1、植物多糖的提取分离和应用术进展苇 1l 瑚化工料技栅植物多糖的提取分离和应用严金龙,吕志敏(盐城工学院化学与生物工程学院江苏盐城 224003)摘要:对近年来植物多糖的提取分离技术进行了综述 ,并展望了植物多糖在食品,医药学等方面应用前景.关键词:植物多糖;提取:分离;应用中图分类号:0946.3 文献标识码:B 文章编号:1009 4725(2004)i 卜 004104Extraction,IsolationandApplicationofPolysaccharidesfromPlantsYANJin-long,LVZhi-minfCollegeofChemicalandBiologica
2、lEngineeringofYanchengInstituteofTechnologyYancheng224003China)Abstract:Theextractionisolationandapplicationofpolysaccharidesfromplantsinrecentyearswasdescribedinthispaper.Developmentofthestudyonitscharacteristicandapplicationwerealsointroducedsuchasonfoodandpharmaceuticalindustry.Keywords:polysacch
3、arides;extraction;isolation;application前言多糖和蛋白质,基因是生命科学的三大领域,后两项的研究在 20 世纪已取得巨大成果,而作为能使生命焕发异彩的多糖已成为 2l 世纪生命科学研究前沿领域,对其开发利用已引起世界各国的广泛关注.多糖类又称多聚糖(Polysaccharides),分子量在数万或数百万,植物多糖包括淀粉,纤维素,葡聚糖(如香菇多糖),果聚糖,树胶,粘液质,粘胶脂(如琼脂)等,其中有些免疫激活多糖是癌细胞抑制剂,但特异性收稿日期:20040905较差.2O 世纪 8O 年代,德国的 FranzG 等研究组最为活跃,证明许多植物多糖,真菌多糖
4、有抗肿瘤活性.这包括已用于临床的香菇多糖(Lentinan),云芝多糖(PSK,Krestin),猪苓多糖等.多糖与免疫功能的调节,细胞与细胞的识别.细胞间物质的运输,癌症的诊断与治疗等有着密切的关系.多糖在医药上还是一种很好的佐剂.近年来又发现多糖的糖链在分子生物学中具有决定性作用.此外它还能控制细胞的分裂和分化,调节细胞的生长和衰老多糖在食品工业,发酵工业及石油工业上也有着广泛的应用.人类利用植物中的非淀粉多糖物质,进行食品加工生产,已有十分漫长的历史.近半个世纪删洲咖哪硼化|科技市场2oo$11 期术进展以来,科技进步不仅完全改变了传统食品的加工模式,而且随着人们对食物原料组成分离,提取
5、技术的逐步掌握,以及对其功效价值认识的深入,食物原料的开发和利用己进入了一个全新的局面.越来越多的植物多糖成分获得了新的开发,其在食品领域中的应用价值得到了发展和证实,为食品工业的快速发展注入了新鲜的活力.植物多糖是由许多相同或不同的单糖以A2 或 B2 糖苷键所组成的化合物,普遍存在于自然界植物体中,其分了量一般为数万甚至数百万,是构成生命活动的四大基本物质之一,同维持生命功能密切相关.近年来,随着人们对多糖及糖结合物在生命科学中作用的认识,以及多糖研究技术的迅速发展和改进,多糖研究异军突起,国际科学界视多糖的研究为生命科学的前沿领域,甚至提出 2l 世纪是多糖的世纪.许多植物多糖具有免疫调
6、节活性,能够增强机体巨噬细胞,淋巴细胞等免疫系统的功能及激活或促进抗体,补体的生成和干扰素的诱生;多糖也可以用于糖尿病的防治,促进胃溃疡愈合和修复,具有抗辐射,降血脂等多种功效2.因此 ,多糖及其衍生物作为生物效应调节剂而成为近年来天然药物的研究热点之一.通过对草本植物有效功效部位生物活性化提取,将传统提取的多糖混合物转化成具有生物活性的多糖分了 GPS.经国家权威机构药理,药效研究证明:这种活性多糖具有激活,增强和调节人体免疫能力,抵制肿瘤,抗炎,抗病毒,修复自身免疫性疾病的功效.因此,开展多糖资源的开发,多糖结构的分析,多糖药理作用等的研究具有极其重要的现实意义.1 植物多糖的提取分离纯化
7、研究多糖广泛存在于植物,微生物(细菌和真菌)和海藻中,来源很广.其中研究得较早且最多的,是从细菌中得到的各种荚膜多糖,它在医药上主要用于疫苗;1984 年,前苏联在荷兰召开的第十二次国际碳水化合物讨论会上报道了用全合成特定结构的荚膜多糖作疫苗,引起与会者的极大兴趣.尔后,有关真菌多糖的研究既深又广,如酵母菌多糖,食用菌多糖,特别是食用菌多糖的研究,报道的频率是相当的高,其中以香菇多糖研究得较清楚.另外,植物多糖的开发也备受人们的青睐,由于我国是中药的起源I.42.Il之地,而糖类是中药材中普遍存在的成分,在对各种中药材的化学成分研究的过程中,人们都少不了对其中多糖的关注.植物多糖研究得比较深入
8、是稻草多糖,麦秸多糖,竹多糖,黄芪多糖,刺五茄多糖,海藻多糖虽然研究得不多,但其前途也是很光明的.自首乌粗多糖具有促进 T 细胞增殖,提高机体免疫力的作用,且提取甾体酯苷后的白首乌药渣中仍含有大量的多糖类成分,是一种不可多得的药源4,5.海南多环保健品有限公司是国内较早进行魔芋及魔芋葡露聚糖开发的企业,在魔芋的应用及保健功效的研究开发方面走在了同行前列.近年,该公司致力于植物多糖的丌发,又陆续推出枸杞多糖,水溶性茯苓多糖等产品.天津药业生物技术有限公司与南开大学生命科学院,天津医科大学,天津肿瘤医院的科研人员研制的天然植物多糖提取技术从多种中草药材中提取活性多糖的纯度已达 98%以上,这是我国
9、在生命科学的重要领域“活性多糖“的分离,纯化,分子结构确定及量效关系控制方面取得的重大突破,步入生命科学前沿并达到世界领先水平.动植物中存在的多糖或微生物胞内多糖,因其细胞或组织外大多有脂质包围,要使多糖释放出来,第一步就是去除表面脂质,常用醇或醚回流脱脂.第二步将脱脂后的残渣以用水为主体的溶液提多糖(即冷水,热水,热或冷的 0.11.Omol/LNa0H,热或冷的 1%醋酸或 1%苯酚等), 这样提取得到的多糖提取液含有许多杂质,主要是无机盐,低分 r 了量的有机物质及高分子量的蛋白质,木质素等.第三步则要除去这些杂质,对于无机盐及低分了量的有机物质可用透析法,离子交换树脂或凝胶过滤法除去;
10、对于大分子杂质可用酶消化(如蛋白酶,木质素酶),乙醇或丙酮等溶剂沉淀法或金属络合物法.多糖提取液中除去蛋白质是一个很重要的步骤,常用的方法有 Sevag 法,三氟三氯乙烷法,三氯乙酸法,后者较为剧烈,对于含呋喃糖残基的多糖由于连接键不稳定,所以不宜使用.但该法效率较高,操作简便,植物来源的多糖常采用该法.上述三种方法均不适合于糖肽,因为糖肽也会像蛋白质那样沉淀出来.除去蛋白质后,应再透析一次,选用不同规格的超滤膜和透析袋进行超滤和透析,可以将不同分子大小的多糖进行分离和纯化,该法在除去小分子物质十分实用,同时能满足大生产的需要.具有广阔的应用前景.至此,得到的提取液基本上是没有蛋白质与小分子杂
11、质的多糖混合物.一般来讲,通过上述方法所得到的是多糖混合物,如果要得到单一的多糖,还必须对该混合物进行纯化.柱层析在多糖的纯化较为常用,常分为两类一是只有分了筛作用的凝胶柱层析,它根据多糖分了的大小和形状不同而达到分离目的,常用的凝胶有葡聚糖凝胶及琼脂糖凝胶,以及性能更佳的 Sephacryl 等.洗脱剂为各种浓度的盐溶液及缓冲液,其离子强度不应低于 0.02mol/L.是离子交换层析,它不仅根据分子量的不同,同时也具有分子筛的作用,常用的交换剂有DEAE 一纤维素 ,DEAE-葡聚糖和 DEAE-琼脂糖等 ,此法适合于分离各种酸性,中性多糖和粘多糖.多糖的纯化还可用其他方法,如制备性高效液相
12、层析,制备性区带电泳,亲和层析等,这些方法适用于制备少量纯品供分析用叫 ll.多糖的检测可用比旋度,示差折射及紫外检测等方法,也可以用苯酚一硫酸法测定多糖.纯度的鉴定可以用超离心法,高压电泳法,凝胶过滤法,高效液相法,示差折射法,紫外检测法等.多糖的结构描述包括分子量范围,单糖的组成,连接点类型,单糖和糖着键的构型及重复单元等.GC测定糖组分时须在进样前进行化学衍生,如硅烷化和还原,乙酸化等,以提高样品的挥发度.多糖结构的分析方法还有甲基化分析法,高碘酸氧化法,Smith 降解法,酸碱部分降解法,特定酶的降解法等.近几年又将高效毛细管电泳应用于糖结构的分析.随着现代仪器的发展,物理分析方法也在
13、多糖结构分析中占有很重要的地位,如红外光谱,核磁共振,质谱分析等.分子量测定常用渗透压法,超过滤法,粘度法,光散射法,高效凝胶渗透色谱法,高效液相法,还原末端法及聚合度法.2 植物多糖的药理作用研究4】多糖有多种多样的生物活性.目前,对多糖的化学研究以及生物功能的研究方兴未艾,不同来源多糖的潜在功能尚须进一步研究.专家预测,随着对多糖结构和功能关系的研究,将会产生生物学的新领域.术进展-m- _丽 咖圃_圆啊摹 11 囊化工竹杖事场抗肿瘤人们已从不同的生物材料中得到多种具有抗肿瘤活性的多糖,如从香菇中得到的香菇多糖具有强的抗肿瘤活性,其抑制癌症和抗肿瘤效果不是直接作用于移植性癌细胞,而是通过宿
14、主调节发生作用.香菇多糖有高分子量(40 万80 万)的葡聚糖,也有小分子蛋白的香菇多糖,_者均同样具有抗肉瘤柞用.FranzG 等的实验证实,香菇多糖既能抑制移植癌,又能强烈抑制原发性自身癌的生长,且对细菌,病毒,寄生虫等病原性生物感染有良好的治疗作用,对宿主正常细胞无毒性.临床用于晚期胃癌或复发性胃癌,可改善生活质量,廷长生存期.多糖类制剂也用于肝癌,肺癌和子宫颈癌,给药方法多样,可口服,也可皮下,肌肉,静脉或腹腔内注射,可单独用药,也可配合化疗,放疗,或用于手术切除之后.多糖的化学结构与生理活性间有相关性.如真菌多糖的分子立体结构对其活性的影响很大,凡具 B 一螺旋结构的多糖具有较强的生
15、物功能.结构的化学修饰可提高多糖的活性,如原茯苓多糖没有抗癌作用,当它经过碘酸氧化,脱氢还原和酸水解后的产物,却具有很高的抑瘤活性.增强免疫作用已证实不同的多糖具有不同的免疫促进作用.香菇多糖是理想的免疫促进刑,它作为 T 细胞定位的佐剂和辅助 T 细胞刺激参与机体免疫反应 .现已发现,其具有高度特异性免疫增强作用.在带癌状态下一方面它能激活腹腔巨噬细胞的杀伤抗原能力;另一方面能恢复已降低的免疫功能,特别是能恢复 T 协助细胞的活性,同时近百倍地提高抗胸腺依赖性抗原的体液性抗体水平.银耳多糖能促进淋巴细胞的转化,增强小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬功能,明显促进肝脏蛋白质核酸的合成以及促进骨髓造血功能,
16、提高体液免疫力.黑木耳多糖可有效地提高小鼠巨噬细胞的吞噬指数和百分率.药理实验证明,茶多糖具有增强免疫功能,促进单核巨噬细胞系统吞噬功能的作用.研究表昵茶多糖是一种免疫促进剂,能明显促进巨噬细胞的吞噬能力,使免疫器官脾脏重量增加,其他多糖如大蒜,萝卜等提取的多糖对 T 淋巴细胞,B 淋巴细胞及巨噬细胞分别具有不同的增强作用,可增强机体细胞免疫功能.降血糖,降血脂药理实验证明,茶多糖具有明显的降血糖的作用,其中有降血糖作用的多糖为牛乳?43?化|舛 t 事场2oo4ll 囊术进展葡聚糖.香菇多糖具有对胆固醇的溶解作用.肠膜状明串珠球菌因蔗糖发酵液中产生的右旋糖酐,其硫酸酯有阻止脂类异常引起的高血
17、脂动脉硬化的作用.黑木耳多糖具有缓解动脉粥样硬化的功效.抗辐射,抗氧化黑木耳多糖具有抗放射作用,对 60Co 照射的动物可提高存活率.茶多糖具有明显的抗辐射作用.研究结果表螺旋藻水溶性多糖能显着增强辐射引起的 DNA 切除修复活性和程序外 DNA 合成,同时能显着减轻小鼠骨髓细胞和蚕豆根尖细胞的辐射遗传损伤,大大降低辐射引起的突变频率.银耳孢子多糖具有抗放射作用.从湖北恩施地区野生竹叶中提取得到的几种不同结构的多糖均能增强机体的抗氧化防御机制.以四氯化碳致肝损伤后,小鼠肝线粒体,微粒体含量急剧上升,给予菩叶多糖能显着抑制这种变化从海带科植物海带中提取的低分予量岩藻聚糖硫酸酯具有抗氧化,免疫调节
18、等作用.中华猕猴桃的根中提取的多糖有较强的抗衰老的作用.从宁夏枸杞子中提取得到的多糖具有抗氧化,抗肿瘤,防衰老及增强免疫力等方面的作用,H.0.致红细胞膜损伤后,若给予枸杞多糖可抑制脂质过氧化的发生.此外还有螺旋藻多糖,褐藻多糖,海藻硫酸多糖,猴头菌丝多糖,红藻多糖,南沙参多糖8.同时其他的研究还表明:黑木耳多糖具有抗血小板聚积,缓解动脉粥祥硬化的功效.九里香多糖和蛋白多糖具有抗生育,增强机体免疫功能的作用,对机体受内外因素所致的损伤具有一定的保护和修复作用.作者简介:严金龙(1971 一),男,副教授,研究生学历,现主要从事分析化学方面的教学与科研.参考文献:【1张晓静 ,刘会东.植物多糖提
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