果蔬多糖生物活性及其提取纯化技术的研究进展

刘苏苏,吕长鑫*,冯叙桥*,李萌萌,邓亚敏,石 超,杜静芳,王亚丽

(渤海大学食品科学与工程学院,辽宁省食品安全重点实验室,辽宁 锦州 12101 3)

摘 要:果蔬是日常膳食中重要的组成部分,富含维生素、矿物质和生物活性物质等对人体健康起重要作用的成分。多糖是生物活性物质中重要的一种,具有抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、抗凝血、降血糖、降血脂等多种保健作用。作为一种天然活性物质,果蔬多糖较突出的优点是来源广泛、无毒副作用。我国果蔬资源丰富,对果蔬多糖的研发具有得天独厚的优势。本文介绍了果蔬多糖的分类,列举了常见果蔬多糖的组成结构,阐明了果蔬多糖的生物活性作用机理及其研究进展,综述了果蔬多糖的提取纯化技术的应用现状,分析了果蔬多糖提取纯化过程中存在的问题及解决途径,并结合实际展望了果蔬多糖的发展与应用前景。

关键词:果蔬多糖;生物活性;提取;纯化;展望

果蔬是日常膳食中重要的组成部分,富含维生素、矿物质和生物活性物质,对人体健康具有重要的作用。果蔬中还富含多糖。多糖是由 20个以上的醛糖或酮糖通过苷键连接而成的高分子多聚物,广泛存在于植物、动物、微生物细胞壁中 [1]。科学研究证明多糖具有协助消化、抗疲劳、抗病毒、抗衰老、抗辐射、抗菌消炎、抗肿瘤、降血糖、降血脂及免疫调节等特殊的生物活性,且无毒副作用 [2-5],是生物体内除核酸和蛋白质外又一类重要的生物分子。有报道称增加蔬菜和水果的摄入可减少高血压、冠心病、中风等疾病的风险,可能防止体质量增加,还可能降低某些眼部疾病、痴呆、骨质疏松症和癌症等的发生 [6]。随着药用植物多糖和真菌多糖的研究,多糖资源丰富的果蔬也成为该领域的重点研究对象。改进果蔬多糖的提取纯化技术,研究果蔬多糖各种生物活性的作用机理,实现果蔬多糖应用的产业化,不仅可以促进果蔬的深加工利用,保持果蔬产业的良性发展,而且对人体健康,都具有重要意义。

1 果蔬多糖的种类与构成

按单糖的组成种类,多糖可分为同多糖、杂多糖。同多糖是指由一种单糖缩合形成的多糖,如淀粉、纤维素等。杂多糖是指由两种或两种以上不同单糖分子组成的多糖,如半纤维素、肽聚糖等。

果蔬多糖几乎都是杂多糖,含有多种单糖组分。多种果蔬所含有的主要多糖已经基本研究清楚,不同种类的果蔬多糖,其单糖组成及每种单糖的含量不同(表 1)。不同提取方法提取同种果蔬多糖,得到的多糖组成中每种单糖含量也有差异。如宣丽等 [7]采用低温水提、高温水提和微波辅助法从软枣猕猴桃中提取得到 3种多糖 AAP-1AAP-2AAP-3。虽然这 3种多糖均由甘露糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖 7种单糖组成(表 1),但是每种单糖的含量却不同, AAP-1中葡萄糖的质量分数最高,为 94.72%; AAP-2中半乳糖和阿拉伯糖的质量分数较高,分别为 24.75%、 38.37%;而 AAP-3中半乳糖醛酸的质量分数较高,为 16.05%。

按多糖来源的果蔬种类不同,果蔬多糖可分为果菜类多糖、核果类多糖、根茎类多糖、浆果类多糖、仁果类多糖、其他类多糖等(表 1)。

另外,多糖按是否具有某种特殊生理活性,分为活性多糖和无活性多糖。活性多糖是指具有某种特殊生理活性的多糖化合物,无活性多糖则是不具有特殊生理活性的多糖化合物。活性多糖具有以下特点:一级主链结构有β (1→3)-D -葡聚糖,有侧链,分支度适中,分子质量在一定范围,溶解性好;单糖上的活性羟基被磷酸基团、硫酸基团、甲基化基团等功能团取代,取代度适中;高级结构具有特定的有序空间构象 [5]。多糖的生物活性与其分子量的大小有一定的关系, Kralovec[17]结合使用分子筛法、阴离子交换法和疏水作用色谱法,发现分子质量大于 100 ku主要由阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖组成的小球藻多糖或糖蛋白复合物具有较高的免疫刺激活性。

2 果蔬多糖生物活性的研究进展

多糖与人类生活紧密相关,与蛋白质、脂类、核酸这三大类天然高分子化合物构成了最基本 4类生命物质 [18],对维持生命活动起着至关重要的作用。同时,果蔬多糖还具有特殊生物活性。例如,龙眼果肉中含有的多糖成分具有美白祛斑 [19]和抑制肿瘤 [20]等多种药理功效;诺尼果可通过提高宿主免疫系统,抑制血管及致癌物 -DNA加合物形成、促进肿瘤细胞调亡等不同机制发挥抗肿廇作用 [21-22],诺尼果具有的这种特殊生物活性,可能与其中的多糖有密不可分的关系。近年来,对果蔬多糖的生物活性研究较多,发现多糖在促进免疫、抗肿瘤、抗突变、降血脂、抗凝血、抗氧化等方面都具有一定的作用,对人体健康具有重要意义。

2.1增强免疫活性、抗肿瘤

果蔬多糖的免疫调节作用主要通过激活巨噬细胞、 TB淋巴细胞、网状内皮系统和补体,提高机体淋巴细胞、巨噬细胞数量和功能,促进各种细胞因子如白细胞介素 1interleukin-1)、 IL-6、肿瘤坏死因子( tumor necrosis factorTNF)等的生成来完成 [23]。果蔬多糖的免疫活性受其单糖组成影响, Lo[24]分析了不同菌株来源的香菇多糖体外巨噬细胞刺激的活性,发现甘露糖、阿拉伯糖、木糖与半乳糖是与巨噬细胞刺激活性相关最重要的 4种单糖,而葡萄糖对多糖的免疫活性无决定性作用。另外,果蔬多糖可通过增强免疫机制间接抑制或杀死肿瘤细胞,或者通过具有细胞毒性的多糖直接杀死肿瘤细胞从而实现抗肿瘤活性 [25-26]。宣丽等 [25]发现中剂量( 10 mg/kg· d))、高剂量( 20 mg/kg· d))的软枣猕猴桃多糖均可直接促进大鼠脾淋巴细胞的有丝分裂,通过激活 T细胞增强大鼠的细胞免疫功能,显著增强大鼠单核巨噬细胞吞噬能力,加速碳粒的清除,且高剂量组多糖可显著提高大鼠的脾脏指数,这些实验结果表明软枣猕猴桃多糖是良好的免疫增强剂。 Zhao Qingsheng[27]利用超声波辅助法从芦笋中提取出粗多糖,经 Sevag法脱蛋白后得到的 AOP-4AOP-6AOP-8均对人具有显著的抗宫颈癌和抗肝癌活性,其中当 AOP-4质量浓度为 10 mg/mL时,对宫颈癌细胞的抑制率可达 83.96%。

表1 果蔬多糖的种类与结构
Table1 Structures of polysaccharides from fruits and vegetabless

果蔬种类多糖种类多糖结构常用检测方法参考文献果菜类苦瓜多糖单糖组成为鼠李糖、木糖、果糖和半乳糖,其物质的量比为4.4∶2.3∶1.0∶5.7,可能含有葡萄糖高效液相色谱分析陈红漫等 [8]核果类红枣多糖单糖组成为阿拉伯糖、葡萄糖、核糖、鼠李糖和半乳糖,其物质的量比为4.6∶57.1∶24.3∶3.1∶10.9毛细管电泳法Wang Tong等 [9]金丝小枣多糖单糖组成为鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖和半乳糖醛酸,其物质的量比为2.0∶1.0∶1.0∶10.5化学和光谱分析Zhao Zhihui等 [10]仁果类软枣猕猴桃多糖单糖组成为甘露糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖高效液相色谱分析宣丽等 [7]浆果类蓝莓多糖单糖组成为阿拉伯糖、半乳糖、木糖和葡萄糖,其物质的量比为2.0∶5.0∶3.0∶4.0气相色谱法分析孟宪军等 [11]根茎类芋头多糖单糖组成为阿拉伯糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖,其物质的量比为2.8∶2.1∶7.6∶3.3气相色谱法姜绍通等 [12]大蒜粗多糖单糖组成为鼠李糖、果糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖和1 种未知单糖,其物质的量比为1.5∶1.1∶3.3∶1.0∶5.1∶3.5气相色谱分析崔莹莹等 [13]魔芋葡甘露聚糖单糖组成为葡萄糖和甘露糖,其物质的量比为1.0∶1.6,以β-1,4-糖苷键连接而成高效液相色谱分析许时婴等 [14]其他莲子多糖单糖组成为葡萄糖、半乳糖、木糖、核糖和阿拉伯糖,其物质的量比为17.3∶16.1∶8.8∶3.6∶1.0气相色谱分析邓添华等 [15]莲藕多糖单糖组成为半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖、葡萄糖、岩藻糖和木糖,其物质的量比为26.7∶16.2∶5.7∶5.5∶2.3∶1.0高效液相色谱分析严浪等 [16]

2.2抗突变

在遗传或非遗传因素下,人体中调控细胞生长、增殖及分代的正常细胞由于基因发生突变、激活与过度表达,使正常细胞发生癌变的过程称为突变 [28]。抗突变方式有去突变和生物抗突变两种,去突变指通过灭活致突变物或其前体物质起到抗突变作用;生物抗突变是通过阻断正常细胞变成突变细胞,包括修复受损 DNA,以减少突变频率 [29]。阚建全等 [30]发现甘薯多糖具有显著的抗突变作用,其机理主要是阻断正常细胞的突变,但当细胞发生突变后促进突变细胞修复的作用并不明显;甘薯多糖剂量为 20 mg/平皿时对苯并芘、 2-氨基芴和黄曲霉素 B 1的致突变抑制率均达 70%以上,在实验剂量范围内,其剂量 -效应关系是对数曲线关系。陈美珍等 [31]发现龙须菜粗多糖有显著的抗突变能力,粗多糖剂量为 4 g/kg时,对环磷酰胺诱发的微核抑制率达 89.8%,并可显著抑制精子畸变。综上所述,果蔬多糖可能具有较强的抗突变作用,因此开发以果蔬多糖为主要原料的保健饮料食品是今后值得研究的。

2.3抗氧化、抗衰老

多糖可抑制体内自由基和活性氧的产生,提高抗氧化酶的活性,促进超氧物歧化酶的释放,从而增强机体对自由基的清除能力和抗氧化能力 [5]。孟宪军等 [32]研究表明,蓝莓多糖对羟自由基和 1,1-二苯基 -2-三硝基苯肼( 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazylDPPH)自由基有较强的清除作用,对应的半抑制浓度分别为 2 mg/mL7 mg/mL,对羟自由基清除效果明显优于 VC,但对超氧阴离子自由基几乎无效果。 Zhao Qingsheng[27]通过超声波辅助法提取的芦笋多糖,当质量浓度为 9 mg/mL时对羟自由基的清除率达 99.6%,与质量浓度为 10 mg/mL VC对应的清除率接近,但对超氧阴离子自由基、 DPPH自由基清除效果不明显。 Li Junli[33]发现水溶性苦瓜多糖对羟自由基有很强的清除能力,对超氧阴离子自由基的清除能力较弱。综上可知,不同果蔬多糖对羟自由基均表现出较强的清除能力。

多糖抗氧化、抗衰老的效果很可能受到提取方法和提取条件的影响。 Sun Jie[34]发现超声法、水提法、复合酶法提取的南瓜多糖,对羟自由基的清除率依次增大。 Li Junli [35]和于斐 [36]等的研究结果也表明,低温提取的南瓜多糖自由基清除率显著高于高温提取的,且浓度越大清除效果越明显。这些研究结果都说明不同提取方法、提取条件导致了果蔬多糖抗氧化活性的差异。

人体衰老是自由基不断产生与积累的过程,自由基能使细胞中多种物质发生氧化,导致体内抗氧化酶活性降低,抗氧化能力下降,从而引起衰老 [37]。阚国仕等 [38]发现胡萝卜多糖能提高衰老小鼠血清、肝脏、大脑抗氧化能力,增强机体清除自由基的能力,减少组织细胞损伤的程度,说明胡萝卜多糖有一定抗氧化作用,从而起到抗衰老作用。杨江涛等 [39]发现刺梨多糖可提高衰老小鼠血浆、肝脏、脑组织中过氧化氢酶、超氧化物歧化酶( superoxide dismutaseSOD)含量,降低丙二醛含量,说明刺梨多糖可提高衰老小鼠体内抗氧化能力、延缓衰老。

2.4 抗疲劳

疲劳是身体与精神状态下降导致的周身疲软、困乏,是机体复杂生理生化的综合反应,可导致机体神经、内分泌、免疫各系统调节失常 [40]。血清尿素氮、肌糖原、乳酸是评价机体对运动疲劳的几个重要指标 [41-43]。血清尿素氮含量随机体对运动应激适应能力变差而增加,使机体越容易疲劳 [41];肌糖原储备量多可为肌纤维收缩提供更多能量,从而延缓运动性疲劳的产生 [42];乳酸是体内糖无氧代谢终产物,在肌肉和血液中积累易引起肌肉运动能力下降,造成运动性疲劳 [43]。刘兵 [44]通过连续灌喂受试小鼠桑葚多糖, 30 d后测定力竭游泳时间、肝糖原含量、血清尿素氮和血乳酸含量,探讨了桑葚多糖抗疲劳的作用及其机制,实验结果表明桑葚多糖具有明显抗疲劳作用,中剂量( 300 mg/kg· d))桑葚多糖可显著提高小鼠游泳时间和运动后肝糖原含量,显著降低运动后小鼠体内血清尿素氮和血乳酸含量;高剂量组( 900 mg/kg· d))在各个指标上的差异均达极显著,其效果与治疗心血管疾病药物西地那非相似。

2.5抗凝血

抗凝血是通过影响凝血过程的不同环节来阻碍血液凝固的过程,常用 3项检测指标即活化部分凝血活酶时间( activated partial thromboplastin timeAPTT)、凝血酶时间( thrombin timeTT)和凝血酶原时间( prothrombin timePT)来判断研究对象体外抗凝血活性的能力, APTT反映内源性凝血系统各凝血成分总的凝血状况、 TT反映血浆纤维蛋白原转变为纤维蛋白的凝血状况、 PT反映外源性凝血系统的凝血状况 [45]。王娜等 [46]比较了不同大枣品种、提取方法和干制方式得到的粗多糖的体外抗凝血活性。实验结果表明,大枣粗多糖能够显著延长人体血浆的 APTT,通过影响内源性凝血系统而发挥抗凝血作用,但对 TTPT无明显影响。不同大枣品种、不同提取方法和大枣干制方式得到的大枣粗多糖其体外抗凝血活性有很大差异。其中,灵宝大枣的抗凝血活性较好,碱提粗多糖,热风、真空冷冻干制大枣能较好地保持粗多糖的抗凝血活性。

表2 果蔬多糖提取方法的原理与特点
Table2 Principle and characteristics of extraction methods for polysaccharide from fruits and vegetables

方法原理特点参考文献热水浸提法利用热力作用使细胞发生质壁分离,水渗入细胞溶解其中的物质,通过扩散作用扩散到外部耗时长、温度高、提取效率低、提取物纯度低熊建文等 [53]碱浸提法利用碱破坏细胞壁,有利于酸性多糖的浸出操作繁琐、提取物成分复杂、纯度低、易水解、活性结构易被破坏金迪等 [54]酶辅助提取法利用酶催化水解细胞壁和糖蛋白,破坏细胞壁从而加快生物活性物质释放条件温和、无污染、节能、回收率高、提取率高、重复性高、操作简单Fan Yina [55]、Qian Zhigang [56]等超声波辅助提取利用超声波振动的机械作用、空化作用、热效应破坏细胞壁结构,快速释放细胞内多糖提取时间短、节约试剂、操作简单、提取率高、长时间作用破坏物质活性Rostagno [57]、Ying Zhi [58]等微波辅助提取法微波辐射产生的高频电磁波穿透萃取介质到达细胞内部,使细胞内部产生高压、局部高温,致壁膨胀破裂,加快所萃取的有效成分溶出提取时间短、提取率高、生产成本低、不污染环境、安全、简洁、快速尹艳 [59]、李永裕 [60]等超高压辅助提取在常温下利用超高压力作用于物料,使组织细胞壁碎裂,内部的有效成分得以释放和溶出提取条件温和、生物活性保持好覃艳等 [61]超临界流体萃取法超临界流体与目标物接触,萃取不同极性、沸点和分子量大小的成分,常压常温下,溶解在流体中的成分与气态流体分开,达到萃取目的无毒、无溶剂残留,处理温度低,选择性强,萃取能力强,提取效率高,生产周期短,活性成分不易被破坏尹艳等 [59]

2.6降血糖、降血脂

多糖可修复受损的胰岛细胞,促进胰岛β细胞再生,增加胰岛素的释放,从而降低血糖 [47]。吴建中等 [48]研究了番石榴多糖对四氧嘧啶致糖尿病的小鼠血糖值及脾指数、胸腺的影响,与对照组相比,灌喂剂量为 300 mg/kg(以体质量计)的番石榴多糖的小鼠血糖值明显降低、胸腺指数显著增加,证明了番石榴多糖具有降血糖作用。陈红漫等 [49]研究发现,体外抗氧化活性高的苦瓜多糖,即中剂量组( 100 mg/kg)和高剂量组( 250 mg/kg),能明显降低小鼠血糖,提高小鼠 SOD酶活力,高剂量组增加小鼠肝糖原含量,但无抗氧化活性组对四氧嘧啶致高血糖无抑制作用。由此可知,果蔬多糖的体外抗氧化性高低能影响其降血糖效果,因此为了提高降血糖效果,可选择高抗氧化能力的果蔬多糖。

四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠模型,除高糖血症外常伴随有高脂血症的出现 [50]。软枣猕猴桃多糖可降低糖尿病模型小鼠血清中总胆固醇、甘油三酯,升高高密度脂蛋白,降低血脂,防止脂类代谢紊乱,对糖尿病并发症有防治作用 [50]。刘颖等 [51]研究南瓜多糖也得到了类似的结果,说明果蔬多糖可能对预防心脑血管疾病的发生能起到一定作用。

2.7抑菌、消炎

多糖对各类微生物的生长具有不同程度的抑制作用,目前其抑菌作用机制还不十分明确。孟宪军等 [32]发现蓝莓多糖对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、啤酒酵母均有一定抑制作用,但对热带假丝酵母、青霉和黑曲霉无抑制作用。 Liu[52]发现草莓多糖和桑葚多糖可减少促炎细胞因子 IL-1β 和IL-6的分泌,增加抗炎细胞因子 IL-10的分泌,具有潜在的消炎作用。因此,果蔬多糖很可能具有较好的抑菌、消炎作用,在保鲜、保健品方面具有重要作用。

3 果蔬多糖提取纯化技术研究进展

果蔬多糖的提取纯化技术是其进一步应用与开发的基础,该技术的成熟与否直接影响着多糖提取纯度,进而影响其活性功能。因此,进一步研究和开发更为有效的果蔬多糖提取与纯化技术,对果蔬多糖的开发具有重要意义。

3.1果蔬多糖粗提取技术

果蔬多糖的粗提取方法除了传统的溶剂浸提法,还有酶辅助法、超声波辅助法、微波辅助法、超临界 CO 2萃取法等,各提取方法具有不同的工作原理和特点(表 2)。果蔬种类繁多,不同果蔬提取多糖的最佳方法和工艺条件不同;同种果蔬,使用不同提取方法获得的多糖提取率也不同,对多糖性质的影响亦有影响。如林勤保等 [62]发现水提、超声波、微波 3种方法中,微波法是提取大枣多糖的最佳选择,其提取时间最短、提取率最高( 1.14%);赵晨溟等 [63]研究不同提取法对龙眼多糖的提取率、还原力、 DPPH自由基清除率、单糖组成的影响,发现酶法提取的龙眼多糖提取率最高、抗氧化性最差,碱法提取的提取率最低、抗氧化性最好,不同提取方法所得多糖的单糖组成差异大,水提法、酸法、酶法、超声法所得多糖的葡萄糖质量分数最高( 64.04%、 51.33%、 55.70%、 56.84%),碱提多糖的半乳糖质量分数最高( 42.15%)。目前以多糖得率为指标筛选适宜提取条件,采用不同提取方法得到的各类果蔬多糖提取的最佳工艺条件列于表 3,可为工业化生产提供参考。

3.2果蔬多糖纯化

通过上述方法破碎细胞壁、溶剂提取、沉淀得到的多糖为粗多糖,常含有大分子蛋白质和色素等杂质,因此,有必要对果蔬多糖进行进一步的纯化,从而获得高纯度的果蔬多糖,为进一步满足研究果蔬多糖的生理活性及其开发利用的需要。常用的果蔬多糖纯化有 Sevag法、三氯乙酸( trichloroacetic acidTCA)法、离子交换法、聚酰胺法等。

表3 果蔬多糖的提取工艺优化
Table3 Optimization of extraction conditions for polysaccharides from fruits and vegetables

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3.2.1 脱蛋白

蛋白质是果蔬多糖粗提取中含量较多的杂质,通过适宜的方法将其除去是果蔬多糖纯化的第一步。苗慧琴等 [73]比较了Sevag法、TCA法、胰蛋白酶法等对山药块茎多糖脱蛋白效果,结果表明胰蛋白-TCA联用法脱蛋白的效果最好,使用0.4 mL胰蛋白酶和质量分数6% TCA在pH 7.5、温度37 ℃条件下酶解45 min,蛋白质脱除率、多糖保留率分别为87.25%、92.48%,且实验操作简单、耗时短。罗莹等 [74]研究Sevag法等,用Sevag法、酶法+ Sevag法、木瓜蛋白酶法、胰蛋白酶法、复合蛋白酶法5 种方法对大枣多糖的脱蛋白效果,经比较得知复合酶法效果最佳,其最佳工艺条件如下:木瓜蛋白酶与胰蛋白酶比例为1∶1、复合酶浓度为加入粗多糖质量的5.3%、反应温度为55 ℃、反应时间为3.3 h,在此条件下蛋白质基本除尽,目标达成率高达99.97%。因此,对不同的果蔬多糖应根据其特性选择不同的脱蛋白方法,在达到较大蛋白质脱除率的同时,还要保证多糖的保留率。

3.2.2 脱色素

粗多糖脱蛋白后,常用离子交换树脂法、活性炭吸附法、双氧水脱色法等方法去除多糖中的色素。李进伟等 [75]分析了聚酰胺与粉末活性炭、颗粒活性炭、吸附树脂3 种方法对金丝小枣多糖的脱色效果,认为聚酰胺脱色效果最好,当聚酰胺用量是粗多糖的4 倍,用1 倍柱体积的去离子水以1.5 mL/min的流速洗脱聚酰胺柱,多糖的回收率高,为83.82%。同时可去除粗多糖中的蛋白质和杂质。张丛丛等 [76]采用大孔树脂HP-20对黄秋葵多糖脱色,在上样质量浓度9.8 mg/mL、pH 6.0、温度20 ℃、时间7 h条件下,获得色泽良好的黄秋葵多糖,其脱色率为91.07%,平均多糖保留率为85.52%。因此,不同果蔬多糖脱色方法的选取,应在保证多糖保留率的基础上,再达到最大化脱色率。

3.3 果蔬多糖提取存在问题及解决途径

新型高效的提取分离方法,不仅可极大地缩短操作周期,而且可提高收率,是多糖提取与应用急需技术。现有果蔬多糖提取各方法都还存在一定的局限性,达不到多糖提取与应用的实际需要,如酶法提取所用的酶易失活,寿命短,纯度低、价格昂贵,反应条件难控制;超声波提取易破坏多糖活性结构,在低功率条件下,多糖高级结构解体,随着超声功率的增加或超声时间的延长,多糖链发生降解形成结构紧密的多糖聚集体等。针对以上存在的问题,可通过基因工程等技术扩展酶基因来源,提高酶的产量与纯度,降低酶制剂的生产成本,使酶法提取果蔬多糖实现工业化。在超声波提取方面,要深入研究多糖高级结构被破坏的机理,从根本上寻找防止超声波对多糖活性结构造成破坏的方法。除了研究高效实用的提取方法外,在实际应用中,可以配合使用多种提取方法,以达到相对最好的提取效果。

如何最大化实现蛋白质脱除率和脱色率是果蔬多糖纯化中值得研究的问题。从目前的技术来看,果蔬多糖纯化在达到较高蛋白质脱除率、脱色率时,多糖保留率难以得到保证,因此,在最大化多糖保留率的基础上,探讨适合不同果蔬多糖的纯化技术是今后的研究重点。Sevag法是公认经典脱蛋白的方法,不仅脱蛋白条件温和,而且可部分脱去色素,但需要重复多次才能达到较好的脱蛋白效果,因此可结合TCA法、胰蛋白酶法等方法使用,这样不仅能提高脱蛋白的效果,而且可避免TCA和胰蛋白酶用量过多导致多糖含量下降、多糖的生物活性受到影响等问题的出现。

4 结 语

我国果蔬资源丰富,为多糖的开发与应用提供了物质基础。为提高果蔬多糖的提取得率,可根据不同果蔬的特性,配合使用多种提取纯化方法,实现操作简单、成本低、提取率高、提取纯度高、生物活性物质结够不被破坏等目标。而如何复合这些方法做到高效、经济以及标准化仍需进一步深入研究。

果蔬加工中,常用超滤澄清果蔬汁,由此便有大量的多糖类大分子因不能通过超滤膜而被截留在残渣中,在工业化生产中,直接处理残渣不仅浪费资源还可能污染环境,将其变废为宝,从中提取出高浓度的粗多糖,再进一步加工成饮料、口服液等,是从食品加工副产物中提取多糖并加以利用的有效途径。

果蔬多糖具有抗氧化、抗衰老、抗肿瘤等生理活性,在保健品方面具有广阔的潜在开发前景。但果蔬多糖许多生理活性作用机制并不十分明确,进一步深入研究其生理活性及其作用机制是开发利用果蔬多糖的基础,将来在这方面应该得到加强和重视。

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Advances in Research on Polysaccharides from Fruits and Vegetables∶ Bioactivity, Extraction and Purification

LIU Susu, L☒ Changxin* , FENG Xuqiao* , LI Mengmeng, DENG Yamin, SHI Chao, DU Jingfang, WANG Yali (Liaoning Provincial Key Laboratory ofFood Safety, College of Food Science and Project Engineering, Bohai University, Jinzhou 121013, China)

Abstract: Fruits and vegetables constitute an important part of our daily diet. Being rich in vitamins, minerals and bioactive substances, fruits and vegetables play a vital role in human health. Polysaccharides are a group of significant bioactive substances with many health benefits, such as antitumor, antioxidation, anti-aging, anticoagulation, antidiabetics, hypolipidemic, etc. The outstanding advantages of polysaccharides from fruits and vegetables as natural active substances are extensive sources and no toxic or side effects. China has fruit and vegetable resources, creating a unique advantage in researching and applying plant polysaccharides. This paper provides a description of the classification and structure of polysaccharides from common fruits and vegetables, elaborates the bioactivities and mechanisms of action of the polysaccharides and summarizes the current status of the application of polysaccharide extraction and purification techniques on fruits and vegetables. The existing problems and solutions in the process of polysaccharide extraction and purification are pointed out. Furthermore, the future development and application prospects of polysaccharides from fruits and vegetables are also envisioned.

Key words: polysaccharides from fruits and vegetables; biological activity; extraction; purification; application prospect

中图分类号: TS255

文献标志码: A 文章编号:1002-6630(2015)17-0281-07

文章编号:1002-6630(2015)17-0281-07

doi:10.7506/spkx1002-6630-201517052

收稿日期:2014-11-17

基金项目:辽宁省科技厅农业攻关计划项目(2011205001);渤海大学人才引进基金项目(BHU20120301)

作者简介:刘苏苏(1991—),女,硕士研究生,研究方向为农产品贮藏与加工工程。E-mail:liususu1129@163.com

*通信作者:吕长鑫(1964—),男,教授,硕士,研究方向为农产品贮藏加工与食品资源开发。E-mail:lvchangxin6666@163.com冯叙桥(1961—),男,教授,博士,研究方向为农产品贮藏与加工工程。E-mail:feng_xq@hotmail.com