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多糖技术

       多糖是生物体中广泛存在的物质,是一类由醛糖或酮糖通过糖苷键连接而成的天然高分子多聚物,它是生物体内重要的生物大分子,是维持生命活动正常运转的基本物质之一。植物多糖,又称植物多聚糖,是植物细胞代谢产生的聚合度超过10个的聚糖。多糖是由许多相同或不同的单糖以α一或β一糖苷键所组成的化合物,普遍存在于自然界植物体中,包括淀粉、纤维素、多聚糖、果胶等。由于植物多糖的来源广泛,不同种的植物多糖的分子构成及分子量各不相同。有些植物多糖如淀粉、纤维素、果胶,早已成为人们日常生活中的重要组成部分。


 
 多糖组成与结构


       对许多植物多糖的组成成分进行研究发现,植物多糖的相对分子质最从几万到百万以上,主要成分为葡萄糖、果糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖、岩藻糖、甘露糖、糖醛酸等。植物多糖的主要组成存在差异,分别由几种不同种类的单糖,以一定的比例聚合而成。多糖的一级结构是指糖基的组成、排列顺序、相邻糖基的连接方式、糖链有无分支、分支的位置与长短等。多糖的一级结构复杂,糖基上可连接一些功能团如磷酸摹团、硫酸基、甲基化摹团等。多糖的高级结构是在一级结构的基础上各侧链通过非共价键相互作用结合而形成复杂的高级结构。多糖二级结构是指多糖骨架链间以氧键结合的各种聚合体。多糖的三级结构是在二级结构形式的基础上进一步盘曲,折叠而形成具有一定形状和大小的空间构象。多糖的四级结构是指多聚链间非共价键结合形成的聚集体。


 
 多糖提取技术


       一般植物的细胞壁比较牢固,需要在提取之前进行专门的破细胞操作,其方法主要包括化学处理、溶胀和自胀、生物酶降解和机械破碎。还有许多植物的种子或动物样品含有较多的脂类物质,因此在提取前应用乙醚、石油醚等溶剂除去脂溶性杂质。目前植物多糖的提取方法主要有:热水浸提法、碱浸提法、酶解提取法、微波辅助法以及超声波法等。 


热水浸提法:热水浸提法是一种国内外常用的提取植物多糖的传统方法。热水浸提法采用水体系。其优点是材料易得,所需条件简单,适用于游离态多糖的提取,并且干扰物质少,但在提取过程中需要多次浸提,操作时间长,收率低,且费时费料 。 


碱浸提法:碱浸提法的原理是利用碱对细胞壁有破坏作用和有利于酸性多糖的浸出。虽然碱处理使多糖含量增加,但寡糖含量则相对减少,且提取后液体需要中和,程序繁琐。并且,碱浸提法所得的提取物中成分复杂,提取过程中产生的小分子物质不易除去,还容易使部分多糖发生水解,破坏多糖的活性结构、减少多糖得率。 


酶解提取法:酶法是采用酶与热水浸提相结合的方法,酶多采用一定量的果胶酶、纤维素酶及中性蛋白酶。主要的方法有复合酶法、分别酶法和单一酶法。酶法提取植物多糖具有反应条件温和、效率高、杂质易除、工艺简便和省时等许多优点,但是酶的价格较高,使用的条件比较苛刻。 


辅助提取法:利用微波强化固液浸取过程是颇具发展潜力的一种新型辅助提取技术。近年来,国外将微波技术应用于天然药物活性成分的浸提过程,有效提高了活性成分的收率,且迅速朝着工业化方向发展。目前,国内微波技术已涉及到多糖、挥发油、生物碱、苷类、萜类、有机酸及黄酮等的提取研究。
 
超声波提取法:超声波作为一种新的提取技术,它具有效率高、时间短、节约试剂、步骤简单等优点,同时可以降低生产成本,提高经济效益。还可 以防止提取物在长时间、高温条件下,发生降解、褪色等变化。
 


 多糖的作用 


       现今植物多糖研究日益受到关注,国际科学界甚至提出21世纪是多糖的世纪;科学实验研究显示,许多植物多糖具有生物活性,具有包括免疫调节、抗肿瘤、降血糖、降血脂、抗辐射、抗菌抗病毒、保护肝脏等保健作用。所以植物多糖早已被广泛运用到医学界、餐饮界等大众生活领域中。 


调节免疫功能:许多多糖可显著提高机体巨噬细胞的吞噬指数,并可刺激抗体的产生,从而增强人体的免疫功能。由于现代医学、细胞生物学及分子生物学快速发展,人们对免疫系统的认识越来越深入。免疫系统紊乱,会导致人体衰老和多种疾病的发生。多糖的免疫调节作用主要是通过激活巨噬细胞、T和B淋巴细胞、网状内皮系统、补体和促进干扰素、白细胞介素生成来完成的。研究显示,大枣多糖、百合多糖、竹叶多糖、绞股兰多糖、虫草多糖、黑豆粗多糖、无花果多糖、猴头菇多糖、中华猕猴桃多糖、白术多糖、防风多糖、地黄多糖、枸杞多糖、螺旋藻多糖、杜仲多糖、女贞子多糖等均有提高机体免疫力的功能。菌类植物多糖中云芝多糖、灵芝多糖、茯苓多糖、银耳多糖、香菇多糖早已应用于临床,可增强细胞免疫功能。 某些多糖具有降低机体乳酸脱氢酶活性的作用,可使肝糖原含量显著增加而提高机体的运动能力,并使机体在运动后各项指标迅速恢复正常,因而具有抗疲劳作用。 


抑制肿瘤:一些多糖对癌细胞具有很强的抑制作用,具有抗肿瘤活性。例如香菇多糖已作为原发性肝癌等恶性肿瘤的辅助治疗药物,金针菇多糖、云芝多糖、猪苓多糖、竹荪多糖、茯苓多糖等也都具有不同程度的抗癌活性。目前研究认为植物多糖主要是通过增强机体的免疫功能来达到杀伤肿瘤细胞的目的,即抗癌作用经过宿主中介作用,增强机体的非特异性和特异性免疫作用,而非直接杀死肿瘤细胞,同时也与多糖影响细胞生化代谢、抑制肿瘤细胞周期和抑制肿瘤组织中SOD活性有明显的关系。枸杞多糖能增强抗癌免疫监视系统的功能;海带多糖对荷瘤H22小鼠有明显的抑制作用,其抑瘤率高达43.5%;灰树花多糖能明显抑制肿瘤生长,并能增强小鼠的免疫功能。其他多糖如螺旋藻多糖、银耳多糖、人参多糖、百合多糖、香菇多糖、猪苓多糖、枸杞多糖、黄芪多糖、灵芝多糖、竹叶多糖、金针菇多糖、虫草多糖均有抗肿瘤作用。 


延缓衰老:金针菇多糖、银耳多糖等可显著降低机体心肌组织的脂褐素的含量,增加脑和肝脏组织的SOD酶活力,从而起到延缓机体衰老的作用。在传统的中医延缓衰老的古方中,基本上是以植物药为主,含量较高的成分多为糖类。现代科学提出了衰老的自由基学说,其基本要点是:在正常情况下,机体内自由基的产生和消失处于动态平衡状态下,即自由基在不断产生,同时也不断被消除,以维持机体的正常代谢,但当机体衰老时,自由基产生的量比较多,同时机体清除自由基的能力却降低了,过剩的自由基对机体组织进行攻击,机体的功能发生紊乱与障碍,而呈现衰老的症状。有研究显示,油柑多糖能影响自由基的活性,其活性的大小与多糖的量有关。肉苁蓉多糖能延缓皮肤衰老,增加胶原纤维含量,改善皮肤弹性,激活超氧化物歧化酶,降低体内脂褐质的堆积。黑木耳多糖具有清除超氧阴离子、抗氧化及保护线粒体的功能。而枸杞多糖的抗衰老作用更为突出,对机体多种生理、生化功能的促进与调节作用更为全面。另外,何首乌、人参、黄芪、女贞子的多糖都有一定程度的抗衰老作用。 


降血糖:有些植物活性多糖具有降血糖活,降血脂作用。正常情况下,人体内脂质的合成与分解保持一个动态的平衡,一旦平衡遭到破坏,血脂含量的增高将使动脉内膜受到损伤而导致动脉粥样硬化,从而诱发心脑血管疾病。降低血脂含量对于防治心血管疾病具有重要意义。据报道,南瓜多糖具有降低血糖和降血脂作用,对糖尿病的防治效果已获确认。动物实验表明,南瓜多糖是较理想的能改善脂类代谢的食疗剂。黑木耳多糖可使小鼠血液中的胆固醇显著降低;海带多糖能明显降低糖尿病小鼠的血糖和尿素氮,并对胰岛损伤有修复作用。银耳多糖、茶叶多糖、魔芋多糖既能降血糖又能降血脂。


抗辐射:在现实生活中,随着科学技术和人们生活的现代化,电子电器越来越普遍,人们越来越多的接触辐射,尤其是放疗的肿瘤患者、职业受照人员的辐射性损害日益受到重视。动物实验显示,黄芪多糖、人参多糖、当归多糖、柴胡多糖、灵芝多糖、枸杞多糖、百合多糖、黄精多糖、虫草多糖、芦荟多糖、黄蘑多糖、螺旋藻多糖、红毛五加多糖、云芝多糖、木耳多糖能保护小鼠免受辐射损伤。其实,不论是植物、动物或微生物来源的多糖,都具有一定的抗辐射作用,其机理一般是认为多糖通过强化造血系统和活化吞噬细胞的作用来提高机体对辐射的耐受性。 


抗病毒:大量研究表明,许多多糖对细菌和病毒有抑制作用,如艾滋病毒、单纯疱疹病毒、流感病毒、囊状胃炎病毒等。实验证明,银杏胞外多糖与银杏叶多糖可显著抑制致炎剂引起小鼠耳肿胀和毛细血管通透性增加,表明它们具有抗炎作用;紫基多糖不仅能抑制如金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌,对革兰氏阴性菌如藤黄色八叠球菌也有抑制作用。大多数多糖的抗病毒机制是抑制病毒对细胞的吸附,这可能是多糖大分子机械性或化学性竞争病毒与细胞的结合位点有关。因此,利用植物多糖的抑菌作用,把植物多糖作为食品中的一种成分,既可以防腐,有可以为产品增加附加值。在国内,已有利用植物多糖进行抗艾滋病的研究,在某种程度上为开发可替代传统的价格昂贵且副作用较大的抗病毒药物指明了一个方向。 




 
 多糖的种类及应用 


       植物多糖的种类很多。按在植物体内的功能分为两类:一类是形成植物体的支持组织,如纤维素;一类为植物的贮存养料,可溶于热水成为胶体溶液,经酶水解后生成单糖以提供能量,如淀粉等。根据植物器官的不同,植物多糖可分为植物花果实类多糖如花粉多糖、玉米须多糖、枣多糖、无花果多糖;植物茎叶类多糖如茶多糖、芦荟多糖、桑叶多糖、龙眼多糖;植物块根茎类多糖如百合多糖、魔芋多糖、山药多糖、麦冬多糖等。根据其在植物细胞的存在部位,植物多糖可分为细胞内多糖、细胞壁多糖和细胞外多糖。细胞内多糖以溶液或高度水和状态存在于液泡中(淀粉除外),主要为果聚糖和甘露聚糖;细胞壁多糖主要指纤维素、半纤维素、果胶类等;细胞外多糖主要指树脂和其他胶,如半乳聚糖、葡聚糖醛酸、甘露聚糖、木聚糖和其他多糖等。由于植物多糖优秀的吸水性和高保湿特性,植物多糖已被广泛运用到化妆品、食品等行业中,在纯天然护肤领域,植物多糖几乎是必不可少的调和剂,以法国天然护肤品牌霏蜜为例,其旗下的所有纯植物护肤品里都会用到植物多糖,这种来自于大自然的高保湿成分,与其他药用护肤成分搭配在一起,能给肌肤更好的保护。

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