植物多糖的研究進展及開發前景

杜 清，許曉輝，林鵬程，盧永昌，葉 菊（青海民族大學藥學院，青海省青藏高原植物資源化學研究重點實驗室，青海省藥物分析重點實驗室，青海西寧80007；蘭州市食品藥品檢驗所，甘肅蘭州70000）

·綜述·

植物多糖的研究進展及開發前景

杜 清1，2，3，許曉輝4，林鵬程1，2，3，盧永昌1，2，3，葉 菊1，2，3（1青海民族大學藥學院，2青海省青藏高原植物資源化學研究重點實驗室，3青海省藥物分析重點實驗室，青海西寧810007；4蘭州市食品藥品檢驗所，甘肅蘭州730000）

植物多糖是普遍存在自然植物界，由許多相同或不同的單糖以α?或β?糖苷鍵所組成的一類大分子化合物.多糖是一類重要的信息分子，在有機體中參與多種生命活動.本文從提取分離、脫色純化、分析測定、構效關系、藥理作用、生物學功能等方面綜述了植物多糖的研究及開發利用情況，闡述其作為治療藥物的主要成分在當前臨床上所發揮的重要作用，為進一步深入研究開發更多有價值的植物多糖產品提供借鑒.

植物多糖；提取純化；分析測定；藥理作用；構效關系；應用前景

0 引言

多糖（polysaccharides，PS）又稱多聚糖，由10個以上相同或不同的單糖分子通過糖苷鍵聚合、脫水形成的多羥基聚合物，來源于高等植物、藻類、菌類及動物體內，根據現有的研究情況可分為植物多糖、細菌多糖、真菌多糖和動物多糖，是自然界含量最豐富的生物聚合物［1］.植物多糖參與細胞的各種生理活動，且具有多種藥理作用及生物學功能.隨著分子生物學、細胞生物學等相關學科及儀器技術的發展，國內外對植物多糖的復合物及化合物的研究也日漸深入.通過對植物多糖的提取分離、脫色純化、含量測定、組分分析、構效關系、藥理作用及生物學功能等研究內容的分析，需要研發、臨床及生產經營企業各個階段人員的共同努力和配合來開發更多與植物多糖相關的產品.

1 來源

在對植物的根、莖、葉、皮、種子和花等各個組織的化學成分研究過程中，研究者常會關注其多糖類成分并進行常規的研究.從中草藥、天然植物中可以提取分離出結構異同的各類多糖，并發掘其化學結構、功效及應用之間的關聯性.國外像美國、日本［2］、歐洲、韓國對植物多糖的研究出現在20世紀50、60年代［3］，且已有不少植物多糖的專利和前沿文獻的發表［4］.在我國，王章姐等［5］、賽德艾合買提［6］在文中提到對黃芪多糖［7］、當歸多糖［8］、靈芝多糖［9］、人參多糖［10－11］、香菇多糖［12］、甘草多糖［13］等進行了深入的研究.

2 提取分離、除蛋白及脫色

2.1 提取

2.1.1 組成和性質 多糖是由多個單糖分子縮合、失水而成，是一類分子結構復雜且龐大的物質.凡是符合高分子化合物概念的碳水化合物及其衍生物均稱為多糖，有勻多糖和雜多糖之分.多糖大部分為無定形粉末，沒有甜味，熔點各不相同，不易溶解于水，難溶于醇、醚、氯仿、苯等有機溶劑中.

2.1.2 提取原則 根據多糖的基本組成和性質從不同的植物中提取多糖，因其細胞或組織外大多有脂質包圍，要使多糖釋放出來，首先要除去表面脂質，因此在提取之前需進行預處理，可根據植物種屬和性質通過預實驗選擇性的使用石油醚、乙醚、丙酮、乙醇、甲醇或1∶1的乙醇乙醚混合液等有機溶劑提取，除去部分色素、脂肪酸等脂溶性雜質，用不同濃度的乙醇除去單糖、低聚糖和苷類等干擾性成分，然后根據不同溶解度選擇一種溶劑進行萃取，一般應用水、稀鹽、稀酸、稀堿等溶劑［14－15］.

2.1.3 提取方法 目前常見多糖的提取方法有化學提取法，包括水提醇沉法、稀堿浸提法、稀酸浸提法、醇提法和超濾膜法；酶解法包括單一酶解法和復合酶解法；物理強化法包括括微波輔助提取法、超聲波輔助提取法和高壓脈沖法；微波協同酶法及超臨界流體萃取法等.在提取過程中，根據不同科屬植物多糖的性質，綜合運用以上技術，不僅僅要考慮到粗多糖的得率，還要考慮到不破壞多糖的結構等重要因素［15－20］.

2.2 除蛋白去部分醇溶性雜質得到的粗多糖，常含有無機鹽、蛋白質、色素及醇不溶的小分子有機物等雜質，用sevag法、三氟三氯乙烷法或三氯醋酸法脫去游離蛋白質，用蛋白酶除去結合蛋白質，用透析法除去小分子雜質和蛋白質.至此，得到的溶液基本上是沒有蛋白質與小分子雜質的較純凈的多糖混合物.

李知敏等［21］通過實驗以多糖損失率和脫蛋白率（r）為衡量指標，通過對三氯乙酸法、鹽酸法及sevag法脫蛋白方法的比較，優化出植物多糖提取液的脫蛋白方法，為多糖的純化提供了一定的參考.

2.3 脫色多糖提取液大多較粘稠且顏色較深，為褐色、黃色或紅色等，植物多糖可能含有酚類化合物而顏色較深，對多糖的定性定量分析及結構測定具有很大的影響，因此脫色對多糖后續的研究至關重要.常用的脫色方法有：活性炭法、H2O2法、樹脂法、Al2O3柱層析法、聚酰胺法和靜態混合器法［22］.

2.4 分離純化多糖難溶于有機溶劑，故采用乙醇或丙酮分級沉淀、反復溶解等多級分離方法，獲得各物理常數恒定的粗多糖，再將粗多糖混合物純化后分離成單一的多糖［23］，主要方法有：分部沉淀法、鹽析法、金屬絡合物法、季胺鹽沉淀法、離子交換柱層析法、凝膠柱色譜法、制備區域電泳、超濾、親和層析、膜分離法、制備性高壓液相色譜（HPLC）等［24－25］.靈芝多糖應用新型的徑向離子流方法祛除蛋白質和色素來獲得分離純化后的多糖產物［26］.

3 特性檢測

3.1 純度檢查不同植物多糖其性質各異，對其純度檢查的方法有：比旋度法、超離心法、高壓電泳法、凝膠過濾法、紙層析法、凍融法和光譜掃描法［27］.

3.2 定性檢測植物多糖的性質檢測主要包括其理化性質，比如溶解性、比旋光度、特性粘度、電導率及PH值等；紅外光譜（IR）分析，用于不同糖的鑒別、糖苷鍵及糖構型的確定、糖鍵上主要取代基的識別等；核磁共振（NMR）來鑒別多糖，糖的核磁共振波譜主要是1H、13C核磁共振波譜，多糖在1HNMR譜圖上，大多集中在δ4.0～5.5 ppm范圍內，而13CNMR主要應用于多糖結構，高磁場NMR方法能產生較完全和詳細的結構信息［28］.

3.3 分子量測定常用的分子量測定方法有：滲透壓法、超離心法、高壓電泳法、聚合度法、蒸氣壓法、還原末端法、光散射法、粘度法、凝膠過濾法、高效液相色譜法、超過濾法、凝固點下降法、基底輔助激光解吸電離質譜法［28］.

4 含量測定

植物多糖的定量分析方法很多.目前主要采用比色法等對總多糖進行測定，探討各種植物多糖的分析方法，比較其各類分析方法的優缺點.

主要有光學分析法，常采用苯酚?硫酸法、蒽酮?硫酸法和DNS法，利用分光光度法對多糖進行定量，所選方法需先進行方法學研究，對糠醛縮合顯色法的測定條件進行研究，用正交實驗優選出合適的實驗條件和方法［29－30］.可根據植物多糖的性質選擇不同的測定方法進行比較，采用硫酸?苯酚法，硫酸?蒽酮法比較顯色反應后吸收曲線的穩定性，不同單糖對照品顯色反應后最大吸收波長不同，其中硫酸?苯酚法顯色反應后穩定性較好［31－32］.

同一種方法根據多糖的性質以及實驗條件進行優選及改良，比如對苯酚?硫酸法的測定條件進行了改進，利用在改進的測定條件下測得的各種單糖的校正系數，可以以葡萄糖為標準品對組成己知的寡糖或多糖的含量進行測定［33］.

含量測定方法還包括色譜分析法，如薄層色譜法，高效液相色譜法、氣相色譜法和氣質聯用法、凝膠色譜法和離子交換色譜法、高效毛細管電泳法；應用酶法、重量測定法等［34］.

當歸多糖應用HPLC?柱后熒光衍生法測定殼聚糖酯［35］、麥冬多糖［36］，還建立了FITC預標記的HPGPC?FD檢測方法［37］.

5 結構分析

粗多糖的樣品經過水解后分析其中單糖的組成成分及組成比例.主要的分析方法有：酸完全水解、部分水解法、堿降解法、高碘酸氧化和Smith降解法、甲基化反應、酶降解、薄層色譜、高效液相色紙層析、薄層色譜法（thin layer chromatography，TLC）、高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC）、氣相色譜法（gas chromatography，GC）、毛細管電泳法（capillary electrophoresis，CE）、質譜解析、x?射線纖維衍射、氣相?質譜聯用、核磁共振光譜（nu?clear magnetic resonance，NMR）、紅外光譜和拉曼激光光譜等［38－39，40］.

6 藥理及生物學功能

多糖發現有多種藥理作用［41］，可通過增強免疫力、抑制腫瘤血管新生、誘導癌細胞分化與凋亡、抗突變與恢復細胞間通訊、改變細胞膜流動性及細胞膜泵的活性和直接作用于細胞來起到直接或間接的抗腫瘤作用［42－43］；多糖具有免疫調節作用，通過增強免疫器官、體液、細胞的功能、促進細胞因子的生成、免疫抑制和增強的雙向調節機制及抗補體與補體激活來調節機體免疫系統［44－45］；多糖對心血管系統具有降血糖、降血脂、抗凝血和抗血栓、抗心肌缺血的作用［44，46－47］；多糖具有抗病毒及抗肝纖維化活性、抗氧化、抗自由基損傷、抗衰老、抗輻射作用，通過直接抗病毒、提高氧化酶活性、清除自由基、抑制脂質過氧化，從而保護生物膜的作用［48－49］；多糖通過調節炎癥細胞分泌炎癥介質，平衡炎癥部位的促炎因子與抗炎因子的水平來達到抑菌抗炎，清熱利膽的作用［50－51］.

多糖的生理功能可關聯到許多細胞、組織及器官重要的生命進程.多糖作為營養基質結合、吸收外源性病原菌，促進機體腸道內健康微生物菌相的形成.多糖可調節肝臟細胞中的ALT和AST水平，降低TNF?α、IL?1等炎癥介質，影響肝中一氧化氮和一氧化氮合酶的含量，調節外周血淋巴細胞亞群來治療因免疫造成的肝臟損傷疾病［52］.各種植物中提取出的水溶性多糖對可促進神經細胞的增殖、分化、抑制凋亡并具有損傷修護的作用，可用來治療老年神經性疾病［53］.

7 構效關系

發現多糖復合物的多種生物活性后，因多糖結構不同，生物活性會有差異［54］.找出它們之間的規律性，就可更全面的解釋多糖化學結構和生物活性之間的關系，為更好的尋找具有生物活性的多糖、多糖藥物、多糖功能性食品及開發其替代品.

多糖具有一級結構和高級結構.多糖的一級結構包括單糖的組成連接方式糖苷鍵類型、分支度及官能團等，每一因素對多糖的生物活性都有不同程度的影響.多糖的二、三、四級結構還在繼續開發中.活性多糖發揮作用都需要特定部位同受體結合，即活性部位影響其生物活性.多糖的結構和性質影響其活性的強弱，需結合機體本身的免疫功能狀態和抗原的差異性，來具體分析其各個方面的應答水平及與機體平衡的對比度，由此檢測多糖的活性和作用［55］.比如香菇多糖，裂褶多糖均具有1→3?β?D葡聚糖主鏈和葡聚二糖支鏈結構且具有活性的三股螺旋空間構象，二者都具有抗腫瘤作用及提高細胞免疫及體液免疫功能［56－58］；牛膝多糖硫酸化得到牛膝多糖硫酸酯，有抑制乙肝病毒HBsAg、HbeAg和I型單純皰疹病毒的活性［59］；灰樹花多糖硫酸化形成灰樹花多糖硫酸酯后，對人胃癌細胞SGC?7901有直接殺傷作用［60］；海帶褐藻多糖硫酸酯對超氧陰離子具有良好的清除作用，能夠抑制H2O2誘導的紅細胞氧化溶血，對FeSO4?抗壞血酸體系造成的脂質過氧化具有良好的保護作用［61］；茯苓多糖經磺酰化后的磺酰化新茯苓多糖具有良好的抗腫瘤活性［62］；烷基化對硫酸多糖的抗HIV活性有促進作用，可能是因為烷基部分有類似表面活性劑的性質，可與HIV囊膜脂雙層反應而破壞其囊膜［63］.多糖的生物活性也與其分子量大小有關，硫酸化多糖的分子量在5000?50萬范圍內抗HIV活性隨分子量增大而增大［64］.

8 植物多糖的應用

植物作為一種自然界天然存在的生物，其在生態方面起著重要的作用.植物多糖作為其中的活性化合物，在沙漠治理、重金屬解毒、廢水處理、防御病原體等方面起著重要的作用.植物多糖在醫藥領域可用于制備人工血液、藥物緩釋劑、人工皮膚或醫用透析膜；可開發成多糖疫苗、抗腫瘤和免疫促進、抗病毒、降血糖、抗凝血、抗潰瘍等活性的藥物［65］.可開發出保健食品、飲料口服液、營養強化劑等［66］.此外可作為果蔬的涂漠劑及可食劑的包裝材料，工業上的凝聚劑、潤滑劑和水滯留劑.

9 開發應用前景

現代研究中，單糖、多糖及糖復合物生物學在英國、美國、日本等國家研究迅速［67］，其中日本對其研發十多年的多糖相關科研成果申請專利保護其科技成果［68］.天津藥業生物技術有限公司從中草藥材中提取出了純度達98%以上的活性多糖，并以藥材甘草、枸杞［69］為主開發了以多糖為主要成分的“康奇膠囊”，能高效調節機體的免疫力［70］.

對植物多糖的開發，隨著新科技的不斷更新，采取不同的提取條件，可改善提取多糖的性狀、提取純化的工藝，且發明純化多糖的新設備、新材料，提高植物多糖提取的效率，為植物多糖產品的試制及生產奠定基礎.

應用微生物發酵法、酶法、植物細胞培養等生物方法完成活性多糖的提取分離、結構修飾及合成等制備過程，已呈現出明顯的優勢，因為其條件溫和，反應產物單純和能耗少，故該綠色環保、高效的方法制備活性多糖在今后會得到廣泛的應用［71－72］.

植物多糖雖然只是大千世界物質的一種，而與其相關的科學知識、各種技術及各種物質之間的關聯確是千絲萬縷，相信隨著植物多糖的開發及各種關聯科技在化學，藥理學，生物學，臨床醫學研究者等相關人員的共同努力和配合下，會不斷推進植物多糖國內外的研發、交流及應用，并在21世紀生命科學領域的研究中開拓新前景.

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Research progress and developmental pros?pect of plant polysaccharide

DU Qing1，2，3，XU Xiao?hui4，LIN Peng?Cheng1，2，3，LU Yong?Chang1，2，3，YE Ju1，2，3

1College of Pharmacy，Qinghai Nationalities University，2Key Laboratory of Plant Resources of Qinghai?Tibet Plateau in Chemical Research，3Key Laboratory of Drug Analysis in Qinghai Province，Xining 810007，China；4Lanzhou Institutes for Food and Drug Control，Lanzhou 730000，China

Plant polysaccharides commonly exist in the nature.They are combined in the form of alpha?or beta?glycosides from many same or diverse monosaccharides.Polysaccharides are important informational molecule and take part in various life activities of organism.We summary the studying and developmen?tal utilization from the different aspects of abstraction extraction and separation，discoloration and purification，analytical determi?nation，structure?function relationship，pharmacological action，biological function and elaborate the important function of plant polysaccharide as the main ingredient when it is used as the thera?peutic drug in the clinic.We hope it can provide the successful experience for further developing the more valuable products relat?ed to the plant polysaccharides.

plant polysaccharide；extraction and purification；analytical determination；pharmacological action；structure?function relationship；application prospect

Q53

A

2095?6894（2017）04?78?05

2016－12－30；接受日期：2017－01－16

青海省科技廳重點實驗室發展專項（2015－Z－Y09）；青海省基礎研究計劃項目（2016－ZJ－712）；青海民族大學高層次人才項目（2016XJG04）

杜 清.博士，執業藥師，中級制藥工程師.

E?mail：bjdfydq＠163.com