, Vol. 31, No. 01 食品科学专题论述学结构已经有了一定的了解虽然灵芝多糖化学结构由于灵芝种类的不同而有所差异, 但其化学结构的某些方面是固定不变的如, 其单糖组成普遍 D - 葡萄糖 D - 果糖糖 D - 半乳糖 D - 甘露糖 D - 木糖 L- 岩藻糖

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龟娇丁
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1 295 毛健 1,2, 马海乐 1, * (1. 江苏大学食品与生物工程学院, 江苏镇江 ;2. 江南大学食品学院, 江苏无锡 ) : 灵芝多糖是灵芝的主要活性成分, 近年来以其独特的保健功能成为研究的热点灵芝多糖结构如分子量单糖组成和糖苷键类型等, 对其活性影响很大, 本文列举了灵芝多糖结构通用的检测方法已有实验证实, 灵芝多糖的生物保健功能主要体现在降血糖降血脂抗肿瘤提高免疫力和抗氧化方面, 由于固态栽培灵芝有诸多因素的制约, 液体发酵培养成为获取灵芝多糖的主要手段, 而液态发酵条件的优化研究主要集中于种子的培养碳源氮源的选择及微量微量元素的添加传统提取灵芝多糖的方法如热水浸提法碱提取法, 有提取时间长提取效率不高的缺点, 而利用超声波辅助提取多糖受到人们的关注, 并和传统提取方法做了比较, 显示了这种方法的广阔应用前景灵芝 ; 多糖 ; 化学结构 ; 发酵 Research Progress of Ganoderma lucidum Polysaccharides MAO Jian 1,2,MA Hai-le 1, * (1. School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang , China; 2. School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi , China) Abstract :Ganoderma lucidum polysaccharides as the major bioactive components have been attracted tremendous attentions due to their unique health functions. Biological activities and health functions of polysaccharides from Ganoderma lucidum have close relationships with their chemical structures such as molecular weight, glycosidic bond type and polysaccharide composition. Extensive investigations reported that polysaccharides from Ganoderma lucidum played important roles in reducing blood glucose and blood lipid, anti-tumor, immunoregulation and antioxidation functions. Due to many restriction factors of solid cultivation, liquid fermentation has become a major method for producing Ganoderma lucidum polysaccharides. However, the optimization of fermentation conditions is one of the critical factors for mass production of Ganoderma lucidum polysaccharides. Traditional extraction methods for Ganoderma lucidum polysaccharides such as hot-water extraction and alkaline extraction have the drawbacks of time-consuming and low extraction efficiency. However, ultrasonic-assisted extraction can remedy those defects, and therefore has attracted more and more attentions. Key words:ganoderma lucidum;polysaccharide;chemical structure;fermentation 中图分类号 :TS201.1 文献标识码 :A 文章编号 : (2010) 灵芝是担子菌门担子菌纲多孔菌科灵芝属药用真菌, 古代就认为其有扶正固本滋补强壮的功效, 对其药性十分推崇现代科学检测表明, 灵芝在免疫系统 [1] 的调节通过增强宿主免疫调节功能达到抗肿瘤作用抗病毒作用通过提高氧化酶活性而清除体内自由基达 [2] 到抗衰老的作用降血脂等方面有着极其重要的医学作用随着近年来对灵芝研究的不断深入, 发现灵芝多糖是灵芝的主要活性物质之一, 其重要性不言而喻本文综述了近年来国内外对灵芝多糖的主要研究进展 1 灵芝多糖的结构分析 1.1 灵芝多糖的结构如同其他的生物活性大分子, 灵芝多糖的生物活性依赖于化学结构, 因此, 要研究灵芝多糖生物活性的机理, 不可避免的要研究其化学结构对灵芝多糖的化学结构的研究, 主要集中于其单糖的组成多糖分子量范围单糖连接方式等方面近年来, 随着研究的不断深入, 对灵芝多糖的化收稿日期 : 基金项目 : 国家 863 计划项目 (2007AA10Z346) 作者简介 : 毛健 (1970 ), 男, 副教授, 博士研究生, 研究方向为食品生物技术 biomao@263.net * 通信作者 : 马海乐 (1963 ), 男, 教授, 博士, 研究方向为食品功能因子与食品生物技术 mhl@uis.edu.cn

2 , Vol. 31, No. 01 食品科学专题论述学结构已经有了一定的了解虽然灵芝多糖化学结构由于灵芝种类的不同而有所差异, 但其化学结构的某些方面是固定不变的如, 其单糖组成普遍 D - 葡萄糖 D - 果糖糖 D - 半乳糖 D - 甘露糖 D - 木糖 L- 岩藻糖 L- 鼠李糖 L- 阿拉伯糖, 差异主要体现在 [3] 组成的种类和比例的不同罗立新等通过研究确定, 在灵芝的菌丝体和子实体中得到的多糖, 其单糖的组成不同, 而且单糖的组成比例也不同菌丝体多糖单糖是 D-2 葡萄糖 D-2 半乳糖 D-2 甘露糖 D-2 木糖 L-2 岩藻糖 L-2 鼠李糖, 而子实体多糖却是由 D-2 葡萄糖 D-2 半乳糖 D-2 甘露糖 D-2 木糖 L-2 阿拉伯糖 L -2 鼠李糖组成而在 Ye 等的研究中, 一种水溶性多糖的单糖组成仅由 D - 葡萄糖 D - 半乳糖和 L - 果糖组成单糖之间的连接方式, 主链以 β-(1 3) β-(1 4) 糖苷键连接, 支链以 β-(1 6) 糖苷键连接多糖分子量随着多糖种类的不同, 有很大差异, 但一般都以 10 4 D 为数量级 1.2 检测灵芝多糖化学结构的实验方法灵芝多糖的分子量对于灵芝多糖的分子量测量, 一般采用凝胶过滤层析的方式测定在实验前, 先将已知分子量的物质通过凝胶层析柱, 根据分子量大小的不同, 通过凝胶的时间有所不同, 可以得到一个关于分子量大小线性方程通过收集到的灵芝多糖通过层析柱的时间或洗脱体积不同, 可以得到准确的分子量大小在 Ye 等利用 HPLC 的方法, 利用 Dextrans 标准品 T-5 T-12 T-25 T-50 T-80 T-150 和 T-270 做出线性方程, 得出分离到的多糖分子量为 D Li [5] 等利用 HPSEC 的方法, 同样用 Dextrans 标准品做出线性方程, 最终测得分离到得灵芝多糖分子量灵芝多糖结构的单糖组成目前应用于多糖的单糖组成研究分析方法主要有薄层色谱法高效液相色谱法及衍生化气相色谱法等方法, 其中衍生化气相色谱法是目前多糖分析中最常用的手段无论哪种方法, 都要先将多糖水解, 水解的方法主要有稀硫酸水解和三氟乙酸水解在上述研究方法中, 薄层色谱法操作简单, 但是对于含量较少的单糖作用不明显, 可用于初步检测 ;HPLC 法的使用受到单糖在紫外光吸收较弱的缺点的影响, 需要先经过衍生化或使用蒸发光散色检测器, 因此其应用范围有限 ; 多糖的组成分析多采用气相色谱法, 由于单糖的挥发性很低, 所以在应用气相色谱法对多糖的单糖组成进行分析时, 必须首先要进行衍生化处理以增加其挥发性, 常用的衍生化处理方法有硅烷化法和乙酰化法 Ye 等的研究中, 采用乙酰衍生化的方法, 先将多糖用三氟乙酸水解后乙酰化, 利用高效离子交换层 [6] 析, 测得单糖的种类和数量王赛贞等在研究中, 将多糖经三氟乙酸水解后, 用 1- 苯基 -3- 甲基 -5- 吡啶啉酮 (PMP) 衍生化, 在高效液相 245nm 紫外检测, 首次发现 [7-8] 了多糖活性成分中含有核糖 Guan 等在研究中, 水解多糖使用的是特异性酶, 如阿拉伯糖酶木糖酶等, 然后将水解得到的单糖由 PMP 衍生化, 在分别经过 HPLC 和 HPSEC, 最终完成单糖的识别糖苷键分析灵芝多糖中, 单糖之间以糖苷键形式连接, 其对多糖分子的生物活性有着重要意义目前常用的糖苷键分析方法主要有高碘酸氧化和 Smith 降解甲基化部分酸水解红外光谱, 核磁共振等分析方法高碘酸氧化是通过一系列的氧化还原作用, 使最终的水解产物通过紫外检测, 得出糖苷键的类型是 l 中的哪种甲基化法先将多糖衍生化, 在与气相色谱质谱结合使用, 可以准确知道组成多糖的各单糖种类比例和各单糖的连接位置部分酸水解是将多糖分解为一个一个容易检测的小片段, 并且可以在特殊糖苷键处断裂, 从而推断出多糖的大概结构在赵 [9] 桂敏等的研究中, 就综合使用了这几种方法来测定提取的多糖结构, 最终确定了多糖 SGL2 Ⅱ 22 由葡萄糖和半乳糖组成, 为少分支结构, 由 1 3 连接和 1 6 连接的葡萄糖构成主链, 部分 1 6 连接葡萄糖在 3 位或 4 位有分支, 侧链为 1 4 连接的半乳糖, 分支末端残基为葡萄糖 2 灵芝多糖的保健功能 2.1 降血糖随着人们生活水平的提高, 人口老龄化以及肥胖发生率的增加, 糖尿病的发病率呈逐年上升趋势糖尿病在中国的发病率达到 2%, 据统计, 中国已确诊的糖尿病患者达 4000 万, 并且呈逐年上升趋势糖尿病在临床上主要以高血糖为标志, 如何降低人们的血糖, 预防人们患糖尿病成为关键近年来随着灵芝的保健作用得到重视, 其中多糖作为主要的活性物质, 其降低血糖的效果显著 [10] 黄智璇等研究发现, 灵芝多糖对降低血糖有很好的效果由四氧嘧啶致高血糖小鼠, 在高剂量 (400mg/kg) 灵芝多糖条件下, 小鼠血糖浓度为 13.53mmol/L, 而对照组小鼠血糖浓度为 14.68mmol/L, 血糖降低 7.83%; 由去甲肾上腺素致高血糖小鼠, 高剂量 (400mg/kg) 灵芝多糖条件下, 小鼠血糖浓度为 6.9mmol/L, 而对照组小鼠 [11] 血糖浓度为 8.71mmol/L, 血糖降低 20.8% 赵晶等除

3 297 了研究了灵芝多糖对降血糖的作用外, 还研究了不同剂量的灵芝多糖随时间对降血糖的作用, 发现在 200mg/kg 以下, 血糖随时间的变化很小, 但高于 200mg/kg 后, 降低血糖效果随时间变化十分明显 2.2 降血脂高血脂症, 指血液中一种或几种脂肪成分的增加, 如胆固醇脂蛋白甘油三酯等, 是造成动脉硬化症和心脏病发生的一个重要危险因子研究显示, 灵芝多糖对降血脂有很好的效果 [12] 吴锋等在研究灵芝多糖对血脂的作用时, 发现使用灵芝多糖的小鼠的血脂中的胆固醇 (TG) 和甘油三酯 (TC) 都有明显降低, 而对于脂蛋白, 其中高密度脂蛋白 (HDL) 没有明显的效果, 而低密度脂蛋白 (LDL) 和脂蛋白 [13] (LPa) 有非常明显的降低陈伟强等发现, 在大鼠血清中 TG 和 TC 的含量, 随灵芝多糖剂量的增加而降低, 在灵芝多糖剂量在 400mg/kg 条件下,TC 降低 47% TG 降低 46.87% 2.3 抗肿瘤实验表明, 灵芝多糖可以在一定程度上抑制肿瘤的活性, 但灵芝多糖对肿瘤细胞的抗癌构效关系和抗癌机 [14] 制仍不明了曹琦珍等的研究表明, 灵芝多糖对人肺癌 PG 细胞增殖无直接抑制作用, 但是对 PG 细胞的运动性和黏附性有明显的抑制, 对金属蛋白酶 MMP-9, 不但抑制其活性, 并且对 MMP-9mRNA 的表达也有不同 [15] 程度的抑制同样, 在李颖博等的研究中, 证实了灵芝多糖对人前列腺癌细胞 (PC-3M) 并没有毒害作用, 对人脐静脉内皮细胞 (HUVECs) 的增殖也没有作用, 但是对这两种细胞的运动性和黏附性有明显的抑制因此, 有种对灵芝多糖的抗肿瘤机理的说法是, 通过抑制肿瘤细胞的运动和黏附特性达到的 [16] 林华型在总结了多人的结论后, 认为灵芝多糖并不能直接抑制或杀死肿瘤细胞, 也不能诱导肿瘤细胞凋亡, 其抑制肿瘤细胞的作用是通过通过介导加强宿主免疫功能而激活机体内各种免疫应答而实现的而李建 [17] 军等的研究支持了林华型的结论, 灵芝多糖会使在体肿瘤细胞 DNA 和 RNA 的比值下降, 由此达到抑制肿瘤细胞的效果, 但是离体肿瘤细胞却没有这种效果, 因此说明灵芝多糖主要通过免疫介导对肿瘤细胞产生毒性作用 2.4 免疫调节人体免疫系统, 可以抵御外来细菌病毒和其他有害物质的侵袭, 还能清除体内衰老突变恶化或死亡的细胞灵芝多糖主要是通过对淋巴细胞巨噬细胞网状内皮系统等免疫细胞的作用来调节机体的免疫功能, 其增强免疫应答机制之一, 就是通过对多种细胞因子进行诱生或促诱生作用作为生物反应调节剂, 它不仅能够激活 T B 淋巴细胞巨噬细胞自然杀伤细胞 (NK) 等免疫细胞, 还能活化补体, 促进细胞因子的生成, 全面发挥对机体的调节作用研究表明, 灵芝多糖还对淋巴细胞中的 NK 细胞有增强作用 TNF- α L-2 L-10 等在免疫系统中占有重要地位 TNF-α 在机体免疫防护方面有重要作用, 还参与集体的免疫病理损伤 ;L-2 有促进淋巴细胞增殖促进 B 淋巴细胞分泌抗体增强 T 细胞杀伤及增强 NK 细胞 [18] 活性等作用周桂琴等的研究结果表明灵芝多糖可以抑制肿瘤生长, 其机理可能是通过刺激淋巴细胞, 影响了 TNF-α L-2 L-10 等因子的分泌, 从而增强细胞 [19] 及体液免疫, 巨噬细胞的吞噬作用任玮等的研究也显示, 灵芝多糖可提高小鼠的免疫功能, 增强 NK 细胞数量的作用, 通过对 L-2 L-4 和 IFN-γ 的影响, 调节 [20] 免疫应答冯鹏等的研究结果表明, 灵芝孢子多糖可以显著提高荷瘤小鼠的体液免疫功能和网状内皮系统的吞噬功能, 并且对荷瘤小鼠的外周血的 T 细胞亚群中的杀伤性 T 细胞和辅助性 T 细胞均有一定的激活作用, 而且对荷瘤小鼠的 NK 细胞具有一定的激活作用李丽 [21] 等在研究中发现, 灵芝多糖可以增加小鼠血清中干扰素 IFN-γ 的含量, 对肿瘤生长也有抑制作用, 在剂量的使用上, 以中剂量 (10mg/kg) 的抑瘤率最好 2.5 抗氧化近年来, 众多学者对人衰老的原因提出了很多学说, 如免疫学说遗传学说自由基学说等, 其中, 自由基学说越来越引起人们的关注 Harman [22] 提出衰老的自由基学说, 自由基是在细胞代谢过程中不断产生的, 具有强氧化性, 在细胞内可以与多种生物大分子, 如蛋白质 DNA 细胞膜中的不饱和脂肪酸等发生反应, 从而导致多聚核蛋白解聚抑制蛋白质的合成, 而这些正是细胞衰老的特征最近的研究发现, 灵芝多糖对细胞的抗氧化作用十 [23] 分明显游育红等研究了灵芝多糖对 ECV304 氧化损伤的保护作用, 结果显示灵芝多糖可以减少氧自由基对细胞器的损伤, 对细胞凋亡细胞坏死也有很好的抑制作用, 使细胞存活率提高, 证明了灵芝多糖保护细 [24] 胞抗氧化的作用王宏勋等研究了混合使用多糖对去除羟自由基的效果, 发现复合使用多糖比仅使用一种多糖去除羟自由基效果要好, 并且探索了不同比例的灵 [25] 芝多糖和枸杞多糖对去除羟自由基的效果胡太平等首次证明了, 在血管壁中产生 O2 的 NHDPH 氧化酶酶系的活性受到灵芝多糖的抑制, 而 O 2 含量过高会导致多种高血压病症的发生 3 灵芝的液态发酵由于灵芝多糖突出的保健功效, 因此灵芝商品很受

4 , Vol. 31, No. 01 食品科学专题论述欢迎对灵芝的生产, 传统的方法是以固体培养基培植, 但这种方法有生产周期长生产效率低等因素的制约, 无法实现大规模工业化生产而液体发酵技术的出现, 使得大规模生产灵芝成为可能液体发酵得到的灵芝, 在营养成分方面, 如灵芝多糖灵芝酸等, 比传统方法生产的灵芝子实体还要高因此, 液态发酵成为获得灵芝多糖的重要手段众多学者优化灵芝发酵的条件, 主要从发酵的营养条件菌种接种量 ph 值 DO 温度等方面加以控 [26] 制, 从而达到提高灵芝多糖产量的目的张志军等研究了种子培养 4 5 6d 情况下对灵芝多糖发酵的影响, 以培养 5d 的种子发酵的多糖产量在第 4 天达到最 [27] 高, 产量为 4.3g/L Changa 等在研究中考察了多种因素对灵芝多糖和菌丝量的影响, 麦芽提取物可以极大的提高多糖的含量, 而使用赤砂糖比单纯使用蔗糖效果要好 ; 氮源选择了酵母浸膏和脱脂乳, 其中脱脂乳含有含氮化合物和乳糖, 这会促进多糖的产生 ; 并尝试了加 [28] 入植物油, 其对提高产量有一定的效果 Hsieh 等的研究结果表明, 当以葡萄糖作为碳源时, 灵芝胞外多糖浓度随着葡萄糖浓度升高而升高, 在葡萄糖质量浓度为 60g/L 时, 多糖质量浓度达到 1.79g/L; 在以玉米浆为氮源时, 多糖浓度随玉米浆浓度升高而下降, 与菌丝量恰好相反 ; 在考察镁盐和磷源对多糖的影响时, 发现镁盐的影响更加显著, 磷源对菌丝生长有益, 对产 [29] 生多糖有抑制作用 Lee 等研究了灵芝胞内多糖和胞外多糖的产生条件, 认为麦芽糖和葡萄糖是有效碳源, 在 25 60g/L 葡萄糖 8~12d 培养的条件下, 有助于胞外多糖的高产 ; 而在 10~15 低碳氮比最少 [30] 10d 的条件下, 有助于胞内多糖的高产陈志玲等研究了几种微量元素和维生素对灵芝多糖的影响, 发现灵芝多糖含量以添加 1.0 VB1 最高, 其培养液中为 6.00g/L, 菌丝体中为 552.5mg/g; 添加 0.1 ~0.2 硫酸锌和 1.0 复合 VB1, 能显著提高灵芝多糖含量, 添 [31] 加适量的铁锌也能显著提高灵芝多糖 Zhu 等在研究中发现, 可以加入从夏块菌 (Tuber aestivum Vittad.) 提取出的真菌刺激素来提高灵芝多糖的产量 4 灵芝多糖的提取方法发酵产生灵芝多糖, 主要包括两个部分, 即胞内多糖和胞外多糖胞外多糖由于直接在发酵液中, 所以易于提取而胞内多糖在细胞壁或细胞间质中, 所以需要先破壁, 然后将多糖提取出来所以根据灵芝多糖的物理性质, 利用多糖溶于热水或稀碱溶液, 就有了热水浸提法和稀碱提取法这种方法将多糖从细胞中提取出来后, 在利用多糖不溶于乙醇等有机溶剂的原理, 将多糖沉淀而得到粗多糖最近, 利用超声波促进多糖的提取得到越来越多的应用利用超声波促进多糖提取, 是根据灵芝子实体由纤维素半纤维素和木素 3 个主要成分构成, 木素和半纤维素之间除了醚键结合之外, 还有 5~6 种较强的化学作用, 形成木素与碳水化合物的复合体, 使得灵芝子实体具有较好的维持力, 而灵芝多糖就存在于子实体的细胞壁内, 由于子实体结构紧密, 导致灵芝多糖的提取时间过长和提取不完全所以考虑采用超声波的高频振荡及其产生的空穴效应来破坏这种维持力, 使灵芝子实体的结构层发生变化, 并除去一部分影响酶接触纤维的妨碍物, 从而达到提高纤维素酶水解纤维素的水 [32] 解效率, 尽快释放细胞壁多糖 [33] 胡斌杰等在研究中比较了传统热水浸提法和超声波法, 对料液比温度提取时间粒度 4 个因素做了考察, 得出了热水浸提法和超声波法各自的最优条件, 而在两种方法最优提取率的比较中, 超声波法将 [34] 提取时间缩短了 3/4, 提取率提高 30% 董艳红等在研究中, 先对超声功率提取时间和水料比 3 个单因素进行优化, 然后在 3 因素 3 水平上对灵芝多糖的提取进行优化, 最终得到在超声功率 680W 提取时间 17min 水料比 28:1 的最佳工艺条件下, 多糖得率达 (20.79 ± 0.11) mg/g 参考文献 : [1] 林志彬. 灵芝抗肿瘤活性和免疫调节作用的研究进展 [J]. 北京大学学报 : 医学版, 2002, 34(5): [2] YOU Yuhong, LIN Zhibin. Protective effects of Ganoderma lucidum polysaccharides peptide on injury of macrophages induced by reactive oxygen species[j]. Acta Pharmacol Sinica, 2002, 23(9): [3] 罗立新, 周少奇, 姚汝华. 灵芝多糖的结构分析 [J]. 分析试验室, 1998, 17(4): YE Libin, ZHANG Jingsong. Structural elucidation of the polysaccharide moiety of a glycopeptide (GLPCW-II) from Ganoderma lucidum fruiting bodies[j]. Carbohydrate Research, 2008, 343(4): [5] LI Y Q, FANG L, ZHANG K C. Structure and bioactivities of a galactose rich extracellular polysaccharide from submergedly cultured Ganoderma lucidum[j]. Carbohydrate Polymers, 2008,77(2): [6] 王赛贞, 林树钱, 林志彬, 等. 灵芝多糖肽中单糖的组成 [J]. 中草药, 2007, 38(2): [7] GUAN J, LI S P. Discrimination of polysaccharides from traditional Chinese medicines using saccharide mapping - enzymatic digestion followed by chromatographic analysis[j]. Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 2010, 51(3): [8] YE Libin, LI Jianrong, ZHANG Jingsong, et al. NMR characterization for polysaccharide moiety of a glycopeptide[j]. Fitoterapia, 2009(8): 7. [9] 赵桂梅, 张丽霞, 于挺敏, 等. 灵芝孢子粉水溶性多糖的分离纯化及结构研究 [J]. 天然产物研究与开发, 2005, 17(2): [10] 黄智璇, 欧阳蒲月. 灵芝多糖降血糖作用的研究 [J]. 亚太传统医药, 2008, 4(8): [11] 赵晶, 李萍, 胡荫. 灵芝多糖对实验性糖尿病小鼠血糖的影响 [J]. 华北煤炭医学院学报, 2006, 8(3): [12] 吴锋, 孟国梁, 杨丽云, 等. 灵芝多糖预防大鼠动脉粥样硬化的实验

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食品与生物技术学报第卷

食品与生物技术学报第卷第卷第期年月食品与生物技术学报山药多糖研究进展王洪新王远辉江南大学食品学院江苏无锡山药是药食兼用植物山药多糖被认为是山药中重要的活性物质综述山药多糖的提取分离工艺纯化方法化学结构分析和生理活性研究的现状为未来研究山药多糖的新提取工艺探讨构效关系作用机制提供参考山药多糖研究进展提取与分离食品与生物技术学报第卷第期王洪新等山药多糖研究进展