山药多糖的作用及其提取方法-李昂

山药多糖的作用及其提取方法 李昂 .烟台大学生命科学学院，山东 烟台 摘要：本文综述了山药多糖各种生物活性作用，并对近几年山药多糖的提取方法作了综述，指出了不同提取方法最佳提取工艺条件关键词：山药多糖；作用；提取；最优条件The Effect of Yam Polysaccharide and Method of its Extraction Li Ang（Biological Engineering，College of Life Science,Yantai University，Yantai ）Abstract: This paper was reviewed the biological activity of polysaccharides, and the extraction method in recent years, Chinese yam polysaccharide were summarized, pointed out the optimum extraction conditions of different extraction methodsKey words: yam polysaccharide; function; extraction; optimal condition前言山药是薯蓣科多年生宿根植物山药(Dioscores opposite Thunb)的块根，主产于河南、广东、广西等省，以河南焦作市(古怀庆府)所产最佳，又称“怀山药”。本草纲目记载其能“益肾气，健脾胃，止泻痢，化痰涎，润皮毛”。现代医学研究表明，山药具有增强免疫、抗氧化、抗衰老、抗肿瘤、降血糖等多种生物活性，其主要功效成分是山药多糖1。因此山药多糖成为近年来近年来的研究热点。山药多糖的组成和结构比较复杂，不同的研究者提取分离出了不同的山药多糖，其中有均多糖，有杂多糖，也有糖蛋白，相对分子质量从数干到数百万不等，其多糖含量和糖基组成也各不相同。陶乐平和吴东儒2从安徽产山药块茎中提取到一系列性质各异的多糖，认为热水提取物中的多糖主要由葡萄糖组成，而冷水提取物中的多糖则主要由甘露糖组成，并测定了其中一个组分的主要单糖为葡萄糖、甘露糖和半乳糖。1 山药多糖的生物活性作用11 体外抗氧化作用刘安军, 舒媛等3测定了用Sevag法除去游离蛋白质的山药蛋白多糖的体外抗氧化作用，结果表明山药蛋白多糖对活性氧自由基具有良好的清除作用，可减少红细胞溶血和抑制小鼠肝匀浆脂质过氧化反应，说明山药蛋白多糖具有明显的体外抗氧化作用。尚晓娅等4研究表明，山药粗多糖和精制多糖均具有一定的还原能力，且粗多糖的还原力高于精制多糖。山药粗多糖和精制多糖具有较强的清除羟自由基的能力和较强的抑制小鼠肝匀浆自氧化MDA形成的作用，特别是精制多糖，其清除能力和抑制作用非常强，与Vc的水平差不多。 12 降血糖活性胡国强等5，郜红利等6采用四氧嘧啶致糖尿病模型大鼠，以山药多糖连续灌胃给药，结果山药多糖对糖尿病大鼠的血糖有明显降低作用，可能与增加胰岛素分泌、改善受损的胰岛B细胞功能有关。何云等7通过观察山药多糖对四氧嘧啶诱导的糖尿病大鼠胰岛素以及血小板数的影响，发现山药多糖对糖尿病大鼠的胰岛功能具有保护作用，并能抑制血小板的异常激活和聚集。进一步证明了山药多糖具有降血糖活性13 免疫调节作用徐增莱等8研究测定了淮山药粗多糖对小鼠免疫功能的影响。结果表明山药多糖有活性的组分对小鼠体液免疫、细胞免疫功能、非特异性免疫功能都有增强作用。推测其具有免疫调节作用。陈写书等9的研究表明，山药多糖能明显拮抗长时间大强度运动引起的免疫抑制。在长时问大强度训练期间，运动员的膳食结构中辅加入适量山药，以改善运动员在训练期间的免疫功能，提高运动成绩。郑素玲等10的研究表明，山药水煎液可以改善老龄小鼠的游泳耐力，并对免疫器官的组织结构起保护作用，在一定程度上延缓了小鼠的衰老进程。蒋艳玲等11利用D-半乳糖模型研究了怀山药多糖对衰老小数的影响。结果表明，D-半乳糖模型为亚急性糖代谢衰老模型，模型复制成功后，免疫器官组织明显萎缩，胸腺皮质细胞数及脾淋巴、鞘淋巴细胞数明显减少；怀山药多糖则可明显拮抗D-半乳糖所致衰老小鼠免疫器官组织的萎缩，使皮质厚度增加，皮质细胞数增加，淋巴细胞数增加；怀山药多糖能明显减轻衰老模型小鼠免疫器官的萎缩。程林等12比较研究了生山药及麸炒山药多糖对免疫低下小鼠免疫功能调节作用的差异，结果表明，山药经麸炒后冷浸提取的多糖较生品具有更强的增强细胞免疫和体液免疫的作用。14 抗肿瘤抗突变作用Miyazawa 等13从日本薯蓣 (Dioscorea japonica) 的甲醇提取物中分出两种具有抗突变活性的物质，推测七具有抗肿瘤抗突变作用，赵国华等14用小鼠移植性实体瘤研究了中性山药多糖RDPS-1的体内抗肿瘤作用，发现50 mg/kg RDPS-1对Lewis肺癌有显著地抑制作用，对B16黑色素瘤抑制效果不明显，等于或高于150 mg/kg的 RDPS-1剂量对两者都有显著的抑制效果，且中等剂量(150 mg/kg)作用最佳。进一步的化学改性试验研究发现，化学改性对多糖RDPS-1的生物活性有显著的影响，低度羧甲基化、低度甲基化和中度乙酰化能显著地提高RDPS-1的抗肿瘤活性，而部分降解和硫酸化使RDPS-1的抗肿瘤活性显著降低15。一般来说，抗肿瘤物质的作用机制有2种情形：细胞毒性或通过增强机体免疫能力而实现抗肿瘤作用。RDPS-1的抗肿瘤作用是通过增强机体免疫功能实现的，RDPS-1在体内能显著地提高荷瘤小鼠的T淋巴细胞增殖能力和 NK细胞活性，属于宿主介导抗肿瘤活性16。 15 抗衰老作用 詹彤等17研究了不同剂量山药多糖对D-半乳糖所致小鼠代谢性衰老模型肝过氧化脂质(LPO)、肝脂褐质、脑B型单胺氧化酶(MAOB)活性、脑和肝谷胱甘肽氧化酶(GSH-P)活性、心肌过氧化氢酶(CAT)活性、脑Na-K-ATP酶活性的影响。结果表明：山药多糖分别使小鼠 LPO降低10.6和19.2，小鼠肝脂褐质含量(g/mg)降低31.8和40.6，小鼠心肌CAT活性分别上升4.2和12.7，小鼠脑SOD上升2.9和16.3，小鼠Na-K-ATP酶活性上升21.1和50.7。因此认为，山药多糖能通过一系列间接的生理生化机制，促进机体中SOD、GSHPx等抗氧化酶的生物合成或活化，降低MDA的含量，提高机体的抗氧化能力，减轻细胞的胁迫损伤，从而减缓衰老的进程18。16 肝损伤保护作用孙设宗等19探讨了山药多糖对小鼠CCl4 肝损伤的保护作用并研究了作用机制，实验中发现山药多糖具有对抗和清除自由基的作用，可降低肝体指数，降低血清中丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶的活性和丙二醛的含量，对实验性肝损伤有保护作用。而Seon-Joo Yoon等20发现山药多糖能够显著提高小鼠肝细胞谷光甘肽，而谷光甘肽又是生物体内重要的还原物质，可参与清除自由基。因此推测山药多糖抗肝损伤的另一个可能机制为：山药多糖能通过促进谷胱甘肽合成酶的合成，增加谷光甘肽的含量，或者能直接清除自由基21。2 山药多糖的提取21 水浸法多糖是极性大分子化合物，易溶于水，不溶于乙醇。利用这一性质可用水作溶剂提取多糖。赵文星等22，采用水浸法从鲜山药中提取多糖，通过单因素实验研究料液比、提取温度、提取时间对粗多糖提取量的影响。最终他们将优化条件定为料液比为1：9 g /mL，提取温度为70e，浸提时间为3h，此时多糖提取量可达0.905% .使得水提法提取多糖量比文献所述增进了近2 .7倍。孟庆华等23研究了水浸提法提取怀山药多糖、三氯乙酸法除蛋白及乙醇分离多糖的纯化条件，正交实验结果表明，浸提最佳工艺条件为浸提温度100 ，加水量1：30，浸提时间2 h，浸提2次，加入浓缩液75体积的3三氯乙酸溶液除去蛋白质的效果最好，再向浓缩液中加入5倍体积的无水乙醇溶液可以较好地分离怀山药多糖。22 纤维素酶法费玉婷等24，在单因素实验的基础上，采用正交实验，以山药多糖含量为指标，对影响多糖提取的4个因素（酶用量、温度、时间和pH值）进行优化研究。发现提取温度是影响山药多糖提取率的最重要因素，其次是酶用量和pH值，在实验范围内，酶提取时间对实验结果的影响较小。并由此得到了提取山药多糖的最佳条件：酶用量为0.2%，提取温度为55度，提取时间为3h，pH值为7.0。23 超声波提取李金忠等25，在单因素实验(如下图一-四)的基础上采用正交实验得出了超声波提取山药多糖的最佳实验条件。即超声功率1000LKW、超声时间50min、提取温度60度、料也比12.5g/L。该工艺与传统的水提取法相比，得率提高两倍多，提取时间也缩短为50min。 图一 料液比对得率的影响 图二 超声辅助的提取时间对得率的影响 图三 超声功率对得率的影响 图四 提取温度对得率的影响 24 超声波协同纤维素酶解法李萍等26，采用超声波协同纤维素酶解法分别研究了超声波功率、提取温度、提取时间、酶量对多糖提取量的影响；并且通过正交试验得出山药多糖提取最佳工艺。结果表明：各因素对山药多糖提取量影响的主次顺序为：时间、功率、温度，其最佳提取参数是：在固液比为1 g：15 mL，酶量为2，pH为472的条件下：提取温度为50 ，提取时间为100 min，功率为：450W。在此工艺条件下，多糖提取量为248mgg。其提取步骤如下山药多糖提取工艺：山药烘干粉碎一称取数克加蒸馏水一超声波一酶法浸提一灭酶一离心取上清液一取适量上清液加无水乙醇沉淀一静置过夜一离心取沉淀一沉淀用丙酮洗涤三次一干燥后得山药粗多糖。25 微波辅助提取微波具有穿透力强、选择性高、加热效率高等特点。微波辐射可以大大加快反应速度(最高达1240倍)，有效地提高得率。许本波等27，利用微波辅助提取山药多糖，在单因素试验基础上，采用正交试验考察了各种因素对多糖得率的影响，主要因素影响顺序为：浸提温度醇沉比微波功率料水比；确定了山药多糖提取的最佳工艺参数：微波功率464 W，料水比l：20，浸提温度印，醇沉比4：1在此条件下提取山药多糖，其得率达到了1052。26 响应面法提取山药多糖诸爱士等28将响应面法应用于提取山药多糖的优化工艺中，建立多糖提取条件与得率之间的模型，充分考虑了提取过程中的温度、时间、水物比（去离子水与预处理过的山药质量比）、提取次数等因素及预处理时间、溶剂回收再利用等对得率的影响，而获得了最优的工艺参数，提高多糖的得率。刘秀河等29，通过响应面分析法考察了浸提温度、浸提时间和料液比对山药多糖的得率和含量的影响，认为浸提温度6064、浸提时间3235 h和料液比l：20更为合适，温度较低，也减少了浓缩的时间。27 复合酶法葛立军等 30，采用蛋白酶、纤维素酶、果胶酶复合处理提取山药多糖。 以酶用量、酶作用温度、pH值、提取时间为因素水平，通过正交试验方法研究了3种酶量的最佳陪伴，及最佳提取工艺条件。得出复合酶法提取山药多糖的最佳工艺条件：纤维素酶用量为1.5%、果胶酶用量为0.5%、酸性蛋白酶用量为2.0%配比，酶作用温度50度，酶作用pH为5.5，酶作用时间为60min。这种条件下，多糖的提取率最高，总糖得率可达到5.38%。现将山药多糖的提取方法总结列表一如下：表一 山药多糖的提取方法山药多糖的提取分离方法最佳条件文献 水浸法料液比为1：9 g /mL，提取温度为70e，提取时间为3h22 纤维素酶法酶用量为0.2%，提取温度为55度，提取时间为3h，pH值为7.024 超声波提取料也比12.5g/L、超声功率1000LKW、超声时间50min、提取温度60度25超声波协同纤维素酶解法料液比为1 g：15 mL，提取温度为50 ，提取时间为100 min，酶量为2，pH为472，功率为450W26 微波辅助提取微波功率464 W，料水比l：20，浸提温度印，醇沉比4：1在此条件下提取山药多糖，其得率达到了105227响应面法提取山药多糖料液比l：20，浸提温度6064、浸提时间3235 h28-29 复合酶法纤维素酶用量为1.5%、果胶酶用量为0.5%、酸性蛋白酶用量为2.0%配比，酶作用温度50度，酶作用pH为5.5，酶作用时间为60min，30 4 结语山药原料丰富、物美价廉，具有极高的营养价值与医疗保健作用。目前，关于山药多糖的研究刚刚起步，也仅限于实验事理论探讨，还需要大星的研究数据。如山药多糖适于规模生产的提取、精制、纯化工艺，山药多糖化学结构及其抗肿瘤作用的构效关系，山药多糖的生理活性及其药理作用、毒理试验，山药多糖的应用价值及其市场开发情况等，都需要进行深入的研究和探讨。参考文献1 徐琴，徐增莱，沈振国 淮山药多糖提取工艺的研究食品工业科技，2006(12)2 陶乐平, 吴东儒. 薯蓣多糖的分离、纯化、组成及其某些性质J. 安徽大学学报, 1988(3): 102.3 刘安军, 舒媛等. 山药蛋白多糖体外抗氧化作用的研究. 现代生物医学进展, 2008, 8(2) : 242 - 245 .4 尚晓娅，任锦, 曹刚, 等. 山药多糖的制备及其体外抗氧化活性J. 化学研究, 2010, 21(3): 72-76. 5 胡国强, 杨保华, 张忠泉. 山药多糖对大鼠血糖及胰岛释放的影响J. 山东中医杂志, 2004, 23(4): 230-231. 6 郜红利, 肖本见, 梁文梅. 山药多糖对糖尿病小鼠降血糖作用J. 中国公共卫生, 2006, 22(7): 804 -805. 7 何云，戚玉敏，刘景升，等.山药多糖对糖尿病大鼠胰岛素及血小板数的影响J.河北北方学院学报（医学版），2009，26（1）：28-308 徐增莱,汪琼,赵猛等.淮山药多糖的免疫调节作用研究.时珍国医国药J,2007,18(5) : 1040-10419 陈写书, 柳爱莲, 王永明, 等. 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