果蔬多糖研究进展

孟晓峰，东莎莎，马超，张明，杨立风，范祺，王崇队，张博华，葛邦国

（中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014）

健康人体需要充分合理的膳食营养供应，而果蔬是人们日常饮食中不可缺少的一部分。天然果蔬中含有丰富的生物活性成分，如胶原蛋白、矿物质、多糖类成分、纤维素和维生素等，对人体健康有利。多糖是一类重要的保健食品功能因子，目前研究多集中于药用植物多糖和真菌多糖[1]，而对日常食用的果蔬多糖的研究相对较少。近年来实验室进行了多种果蔬多糖的提取研究，包括南瓜多糖、苦瓜多糖、沙棘多糖、大枣多糖、无花果多糖、猕猴桃多糖、余甘多糖、番石榴多糖、木耳多糖、香菇多糖等。研究发现具有开发研究潜力的果蔬多糖还有罗汉果多糖、荔枝多糖、枇杷多糖、枸杞多糖等[2]。果蔬中富含的多糖类成分可以促进人体新陈代谢、促进排便、延缓衰老[3]、降血糖[4]、抗肿瘤，还可以预防心脑血管疾病、骨质疏松症、老年痴呆、贫血症及眼部疾病等，且这些营养成分纯天然、无毒副作用、易被人体消化吸收。

多糖是植物重要的化学组成成分，如何将多糖从植物中提取出来、简化提取工艺、提高多糖得率是植物多糖应用的关键[5-6]。本文分析了目前果蔬多糖提取、纯化技术的发展现状及应用前景，以期为果蔬多糖产业化发展、果蔬的精深加工和资源的开发利用提供参考。

1 果蔬多糖的成分与分类

多糖与核酸、蛋白质、脂类三大营养物质构成了维持人体生命活动的四大物质，对生命活动起至关重要的作用。多糖是由多个单糖分子缩合、失水而成，是一类分子结构复杂且庞大的糖类物质。按单糖种类分，多糖类成分分为杂多糖和同多糖[7]，提取纯化方式不同，得到的多糖组成中单糖成分的含量也有所不同。按多糖来源的果蔬种类分，果蔬多糖可分为果菜类多糖（如苦瓜多糖）、核果类多糖（如红枣多糖）、根茎类多糖（如大蒜多糖）、浆果类多糖（如蓝莓多糖）、仁果类多糖（如软枣猕猴桃多糖）、其他类多糖（如莲子多糖）等。按照多糖具有的某种独特的生理活性成分可以分为无活性多糖和活性多糖，无活性多糖不具有特定的生理活性成分，活性多糖具有特定的生理活性成分[8]，且主链葡聚糖清晰，侧链分支适中，溶解性好，分子量适中[6]；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[9]。

2 果蔬多糖提取纯化工艺

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

2.1 果蔬多糖粗提取

果蔬多糖粗提取工艺常用的有浸提法、酶解法、超声波提取法和微波辅助法等[10]。

2.1.1 热水提取法

热水提取法多用于植物多糖的提取，利用热力作用使细胞质壁分离，水渗入细胞溶解其中的物质，通过扩散作用扩散到外部。该方法操作简单、成本低，但耗时长、温度高，提取率受料液比、提取温度、提取时间等因素影响。王涛等[1]采用该法优化了山药多糖的提取工艺，得出最佳提取条件为提取时间3.5 h，温度85 益，乙醇浓度85%，液料比为1:60（mL/g），该条件下多糖提取率达5.39%。

2.1.2 酶解法

酶解法是利用酶催化水解细胞壁和壁蛋白，破坏细胞壁，加快了生物活性物质释放[1]。在温和条件下酶使植物组织更好地溶出多糖组分，与化学试剂提取相比，酶解法提取条件温和、无污染、操作简单。但有些酶在水解淀粉的同时也对多糖有水解作用[1]。因而，在选择酶的种类时要慎重。费玉婷等[1]探究了酶法提取红枣多糖的最佳工艺，得出0.2%纤维素酶、提取温度55 益、提取时间3 h、pH7.0 时，多糖提取率为5.66%。

2.1.3 超声波辅助提取

超声波辅助提取是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，从而快速释放细胞内的多糖[15]。超声波辅助提取法提取效率高、操作简单、提取温度低，但超声波功率不宜过高，否则会对多糖分子结构及特性产生负面影响，长时间作用破坏物质活性[16]。王晓敏等[17]利用超声波辅助法提取香菇多糖，研究得出，超声功率800 W，超声40 min，60 益水浴30 min，提取2 次后多糖提取率可达15.23%。

2.1.4 超滤膜分离技术

超滤作为一种新型的分离技术，多用于食用菌多糖的分离与纯化，得率高且多糖极少被破坏，具有能耗低、分离效率高、工艺简单等优势。通过研究不同膜材料的超滤分离效果以及超滤工作曲线，确定合适的生产工艺，将有效降低食用菌加工企业的环境污染负荷及能源消耗、提高产品品质，是企业实现清洁生产的关键技术手段。

2.1.5 不同提取方法的比较

果蔬多糖的粗提取方法除了传统的溶剂浸提法外，还有酶辅助法、超声波辅助法、微波辅助法[1]、超临界CO2萃取法等方法，这些提取方法有不同的工作原理和特点。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有所不同，对多糖的性质亦有影响[19]。如林勤保等[20]发现水提取、超声波提取、微波提取3 种方法中，微波法是提取大枣多糖的最佳方法，其提取时间最短、提取率最高（1.14%）；赵晨溟等[21]研究了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，结果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较大，水提法、酸法、酶法、超声法所得多糖的葡萄糖质量分数较高（64.04%、51.33%、55.70%、56.84%)，碱法提取的多糖半乳糖质量分数最高（42.15%）。

2.2 果蔬多糖的纯化

通过多糖粗提取方法破碎细胞壁、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，有必要对其作进一步纯化，从而获得高纯度的果蔬多糖。为满足果蔬多糖的生理活性研究及其开发利用，需要对果蔬多糖作纯化处理。常用的果蔬多糖纯化方法有Sevag 法、三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）法、离子交换法、聚酰胺法等，脱除大分子蛋白、色素等杂质。

2.2.1 脱蛋白

在多糖中大部分蛋白的存在影响了多糖的纯度，降低了其功能和作用，因此需要脱除多糖中含有的大分子蛋白。这种蛋白以游离状态存在，还有一部分与糖基结合，也就是糖蛋白。目前常用的脱蛋白方法有Sevag 法、TCA 法、胰蛋白酶法等。

Sevag 法去除的是多糖中的游离蛋白，对于结合蛋白一般不易去除。药理试验表明，糖结合蛋白也具有一定活性。所以，除蛋白一般是除去游离蛋白。Sevage 法利用蛋白质在氯仿等有机溶剂中变性而不溶于水的特性，离心除去蛋白质，此法对多糖性质的影响较小，但提取效率较低。三氯乙酸法的原理是蛋白质中的疏水基团可以与三氯乙酸反应，使蛋白质变性而相互凝聚沉淀[22]，离心去除，此法操作简单但酸性强，可能引起多糖的降解。酶解法是采用蛋白酶分解蛋白质达到去除蛋白质的效果，具有反应条件温和、提取效率高的特点。

苗慧琴等[23]比较了Sevag 法、TCA 法、胰蛋白酶法等对山药块茎多糖脱蛋白的效果，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 益条件下酶解45 min，蛋白质脱除率、多糖保留率分别为87.25%和92.48%，且试验操作简单、耗时短。罗莹等[24]研究了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，其最佳工艺条件为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 益、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。

2.2.2 脱色素

色素是多糖提取中的主要杂质，脱色的常用方法有活性炭法、双氧水法、树脂法等。活性炭是依靠范德华力对色素颗粒的吸附作用使其与目标物质分离而达到脱色的目的。双氧水在水溶液中可电离出过氧根离子攻击色素，利用氧化性使有色物质脱去原有色素。树脂是一种吸附性质的脱色剂，具有稳定性高、吸附速度快等特点[25]。

李进伟等[26]分析了聚酞胺与粉末活性炭、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[27]采用大孔树脂HP-20 对黄秋葵多糖进行脱色，结果发现，在上样质量浓度9.8 mg/mL，pH 6.0、温度20 益、时间7 h 条件下，能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择，应在保证多糖保留率的基础上，达到较高的脱色率。

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 法是公认的一种经典脱蛋白的方法，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效果，因此可结合TCA 法、胰蛋白酶法等方法，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、生物活性受到影响等问题。

3 果蔬多糖的应用

多糖类化合物由于其独特的功能[28]，在抗肿瘤、治疗艾滋病、抗衰老、治疗糖尿病等临床应用方面显示出广阔的前景，随着多糖研究深度和广度的发展，更多的果蔬多糖将会被深入研究。

相对于中药植物，果蔬具有易栽培、成本低、产量高等优点，这为果蔬多糖的分离提纯提供了大量价格低廉的原料，为众多水果、蔬菜的销售提供了新的出路，也为多糖分离工业化、产业化应用提供了较大的发展空间[29]。

3.1 食品行业

果蔬多糖可作为营养强化剂直接加入食品中制取一般或特殊人群的保健食品，如从柑桔皮中提取果胶后的残渣生产出的纤维素粉，已广泛应用于肉品[30]、糕点、饼干、面包等食品中[31]。在工业化生产中，可利用果蔬汁加工副产品，制成高浓度的多糖粗品，交将多糖粗品进一步加工成饮料[32]、咀嚼片[33]，使多糖从药品向食品转化，从“治疗”向“保健”方向发展。

3.2 医药及其他行业

果蔬多糖可以作为药物研究，如运用现代高科技手段从果蔬中大规模提取较高纯度的具有药理作用的多糖，制成各种胶囊[34]、口服液[35]和针剂等[36]。

根据多糖的性质还可从其他方面加以开发，如作为药物的释放剂、稳定剂、悬浮剂及工业上的涂膜剂、凝聚剂和润滑剂等。

4 展望

目前多糖生产普遍采用传统的单级间歇式罐式提取工艺，过程装备落后，存在提取时间长、提取率低、生产效率低，提取温度高、能耗大，人工操作劳动强度大，批次间产品质量均一性差等弊端。

鉴于以上原因，研究果蔬多糖的现代化提取工艺，实现果蔬多糖的高效率、连续化、低成本、高品质生产是果蔬深加工产业升级的关键，这不仅能为广大农民和生产加工企业带来巨大的经济效益，也能为我国医药、保健行业提供廉价的功能因子原料。