西洋參多糖的研究進(jìn)展

賈琦琦，石韶琦，李寧陽(yáng)*，喬旭光，單成鋼

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東省高校食品加工技術(shù)與質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品研究所，山東濟(jì)南 250100）

西洋參（Panax quinquefoliumLinn.）又稱西洋人參、花旗參、洋參等，是一種具有育陰、生津、滋補(bǔ)效用的名貴藥材[1]。北美和加拿大是西洋參最早的發(fā)源地，我國(guó)的東北、山東、陜西等地也有種植，西洋參在不同的生長(zhǎng)環(huán)境中所含活性成分的含量有一定差異[2]，療效不同。西洋參中含有氨基酸、揮發(fā)油、多糖及皂苷等功能成分，西洋參多糖作為主要的功能成分之一具有多種生物活性，能提高機(jī)體免疫力、抗腫瘤、降血糖。

近年來(lái)的研究表明，西洋參的地上和地下部分均含有多種生理活性成分，主要是皂苷，其是西洋參中生理活性最顯著的物質(zhì)。西洋參皂苷主要是三萜類化合物，結(jié)構(gòu)與人參皂苷相似。事實(shí)上，除了皂苷以外，多糖也是西洋參中的一種重要活性物質(zhì)，在提取皂苷后的西洋參殘?jiān)腥源嬖诖罅康亩嗵穷愇镔|(zhì)，充分利用西洋參殘?jiān)械亩嗵悄芴岣呶餮髤①Y源的綜合利用，減少浪費(fèi)，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。目前對(duì)西洋參多糖的研究主要集中在提取純化方法、結(jié)構(gòu)分析和功能作用等方面。西洋參多糖常用的提取方法有傳統(tǒng)的溶劑浸提法和酶處理、超臨界萃取、超高壓、微波和超聲波等優(yōu)化了的提取方法，不同提取方法的多糖得率不同。目前西洋參多糖結(jié)構(gòu)研究的主要方向是一級(jí)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)和功能作用之間的相互關(guān)系還未有深入研究。西洋參多糖的高級(jí)結(jié)構(gòu)和功能作用的機(jī)理仍是目前西洋參多糖研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。Azike C G等[3]研究發(fā)現(xiàn)西洋參多糖中的酸性多糖及高分子量組分能促進(jìn)免疫功能，對(duì)脂多糖誘導(dǎo)的促炎反應(yīng)具有明顯的抑制作用。Ghosh Rajarshi 等[4]從西洋參細(xì)胞懸浮液中提取分離出的中性多糖AGC1，能刺激小鼠巨噬細(xì)胞產(chǎn)生一系列炎癥介質(zhì)，并且可作為免疫刺激劑促進(jìn)細(xì)胞增殖。另外市場(chǎng)上常見的西洋參產(chǎn)品的主要功效成分是人參皂苷，西洋參多糖產(chǎn)品并不多見，西洋參多糖復(fù)合飲料[5]、膠囊[6]等的制取工藝還需在工業(yè)化生產(chǎn)中實(shí)踐應(yīng)用。本文總結(jié)了西洋參多糖的提取方法、分離純化、結(jié)構(gòu)鑒定和功能作用等方面的內(nèi)容，探討了西洋參多糖研究中遇到的問題，以期推動(dòng)西洋參多糖功能產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用。

1 西洋參多糖提取

隨著科技的進(jìn)步，多糖的提取方法在不斷地改進(jìn)創(chuàng)新，越來(lái)越多的新技術(shù)被應(yīng)用到食品研究領(lǐng)域。為了提高多糖的提取率和純度，多糖提取前需進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理方法有浸泡、微波、氣流精細(xì)粉碎、低溫凍干粉碎、擠壓膨化、蒸汽爆破等。浸泡提高多糖得率的效果并不明顯；微波的熱效應(yīng)可以破壞原料細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，促進(jìn)多糖物質(zhì)的溶出；氣流精細(xì)粉碎和低溫凍干粉碎都是使物料組織被破壞，適合木質(zhì)化的原料，提高多糖提取率的同時(shí)對(duì)多糖的活性和性質(zhì)影響不大；擠壓膨化和蒸汽爆破都是在高溫高壓的環(huán)境中破壞原料的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，降解纖維素、木質(zhì)素、淀粉等大分子聚合物，具有處理效率高、提取效果好等優(yōu)點(diǎn)。徐美蓉等[7]研究了直接提取和經(jīng)過浸泡、微波和低溫凍干粉碎等預(yù)處理方式對(duì)黨參多糖提取效果的影響，結(jié)果表明經(jīng)過低溫凍干粉碎處理后的多糖產(chǎn)率明顯提高。

1.1 水提醇沉法

水提醇沉法利用多糖易溶于熱水、不溶于有機(jī)溶劑的特點(diǎn)來(lái)提取多糖，是目前植物多糖提取中最常用、最傳統(tǒng)的方法。除了熱水提取外，稀酸、稀堿也能提取多糖，為了保證多糖結(jié)構(gòu)不被破壞，需要控制好溶液的酸堿度[8]。

1.2 復(fù)合酶法

復(fù)合酶法是近年來(lái)多糖提取應(yīng)用較多的方法之一，向提取液中加入蛋白酶、果膠酶、淀粉酶等，分解提取液中的蛋白質(zhì)、纖維等雜質(zhì)，提高多糖的提取率和純度。陳軍輝等[9]通過對(duì)比超聲提取法、回流提取法、酶解-回流提取法和微波提取法，發(fā)現(xiàn)酶解-回流提取法能明顯提高西洋參多糖的提取率，提取率達(dá)到17.3%。Sun Lin 等[10]用α-淀粉酶提取人參多糖，發(fā)現(xiàn)多糖得率與熱水浸提結(jié)果相當(dāng)，但分析結(jié)構(gòu)和活性結(jié)果表明，這些多糖與熱水提取的多糖不同，說(shuō)明不同方法能提取出不同的多糖，不同多糖的生物活性也不同。

1.3 超聲波輔助提取法

超聲輔助提取法操作簡(jiǎn)單、不需要特殊的設(shè)備，是多糖提取常用的方法之一。劉婷等[11]以蒸餾水為溶劑采用超聲法優(yōu)化了西洋參多糖的提取工藝，試驗(yàn)表明超聲法顯著提高了西洋參多糖的提取率，優(yōu)化后的工藝為料液比1:30，超聲功率60 W，超聲提取20 min，提取3 次，在此條件下西洋參多糖得率高達(dá)12.35%。

1.4 微波輔助提取法

微波輔助提取法可以將物料內(nèi)外同時(shí)加熱，提取質(zhì)量提高的同時(shí)大大節(jié)省提取時(shí)間，具有無(wú)污染、安全、易控制等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。陳軍輝[12]首次將微波技術(shù)應(yīng)用到西洋參多糖的提取中，研究發(fā)現(xiàn)微波輔助提取效果的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)好于只用回流法提取。

植物多糖的提取方法有多種，但同一種方法應(yīng)用于不同的物料有不同的最優(yōu)提取條件，這就要求在提取多糖時(shí)要對(duì)提取條件進(jìn)行考察。另外，同一種物料不同提取方法得到的多糖提取率不同，因此要根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康募澳繕?biāo)多糖的結(jié)構(gòu)性質(zhì)特點(diǎn)選擇合適的提取方法。

2 西洋參多糖的純化

2.1 西洋參粗多糖的除雜

西洋參粗多糖中包含的蛋白質(zhì)、色素等雜質(zhì)會(huì)影響后續(xù)多糖結(jié)構(gòu)和功能，選擇合適的方法除雜可提高西洋參多糖純度。粗多糖提取液中含有的蛋白質(zhì)雜質(zhì)可以分成兩種，一種是游離態(tài)蛋白質(zhì)，易去除；另一種是與糖結(jié)合的結(jié)合態(tài)蛋白，難以完全去除。在目前的研究中，Sevag法、三氯乙酸法和酶法是使用較多的三種去蛋白方法。Sevag 法的優(yōu)點(diǎn)在于除去蛋白的同時(shí)能保持多糖原來(lái)的結(jié)構(gòu)，不降解多糖，但重復(fù)多次才能將蛋白除凈，多糖損失較多，試劑用量大，所用試劑有毒。三氯乙酸法適合的原料廣泛，但會(huì)使多糖降解。相比之下酶法反應(yīng)條件溫和、無(wú)毒，同時(shí)避免了多糖的降解。酶法常與Sevag 法聯(lián)用，去蛋白效果好。于曉紅等[13]比較了上述三種方法和木瓜蛋白酶-Sevag 聯(lián)用法，結(jié)果表明酶結(jié)合Sevag 法脫除西洋參多糖粗提液中蛋白質(zhì)的效果最好。目前應(yīng)用較多的多糖脫色方法是活性炭吸附法、大孔樹脂吸附法和H2O2法?；钚蕴课椒ㄟm合原料廣泛，適用于工業(yè)化生產(chǎn)，但需嚴(yán)格控制多糖溶液的濃度，若多糖濃度過高則易造成活性炭表面吸附大量多糖。大孔樹脂吸附法脫色的優(yōu)點(diǎn)是吸附條件較為溫和、脫色效率高、可再生反復(fù)使用，但是填料會(huì)吸附少量多糖，造成損失。H2O2法無(wú)毒無(wú)害，但需嚴(yán)格控制H2O2的濃度，若H2O2濃度過高會(huì)造成多糖降解。吳憲玲[14]選用多種方法對(duì)西洋參多糖脫色，結(jié)果表明活性炭吸附效果較好，更能適應(yīng)食品企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)得到的最佳工藝條件是在加入1.5%活性炭，45 ℃水浴30 min 的條件下，多糖的損失少，色素脫除率最高。

2.2 西洋參多糖的純化方法

除雜后得到的西洋參多糖是由不同組分構(gòu)成的混合物，為了進(jìn)一步研究西洋參多糖的結(jié)構(gòu)，需分離出單一的多糖組分。西洋參多糖的分離方法主要有柱層析法、超濾法和乙醇沉淀法。乙醇沉淀法與柱層析法結(jié)合使用，分離出的多糖組分純度更高。隨著加入乙醇的濃度提高，分離出的多糖組分相對(duì)分子量降低。超濾有較高的分離效率，容易操作，成本低，是工業(yè)多糖提取中應(yīng)用較為廣泛的一種加工工藝[15]。楊修仕等[16]通過超濾分離出四種不同分子量的西洋參多糖組分，能刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫分子提高機(jī)體免疫力，四種多糖的生物活性不同。柱層析法中離子交換柱與凝膠柱連用分離效果好，能分離出單一的多糖組分。

西洋參多糖的單糖組成、連接鍵、折疊方式等是造成其結(jié)構(gòu)復(fù)雜的重要原因，因此，西洋參多糖除雜純化方法的改進(jìn)和創(chuàng)新較難。

3 西洋參多糖的結(jié)構(gòu)鑒定

由于多糖結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，目前，多糖的結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系并沒有明確的定論。多糖的結(jié)構(gòu)分為一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)。一級(jí)結(jié)構(gòu)是多糖結(jié)構(gòu)的主要研究對(duì)象，包括糖苷鍵的類型、相對(duì)分子質(zhì)量、單糖的組成、含量和順序等。目前，西洋參多糖結(jié)構(gòu)的研究還在探索中，一級(jí)結(jié)構(gòu)是其中的主要研究方面，探究西洋參多糖的高級(jí)結(jié)構(gòu)及其構(gòu)效關(guān)系對(duì)推動(dòng)植物多糖的結(jié)構(gòu)研究具有重要意義。

多糖結(jié)構(gòu)研究主要有物理法、化學(xué)法和生物法。物理法有紫外光譜、高效液相色譜、質(zhì)譜、紅外光譜、氣相色譜和核磁共振等?；瘜W(xué)法是將多糖甲基化、Smith 降解或高碘酸氧化等進(jìn)而研究西洋參多糖的糖苷鍵位置、比例、構(gòu)型等結(jié)構(gòu)特征。鄭艷[17]通過熱水煮提的方法提取西洋參根中的多糖成分，提取三次后向提取液中加入乙醇至提取液中乙醇濃度達(dá)80%，離心得西洋參粗多糖，將其配置成水溶液，用Sevag 法除去蛋白質(zhì)得西洋參粗多糖WQP，提取率為10.5%，通過柱層析分離出兩種中性淀粉樣葡聚糖，兩種聚半乳糖醛酸（AG 型果膠）和四種聚阿拉伯半乳糖（HG 型果膠），它們的比例為43:1:13，其中淀粉樣葡聚糖主要由葡萄糖組成相對(duì)分子質(zhì)量為1×104～1×106，果膠型多糖主要由葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖組成，相對(duì)分子質(zhì)量為5.5×103～2.3×105。Yu 等[18]用乙醇提取的西洋參多糖，純化后得到兩種中性多糖和三種酸性多糖，相對(duì)分子質(zhì)量在1×104～1×107之間，中性多糖的紅外光譜結(jié)果表明其含有吡喃糖，酸性多糖的紅外光譜結(jié)果表明其含有微量糖醛酸。李珊珊等[19]從西洋參果中提取并純化了一種中性多糖和一種酸多糖，經(jīng)高效液相色譜儀分析表明兩種多糖的主要組成為葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖和少量甘露糖等，此外分離出的酸性多糖中還包括鼠李糖和半乳糖醛酸。Guo Qingbin 等[20]從西洋參根中提取出的非淀粉多糖GSP 含有鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖和糖醛酸（1:4:8:8:50），紅外光譜表明GSP具有果膠結(jié)構(gòu)，核磁共振分析其主要糖殘基為4-α-D-半乳糖殘基。于曉娜[21]提取了西洋參中的堿性多糖，純化后得到兩種均一組分AEP-1 和AEP-2，兩種多糖均含有β-吡喃糖苷，均由葡萄糖、半乳糖和半乳糖醛酸組成，AEP-2 還含有阿拉伯糖和甘露糖。多糖的功能與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，即使是一級(jí)結(jié)構(gòu)完全相同的多糖，其高級(jí)結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致其生物活性有很大差異。

4 西洋參多糖的活性及功能

4.1 免疫調(diào)節(jié)

西洋參多糖的免疫活性較強(qiáng)，可以促進(jìn)機(jī)體釋放多種細(xì)胞因子和抑制炎癥反應(yīng)，有效地促進(jìn)機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)。于曉紅[22]用水提醇沉的方法從西洋參中提取出了粗多糖，喂養(yǎng)小鼠試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)西洋參多糖既能提高小鼠巨噬細(xì)胞的吞噬能力，促進(jìn)非特異性免疫，又能通過刺激小鼠產(chǎn)生淋巴細(xì)胞、抗體，促進(jìn)特異性免疫。劉雪瑩等[23]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)從西洋參花中提取的多糖顯著提高小鼠RAW264.7 巨噬細(xì)胞的免疫活性。Wang Lijun 等[24-25]從西洋參中分離純化出三種酸性多糖PPQA2、PPQA4 和PPQA5 和一種新型中性多糖PPQN，體外試驗(yàn)表明四種種多糖均能刺激小鼠巨噬細(xì)胞RAW264.7 產(chǎn)生細(xì)胞因子，促進(jìn)小鼠的免疫調(diào)節(jié)。Kazi Farida Akhter 等[26]用熒光標(biāo)記了西洋參多糖研究其免疫調(diào)節(jié)作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)西洋參多糖對(duì)巨噬細(xì)胞株幾乎沒有毒害作用，同時(shí)具有較強(qiáng)的免疫刺激作用。

4.2 降血糖

植物多糖的降糖效果主要是通過促進(jìn)胰島素分泌，抑制胰島細(xì)胞凋亡；增強(qiáng)胰島素敏感性，降低胰島素抵抗；調(diào)節(jié)相關(guān)酶活性；抗炎；提高抗氧化應(yīng)激能力；調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路；調(diào)節(jié)腸道菌群等方面實(shí)現(xiàn)的[27]。西洋參多糖作為一種天然產(chǎn)物，具有毒副作用小、資源豐富的優(yōu)點(diǎn)，作為輔助治療糖尿病的藥物前景廣闊。劉永恒等[28]通過檢測(cè)小鼠血液中的血糖水平考察了西洋參多糖對(duì)機(jī)體的降血糖作用，給予小鼠模型不同劑量水平的西洋參多糖，觀察不同劑量組小鼠的血糖變化，結(jié)果顯示西洋參多糖對(duì)機(jī)體有一定的降血糖作用，推動(dòng)了西洋參多糖在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。劉宗林[29]通過檢測(cè)小鼠血液中血糖水平觀察西洋參多糖的降血糖作用，試驗(yàn)結(jié)果表明注射過西洋參多糖的小鼠體內(nèi)血糖水平明顯降低。陳銳等[30]通過檢測(cè)糖尿病小鼠體質(zhì)量和血糖水平、糖耐量等變化發(fā)現(xiàn)西洋參多糖肽具有降血糖的作用。Xie J.T.等[31]向小鼠腹腔注射從西洋參漿果中提取的多糖成分，結(jié)果表明小鼠在體質(zhì)量不變的情況下血糖水平得到了有效控制。

4.3 抗腫瘤

腫瘤難以治愈，目前治療多采用手術(shù)切除、放化療技術(shù)，腫瘤難以切除完全，有復(fù)發(fā)的可能，放化療會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生非常大的副作用，加重機(jī)體負(fù)擔(dān)[32]。西洋參多糖能提高宿主抗腫瘤的免疫功能，與治療腫瘤的方法聯(lián)用有較好的效果。朱文靜等[33]建立了BABL/C 小鼠肝癌模型，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)給予小鼠模型西洋參多糖藥物后，小鼠腫瘤的體質(zhì)量降低，證明西洋參多糖具有顯著抑制腫瘤的作用。樸云峰等[34]采用體外細(xì)胞培養(yǎng)等方法研究了西洋參多糖對(duì)肝癌細(xì)胞的殺傷作用，結(jié)果表明當(dāng)西洋參多糖的質(zhì)量-體積濃度提高時(shí)，可以有效地降低癌細(xì)胞的存活率，從而達(dá)到抗腫瘤作用。

4.4 抗輻射

西洋參多糖可提高經(jīng)過輻照處理的小鼠的存活率，有研究認(rèn)為這與西洋參多糖的抗氧化、促進(jìn)免疫調(diào)節(jié)及清除有害自由基的功能有關(guān)[35]。劉宗林[29]以小鼠為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，將西洋參多糖注射進(jìn)小鼠體內(nèi)，再對(duì)小鼠進(jìn)行輻射處理，觀察到西洋參多糖組存活小鼠數(shù)量明顯比對(duì)照組數(shù)量多，證明西洋參多糖具有明顯的防輻射作用。該研究發(fā)現(xiàn)西洋參多糖不僅能夠在機(jī)體中單獨(dú)發(fā)揮作用，還能與機(jī)體中的其他成分協(xié)同發(fā)揮作用。

4.5 其他功能

除上述作用外，西洋參多糖還有抗病毒、抗氧化、抗炎、降血脂等功能作用。馮坤苗等[36]用西洋參莖葉中提取的多糖進(jìn)行體外抗病毒試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明從西洋參莖葉中提取的多糖具有顯著的抗病毒作用，為提高西洋參資源的綜合利用率提供了依據(jù)。Subhrojit Sen 等[37]發(fā)現(xiàn)西洋參提取物對(duì)葡萄糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激具有抑制作用，同時(shí)抑制了內(nèi)皮細(xì)胞損傷，證明西洋參具有抗氧化特性，這可能是西洋參中的多糖和其他成分的共同作用。Wang Lijun 等[38]研究了亞洲人參、西洋參和三七的各種成分對(duì)抗菌活性的影響，結(jié)果表明皂苷、多糖、蛋白質(zhì)和人參三醇等對(duì)抗菌活性有一定的影響。

與西洋參皂苷相比，西洋參多糖的研究起步較晚，還不夠深入。隨著越來(lái)越多學(xué)者對(duì)西洋參的關(guān)注多，西洋參多糖將成為研究的熱門話題。通過總結(jié)近年來(lái)西洋參多糖功能作用的研究發(fā)現(xiàn)，西洋參多糖具有顯著的生物活性，同時(shí)西洋參多糖資源豐富、天然產(chǎn)物安全無(wú)毒、應(yīng)用范圍廣泛，有良好的研究前景。但是西洋參多糖作用機(jī)理和結(jié)構(gòu)的關(guān)系仍不明確，這將是未來(lái)西洋參多糖研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，如何將其真正的應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，還要做進(jìn)一步的探索。

5 展望

綜上所述，西洋參多糖的提取分離純化已有多種方法，新技術(shù)的應(yīng)用克服了傳統(tǒng)提取方法提取時(shí)間長(zhǎng)、多糖得率低的缺陷。同時(shí)西洋參多糖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，研究多集中在一級(jí)結(jié)構(gòu)上，更高級(jí)結(jié)構(gòu)的研究較難。對(duì)于西洋參多糖的生物活性研究多集中在免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗腫瘤等方面，且這些研究還比較淺顯，在細(xì)胞和基因水平上不夠深入。大多研究都用粗多糖喂養(yǎng)小鼠做細(xì)胞試驗(yàn)，不能明確起作用的是哪種類型哪種結(jié)構(gòu)的多糖，對(duì)其作用的機(jī)理尚不清楚。因此明確西洋參多糖結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系，研究西洋參多糖功能作用的機(jī)理，對(duì)開發(fā)西洋參多糖功能產(chǎn)品、推動(dòng)植物多糖的研究和醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。