苦荞多糖提取工艺及功能作用研究进展

蒋高华，赵江，彭兴华，刘永泽，陈业高

(1.中国科学院新疆理化所植物资源化学重点实验室，乌鲁木齐 830011；2.云南能源职业技术学院 资源与环境工程学院，云南 曲靖 655001；3.中国科学院大学，北京 100190；4.云南师范大学 化学化工学院，昆明 650092)

苦荞属于纲蓼科(Polygonaceae)荞麦属(Fagopurum)植物，又名鞑靼荞麦，其种植区域主要分布在云南、四川、贵州、陕西、山西、甘肃和宁夏，苦荞种植面积和产量均居世界第一[1]。苦荞含有多种化合物，主要包括类黄酮、多酚、多糖、皂苷、蛋白质、脂肪酸和微量元素[2-4]。随着多糖领域的发展，苦荞多糖逐渐受到各研究团队的重视，它被认为是荞麦的有益成分[5-7]。苦荞多糖是一类结构多样的生物大分子，具有广泛的生理功能，包括降血糖、抗肿瘤、免疫调节、抗氧化和神经保护等功能[8，9]。近年来，对苦荞多糖类化合物的研究热度较高，研究苦荞多糖在保健、医疗等领域的应用具有重要意义。同时，将苦荞多糖提取出来作为添加剂加入到食品中，既可以调节食品风味，又可以增加食品的营养功能。苦荞多糖为苦荞中的重要成分，研究发现苦荞多糖具有很高的生物活性和药用价值，可开发成功能性调味品、食品等，为苦荞的进一步研究奠定了基础，促进了我国苦荞资源的开发利用，对苦荞多糖的提取工艺和功能作用进行了综述。

1 苦荞多糖的提取工艺研究

1.1 水提取法

颜军等[10]采用水提醇沉法从苦荞中提取苦荞多糖，最终获得3个苦荞多糖组分TBP-1、TBP-2和TBP-3，相对分子量为144544，445656和636795。吴金松等[11]采用水提醇沉法提取甘蔗渣多糖，得到甘蔗渣中水溶性多糖的最佳提取工艺条件为：料液比1∶30，乙醇终沉淀浓度90%，水提温度70 ℃，水提时间3 h。在此提取条件下，甘蔗渣粗多糖的提取率为1.03%。胡一晨等[12]采用水提法提取苦荞多糖，利用响应面法中的中心组合设计，对提取工艺中的提取时间、提取温度和料液比进行考察。结果表明利用响应面法得出的苦荞多糖最佳提取工艺条件为：液料比16∶1，提取温度100 ℃，提取时间120 min，苦荞多糖的得率达到13.13%。赵亮[13]对苦荞粉末采用热水浸提，将提取温度、提取时间和料液比3个因素作为考察因素，采用Box-Benhnken中心组合设计进行试验操作，确定最佳提取工艺为：提取温度87 ℃，提取时间2 h，料液比1∶18，多糖得率为5.19%。

1.2 碱提取法

柴瑞娟等[14]利用碱溶液(0.3 mol/L NaOH)提取苦荞水溶性多糖，分别考察液料比、提取时间和提取温度对苦荞多糖提取的影响，发现温度较为显著，多糖得率为25.16%。孙元琳等[15]利用碱溶液(0.2 mol/L NaOH)提取苦荞麦麸多糖，发现其主要有葡萄糖，并含有少量阿拉伯糖、木糖、半乳糖和微量甘露糖。碱法提取过程简便，易取得纯度较高的样品，但稀碱液易破坏多糖中的糖苷键，使多糖水解，故采用此法提取苦荞多糖的研究不多。

1.3 超声辅助提取法

刘航等[16]利用响应面分析优化超声辅助提取苦荞多糖，结果显示：超声波辅助提取苦荞多糖的最优提取条件为料液比1∶15.69，提取温度61.05 ℃，提取时间65.5 min，多糖得率为4.41%。张燕莉等[17]通过单因素和正交试验考察提取温度、时间、液料比、超声功率对从苦荞籽中提取多糖得率的影响。确定最佳条件为：提取温度50 ℃，提取时间30 min，液料比40∶1，超声功率400 W，多糖得率为7.23%。杨红燕等[18]利用超声波辅助对苦荞茶多糖进行优化，结果表明：超声功率300 W，提取温度59.21 ℃，液固比24.71∶1， 提取时间74.31 min，苦荞茶多糖提取率为8.26%。

1.4 酶法辅助提取法

吴金松等[19]通过试验筛选出果胶酶作为甘蔗渣中水溶性粗多糖提取率最高的一种酶，提取甘蔗渣中水溶性多糖的最佳工艺条件：酶解温度50 ℃，酶解pH 5.0，酶用量2.0%，酶解时间50 min。在此提取条件下做验证试验，甘蔗渣粗多糖的提取率为1.09%±0.011%，比推荐的较佳酶解条件提高了10.4%。

2 苦荞多糖的功能作用

2.1 抗氧化活性

赵辰路等[20]通过富硒处理2种荞麦苗，富硒处理对甜、苦荞麦苗中可溶性多糖的·OH抑制率、DPPH·清除率影响较大。甜荞麦苗对亚硒酸钠溶液浓度的耐受性优于苦荞麦苗。经试验验证，在此最佳组合条件下，可溶性多糖含量为3.92%，·OH抑制率为44.87%，DPPH·清除率为65.47%。刘瑶等[21]筛选提取苦荞皮多糖并测定其组成和研究其抗氧化活性。结果表明：荞麦皮多糖主要由甘露糖、核糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖组成，其相对质量百分数分别为6.47%、1.18%、9.66%、52.63%、17.26%、12.8%；多糖对铁氰化钾的还原能力、羟基自由基和DPPH 自由基的清除能力具有显著的浓度依赖性(P<0.05)。杨晓杰等[22,23]对生姜多糖抗氧化性进行了研究，结果表明：在最佳提取条件的基础上进行体外抗氧化试验，在清除DPPH·和总还原能力的测定中均表现为留皮>去皮，且DPPH·的最大清除率达65.32%；不同温度下多糖总还原能力的强弱依次为80 ℃>90 ℃>70 ℃>100 ℃>60 ℃，清除DPPH·能力的强弱依次为90 ℃>80 ℃>70 ℃>100 ℃>60 ℃，清除羟自由基的能力强弱依次为90 ℃>70 ℃>80 ℃>100 ℃>60 ℃。王芸等[24]研究了不同方式提取的生姜粗、精多糖的抗氧化性质，表明超声波辅助酶法和酶法的抗氧化性最好，其中对DPPH自由基的清除率和羟自由基的清除率分别高达77%和95%。杨卓等[25]用4种不同的干燥提取方法从香菇柄中提取活性多糖，结果表明：冷冻干燥得到的多糖的体外抗氧化活性高于喷雾干燥得到的多糖，香菇柄多糖的最优提取方法为冷冻干燥法，醇沉冷冻干燥得到的多糖为好。

2.2 抗肿瘤活性

杨二万等[26]研究了苦荞多糖对人肺腺癌A549细胞凋亡的影响，结果显示：苦荞多糖(TBTP)能够促进活性氧簇生成，降低线粒体膜电位，进而抑制A549细胞增殖，促进细胞凋亡。李珊珊等[27]研究苦荞多糖在体外对HepG2细胞的增殖抑制作用，发现其对HepG2细胞的增殖有明显的抑制作用，可使细胞核形态出现聚缩、染色质DNA出现断裂。杨红燕[28]研究苦荞多糖对细胞凋亡状况，结果显示：苦荞多糖可能通过调节细胞内ROS的含量对HG/HF诱导的HUVECs细胞凋亡发挥抑制作用。范多娇[29]研究荞麦多糖对S180肉瘤小鼠有辅助治疗作用，结果显示：荞麦多糖体内抑瘤作用不明显，但可以延长S180肉瘤小鼠的生存期，提高其存活率；体外试验表明荞麦多糖可直接抑制肿瘤细胞增殖，促进其凋亡。Wu等[30]研究通过直接和间接治疗荞麦多糖(BWPS)诱导人白血病THP-1细胞分化的能力。在间接治疗中，其对mnc条件培养基(BWPS-mnc-cm)中外周血单核细胞的细胞因子分泌进行24 h的显著刺激，在BWPS-mnc-cm处理5 d后，THP-1细胞的分化和成熟显著增加。另一方面，BWPS直接诱导THP-1细胞在经过3 d和5 d的剂量依赖性处理后分化成熟，并在这些成熟细胞中发挥吞噬活性和产生超氧阴离子的作用，结果表明：BWPS具有分化治疗白血病的潜力。

2.3 抑制作用和调节血糖、血脂活性

褚盼盼等[31]研究苦荞多糖在不同条件下对胰脂肪酶抑制作用的影响，结果显示：苦荞多糖对胰脂肪酶具有明显的抑制作用，其IC50为28.23 mg/mL，当多糖浓度为30 mg/mL，反应时间为15 min，pH为7.5，温度为37 ℃时抑制效果最佳，抑制率达到52.17%，抑制常数Ki=43.28 mg/mL。李雯等[32]研究苦荞麦水提物对2型糖尿病小鼠的降血糖效果，结果显示：灌胃治疗14 d后，与模型对照组相比较，苦荞麦水提物各剂量组小鼠的体重明显增加(P<0.01)，而血糖显著下降(P<0.01)，其中苦荞麦水提物中剂量组小鼠的体重与血糖值变化最为显著，苦荞麦水提物具备一定的降低STZ致2型糖尿病小鼠血糖的作用。綦文涛等[33]研究荞麦对高脂血症小鼠血脂和肝脏抗氧化的调节作用，结果显示：与高脂血症模型组比，添加荞麦的高脂血小鼠体重增长率和肝脏指数均呈降低趋势；荞麦降低了高脂血小鼠血液的TC、TG、LDL-C浓度，而HDL-C浓度升高，改善了高脂血症小鼠肝脏的GSH-Px和SOD活性，并显著降低MDA 浓度(P<0.05)。Yang等[34]研究苦荞粉与小麦、米粉的相对降胆固醇活性及这3种物质的甾醇转运体，参与胆固醇吸收的蛋白基因表达的相互作用。结果表明：苦荞粉能降低血浆总胆固醇、非高密度脂蛋白胆固醇和肝胆固醇的浓度。与小麦和米粉相比，在日粮中添加苦荞粉可导致中性甾醇排泄增加，肠道NPC1L1和ACAT2的mRNA表达量减少。林春榕等[35]研究荞麦蜂花粉多糖对四氧嘧啶(ALX)性糖尿病大鼠血糖、血脂的影响。结果显示：荞麦蜂花粉多糖150，300 mg/kg/d能明显降低ALX所致糖尿病大鼠高血糖，与糖尿病模型对照组相比，P<0.01。同时，相同剂量的荞麦蜂花粉多糖还能明显降低ALX性糖尿病大鼠血清TG(P<0.05)、TC、LDL-C(P<0.01)。另外，荞麦蜂花粉多糖300 mg/kg/d还能使糖尿病大鼠血清HDL-C显著回升(P<0.05)。

3 苦荞多糖研究展望

荞麦作为食用和药用的谷物作物被世界各地用于治疗糖尿病已有几千年。荞麦多糖已经被证明是主要的生物活性成分，但需要进一步研究发展。近年来，特别是在过去20年里，研究确定了许多具有重要生物活性和功能的荞麦多糖[36]。国内外学者进行了关于荞麦多糖的提取、纯化和生物活性等研究，但仍有许多问题需要解决。更应该注意苦荞多糖结构与活性的关系，进一步将荞麦多糖作为药用特殊食品进行疗效分析等基础研究。

苦荞多糖可作为调味品被人们食用，其安全性评价需进一步验证。苦荞多糖为食用过程中的主要成分之一，通过对苦荞多糖的深入了解，可高效、精确地发挥苦荞多糖的作用，不但可以调味，还具有药用价值。因此，在苦荞多糖的研究中，应以优化其提取工艺，改进其分离纯化方法为基础，着重研究其多糖结构、生物活性和应用，将苦荞多糖开发成功能性调味品、食品、药品、保健品和化妆品等，充分开发苦荞这一宝贵资源，苦荞多糖的研究对生活、社会经济和苦荞产业具有重要意义。本文为研究和定性从荞麦中提取具有生物活性的多糖提供了便利，同时有助于更好地理解多糖的生物功能来源。