植物多糖的提取及其在化妝品中的應用研究進展

楊孝延，孫玉軍 鄧世堯

(安徽科技學院生命科學學院，安徽 鳳陽 233100) (閩南師范大學食品科學與工程系，福建 漳州 363000)

植物多糖的提取及其在化妝品中的應用研究進展

楊孝延，孫玉軍 鄧世堯

(安徽科技學院生命科學學院，安徽 鳳陽 233100) (閩南師范大學食品科學與工程系，福建 漳州 363000)

植物多糖是從植物原料中提取制備的一類天然高分子物質。根據近年來的研究成果，對植物多糖的多種提取方法進行概述，比較各種方法的優缺點，為植物多糖的提取制備提供參考。同時，對植物多糖所具有的抗氧化、吸濕保濕、抗紫外線、抑菌、抑制酪氨酸酶合成等理化性質進行了綜述。

植物多糖；提取方法；化妝品

多糖是由從各種原材料中提取出來的一種天然高分子化合物，一般至少由10個以上的單糖通過糖苷鍵連接構成的。多糖種類繁多，來源廣泛。根據提取材料的不同，多糖分為動物多糖、植物多糖和微生物多糖[1]。多糖具有抗腫瘤、降血糖、調節機體免疫、抗氧化、抗衰老等功效，在醫療保健及食品衛生方面具有重要作用。從植物原料中提取得到的植物多糖是多糖家族重要的組成部分，近年來對植物多糖的研究報道屢見不鮮，并取得了一些令人矚目的研究成果。

隨著經濟的發展和人們生活質量的提高，消費者對于化妝品的需求數量越來越大，對產品的需求層次也越來越高，逐漸從簡單的美白、潤膚的基礎化妝品向具有抗衰老、修復皮膚的功效性產品轉化。目前，化妝品原料主要由人工合成，具有一定的副作用。因此，無毒、無污染、無副作用的天然化妝品成分越來越受消費者的青睞。大量的研究結果表明，植物多糖具有良好的吸濕保濕、抗氧化、抗衰老、抗炎、抗菌等生理活性，與人體肌膚有很好的親和力[2]，為其在化妝品領域的開發應用提供了廣闊的空間。

1 植物多糖的提取方法

1.1 熱水浸提法

熱水浸提法是目前國內外應用較多的植物多糖提取方法。采用熱水對原料進行浸泡，使多糖組分在熱水中浸出，再根據多糖中親水羥基的極性，利用相似相溶原理，加入一定濃度的乙醇，可將多糖沉淀出來，這種方法即為水提醇沉法。付學鵬等[3]對蒲公英多糖的提取條件進行優化，確立了最佳工藝：料水比1∶30(g/mL)；80℃保溫3h；提取2次，蒲公英多糖提取率為52.06%。荊晶等[4]利用響應面法優化得到綠茶多糖的提取工藝：料液比1∶20(g/mL)；提取時間90min；提取溫度80℃，提取率為5.22%。陳錦鵬等[5]對仙草多糖提取工藝進行優化，確定最佳工藝條件如下：浸提時間2h；固液比1∶60(g/mL)；浸提次數3次，仙草多糖最高提取率為18.93%。

熱水浸提采用水體系浸泡提取，方法簡單易行，安全可靠，可操作性強，適用于各種植物多糖的提取，應用范圍十分廣闊，而且提取過程中植物多糖的性質不會被改變，能最大限度地保持所提多糖的活性[6]。但是這種方法的提取溫度、料液比、浸泡時間不同，可能對提取率產生較大影響，而且每種植物多糖的提取條件也各不相同，提取過程中一些蛋白質和脂肪等雜質也會和植物多糖一起被沉淀出來，影響所提多糖的純度，同時提取時間較長，提取率較低，還需要與其他方法配合使用才能得到較高的提取效率。

1.2 酸(堿)提取法

酸(堿)提取法是利用稀酸或稀堿溶液浸泡植物材料，快速破壞植物細胞壁結構，改變細胞膜的通透性，加速多糖的溶出，可顯著提高多糖的提取效率[7]。劉貝貝等[8]利用酸提法優化籽餅粕多糖提取工藝如下：浸泡溫度為100℃；提取時間1.4～1.8h；酸濃度0.10～0.14mol/L；料液比1∶18～1∶22(g/mL)，多糖提取率在3.1%以上；吳瓊等[9]利用響應面法優化堿溶法提取銀耳粗多糖的提取工藝如下：NaOH濃度 0.76mol/L；料液比1∶81.89(g/mL)；提取時間3.56h，最高提取率為 10.72%；楊云等[10]利用堿溶法提取大棗多糖，提取率為30.8%，比熱水浸提法(提取率為20%)提取率顯著升高。但是酸(堿)提取法提取植物多糖時，若pH過高或過低，都會引起多糖分子的糖苷鍵部分斷裂，使多糖碎片化，引起其理化性質和活性的改變，提取率降低，因此不適宜大規模植物多糖的制備。

1.3 酶法

酶法提取植物多糖近年來受到人們的關注，因為植物細胞壁由纖維素和果膠構成，使用纖維素酶和果膠酶能特異性溶解細胞壁結構物質，破壞細胞壁的組織結構，使細胞壁通透性增大，利于細胞內多糖等物質釋放出來，縮短浸提時間，提高浸提效率和提取率。施偉梅等[11]利用酶法優化熟地黃多糖提取工藝，確定酶解溫度57℃、酶解時間2h、纖維素酶用量1.8%為最佳提取條件，此時多糖的提取率為7.18%。喬雨露等[12]利用酶法優化銀條多糖提取工藝，確定了提取銀條多糖的最佳工藝條件：溫度40℃；料液比1∶25(g/mL)；加酶量6mg；浸提時間60min，提取率為66.63%，優于傳統的熱水浸提法。

使用酶法提取植物多糖，還能附帶溶解掉浸出物中的淀粉、蛋白質等雜質，提高多糖純度。但是生物酶的價格昂貴，對反應條件的要求也相對較為嚴格，如果應用于工業生產，還需要進一步深入研究后找到高效率、低成本的復合酶體系。

1.4 超聲波法

超聲波法提取植物多糖，是利用超聲波通過振動波的形式向植物原料內部傳遞大量能量，使其以最大速度協同進入振動狀態，然后使植物細胞壁結構發生變化，細胞膜通透性改變，孔隙增大，甚至使細胞裂解，細胞內多糖等內含物可加速溶出。陳飛等[13]用超聲波法提取筋骨草多糖，確定最佳工藝條件如下：料液比為1∶30(g/mL)；80℃超聲提取3次(每次30min)，多糖提取率為3.55%。王慧賓等[14]利用超聲輔助提取藤茶多糖，優化其最佳提取工藝：超聲功率 1000W；提取溫度50℃；提取時間15min；料液比1∶30(g/mL)，多糖提取率最高可達 6.74%。郭春喜等[15]利用超聲波提取梵凈山石斛多糖的最佳工藝如下：料液比1∶35(g/mL)；提取溫度60℃；提取時間40min，多糖提取率為9.83%。

與熱水浸提法相比，超聲波法提取植物多糖具有提取時間短、操作簡單易行、提取效率高、提取成本低、經濟效益高等優點，因而在提取植物多糖方面得到了較為廣泛的應用。但是，使用超聲波法時，超聲時間不宜過長，否則會使糖苷鍵斷裂，結構改變，喪失特有的生物活性，同時多糖碎片化成單糖，多糖的提取率降低。

1.5 微波法

微波是頻率在300M～300GHz之間的電磁波，具有很強的穿透性和加熱功效。在利用微波提取植物多糖時，微波能穿透溶劑和植物細胞壁，把能量傳遞到細胞質，從而使細胞內部溫度升高，壓力也隨之升高，當壓力達到一定程度的時候，膨脹作用使細胞壁破裂，細胞內多糖等物質釋放到浸提液中[16]，從而提高植物多糖的提取效率。岳芯吟等[17]利用微波法提取巨尾桉葉多糖，確定其最優工藝條件如下：微波功率480W；料液比為1∶45(g/mL)；提取時間為7min，多糖提取率為9.17%。王澤鋒等[18]利用微波輔助提取紫薯蕷中多糖，確定最佳工藝條件如下：提取溫度90℃；提取時間30min；料液比1∶30(g/mL)；微波功率為900W，紫薯蕷多糖的提取率為2.852%。孟憲軍等[19]利用微波法從藍莓中提取多糖，確定其最佳工藝條件為料液比1∶8(g/mL)、微波功率600W、微波提取時間30min，藍莓多糖提取率可達3.32%。

使用微波法提取植物多糖，能縮短提取時間、節約成本、提高植物多糖提取效率，且安全便捷無污染。運用微波法提取植物多糖時，微波處理材料的時間不宜過長，因為微波有加熱作用，長時間處理導致水分蒸發過多，溶劑濃度升高，阻礙多糖分子溶出。同時，溫度過高會導致多糖分子裂解，多糖活性喪失[20]。另外，過長時間的微波加熱，可能會使植物多糖分子與其他分子之間產生應力作用，改變多糖的理化特性，使植物多糖難以溶于溶劑，導致多糖提取率降低。

1.6 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法的原理如下：由于超臨界流體處于臨界溫度和臨界壓力以上時兼有液體和氣體的特點，具有極高的溶解度，可以在短時間內輕易滲透到提取材料的內部，將目標材料內的活性成分萃取出來。超臨界流體的溶解能力可以隨著壓力的升高而增大，在萃取結束后，再通過減壓的方法將萃取劑釋放出來。該方法的優點是最大限度保持提取物的活性，并且不會有溶劑殘留。目前，因萃取劑的造價及安全性問題，通常使用CO2作為超臨界流體萃取劑。王大為等[21]利用超臨界 CO2萃取蒙古口蘑多糖，確定其最佳提取條件如下：萃取壓力30MPa；萃取溫度45℃；萃取時間60min；CO2流量25L/h, 提取率為2.06%。彭國崗等[22]應用超臨界CO2萃取法對淫羊藿多糖的工藝進行優化，確定最優工藝條件如下：萃取料液比1∶60(g/mL)；萃取壓力40MPa；萃取溫度40℃；萃取時間1.0h，多糖提取率為14.02%。陳明等[23]通過超臨界 CO2萃取方法對茶多糖的提取工藝進行優化，得到最佳工藝：顆粒度40目茶粉；20 %無水乙醇夾帶劑；萃取壓力35MPa；萃取溫度45℃；萃取時間2h，提取率可達原茶葉中茶多糖含量的92.5%。

使用超臨界流體萃取法提取植物多糖，無溶劑殘留，安全無污染，且工藝簡單，萃取分離的范圍比較廣，所提取的產品色澤和感官更接近于標準品，是植物多糖大規模工業化生產的一種有效的提取方法。鑒于超臨界流體的性質，這種方法更適合脂質的萃取。此外，用純 CO2做提取劑提取植物多糖的產率比較低，為了滿足實際生產，需要開發更適合多糖提取的新型萃取劑。

1.7 超高壓法

超高壓法的原理如下，在一定的溫度下，對植物原料施加100～1000MPa的壓力，保持一段時間后再釋放壓力，因為超高壓的作用，實驗材料中的各種細胞膜均被破壞，細胞通透性發生改變，細胞活性成分能更有效地釋放到溶劑內，從而提高植物多糖的提取效率。王新新等[24]采用超高壓技術提取瓜蔞多糖，確定其最佳提取工藝條件如下：壓力100MPa；保壓時間3min；料液比1∶40(g/mL)，瓜蔞多糖的提取率達19.11%，優于熱水浸提法。潘興橋等[25]利用超高壓技術對太子參多糖提取工藝進行優化，確定最佳工藝為提取溫度 55℃、保壓時間6min、超高壓力350MPa、料液比 1∶60(g/mL)，多糖提取率可達 37.56%。

與傳統的提取方法相比，在常溫下進行超高壓法提取，不會破壞所提取多糖的理化活性，而且操作簡單，能源消耗低，對環境無污染，提取效率高。但是超高壓會使一些大分子物質(淀粉、蛋白質)變性、凝集，從而會阻礙多糖的提取效率，因此不適用于含有較多大分子物質原料的多糖提取，并且前期設備的一次性投資較大，超高壓提取技術的推廣仍具有一定的難度。

1.8 多種技術聯合使用

由于單一的提取方法各有其優缺點，因此科研工作者探索多種提取技術的聯合使用，以提高多糖的提取效率及應用效果。經過不斷實驗和驗證，認為水-酶結合法、水-超聲波結合法、水-微波結合法、超聲波-酶結合法、微波-酶結合法、微波-超聲波結合法、微波-堿法、復合酶法等提取技術，均能在適宜條件下提高植物多糖的提取效率，滿足不同植物多糖的提取需要。例如劉志新等[26]通過研究超聲波-酶結合法提取海帶多糖的工藝條件，確定最佳工藝如下：料液比1∶45；功率80W；時間40min；pH4.0時纖維素酶、果膠酶和木瓜蛋白酶的加酶率分別為2.5%、2.0%和1.0%；55℃下酶解210min，提取率最高為18.16%。李靜等[27]利用微波-酶結合法提取柚皮多糖，確定最佳工藝條件如下：酶解30min；纖維素酶與果膠酶的比例為1.3∶1；pH 3；加酶量2%；酶解溫度50℃；料液比1∶40(g/mL)；微波時間2.5min；微波功率720W，提取率為22.8%。由此可見，多糖技術聯合使用，可以提高多糖的提取率，縮短提取時間。

2 植物多糖在化妝品領域的應用

由于化妝品具有廣闊的市場和非常可觀的經濟效益，化妝品行業也在積極探索新型可靠的護膚成分，以提高產品的性能。研究發現，多糖不僅具有抗腫瘤、抗病毒、增強免疫等功效，還具有優良的吸濕保濕、抑制酪氨酸酶合成、抗氧化、抗衰老[28]、防紫外線等性質，這些性質符合化妝品領域產品的功能需要，且安全可靠，對機體無毒副作用[29]。如果植物多糖的上述優良特性被應用到化妝品生產上，將為植物多糖資源的開發及利用開拓更為廣闊的空間。

2.1 抗氧化

在人體內存在很多自由基，過量的自由基累積后會損害生物膜活性，影響細胞物質交換，阻礙正常的細胞新陳代謝，嚴重的會導致細胞裂解、凋亡[30]。如果在人體的皮膚細胞上聚集大量的自由基，會使皮膚產生過氧化作用，導致皮膚細胞的分化能力及活性受到損傷，從而導致人體皮膚的快速衰老[31]。因此，消除自由基，減緩過氧化作用，能夠減輕其對皮膚細胞損傷，成為延緩皮膚衰老的重要途徑。朱培蕾等[32]通過蘘荷水溶性多糖體外抗氧化實驗，發現其清除羥基自由基、DPPH自由基以及螯合金屬離子的能力隨著添加劑量的增加而增強，并且清除羥基自由基和DPPH自由基的能力表現突出。梁杰等[33]研究表明，枸杞多糖可使衰老模型小鼠皮膚中MDA含量顯著降低，具有顯著的抗小鼠皮膚衰老功能。巫玲麗等[34]通過體外抗氧化試驗，發現金花葵多糖對DPPH自由基和·OH具有較強的清除能力，并與DPPH自由基和·OH的清除率呈劑量依賴關系。

2.2 吸濕保濕

在化妝品的眾多功效之中，吸濕保濕的能力是評判化妝品質量優劣的基本性能之一。經研究發現，人體內水分含量約占體重的65%左右，人體皮膚角質層的含水量應不低于10%，含水量為10～20%的皮膚細膩、柔潤、有彈性，但是含水量一旦低于10%，皮膚的角質層就會顯得過于干燥，甚至會出現皸裂。因此，近些年來化妝品開發領域非常重視吸濕保濕功效對皮膚含水量的改善作用。皮膚非常容易缺水，只有不斷對皮膚細胞進行補水，才能使皮膚保持合適的含水量，這樣皮膚就會顯得水潤、飽滿有光澤，舒展而有彈性。實驗研究表明，植物多糖具有很好的吸濕保濕能力，對水分具有較強的的吸附作用[35]，可以作為化妝品中的吸濕保濕添加劑。昝麗霞等[36]對天麻多糖的吸濕保濕能力進行研究，發現其平衡吸濕量在相對濕度33%的條件下可達3.69%，在相對濕度73%的條件下達9.90%。景永帥等[37]對荔枝低分子量多糖的吸濕保濕性進行研究，發現其中一組分PLC-1具有良好的吸濕和保濕性，在32h時的吸濕率為58.3%，32h時的失水率為45.3%，表明荔枝多糖 PLC-1是一種具吸濕保濕活性的多糖。

2.3 防紫外線

紫外線對人體的皮膚具有一定的損傷作用。自然界的紫外線主要來源于太陽光，太陽光中含有2種可穿透大氣臭氧層到達地面的紫外線——UVA和UVB。 UVA屬于長波紫外線，可以穿透皮膚損害真皮層，導致皮膚色素沉積，使蛋白質活性發生改變，致使皮膚變黑、老化，失去光澤。UVB波長較之UVA短，但其所具有的能量較強，會穿透角質層，對表皮細胞產生強烈的破壞作用，引起日光灼傷，使皮膚發炎，刺激黑色素大量生成并沉集，使皮膚變黑、晦暗，嚴重者能誘發皮膚癌。因此，防紫外線也成為化妝品領域研究的熱點。目前許多研究發現，多糖具有很好的抗紫外線作用。葉翠芳等[38]發現紫菜多糖能提高受 UVA輻射損傷的小鼠成纖維細胞的存活率，并對體外培養的因紫外輻射損傷的小鼠成纖維細胞有明顯的修復作用。王發選等[39]研究發現，枸杞多糖可以減輕長波紫外線(UVA)所致人皮膚成纖維細胞的損傷。劉慶葉[40]探討蘆薈多糖在紫外輻射HaCaT細胞氧化損傷中的保護作用，發現蘆薈多糖能增強受UVB照射的HaCaT細胞內抗氧化酶活性，顯著拮抗UVB照射所引起的角質細胞氧化損傷。

2.4 抑菌

青春痘是一種發生于毛囊皮脂腺的慢性皮膚病，最直接的致病原因是由于激素的作用，皮脂腺分泌皮脂的速率增加，過多的皮脂容易造成毛孔堵塞，使毛囊中多余的油脂無法正常排出，在毛孔內淤積成團，細菌在其中與油脂混合并大量繁殖，引起毛囊細胞感染。研究發現，植物多糖能溶解細菌外膜，增強溶菌酶的活性，使大量細菌被溶酶菌溶解失活，能很好地應用于青春痘的治療[41]。王布雷等[42]研究油橄欖葉多糖對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和銅綠假單胞桿菌的抑制作用，發現其對革蘭氏陰性細菌的抑制能力強于革蘭氏陽性細菌。黃國文等[43]研究發現，金桂果實多糖對金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和大腸桿菌均有優良的抑制作用。吳海斌等[44]對江南星蕨與深綠卷柏的多糖提取物進行抗菌活性實驗，發現其對酵母菌的抗菌活性最強，對細菌也有較強的抑制作用。

2.5 抑制酪氨酸酶合成

皮膚的黑白程度不僅受到紫外線的影響，還與機體細胞合成黑色素的能力有關[45]。研究發現，酪氨酸酶是黑色素合成的關鍵催化劑，酪氨酸酶合成量越高，黑色素分泌就越旺盛，黑色素沉積就越多，膚色就逐漸變黑[46]。因此，可以添加一些抑制劑，通過競爭性抑制，起到抑制酪氨酸酶合成的作用，從而阻斷、抑制黑色素的大量生成和沉積，達到美白膚色的效果。蔡建秀等[4]研究發現，當桐花樹根中性多糖、堿性多糖濃度小于0.4mg/mL時，對酪氨酸酶活性具有抑制作用。張俊紅等[48]研究發現，當歸多糖對酪氨酸酶的抑制率為22.0%，貢菊黃酮對酪氨酸酶的抑制率為46.1%，當歸多糖和貢菊黃酮混合物對酪氨酸酶的抑制率為66.2%，說明當歸多糖與貢菊黃酮混合后對酪氨酸酶合成的抑制率升高，具有很好的協同作用。王仁才等[59]探討糖棗多糖對酪氨酸酶活性的影響，發現糖棗多糖中DTB3對酪氨酸酶具有較好的抑制作用。

3 展望

隨著科學研究的發展，植物多糖的提取技術從單一方法到多種技術聯合使用，方法越來越多，條件也越來越豐富，雖然各種方法各有利弊，但均具有提高植物多糖提取率的效果。因此，應不斷研究新方法、探索新工藝，提高提取效率，降低提取成本，為植物多糖在工業領域的大規模開發應用奠定基礎。同時，植物多糖所具有的吸濕保濕、延緩衰老、防紫外線、抑菌、抑制酪氨酸酶合成等特性，其優勢在于功效廣泛，可以多方位地達到護膚美膚效果，且對人體無毒副作用、安全性高、來源豐富。因此，植物多糖可以在化妝品開發領域發揮重要作用。

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2017-07-02

安徽省高校優秀青年人才支持計劃重點項目(gxyqZD2016221)。

楊孝延(1992-)，男，碩士生，研究方向為資源開發與利用。通信作者：孫玉軍，sunyujun208@163.com。

[引著格式]楊孝延，孫玉軍,鄧世堯.植物多糖的提取及其在化妝品中的應用研究進展[J].長江大學學報(自科版)，2017,14(22)：54～59.

TQ914;TQ658

A

1673-1409(2017)22-0054-06

[編輯] 李啟棟