贾朋贺，刘红*，杨定国，赵伟杰

（1.海南师范大学化学与化工学院海口市热带特色药食同源植物研究与开发重点实验室，海南 海口 571158；2.海南科技职业大学海南省药食同源资源重点实验室，海南 海口 571126）

多糖是由糖苷键连接的长链单糖单元组成的高分子碳水化合物[1]。高等植物、动物、细菌以及微生物多糖具有广泛的生物活性，如免疫调节、抗肿瘤、抗病毒、抗氧化和降血糖等。植物多糖能抑制葡萄糖的产生、促进肝糖原合成，故在预防糖代谢相关疾病（糖尿病、肥胖与营养不良）中显得极其重要。糖尿病是由于胰岛功能减退进而降低胰岛素敏感性和糖原利用度，从而引起相关代谢酶活性、脂质代谢紊乱等问题。目前，多糖通过抗氧化、免疫调节、胰岛素信号转导、神经调节、肠道微生物群以及糖代谢物等途径治疗糖代谢疾病[2]。糖尿病及其并发症是渐变氧化应激和抗氧化防御机制失衡，从而可能导致糖尿病人的细胞和组织损伤并且加速糖尿病并发症的出现[3]，适当的抗氧化剂可以在一定程度上预防或延缓糖尿病并发症的出现[4]。如牛膝多糖不仅能清除自由基，还能通过修复胰岛β细胞，改善免疫系统来缓解高血糖的症状。麦冬多糖降低了由链脲佐菌素（streptozocin，STZ）诱发糖尿病模型小鼠的血糖浓度，增加胰岛素的水平，改善胰岛素水平。多糖通过信号转导通路调节糖代谢，如黄芪多糖调节了糖尿病小鼠骨骼肌胰岛素中的蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB）/葡萄糖运载体 4（glucose transporter 4，GLUT4）信号通路[5]，PKB 在脂肪细胞表达从而刺激葡萄糖的摄取和GLUT4向细胞膜的靠近。多糖通过调节神经靶点海马体，起到增强抗氧化性、改善记忆力、缓解高血压的作用。天然多糖是由葡聚糖、果聚糖、木聚糖、甘露聚糖和半乳聚糖组成的聚合物（如半乳甘露聚糖、果胶）构成，难消化、难发酵的桑椹多糖通过调节肠道微生物菌群，提高健康肠道微生物数量[6]和体系内糖酶[7]活力来调节糖代谢紊乱。鉴于研究者已经对黄芪、苦瓜、南瓜、麦冬、石斛、茶、桑叶等植物多糖的降糖活性及机制做了深入的研究，本文对国内外植物多糖的提取技术（溶剂提取法、生物酶提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法）和分离纯化技术（离子色谱法、亲和色谱法、凝胶柱层析法、膜分离技术）以及硫酸化、乙酰化、羟丙基、羧甲基化修饰多糖以及降糖活性进行综述，为进一步研究多糖的降糖机制提供理论基础。

1 提取技术

1.1 溶剂提取法

溶剂提取法是提取植物多糖的常用方法，主要溶剂为水和乙醇[8]。PAKROKH[9]利用水提法来提取药蜀葵根多糖，具有生产过程安全、提取效率高等优点。为提取分子量大、分支度高的植物多糖，有时采用酸碱提取法。酸碱提取法是将植物浸泡在酸碱溶液中，酸碱能够迅速破坏植物的细胞结构和改变细胞膜的通透性，缩短多糖的溶出时间，明显提高多糖提取率[10]。Li等[11]利用酸碱提取法提取马铃薯皮中水不溶性膳食纤维，当酸碱提取时间为35 min、酸提取浓度为1.5%、碱提取浓度为1.6%时，水不溶性膳食纤维的提取率为12.6%。Guidara等[12]采用酸溶法，用pH 3.0的柠檬酸提取薄荷多糖，结果表明该多糖对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶有较强的抑制活性。Gu等[13]利用0.1 mol/L氢氧化钠溶液从番荔枝渣提取酸性多糖。Jiang等[14]利用碱溶法获得裙带菜硫酸多糖，提取率为（21.59±1.35）%。Vanavil B等[15]利用热水浸提法和盐酸提取法从褐藻中提取硫酸化多糖，盐酸提取法得率为1.2%，热水浸提法得率为3.6%，大于盐酸提取法多糖得率。谢丹丹等[16]发现黄芪碱溶多糖最优提取工艺条件为提取温度70℃、提取时间 130 min、料液比 1∶20（g/mL），此条件下提取率为（15.63±0.36）%。由此可见，碱溶和水提法有利于溶解蛋白质，所得多糖提取率较高。

1.2 新兴提取技术

1.2.1 生物酶提取法

多糖内嵌蛋白质形成细胞外基质，生物酶可水解植物细胞壁释放多糖和蛋白质，提高多糖提取速率。许多研究者利用酶法提取提高多糖产量，如糖酶（粘酶、纤维素酶等）和蛋白酶（碱性蛋白酶，中性蛋白酶等）均取得了较好的试验结果。Zhu等[17]利用复合酶于50℃条件下提取粗绿茶多糖30 min，提取率比热水浸提法高4.52%。Jiang等[18]利用纤维素酶提取绿豆皮多糖，在55℃条件下提取绿豆皮粉末3 h，提取率为1.61%。Li等[19]利用酶提取法提取沙蒿多糖，确定了多糖含有抗糖尿病成分。Li等[20]利用酶提法提取菊三七多糖，发现纤维素酶量为150 mg/g时提取率最高。

1.2.2 超声波辅助提取法

超声辅助提取法是利用超声波空化使植物的细胞壁以及植物整个身体加速破裂，让细胞内的有效物质能够更快地释放到溶剂内，大幅度提高多糖的提取效率。超声波空化作用于介质时，介质与超声波之间会产生十分巨大的瞬间压力。Yang等[21]利用高压超声辅助提取枳椇多糖，在超声功率330 W、提取温度68℃、提取时间22 min条件下，得到提取率最高为（11.81±0.26）%，并且发现枳椇多糖具有明显的降血糖作用。Guo等[22]利用超声波辅助法提取酸浆花萼多糖，在90℃下以200 W的功率提取多糖35 min，发现多糖能够保护和逆转糖尿病小鼠中由于四氧嘧啶破坏引起的β细胞坏死，具有显著的抗糖尿病活性。Jia等[23]利用超声波辅助酶法提取羊栖菜多糖，用2 000 mL酶溶液（1%果胶酶和1%纤维素酶，调节酸碱度至4.5）在50℃下处理1 h，然后在400 W的超声波功率下进行30 min，随后在90℃下提取2 h，提取率为（18.43±1.04）%。逆转录-定量聚合酶链反应分析表明，羊栖菜多糖的抗糖尿病作用可能与加速肝脏和肌肉对血糖的吸收和利用以及抑制肝脏葡萄糖的产生密切相关。Chen等[24]采用超声波辅助提取法从薏米中提取多糖，在超声功率10 kW、回流温度95℃、回流时间4 h的条件下，得到水溶性多糖，该多糖可以起到调节血糖的作用。Jia等[25]利用超声波辅助法提取玉米须多糖，将玉米须残渣与去离子水混合，使用超声波装置于100℃提取3次，持续1 h，发现超声波辅助提取法提取的玉米须多糖对α-葡萄糖苷酶抑制活性最高。

1.2.3 微波辅助提取法

微波是波长为1mm～1000mm电磁波，频率0.3GHz～300 GHz。微波加热是通过被加热体内部偶极分子高频往复运动，产生“内摩擦热”而使被加热物料温度升高，不须任何热传导过程，就能使物料内外部同时加热、同时升温，加热速度快且均匀。当植物细胞吸收过多的能量，细胞内部的能量与压力成正比，内部能量越高即细胞内部压力也越大，内部压力超过细胞壁承受的极限时细胞就会破裂，使细胞以及细胞内的物质溶解入溶液之中。研究者们发现微波作为使细胞内增加能量的媒介，微波射线穿过溶剂并穿透细胞时，细胞液以及溶剂都会吸收微波射线中的能量，进而达到加速提取的目的。张萍等[26]研究表明黄芪多糖微波辅助提取的提取率比传统提取法高。Chen等[27]采用微波辅助提取辣木多糖，提取条件为时间70 min，微波功率700 W、温度 70℃、液固比 35∶1（mL/g）时，分离出对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制作用的组分。MA等[28]利用微波辅助复合酶提取甜玉米多糖，发现甜玉米多糖可显著增加大鼠体重，并以剂量依赖的方式降低血糖水平。Cao等[29]采用微波辅助法提取苍白马尾藻多糖，发现最佳提取条件为21.0%乙醇和22.0%硫酸铵、料液比 1∶60（g/mL）、提取时间 15 min、微波功率830 W、提取温度95℃，该多糖具有很强的α-葡萄糖苷酶抑制活性。张艳军等[30]运用微波辅助提取黄秋葵多糖，在缓冻时间 16 h，液料比 40 ∶1（mL/g）、浸提时间2.2 h、浸提温度65℃、微波功率310 W条件下，提取率为17.17%。结果表明黄秋葵多糖能抑制α-葡萄糖苷酶，具有明显的降血糖作用。Ren等[31]利用微波辅助提取鼠尾藻多糖，在提取时间23 min，微波功率547 W，提取温度80℃，料水比1∶27（g/mL）条件下，提取率为（2.84±0.09）%。结果表明鼠尾藻多糖具有很强的抗氧化和α-葡萄糖苷酶抑制活性，并能提高胰岛素抵抗的HepG2细胞对葡萄糖的摄取。

2 分离纯化技术

2.1 色谱法

2.1.1 离子色谱法

离子交换色谱法是利用分子电荷具有极性或离子的性质，通常用阴离子（含-COOH）树脂分离中性和酸性多糖。由于高糖醛酸多糖与离子交换树脂之间存在强作用力，故可利用不同离子强度溶液洗脱制备中性和酸性多糖。阴离子交换剂包括二乙氨乙基（diethylaminoethyl，DEAE）-纤维素、DEAE-葡萄糖凝胶、DEAE-52和DEAE-Sepharose等。如使用纯水和不同浓度的NaCl溶液作为流动相，利用DEAE-52或DEAESepharose柱对玉米、桑黄等粗多糖进行分离纯化。

2.1.2 亲和色谱法

亲和色谱属于选择性液体吸附色谱法，适合植物多糖的小规模纯化分离。然而很难找到特定多糖的适当配体。金属离子螯合树脂去除多糖和蛋白质的原理是金属离子固定化亲和色谱法。树脂为载体吸附Zn2+，固定后的Zn2+与氨基酸形成络合物残基（如组氨酸的咪唑基团）在蛋白质表面实现蛋白质的分离。金属离子螯合树脂方法的最佳吸附参数为香蒲粗多糖1.5 mg/mL、吸附时间30 min、初始pH 7.0、吸附温度为30℃，、流量为1.5 BV/h、树脂柱的径高比为1∶15。该方法具有更高的脱蛋白率、脱色率、回收率和综合吸附效果[32]。王海林等[33]利用Cu2+进行螯合的亲和层析法分离纯化油茶籽多糖，吸附量为25.27 μg。DOGRA B等[34]利用10 mmol/L硫酸铜溶液预固定的固定化金属亲和柱色谱法（immobilized metal ion affinity chromatograph，IMAC）去除光合海洋微藻四倍体水溶性多糖中蛋白质和脂质的杂质。HAHN T等[35]利用染料亲和层析法从岩藻聚糖中分离多糖，在pH 1和pH 6时，多糖纯度分别提高了1.55倍和1.69倍，平均产量为5 g/100 g。此外在pH值为6时，纯化的岩藻聚糖在分子量和硫含量方面超过市售岩藻聚糖（≥95%纯度）的质量。路垚[36]利用RCA-Sepharose 2B亲和层析法分离纯化金花茶多糖，RCA-Sepharose 2B与金花茶多糖的亲和率为21.4%。

2.1.3 凝胶柱层析法

凝胶色谱法的原理是根据凝胶孔径的大小分离不同组分。用凝胶柱层析法分离多糖是以分子筛为基础，与多糖的大小和形状有关。凝胶填料的选择取决于多糖的分子量分布。常用的凝胶主要包括葡聚糖凝胶、琼脂糖、生物凝胶、聚丙烯酰胺葡聚糖、复合凝胶、凝胶介质等。流动相多为蒸馏水或者一定浓度的NaCl溶液。Guo等[37]利用凝胶柱层析法从山楂果实中分离纯化出富含葡萄糖的杂多糖HAW1-2。Gu等[38]利用凝胶柱层析法从黄精中分离纯化出黄精多糖。Fan等[39]利用葡聚糖凝胶层析纯化藜麦粗多糖中可溶性非淀粉多糖组分。

2.2 膜分离技术

膜分离法是利用膜的选择透过性，对膜施加一定的压力使原料中的有效成分穿过膜。超滤技术是根据不同组分的分子大小而设计不同孔径膜，在压力作用下，使原料中的小分子物质通过膜一侧，同时将大分子物质隔离在膜的另外一侧，以此来分离不同的组分。宫春宇等[40]利用超滤法制备玉米须多糖，确立超滤的工艺参数。

3 多糖修饰

将其他功能基团接入多糖分子进行接技修饰，以此来增加功能基团。经过修饰后的多糖分子的结构活性会有显著提高。常用的多糖结构修饰法有硫酸化、烷基化、乙酰化、羧甲基化、硒化修饰法。

3.1 硫酸化多糖

硫酸化修饰法的基础原理是将硫酸基团接入多糖的糖基，利用二甲基甲酰胺、三氧化二硫、吡啶得到硫酸多糖。枸杞多糖和乙胺-三氧化二硫、二甲基甲酰胺于50℃搅拌12 h制备硫酸枸杞多糖[41]。氯磺酸、吡啶、二甲基甲酰胺在85℃条件下反应3 h可制备硫酸裙带菜多糖。利用三氧化二硫吡啶制备的鼠尾藻硫酸多糖表现出较好的α-葡萄糖苷酶抑制活性和对胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）-肝癌细胞葡萄糖消耗的促进作用。以微波辅助提取法得到褐海带裙带菜硫酸多糖的组分具有较强的α-葡萄糖苷酶抑制活性，提高胰岛素抵抗的HepG2细胞对葡萄糖的摄取。组织病理学观察及肝糖原测定结果表明可减轻胰岛细胞损伤，减轻肝脏脂肪变性，促进胰岛细胞凋亡以及肝糖原的合成[42]。

3.2 乙酰化多糖

乙酰化修饰法的基本原理是将乙酰基接入多糖支链中，使多糖支链出现伸展作用，进而发生一定的变化，最终多糖的烃基移动暴露在最外侧。例如马齿苋多糖乙酰化条件为马齿苋多糖0.5 g，加入15 mL蒸馏水充分溶解，用NaOH（40 mg/mL）调节pH 9.0。边搅拌边滴加乙酸酐，30℃反应4 h后，浓盐酸调节pH 7.0。离心后取上清液透析48 h，浓缩、冷冻干燥后得到乙酰化马齿苋多糖。李银莉等[43]发现马齿苋多糖经过乙酰化修饰后抗氧化活性提高。Zhao等[44]将青钱柳多糖（cyclocarya paliurus polysaccharide，CPP）0.2 g溶解在10 mL蒸馏水中，缓慢加入0.8 mL乙酸酐，并加入5 mL氢氧化钠，将酸碱度控制在8.0～8.5，反应混合物在40℃下保持2 h，然后加入10 mL盐酸终止反应（溶液酸碱度为7），发现乙酰化青钱柳多糖有较好的抗氧化能力。MATOSO等[45]将胖大海（0.5 g）悬浮在50℃的20 mL甲酰胺中，剧烈搅拌1 h。加入吡啶（1.5 mL）和乙酸酐，溶液在磁力搅拌（100 r/min）下保持24 h，制得乙酰化多糖。

3.3 羧甲基化多糖

羧甲基化多糖是指多糖大分子链中单糖分子上的某一个或几个羟基被羧甲基基团取代而形成的一类化学结构复杂、生物活性多样、构效鲜明的阴离子多糖衍生物。白家峰等[46]表明羧甲基化修饰能够改变罗汉果多糖的生物活性，提高罗汉果多糖的抗氧化性能。Zheng等[47]研究表明羧甲基化对棕榈仁膨化膳食纤维α-淀粉酶活性抑制率变强。Cheng等[48]以氯乙酸为原料制备羧甲基化-硫酸化大蒜多糖。

3.4 羟丙基化多糖

羟丙基化多糖是使多糖在碱性溶液中形成醇钠，再与环丙烷制备羟丙基多糖。Chen等[49]将多糖或膳食纤维或水解淀粉浆5 g～10 g加入10 mL5%～6%NaOH溶液，在35℃下搅拌碱化30 min，再加入2 mL的环丙烷，控制反应温度为40℃～60℃和时间4 h～24 h。反应结束后，用乙酸将反应产物调节至中性，经过滤后将沉淀于60℃真空干燥，粉碎，制得羟基化多糖。Nagata等[50]研究表明，喂食羟丙基-正常玉米淀粉组或羟丙基-糯玉米淀粉组的大鼠盲肠微生物组成发生改变，厚壁菌门和拟杆菌门的相对丰度升高；短链脂肪酸（short chain fatty acid，SCFA）含量增高，盲肠 pH 值和肠系膜脂肪细胞面积降低，血浆胰高血糖素样肽-1（glucagon-like peptide-1，GLP-1）水平和盲肠黏蛋白含量升高。因此，羟丙基-玉米淀粉具有促进肠道发酵和脂质代谢的有益生理特性。

3.5 硒化多糖

硒化修饰是指硒元素与多糖中单糖上2个顺式相邻羟基形成五元环的亚硒酸酯[51]。目前，主要的硒多糖有硒化卡拉胶、SeOCl2试剂合成的黄芪多糖、亚硒酸和甘草多糖合成的甘草硒多糖等。通过硒化修饰可将多糖与硒元素有机结合成硒多糖，是一种增强多糖生物活性的有效方法。如桔梗硒多糖对α-糖苷酶抑制作用强于桔梗多糖。

4 结语

目前植物多糖的提取方法主要为溶剂提取法、生物酶提取法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法，植物多糖的分离纯化方法主要为离子色谱法、亲和色谱法、凝胶柱层析法、膜分离技术，植物多糖修饰方法主要为硫酸化修饰、乙酰化修饰法、羟丙基修饰、羧甲基化修饰。近年来植物多糖的高效提取、分离纯化以及化学修饰被研究得越来越深入，化学修饰植物多糖在降糖活性上的价值越来越高。相信随着对植物多糖话化学修饰研究的进一步深入，化学修饰植物多糖的结构及其降糖活性机制可以进一步阐明。