菜籽粕多糖提取纯化及其功能活性研究进展

（忻州师范学院化学系，山西忻州034000）

油菜是世界四大油料作物之一，也是我国重要的油料作物，我国各地广泛种植，种植面积以及油菜籽产量长期居世界第一位[1-2]。油菜籽主要用来榨油，榨油后的副产品菜籽粕每年能产生近千万吨，故我国菜籽粕资源极为丰富。科学研究已表明，菜籽粕中含有多糖[3-4]，菜籽粕多糖具有清除自由基抗氧化、抗肿瘤、降血糖和调节免疫等功能活性[5-6]，有诱人的开发价值，在食品、医药、卫生和保健品领域有广阔的应用前景。但目前，我国菜籽粕主要用作农田肥料或动物饲料，未进行精深加工，科技附加值低，利用效益不高，造成资源的极大浪费，影响菜籽综合利用价值及其产业的发展。因此，研究菜籽粕中多糖的提取纯化及其功能活性，对提高菜籽粕科技附加值，有效拉长菜籽产业链，提高菜籽综合利用效益和经济价值，具有重要的实际意义。当前，我国对菜籽粕中多糖提取及其功能活性进行了不少研究，取得了一定成果，但鲜有菜籽粕多糖提取研究的总结报道。为此，本文总结概述我国菜籽粕多糖的提取纯化及其功能活性方面的研究进展，指出存在问题并展望其研究方向，旨在为菜籽粕多糖开发利用及其进一步研究提供参考。

1 菜籽粕多糖的提取方法

植物多糖提取以不破坏多糖基本性质，并尽可能多地将多糖提取出为原则。多糖为极性大分子，一般不溶于有机溶剂，难溶于冷水，易溶于热水[7]，故多糖多以热水提取。为了提高提取效率，在传统热水提取的基础上，常采取一些辅助手段如超声、微波、酶等，起到破坏植物细胞壁，促使多糖尽快、尽量多溶出。目前，国内菜籽粕多糖的提取研究主要有热水提取、酸提、碱提、酶解提取、超声辅助提取以及微波辅助提取。

1.1 菜籽粕多糖热水提取

热水提取是经典的、最常用的多糖提取方法，该方法主要通过菜籽粕细胞吸水膨胀破裂，并利用多糖溶于热水使多糖从菜籽细胞内溶出扩散到外部溶剂热水中[8]。董万领等[4]研究了菜籽粕多糖热水浸提，采用响应面法优化提取工艺，得出影响多糖提取率的因素大小顺序为：料液比＞提取时间＞提取温度，优化的菜籽粕多糖热水浸提最佳工艺为：料液比1∶34（g/mL），浸提温度80℃，浸提时间3.4 h。该工艺下，多糖得率为2.09%。朱建飞等[9]研究了脱色后菜籽粕的多糖热水浸提，响应面优化的最佳浸提工艺为：料液比1 ∶28（g/mL），浸提温度 90℃，浸提时间 2.9 h，此工艺条件下，多糖提取率2.23%。王妮[10]通过正交试验优化的菜籽饼粕多糖热水浸提最佳工艺为：料液比1∶25（g/mL），浸提温度 100℃，浸提时间 4.0 h，浸提次数3次，此工艺条件下，多糖提取率2.8%。菜籽粕多糖的热水提取设备简单，易于操作，成本低廉，适合工业化应用，但也存在提取时间长，提取温度偏高，易造成多糖分解，提取率低，产品纯度较低等问题。要想取得较好的提取效率，需研究与其它提取技术联合应用。

1.2 菜籽粕多糖酸提法

酸提法是热水提取多糖的一种发展，菜籽粕细胞在酸性水溶液中易发生溶胀，释放出多糖，利于提高多糖提取率。但在较高酸度下易使多糖中的一些糖苷键断裂而破坏多糖结构，因此宜采用稀酸来提取[11]。鞠兴荣等[3]研究了菜籽粕多糖盐酸提取，通过响应面分析得到影响菜籽粕多糖酸法提取的因素大小顺序为：提取温度＞酸浓度＞提取时间＞料液比，优化的最佳提取工艺条件为：以浓度0.3 mol/L的盐酸溶液为提取剂，料液比1∶40（g/mL），提取温度70℃，提取时间 5 h。此工艺条件下，菜籽粕多糖得率为4.01%。刘贝贝等[12]采用五元二次正交旋转组合设计试验优化的菜籽粕多糖酸提工艺为：盐酸浓度0.01 mol/L～0.14 mol/L，料液比 1∶18（g/mL）～1∶20（g/mL），提取温度 100℃，每次提取时间1.4 h～1.8 h，提取次数4次～5次。该工艺条件下，菜籽粕多糖得率可达3.1%以上。可知，采用酸法提取菜籽粕多糖，较热水提取法可在一定程度上提高多糖提取率，虽是对热水提取法的一种改进，但仍未解决热水提取存在的根本问题，且又带来新的问题，即产生的酸性废液量大，影响环境，还需很好地控制提取液的酸度。

1.3 菜籽粕多糖碱提法

碱提法是采用弱碱性水溶液提取多糖的一种方法，适合含有酸性基团多糖的提取。碱性溶剂利于破坏物料细胞壁，形成裂纹，可加速多糖溶解，提高多糖提取率[13]。黄梅英等[5]研究了菜籽粕多糖的碱法提取，通过响应面分析得到菜籽多糖碱法提取的最佳工艺条件为：以质量分数4.1%的NaOH溶液为提取剂，料液比1∶25（g/mL），提取温度86℃，提取时间3.0 h。此工艺条件下，多糖得率为5.86%。冯睿等[14]研究了菜籽饼粕多糖的氢氧化钠提取，由正交试验优化的最佳提取工艺条件为：以浓度1.2 mol/L的氢氧化钠溶液为浸提液，料液比 1∶20（g/mL），提取温度 60℃，提取时间4.0 h。该工艺条件下，多糖提取率为7.65%。魏行等[15]也研究了菜籽饼粕多糖的碱提法，得到的工艺条件为：提取液氢氧化钠浓度1.124 mol/L，提取温度93.7℃，提取时间2.3 h。该工艺下，多糖提取率最高可达11.59%。碱提法也可提高菜籽多糖的提取率，但也存在与酸提法类似的问题。

1.4 菜籽粕多糖酶提法

酶提法是植物多糖提取中应用的一项生物技术，利用酶的高度专一性水解破坏植物细胞壁等致密结构，提高植物细胞通透性，利于细胞内多糖成分的溶出，提高多糖提取率[16]。陈艳伟等[17]基于菜籽粕中含有淀粉，α-淀粉酶可从菜籽粕淀粉分子内部切开α-1，4糖苷键而使菜籽粕水解，有利于其中多糖溶出的认识，研究了菜籽粕多糖的水酶法提取工艺，由响应面优化的最佳提取工艺条件为：α-淀粉酶加入量256U/g，pH 值 6.7，料液比 1∶25（g/mL），提取温度 62 ℃，提取时间79 min。该工艺下，菜籽饼粕多糖提取得率为9.01%。采用酶辅助提取菜籽多糖是一种进步，该法提取条件温和，不需要特殊设备，操作简便，提取率高，易于保持多糖活性，但也存在成本较高，提取时间长，需控制提取液的酸度等问题。目前国内相关研究很少，有待加强。

1.5 菜籽粕多糖超声辅助提取法

超声辅助提取就是利用超声波的空化效应、热效应、振动和乳化扩散等作用，破坏细胞壁，加快细胞内的传质作用，加速活性成分的扩散、释放，促进有效成分溶出，提高有效成分提取率[16]。赵强等[6]以多糖提取率为指标，在单因素试验的基础上，利用响应面法优化黄芥籽粕多糖的超声辅助提取工艺，确定的最佳提取工艺条件为：水为提取剂，料液比1∶40（g/mL），超声功率280 W，提取温度51℃，提取时间25 min，该工艺条件下，多糖提取率为14.18%。陈浩等[18]由正交试验优化的菜籽粕多糖超声辅助提取最佳工艺为：料液比1∶40（g/mL），超声功率 50 W，提取温度 60℃，提取时间75 min。提取次数2次，在该工艺条件下，多糖得率为1.99%。超声辅助提取菜籽粕多糖操作简便、成本低廉、提取率较高，相对热水提取，提取时间较短、提取温度较低，具有良好的应用前景。但工业化应用还需解决超声对环境污染以及超声设备放大的问题。

1.6 菜籽粕多糖微波辅助提取法

微波辅助提取是利用微波的选择性加热及其热效应，对物料细胞快速加热，在细胞内瞬间产生高压，导致细胞壁破坏，减少传质阻力，促使活性成分快速溶出[16]。朱沛沛等[19]研究了微波辅助酸法提取菜籽粕多糖，通过正交试验优化的最佳提取工艺：浓度0.3 mol/L 盐酸溶液为提取剂，料液比 1∶25（g/mL），微波功率200 W，微波温度60℃，微波时间8 min，该工艺条件下，多糖提取率达2.909 7%。张哲等[20]研究得到的微波辅助酸法提取菜籽粕多糖的最佳工艺为：以浓度0.3 mol/L的盐酸溶液为提取剂，料液比1∶26（g/mL），微波功率200 W，微波温度63℃，微波时间8 min，此提取工艺条件下，菜籽粕多糖提取率可达3.176 3%。微波辅助提取操作简单易行，选择性好，极大缩短提取时间，多糖提取率高，节能高效，是一种较为理想的菜籽多糖提取技术。但目前仅限于实验室研究，工业化应用还需解决微波设备的问题。

2 菜籽粕多糖的分离纯化

采用上述工艺提取的菜籽粕多糖，常含有蛋白质、色素、小分子物质等多种杂质，不仅影响产品外观性状，而且影响对多糖结构、活性以及构效关系的研究，更难以满足实际应用的需要，因此必须进一步纯化，才能得到一定分子量范围的相对均一的多糖[21]。目前，国内有关菜籽粕多糖分离纯化的研究不多，仅有Sevag法、酶-Sevag联用、膜分离和常压柱色谱法。沈敏等[22]比较研究了菜籽粕多糖的5种脱蛋白方法效果，发现木瓜蛋白酶-Sevag联用法效果最好，得到的最佳条件为：温度60℃，酶用量0.12%，反应时间45 min，Sevag脱蛋白次数3次，该条件下，蛋白的脱除率为74.8%，多糖损失率为21.6%。朱建飞等[23]研究了菜籽粕多糖的大孔树脂初步纯化，发现所试的8种大孔树脂中特1号树脂脱蛋白脱色效果最好，多糖回收率最高。陈浩等[24]研究了碱提菜籽粕多糖的纯化，首先采用Sevage法脱蛋白5次，再经DEAE-Sephadex A-25柱层析（上样50 mg），洗脱剂为4种不同浓度的NaCI溶液，洗脱流速5 mL/10 min，透析冷冻干燥后得到4个级分多糖RSPS-1、RSPS-2、RSPS-3和RSPS-4，得率分别为11.2%、56.92%、16.68%和15.20%。最后对4个级分多糖过Sephadex G-100柱层析（上样10 mg），蒸馏水洗脱，流速5 mL/30 min，分析检测初步判定RSPS-2、RSPS-3两个级分多糖较纯，含量也较高。黄梅英[25]也研究了碱提菜籽粕多糖的纯化，通过500 kDa和3 kDa超滤膜脱蛋白（室温、操作压力0.3 MPa）、大孔树脂脱色（树脂∶多糖为0.2 g/mL，40℃下吸附2 h），再经DEAE-纤维素柱层析分级，蒸馏水和不同浓度NaCI溶液洗脱（洗脱流速2.0 mL/min），最后过Sephadex G-100柱进一步纯化（蒸馏水洗脱，洗脱流速3 mL/20 min），得到两个较纯的多糖组分RP1和RP2，得率分别为52.16%和23.78%。研究还发现经500、3 kDa超滤膜脱蛋白效果好于Sevage法，而AB-8大孔树脂脱色效果最好。刘贝贝[26]则研究了酸提菜籽粕多糖的纯化，先采用截流分子量分别为100 kDa和50 kDa的中空纤维素超滤膜对多糖粗提液进行分级，再过DEAE-Sephadex A-25离子交换柱进一步分级，氯化钠梯度洗脱，使中性多糖和酸性多糖较好地分离，纯化效果显著。综上可知，不同方法提取的菜籽粕粗多糖因蛋白、色素等杂质含量及种类不同，采用不同纯化方法所达的纯化效果不同，提示我们应深入研究菜籽粕多糖的纯化方法，根据提取方法恰当选择纯化方法，以实现最佳的纯化效果。

3 菜籽粕多糖的功能活性

多糖作为与蛋白质、核酸并列的生物大分子，研究[13，27-28]已表明具有多种功能活性。目前，国内学者对菜籽粕多糖功能活性的研究。主要包括清除自由基、抗肿瘤、调节免疫功能、降血糖和对肠道益生菌的增殖作用等。

3.1 抗氧化活性

体内过量的自由基会氧化损伤DNA、蛋白质和核酸等生物大分子，引起人体衰老以及导致疾病的发生、发展[29]。菜籽粕多糖可有效清除自由基，具有抗氧化功能活性。目前国内学者在该方面研究相对较多。冯睿[30]研究了菜籽粕多糖抗氧化活性，结果：化学模拟体系试验表明，不同浓度的菜籽粕多糖均具有一定的还原能力和清除羟基自由基能力；体外抗氧化试验表明，菜籽粕多糖对H2O2诱导小鼠红细胞氧化溶血与自氧化溶血均有良好的抑制作用，可减少小鼠肝匀浆（malondialdehyde，MDA）以及诱导体系下MDA的生成，可减少肝线粒体肿胀及脂质过氧化MDA的生成；体内抗氧化试验表明，菜籽粕多糖可减少小鼠体内肝组织 MDA 的生成，提高（superoxide dismutase，SOD）和（glutathione peroxidase，GSH-Px）酶的活力。表明菜籽多糖具有一定的体内外抗氧化活性。严奉伟等[31]研究发现菜籽多糖在体内外均具有明显的抗氧化作用，认为具有还原能力及对氧化酶的抑制活性可能是其抗氧化机制。雷红等[32]以D-半乳糖亚急性人工衰老小鼠为模型，研究了菜籽粕多糖的体内抗氧活性，发现灌胃给药菜籽粕多糖高、低剂量组（400、200 mg/kg）4周后，可明显降低小鼠模型肝肾组织中过高的MDA含量，上调其过低的SOD活性。表明菜籽粕多糖具有体内抗氧化活性。孙汉臣[33]的体内外试验研究表明，菜籽粕多糖具有明显的抗氧化活性。税丹等[34]的研究表明，菜籽粕多糖具有一定的清除·OH、DPPH·能力及还原能力，且与多糖的质量浓度正相关性。另外，赵强等[6]、魏行等[15]、王鑫[35]和张哲等[20]的研究均表明菜籽粕多糖具有良好的体外清除自由基能力。

3.2 抗肿瘤活性

肿瘤是目前严重危害人类健康的一大类疾病，现代医学一直关注寻找高效、低毒的抗肿瘤药物，诸多研究表明天然活性多糖恰好可满足这种需求[36]。严奉伟等[37]通过接种S180细胞复制荷S180瘤小鼠模型，研究了菜籽粕多糖抑瘤活性，发现菜籽粕多糖能显著提高荷瘤小鼠脾脏指数、巨噬细胞吞噬率与吞噬指数、脾细胞形成及血清溶血含量等指标，显著抑制模型小鼠血清（lactate dehydrogenase，LDH）的活性，降低 MDA含量，提高红细胞（catalase，CAT）活力，表明菜籽多糖具有抑制S180肉瘤作用。推测其抑制肿瘤机理可能主要是通过增强免疫功能实现。刘贝贝[26]的研究表明，给小鼠灌胃菜籽多糖10 d后，可明显减少小鼠体内肝组织中MDA的生成，提高小鼠血清中SOD活力和GSH-Px活力，从而保护细胞结构和功能，起到防衰老、抗肿瘤作用。朱建飞等[38]的研究也表明从菜籽粕中提取纯化得到的WPS-1多糖具有显著的抗肿瘤活性。综上可知，菜籽粕多糖具有一定的抗肿瘤活性，但目前国内相关研究有限，亟需加强。

3.3 调节免疫功能

天然多糖最重要的功能活性就是免疫调节功效，菜籽粕多糖同样具有这种功能。赵荣敏[39]以小鼠为试验对象，从免疫器官质量、腹腔巨噬细胞、溶血素抗体生成方面研究了菜籽饼粕多糖对小鼠免疫功能的影响，结果表明：菜籽饼粕多糖可以提高小鼠的胸腺指数、脾脏指数，能促进小鼠腹腔巨噬细胞的增殖和溶血素的生成，具有一定的免疫调节功能。孙汉臣等[40]以小白鼠为试验动物，研究了菜籽多糖的免疫调节功能，结果发现，以50 mg/kg～200 mg/kg剂量的菜籽多糖给小鼠灌胃30 d后，可提高小鼠胸腺指数、脾脏指数和吞噬指数，促进小鼠溶血空斑和溶血素的形成，显著促进脾淋巴细胞和腹腔巨噬细胞的增殖，表明菜籽粕多糖具有免疫调节作用。朱建飞等[41-42]分别研究了菜籽粕多糖WPS-1对小鼠模型脾淋巴细胞和腹腔巨噬细胞免疫功能的影响，通过四唑盐比色法[3-（4，5-dimethyl-2-thiazolyl）-2，5-diphenyl-2-H-tetrazolium bromide，thiazolyl blue tetrazolium bromide，MTT]检测发现，菜籽粕多糖WPS-1能促进T淋巴细胞和巨噬细胞增殖，且量效关系明显，WPS-1浓度为40 μg/mL时增殖效果最佳，表明菜籽粕多糖WPS-1具有免疫调节作用。雷红等[32]研究表明，菜籽饼粕多糖可提高D-半乳糖人工衰老模型小鼠机体的保护性免疫反应，抑制破坏性免疫反应，具有免疫调节作用。

3.4 降血糖作用

糖尿病是由机体内代谢紊乱产生的疾病。随着人们生活水平的提高，肥胖发生率的增加，糖尿病的发病率也逐年增长，已严重影响人体健康，妨碍人们的正常生活。试验证明菜籽粕多糖具有降血糖作用。严奉伟等[43]以四氧嘧啶致糖尿病小鼠为模型，研究了菜籽粕多糖的降血糖作用，发现每天给小鼠腹腔注射菜籽粕多糖400 mg/kg，12 d后，糖尿病小鼠血糖下降24.62%，而对正常小鼠血糖无显著影响；且能显著增加糖尿病小鼠胸腺与脾脏指数、提高其血清抗活性氧能力、降低其肝匀浆MDA含量，表明菜籽粕多糖对糖尿病小鼠具有降血糖功效。有关研究虽已表明菜籽粕多糖可降血糖、防治糖尿病，但目前国内相关研究很少，还待加强。

3.5 对益生菌的增殖作用

人体肠道内的益生菌能促进消化和营养吸收，与人体健康状况密切相关[44]。菜籽多糖能促进益生菌增殖，有益于人体健康。王霄[44]通过体外培养的方法研究了菜籽粕多糖对婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、两歧双歧杆菌和嗜酸乳杆菌的增殖作用，发现伴随供试菌数量增加，培养基的pH值相应降低，说明菜籽多糖已被供试益生菌代谢利用，产生了有机酸，表明菜籽多糖对益生菌具有明显的增殖效果，有好的益生元效应。王鑫[35]的研究表明，菜籽多糖及其硫酸化和乙酰化化学修饰的多糖对肠道益生菌均有增殖作用，且经修饰的比未修饰的菜籽多糖更容易被益生菌所利用，对益生菌的增殖效果更明显。黄梅英[25]的研究发现，菜籽粕多糖能够抵抗模拟胃液和α-淀粉酶的水解，不易被人体上消化道消化吸收，大部可到达大肠被肠道益生菌所利用，促进益生菌增殖。

4 结语与展望

随着糖生物学的发展，天然活性多糖的研究日益受到人们的广泛关注。菜籽粕多糖作为一种从菜籽粕中提取的生物活性物质，具有多种功能活性，既可作为药物使用，又可作为保健品开发，应用前景诱人。目前国内对菜籽粕多糖的相关研究不少，也取得一定成果，但相对而言，既缺研究的广度，更缺研究的深度，菜籽多糖的提取纯化工艺仅限于实验室研究，远未达到开发应用的基本要求；菜籽多糖一些功能活性研究未有涉及，作用机制尚未明确；其功能活性的研究多为体外研究，少有体内研究、缺乏临床应用数据；功能活性的量效关系、构效关系还有待理清。因此，菜籽粕多糖未来的研究，一方面可参考、借鉴其它天然产物中多糖的提取纯化的成熟工艺技术，创新菜籽粕多糖提取纯化工艺，实现菜籽粕多糖的高效提取纯化，一方面多角度深入开展菜籽粕多糖功能活性和临床应用研究，明晰其作用机制，理清其量效关系、构效关系，进而为菜籽粕多糖的开发应用奠定理论基础，实现菜籽粕多糖理论指导下的开发应用，达到菜籽粕多糖的产业化生产，让菜籽粕产生更大的经济、社会效益，使菜籽粕多糖在促进人类健康中发挥积极作用。