枸杞多糖的研究与应用

2017-08-23王昌禄王昵霏李贞景

食品科学技术学报 2017年3期

关键词：枸杞多糖活性

王昌禄，王昵霏，李贞景

(天津科技大学食品工程与生物技术学院/食品营养与安全教育部重点实验室，天津 300457)

枸杞多糖的研究与应用

王昌禄，王昵霏，李贞景

(天津科技大学食品工程与生物技术学院/食品营养与安全教育部重点实验室，天津 300457)

枸杞多糖是枸杞中主要的生物活性成分之一，因具有抗氧化、免疫调节、抗肿瘤等多种功能作用而成为近年来研究的热点。详细介绍了枸杞多糖的制备、生物活性作用及其开发利用现状。枸杞多糖的制备过程包括提取、分离与纯化。提取方法有水提醇沉法、碱液提取法、超声波提取法、微波辅助法等；分离与纯化方法主要有Sevage法、三氯乙酸法、蛋白酶法、活性炭脱色、聚合物- 盐双水相系统等，主要是去除多糖中游离蛋白质、色素等杂质，再通过分级沉淀、纤维素离子交换柱层析和凝胶柱层析方法进一步纯化得到单一多糖。此外，还对近年来枸杞多糖在医药、食品、畜牧与饲料等领域的开发利用进行了较详细介绍，并对今后的研究方向进行了展望，旨在为枸杞多糖的进一步研究与开发提供参考。

枸杞；多糖；生物活性；开发利用

枸杞(LyciumbarbarumL.)属茄科落叶灌木，是一种著名的食药兼用的中药材。世界上共有70种枸杞属植物，主要分布在南北美、南非、欧亚大陆和澳大利亚的亚热带地区[1]，我国枸杞的产地主要集中在大西北地区。枸杞营养成分非常丰富，《本草纲目》中记载枸杞具有坚筋骨、滋补精气不足、明目安神，使人长寿等功效。

枸杞多糖(Lyciumbarbarumpolysaccharide，LBP)是从枸杞中提取得到的一种水溶性多糖，由各种单糖通过糖苷键相连接，总含量大约占枸杞重量的3.36%[2]。枸杞的药理和保健作用与LBP的含量有很大关系。现代药理研究表明，LBP具有增强机体免疫力、抗衰老、抗肿瘤、降血脂等多种功效[3]，且无任何毒副作用。LBP是目前枸杞研究领域的热点之一，具有广阔的开发应用前景。本文介绍了近年来LBP的制备、生物活性作用以及产品开发利用现状，希望为LBP的进一步研究与开发提供参考。

1 LBP的制备

LBP的制备包括枸杞果实预处理、多糖浸提、醇沉、脱蛋白及冷冻干燥几个阶段。一般预处理方法为：将枸杞果实烘干、粉碎、过筛，再加入有机溶剂进行回流脱脂。枸杞成熟干果中含有一定的粗脂肪、单糖和低聚糖，这些成分会影响多糖的提取，故在多糖浸提之前需使用有机溶剂进行脱除。

1.1 LBP的提取方法

目前，提取LBP的方法主要有水提醇沉法、碱液提取法、超声波与微波辅助提取法和酶法提取等，各提取方法原理不同，各有优势。

1.1.1 水提醇沉法

水提醇沉法是利用多糖溶于水而不易溶于乙醇的特性，先将多糖溶解于热水中，离心、取上清液、加入乙醇进行沉淀，是一种较为传统的提取方法。研究者们主要通过正交试验、响应面等方法进行参数优化，以获得LBP的优化提取工艺。寿鸿飞等[4]、李丹丹[5]分别以枸杞多糖得率为指标，采用热水浸提法对枸杞多糖进行提取，并用单因素实验和正交试验得到LBP的最佳提取条件。热水浸提法简单易行，成本较低，且能保持多糖的完整性，适合大规模生产，但其耗时较长，且长时间加热容易使多糖发生褐变反应，所得多糖纯度较低。

1.1.2 碱液提取法

碱液提取时可破坏植物的细胞壁及细胞膜的完整性，使其通透性增加。LBP为酸性杂多糖，易溶于碱性水溶液，使LBP的渗透率增加，从而达到提高得率的目的[6]。陈吉生等[7]研究了水提、超声和微波辅助提取LBP，结果表明，LBP提取液一般选用弱碱性溶液，其在碱性环境中得率最高。碱提法虽然能大幅度提高多糖提取率，但枸杞中还原糖易在碱的作用下发生美拉德反应，且颜色随碱液浓度的增大而加深，近年来碱液提取的研究并不多见。

1.1.3 超声波提取法

超声波在液体中能产生空化作用[8]，产生的冲击波和射流可破坏植物细胞和细胞膜结构，使生物活性物质更容易被提取出来。由于超声波在传播过程中能产生机械振动、微声流等多极效应，能够更充分地提取植物中的有效成分。李冬梅等[9]对超声辅助提取LBP进行了分析，认为超声辅助法提取LBP可以大幅度地提高提取效率，减少溶剂的使用量，降低提取时间和温度。刘腾子等[10]通过单因素实验和正交试验，对超声波法提取LBP的工艺条件进行了优化，得到了最佳提取工艺。结果表明，影响多糖提取率的主要因素是超声时间，其次是超声温度，而料液比影响最小。由于超声波处理时间对多糖提取率的影响最大，实验中要控制好时间。超声波法与热水浸提法相比，耗能少、提取率高，具有简单、快速、高效的特点，在食品加工的应用中具有很大优势。

1.1.4 微波辅助提取法

微波辅助提取原理[11]为：利用高频电磁波穿透使细胞破裂，从而使细胞内的有效成分快速溶出。该法主要适用于处理热敏性组分或从天然物质中提取有效成分。郑玲利等[12]利用微波辅助提取LBP，采用响应面法优化提取条件，得出微波辅助提取LBP的最佳工艺，在该条件下，LBP的提取率较高，且工艺条件稳定，重复性好。微波法具有快速、节能、污染小等特点，可辅助水提法来提高多糖提取率。

1.1.5 酶提取法

提取多糖常用的酶有纤维素酶、蛋白酶、果胶酶和混合酶等，纤维素酶能使植物细胞壁和细胞间质中的纤维素降解，蛋白酶能水解与多糖结合的蛋白质，使有效成分加速溶出，提高溶出率。Zhang等[13]采用纤维素酶、木瓜蛋白酶双酶法提取枸杞多糖，LBP得率较高。迟宗磊等[14]研究了一种LBP的提取方法，在微波条件下加入纤维素酶酶解，再加入碱性蛋白酶和无花果蛋白酶，酶解后浓缩并脱色离心，取上清液醇沉，再离心取沉淀，冷冻干燥得LBP。该法酶作用条件温和，能够使枸杞中的脂肪、纤维素酶解，提高枸杞多糖得率及纯度。酶法提取虽然效率较高，但价格昂贵，不适用于大规模使用。

1.1.6 其他提取方法

除常用的提取方法外，还有很多其他新型方法，无论是提取效率、自动化程度，还是节能环保方面都有了很大的进步，如超声波- 微波联合萃取法、超声波辅助复合酶法、超声强化亚临界水提取等。超声- 微波联合萃取法提取多糖结合了超声波与微波的优点，具有快速、安全、有效的特点，近年来发展较为迅速。王杉杉等[15]以LBP得率为评价指标，用超声辅助复合酶法通过正交试验确定了LBP的最佳提取条件。实验中所用到的酶有脂肪酶、蛋白酶、果胶酶和纤维素酶，复合酶的使用大大提高了多糖得率。Yang等[16]比较了不同提取方法对LBP的化学性质和生物活性的影响，包括热水浸提(HWE)、超声提取(UWE)、亚临界水萃取(SWE)和超声强化亚临界水萃取(USWE)，研究发现，USWE的多糖得率可高达14.1%，比HWE高6.2%，且此法所得多糖具有更高的抗氧化能力和免疫调节能力。这些方法都是在热水浸提的基础上对原料进行再处理，使LBP溶出率增加，但如果条件控制不好，可能对多糖的结构造成不同程度破坏，从而影响其活性。

1.2 LBP的分离与纯化

提取的粗多糖中常含有蛋白质、核酸、色素等杂质，影响多糖的纯度以及生物活性，因此，在对多糖进行结构、功能等研究前，需将这些杂质去除，再进行分级分离。脱去游离蛋白的方法有Sevage法、三氯乙酸法、蛋白酶法等。Sevage法比较温和，但需重复多次；三氯乙酸法较为剧烈，易影响多糖的生物活性。色素类物质可用活性炭吸附、双氧水脱色等。聚合物- 盐双水相系统(ATPS)是一种新型萃取体系，Yun等[17]用此法分离纯化LBP，聚合物为热敏型嵌段共聚物(EOPOEO)，盐为NaH2PO4，该体系能够有效除去蛋白质、色素、盐和其他小分子杂质，所得LBP纯度达到64%。此外，通过降低温度能够回收再利用EOPOEO，其纯度高达98.5%。

纯化过程是将多糖混合物分离为单一多糖的过程，主要有分级沉淀、纤维素离子交换柱层析和凝胶柱层析。一般先通过DEAE- 52纤维素(OH-)离子交换柱进行分离，再过Sephadex G- 50凝胶色谱柱进一步纯化得单一多糖。陈亮等[18]用泡沫分离法纯化LBP，建立了一种简单、高效的LBP纯化思路，对纯化LBP工艺提供了参考。

2 LBP的生物活性

2.1 免疫调节作用

免疫调节是指免疫系统参与肌体整体功能的调节，如果调节机制失控或异常，都有可能导致各种免疫疾病的发生。免疫系统中较为重要的是巨噬细胞、B细胞和T细胞，它们共同对抗原刺激产生反应，形成免疫应答。孙晓雨等[19]、王建东等[20]均研究了LBP对小鼠机体的免疫调节作用，发现LBP有较强的免疫调节功能，且能增强小鼠的免疫功能，但免疫调节分子机制还不是很清楚。Zhang等[21]研究发现，从LBP中纯化出来的组分LBPF4- OL可能是一种新的Toll样受体4/MD2- MAPK信号途径的激活诱导物，使机体产生免疫应答。

2.2 抗肿瘤作用

1946年，研究人员首次发现了多糖的抗癌和诱导癌症病人的完全缓解作用[22]。Shen等[23]研究发现，LBP能阻止人乳腺癌细胞的S期生长，且可通过p53通路激活胞外信号调节激酶，从而抑制肿瘤细胞的生长。Zhang等[24]研究了LBP的特性及其对人肝癌细胞的影响，发现球形分子多糖LBP-a4具有使癌细胞凋亡的作用，而绒毛状分子多糖LBP-p8没有这种作用，该分子作用机制为临床上开发抗癌药品提供了一定的参考。

2.3 抗氧化和防衰老作用

随着年龄增长，氧化应激造成的各种损伤已成为机体衰老和疾病的主要原因，已有研究证实了p53和p21基因与氧化应激和衰老的关系。LBP在细胞凋亡及衰老进程中可能通过p53基因调节通路完成，在其作用下，衰老相关基因表达降低[25]。LBP能够减少机体氧化应激反应，抑制组织器官的老化，延缓衰老。Xin等[26]研究发现，LBP能够显著增加SOD和氧化酶活力，减少心脏的MDA水平，并能减轻抗肿瘤药物阿霉素对心肌细胞的毒性作用，且不减弱阿霉素的抗肿瘤活性。

2.4 降血糖和血脂作用

研究表明，LBP能明显降低小鼠体内血脂、血糖和高密度脂蛋白含量[27]，增强氧化应激水平。丁园[28]探索了LBP对大鼠血糖、血脂的影响，结果表明，LBP可通过保护胰岛B细胞、抗氧化等作用降低血糖和血脂水平，为临床上LBP的应用提供参考。

2.5 其他作用

LBP除以上生物活性外，还具有很多功效。LBP对非酒精性肝损伤和化学性肝损伤都具有保护作用[29-30]，可明显改善肝组织细胞损伤；LBP还可减少机体致疲劳物质，调节机体能量代谢，同时能够改善身体机能，促进体力恢复，通过调节神经递质而改善机体抗疲劳作用[31]；LBP对雄性小鼠的生殖系统及生精功能有明显的改善作用[32-33]，通过II型胶原免疫球蛋白降低炎症介质的表达[34]，促进成年大鼠视网膜细胞扩散并对神经细胞有一定的保护作用[35]。

3 LBP的开发应用

由于LBP的多种生物活性对人体健康的潜在的影响，目前，枸杞已成为世界范围内，尤其是在韩国、日本和欧洲最受欢迎的营养物质或健康膳食补充剂之一[36-37]。枸杞食用的主要形式有汤、果汁、酒、茶和各种休闲食品。枸杞及其LBP的生物活性已日益受到医学专家和普通人群的关注，在很多领域得到了广泛应用。

3.1 医药领域

LBP具有多重药理作用，在医药领域用途广泛，不但可作为免疫辅助剂，辅助重组疫苗增强T细胞免疫力[38]和抗衰老作用，还可与铁配合物结合，成为具有多重保健功能的补铁剂[39]。LBP有增敏作用[40]，可增强放疗治疗患者的临床疗效，还可作为干预剂，以多糖胶囊制剂的形式减弱尿结石、糖尿病及肿瘤对人体的危害。

3.2 食品领域

LBP作为一种天然的活性成分，已成为一种倍受欢迎的功能性食品添加剂。目前，市场上以LBP作为功能保健食品主要有多糖口服液、阿胶枸杞颗粒、速溶枸杞粉、枸杞保健饮料等，如陈楠楠等[41]用枸杞浸提液研制出丝胶枸杞保健饮料。将LBP添加至酱油中还可制成保健调味品或将其作为运动营养补充剂补给从事高强度训练的运动员，提高其免疫力。

3.3 畜牧与饲料领域

近年来，随着特种养殖的兴起和人们对绿色食品的追求，LBP在畜牧生产、水产养殖等领域得到了广泛应用。在饲料中添加LBP以提高产品质量，对我国畜牧业、水产养殖业等的健康发展起到了重要作用。

3.4 其他领域

王雅琦[42]对LBP的吸湿性进行了研究，发现其与乳糖结合后吸湿性能较好，可为中药制剂的开发提供依据。林峰等[43]发明了一种青虾用复合免疫增强剂，其中LBP占25%～35%，解决了青虾在养殖过程中出现的一些问题。另外，LBP热裂解过程中可释放多种具有特殊香味的化合物，产生花香、奶香等香韵，将其用于卷烟中可改善卷烟香气量、杂气、刺激性等，使卷烟的香气协调性更好。

4 展望

目前，尽管对LBP的提取、分离纯化以及生物活性等方面已经开展了一些研究，取得了大量有益成果，但是，仍然存在着一些问题。第一，目前，LBP最经济实用的提取方法仍为水提法，但其耗时较长，在以后的研究中需考虑不同温度、pH值等因素对水提多糖提取率的影响，尽量缩短提取时间，为工业化多糖的提取提供一定的理论依据。第二，LBP提取过程中的脱蛋白通常采用Sevage法。Sevage法虽然条件温和，但需重复多次，造成有机试剂的浪费，在多糖中也会残留有机溶剂，因此，寻找可以代替氯仿的有机试剂或者如何对提取后的混合有机试剂进行回收利用也是以后的研究重点。第三，LBP虽然功效较多，但目前对LBP的研究基本都建立在动物模型和体外试验上，还需积极寻找更加直接有效的细胞模型及与提高人体免疫力、抗氧化能力等相关的评价方法。

LBP具有安全性高、副作用小、生物活性高等优点。将LBP作为一种天然功能性成分用于食品、保健品和医药等领域具有广阔的开发应用前景。

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(责任编辑：叶红波)

Research Progress ofLyciumbarbarumPolysaccharide

WANG Changlu, WANG Nifei, LI Zhenjing

(SchoolofFoodEngineeringandBiotechnology/KeyLaboratoryofFoodNutritionandSafety,MinistryofEducation,TianjinUniversityofScienceandTechnology,Tianjin300457,China)

Lyciumbarbarumpolysaccharide (LBP) is one of the major ingredients responsible for those biological activities inLyciumbarbarumL.. It has been the hot spot in recent years because of its various important biological activities, such as antioxidant, immunomodulation and antitumor. The purpose of the present review is to summarize previous and current references regarding the preparation, biological activities as well as development of LBP. The preparation of LBP includes extraction, separation, and purification. The extraction methods contain water extraction and alcohol precipitation, alkali extraction, ultrasonic extraction, and microwave -assisted. Separation and purification methods consist of Sevage, TCA, protease, active carbon, polymer -salt aqueous two -phase systems and other methods. The above methods are used to remove free protein, pigments and other impurities from polysaccharides. After that, precipitation, cellulose ion exchange column chromatography, and gel filtration chromatography are used to purify single polysaccharide. Besides, this article introduces the application of LBP in the pharmaceutical, food, livestock feed, and other areas. The future research directions are suggested for the further study and utilization of LBP.

Lyciumbararum; polysaccharide; biological activities; utilization

10.3969/j.issn.2095 -6002.2017.03.006

2095 -6002(2017)03 -0043 -07