法分析出GGM分子鏈在3352、2930、1639、1354、1230、1028 cm-1出現特征吸收峰。Soren Barsberg[36]等人將紅外光譜與衰減全反射結合起來，當作一種全新的方法進行甘露聚糖和纖維素的振動特性的研究分析。夏朝紅[37]等人研究了殼聚糖、葡聚糖、茯苓多糖、魔芋甘露聚糖等多糖的紅外光譜，研究結果表明，葡聚糖為α-多糖，其余均為β-多糖。紀鵬[38]用紅外光譜分析各種當歸炮制品中酸性多糖成分，結果為：含量從高到低依次為油當歸多糖、當歸炭多糖、土當歸多糖、生當歸多糖、酒當歸多糖。吡喃環糖成分，結果為：含量從高到低依次為生當歸多糖、油當歸多糖、土當歸多糖、當歸炭多糖、酒當歸多糖。常靜[39]等人研究表明：不同等級靈芝的紅外光譜圖基本相似，峰形相同；所選定的吸光度變量與靈芝多糖含量之間的相關性顯著，靈芝多糖含量的預測模型及其檢驗結果有顯著水平的擬合度。說明可用紅外光譜法來預測靈芝多糖含量。

3.2 核磁共振法

劉玉紅[40]等人在做核磁共振應用的綜述中小結到，高磁場核磁共振儀大幅提高了譜峰的分辨率，可提供多糖結構中單糖殘基的類型、C、H化學位移歸屬、殘基間的連接位置和順序、或可提供某些多糖結構的全部信息。吳先輝[35]等人用核磁共振法鑒定GGM單糖分子為鏈狀，鏈狀分子非直線形，而是具有高度螺旋、折疊、卷繞、分支的化學結構。單鏈的厚度小于2.8 nm，長度為50 nm-2μm，寬度為10-40 nm；GGM分子鏈結構存在α構型和β構型糖甘鍵。Cizova Alzbeta[41]等人用NMR觀察到白念球菌在超聲波處理下，聚合結構發生了明顯的變化。杜秀菊[42]等人闡述了核磁共振波譜技術(2D-NMR)在多糖結構鑒定中的作用，并提供了糖殘基數的確定、糖環構型的確定、異頭構型的確定、單糖殘基H和C的化學位移的歸屬、連接位置和連接順序的確定、取代基的確定等過程中，會出現的相關的規律及幫助確定結構大致的方法。

3.3 原子力顯微鏡觀察法

已有學者運用原子力顯微鏡觀察法，對多糖進行結構觀察。吳先輝[35]等用原子力顯微鏡觀測到云杉中半乳葡甘露聚糖大分子呈多分枝結構。鄭潔等人[43]在對原子力顯微鏡應用的綜述上指出，原子力顯微鏡可對多糖分子進行尺寸、表征的觀測，可進一步對多糖的性質進行研究，但須注意緩沖溶液對觀測的影響。孫潤廣[44]等人用原子力顯微鏡(AFM)對甘草多糖的微觀結構進行觀察，結果表明：甘草多糖主要由葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖組成。甘草多糖分子具有高度分枝的結構，并且糖鏈間形成環狀、柱狀或近似于螺旋狀的結構。這種現象可能與該多糖中分子間的范德華力相互作用以及糖鏈間的氫鍵締合有關。徐平平[45]等人用原子力顯微鏡對女貞子多糖結構形態進行觀測，分析表明：LL-Ⅰ1、LL-Ⅰ2、LL-Ⅲ分別不同程度的聚集成股，且具有螺旋結構。這種現象可能與聚集體的分子間相互作用和糖鏈間的氫鍵締合有關。

3.4 掃描電鏡測試法

吳先輝[35]等人用掃描電鏡對樣品進行分析，放大倍數從500倍至10000倍，觀察中可看到較為清晰的GGM形貌，呈團簇狀、小球狀，外表有線狀絨毛。秦利鴻[46]等人利用掃描電鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)對綠茶多糖及酶解綠茶多糖試樣進行顯微成像，得到顆粒狀或由單個顆粒聚集成的形貌結構。研究表明：改進制樣方法的掃描電鏡觀察結果與原子力顯微鏡成像基本一致，說明改進后的掃描電鏡制樣法是一種簡單有效的方法。

4 討論與展望

β-甘露聚糖的應用范圍非常廣泛，有很好的應用前景，人們對其的關注程度也在逐漸提高。β-甘露聚糖的提取手段，在不斷更新進步的同時，提取的條件、成本也在不斷的提高，但提取的純度提高有限，需要進行更多的探究。分離純化的方法已經比較成熟。鑒別的方法也很多，融合使用多種方法能更加準確的得出結果。另外，在制作糖膠時，要注意品質的問題，以及影響的因素，并利用改性改變粘度低的問題，改性的方法仍然有可開發之處。隨著科學技術的高速發展，許多方法已經走向標準化，相信在不久的將來，會開發出更多成本低、效率高、效果顯著、操作簡便的最佳方法。

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TS202

A

1007-550X（2015）09-0042-07

10.3969/j.issn.1007-550X.2015.09.001

福建省自然科學基金項目（2014J01384），福建省林業廳科技計劃項目(No20135)。

2015-07-25

黃榮勛（1990-），男，福建三明人，碩士生，主要從事魔芋葡甘聚糖的結構與功能研究。

吳先輝，副教授， E-mail：wxh6390026@126.com