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多糖與酚類物質的相互作用研究進展

  • 來源:酒旗網 http://www.ffpbooth.com 發布人:旗旗 新聞分類:行業資訊
    • 糖類是人體六大營養素之一,可以由一種單糖縮合,如淀粉、纖維素等,也可以如同果膠[1]以不同類型的單糖縮合而成。多糖作為一種重要的生物活性物質,具有增強免疫調節[2]、抗腫瘤[3]、抗癌[4]、降血糖、降血脂、抗氧化、抗凝血[5]等多種功能,在食品、藥品和化妝品等眾多領域中得到廣泛的應用。多酚是所有酚類衍生物的總稱,多酚類植物化合物按結構分為酚酸、類黃酮類、二苯乙烯及木酚素[6]。研究發現,多酚類物質具有很強的抗氧化活性,白藜蘆醇、木酚素、蘆丁、兒茶素等均能清除人體多余的自由基[7],具有降血壓[8],增強抗菌活性、使有益菌在腸道生長而抑制某些致病菌[9],預防心血管疾病[10],抗癌[11]等多種功能。多糖具有羥基、羧基、氫鍵等官能團能與酚類物質的羥基發生反應,形成新的化合物或以氫鍵等范德華力發生物理性作用。目前,多糖和酚類物質相互作用較多的在于功效的研究,例如醫藥領域,主要通過包埋形式研制新藥,或以動物實驗、細胞的各項指標為研究依據,而通過官能團的作用改變多糖和酚類物質的化學結構機理進行構效驗證的研究相對較少,本文對多糖和酚類物質相互作用的構效關系及功能應用進行綜述。

      1 多糖和酚類物質協同作用效果的研究方法


      目前,對于多糖和酚類物質在功效上研究較多的為疾病的治療、新藥的研制、活性的研究及抗衰老的作用等,大多以動物實驗和細胞實驗作為協同增效的驗證依據。

      1.1 動物實驗法

      動物實驗是目前醫學研究采用較多的方式,人們通過動物本身的生命現象推測人類生命的奧秘,控制人類的疾病、衰老的癥狀。通過動物模型來闡明實驗的安全性,功效的驗證性等,如茶葉中的茶多糖和茶多酚復配后能較好地緩解大鼠的糖尿病[12]。在小鼠肝損傷的實驗中對小鼠皮下注射丙氨酸轉氨酶(Alanine Transaminase,ALT)、天冬氨酸轉氨酶(Aspartate Transaminase,AST)、堿性磷酸酶(Alkaline Phosphatase,ALP),根據活性得出木酚素與黃芪多糖的協同作用對慢性肝損傷小鼠有顯著的療效[13]。將白藜蘆醇、原花青素、藍莓花青素、兒茶素、阿魏酸和咖啡酸6種多酚分別與黑木耳多糖復配,通過Chou-Talalay聯合指數(CI)檢測單一組分和復配物(多酚與黑木耳多糖質量比1∶1)對ABTS+·和DPPH·的清除能力,發現這些多酚和多糖均具有協同抗氧化的作用[14];通過殼聚糖、果膠等對葡萄糖細胞液中的花青素和酚酸的積累量進行研究發現,這些多糖由于具有抗氧化活性,存在DPPH自由基清除活性的誘導因子,而使酚類物質的含量顯著增加[15]。多糖和酚類物質均具有很好的抗氧化、提高免疫力等功效,協同使用能顯著增強功效,醫學研究離不開動物實驗,如果能通過其他的研究方式代替,不但可以降低生命的貢獻,還能降低研究成本。雖然動物實驗能很好的考察藥物對機體的療效和安全性,但對于產生功效的機理錯綜復雜,缺乏實驗的可信度。

      1.2 細胞實驗法

      細胞實驗是目前研究較前沿的領域,適合藥物機理變化的研究,且藥物的影響因素較單一,可人為控制,是西方醫學領域研究的熱點。而多糖和酚類物質的協同功效較多的應用于新藥的研制,活性的驗證中,如將丹參酚酸B鹽聯合黃芪多糖通過抗氧化作用、抑制脂質過氧化反應、抑制血小板聚集等方式減少凋亡細胞、反細胞活化、增強非特異性免疫和體液免疫功能等作用[16]。將丹酚酸B與蟲草多糖抗肝纖維化的配伍得出二種復配后功效可以顯著增強[17]。楊燁等[18]在正交設計優選丹參-人參活性組分抗乳腺癌有效配伍的研究得出:丹參-人參活性組分(丹參總酚酸∶人參總皂苷∶人參多糖=5∶10∶5 mg/L)對乳腺癌MCF-7細胞有較強的增殖抑制和誘導凋亡的作用。而從植物中提取的多糖與多酚共軛形成的化合物通過動物實驗發現復合物有較強的鎮咳作用[19]。抗壞血酸、多糖和多酚的存在對于內源性凝血途徑有重要的作用[20-21]。將虎杖大黃素與黃芪總多糖合用抗Ⅱ型人皰疹病毒藥效分析中發現以阿昔洛韋(Acyclovir,ACV)為陽性對照,采用空斑減數實驗,用中效作用原理對虎杖大黃素與黃芪總多糖合用抗HSV-2333株藥效進行了分析,發現合用的藥效比總多糖單用的藥效好,并且合用對HSV-2333株的感染阻斷有協同作用[22]。雖然細胞實驗能較好的表達藥物的作用和機理,但不能完全反應藥物體內的情況,如果能將復合藥物的結構機理闡明,加上動物或細胞實驗進行功效分析,提高藥物的安全性和時效性,是人們未來研究的重點。

      2 多糖和酚類物質相互作用的結構分析


      糖和酚類物質是兩種常見的具有生物功能的化合物。多糖和酚類物質的協同并非簡單的混合,影響多糖和酚類物質相互作用的因素很多,其中包括多酚的聚合度、羥基化、甲基化、甲氧基化、堿基化和pH、離子強度、溫度等[23-24],多糖的結構、分子量大小、取代度、溶解度和立體構象等[25]。面對如此眾多的影響因素,探究其中某些因素對結構的影響,從而得到功能變化的生理功效意義重大。研究發現,多糖的高級結構與其活性之間有密切的關系[26-27],主要是通過修飾來改變結構,進而改變其功能作用。酚類物質的基本結構由苯環和羥基組成,多酚的重排,共軛和取代等現象會使多酚的功能發生改變[28]。研究還發現,糖類中單糖和寡糖與酚類物質協同的效果沒有多糖顯著,主要是多糖作為生物大分子與具有特異生物活性的多酚可以通過靜電、疏水和氫鍵等作用力結合,而酚類物質則通過甲基化、酰基化、酯化等與糖類物質相互作用。研究表明,含氨基、羥基、氰基等極性基團的高分子吸附劑與黃酮類化合物通過氫鍵作用發生吸附,如殼聚糖通過氫鍵作用使槲皮素異構成為苯甲酰構型,主要因為槲皮素中的羥基可以作為供體與殼聚糖的羥基和氨基發生氫鍵作用,并通過摩爾配比及分子軌道理論等方法驗證其強烈的相互作用[29]。酚類物質與多糖相互作用結構圖如圖1(以槲皮素和殼聚糖的氫鍵作用為例)。通過等溫滴定量熱法進行果膠的中性糖側鏈分析,研究發現果膠和原花青素主要通過疏水和氫鍵相互作用[30];雖然未對相互作用的混合物進行功效分析,但從結構上很好的解釋了相互作用的機理。植物體內的蘆丁(黃酮類物質)環3位碳原子因被糖基取代而難溶或不溶于水,而易溶于有機溶劑,黃酮類化合物分子的抗氧化活性的藥理作用與有機溶劑有極大的相關性[31-32],因此,被糖基取代的蘆丁增強了有機溶劑的溶解度而使抗氧化活性顯著提高。艾志錄等[33]在棗多糖和黃酮抗氧化互作效應研究中提到棗多糖雖然能夠再生抗氧化劑,但由于棗多糖的空間位阻效應、抗氧化物質的濃度、自身的抗氧化能力等原因,阻礙了再生抗氧化劑發揮最大功效,當棗多糖與黃酮相結合時,達到了正協同的作用,使其抗氧化作用達到最佳狀態。研究還發現,多酚的結構能影響燕麥葡聚糖的相互作用,對于多酚對葡聚糖的吸附能力,主要是通過羥基化、糖基化和酰基化等結構變化,結果顯示甲基化和酚酸的甲氧基化、沒食子酸的酯化能降低其吸附能力,鄰羥基肉桂酸對羥苯丙烯酸的吸附能力比葡聚糖更強,因此,酚類能通過不同結構的改變來改善葡聚糖的吸附力[34]。大量的實驗證明,結構的改變影響著生理活性,進而改變功能特性,這對于臨床疾病的治療和免疫抵制起到重要的作用,也是人們不斷探索的研究領域。

      圖1 槲皮素(左)與殼聚糖(右)氫鍵作用結構圖
      Fig.1 Quercetin(left)and chitosan(right),hydrogen bonding structure
      注:A、B、C、D分別是四個氫鍵作用位點。

      3 多糖和酚類物質相互作用的實際應用


      多糖與各種酚類物質的相互作用主要通過具有功能性的官能團進行修飾而使功能性質發生改變。多糖與酚類物質的復配協同方式已廣泛應用于醫藥、食品和化妝品領域。通過結構的改變、功能的協同、基因的控制、包埋的形式及生物學角度的方式等影響功能性。而研究較多的是醫藥領域,作用方式主要為載體的傳遞、動物實驗中功效的分析、基因的調控、細胞活性的指標;在食品領域,作用方式較多的為包埋,果蔬的保鮮防腐;在化妝品及其他領域,研究較多的是官能團的相互作用、功效的協同。

      3.1 在生物醫藥中的應用

      多糖和酚類物質的相互作用,研究較多的是醫療領域,其中包含了難以解釋的中醫學理論,較多的以動物實驗或者理化指標給予驗證,對于存在的機理闡明較多的在于包埋技術,這對于新藥品的制備有較大的研究意義。例如姜黃素,雖然能對各種癌癥起到有效的抑制作用,但對前列腺的癌癥卻存在安全隱患,如果以纖維素納米顆粒作為載體進行治療,能使前列腺癌細胞加速凋亡[35-36]。通過環糊精包埋技術能提高黃芩苷的溶解性[37],通過分子間的氫鍵對對乙酰氨基酚進行包合,能有效降低藥物的苦味[38]。殼聚糖作為納米載體提高沒食子酸的穩定性[39]。羥丙基化的纖維素能使姜黃素的抗癌和抗炎的作用有效的存在納米顆粒內[40]。纖維素通過乙酰化將楊梅多酚以微膠囊的形式包埋,減少了多酚的抗氧化活性損失[41]。研究表明,結構的改變除了化學領域的官能團外,還包括藥物呈現方式的結構改變,在醫療領域多糖作為載體的方式能更好的將酚類成分輸送到靶器官,極大的提高了生物利用率和穩定性及溶解性。近幾年,通過基因調控理論解釋協同機理的研究逐漸增多,這一領域對醫藥方面的研究同樣具有重大的意義。因此,多糖和酚類物質的相互作用研究為人體疾病的治療和中草藥配方的研究提供了有效的依據和參考價值,為新藥物的研究及療效提供了可靠的途徑。

      3.2 在功能食品中的應用

      目前,在食品領域,多糖和酚類物質所形成的絡合物較多的在于改善食品風味、營養價值、防止褐變和抑制氧化。酚類物質作為食品的功能成分時,雖然具有抗癌抑菌效果,但是也存留有強烈的澀味,因此加入多糖可以改善口感和釋放出香味[42]。如茶多酚和殼聚糖相互作用可以形成保鮮劑,對水果特別是草莓起到一定的保鮮效果[43],主要是殼聚糖形成薄膜,能有效地降低水果表面的氣體交換及食物本身的呼吸作用,而酚類物質能抑制薄膜內的病原微生物對果蔬的侵染,從而達到保鮮防腐的效果,該作用機理從物理角度很好的解釋了多糖和酚類物質的協同增效作用,雖然未能從結構這一機理角度分析相互作用的改變而導致功能發生變化,但也為食品延長保存期提供很好的理論依據。研究還發現,適量的香芹酚包合物對蓮霧有較好的防腐保鮮效果,主要是通過香芹酚的抑菌作用及與β-環糊精的包合形成的密閉環境使水分子代替環糊精空腔中的精油而減少精油的揮發和被氧化,從而達到很好的防腐保鮮作用[44],該作用機理不僅從生物學角度很好的闡明了多糖和酚類物質的復合作用,通過包埋技術改變了香芹酚的存在狀態,組合成新型的包合物,運用物理結構的改變而使功效大大的增強。研究還發現酚類物質通過羧基與淀粉發生氫鍵作用,阻礙了淀粉分子間氫鍵的反應,從而有效的抑制了淀粉的回生[45]。在食品領域,較多的從生物學角度闡明協同的功效,與醫藥領域相比,機理解釋的程度較淺,主要在于功效的驗證。

      3.3 在化妝品及化工等方面中的應用

      多糖和酚類物質的相互作用在化妝品中不僅能提高產品的功效,還能極大的降低成本。如茶多糖和茶多酚對皮膚有保護作用,茶多酚能阻隔紫外線,茶多糖有較好的持水性,將茶多糖和茶多酚協同使用,能制作成具有更高活性成分的化妝品[46]。在其他材料領域研究較多的是各種物理性能。如殼聚糖交聯的樹脂和槲皮素形成一種新型的吸附劑,利用其吸附劑官能團的特性和疏水相互作用等提高黃酮類化合物的吸附[47]。將纖維素和木質素在堿性溶液中混合后,與環氧氯丙烷進行化學交聯合成的水凝膠做成超吸水劑,這種超吸水劑由于分子間氫鍵的改變而增加了膨脹度[48]。多糖、多酚和蛋白質混合體系的穩定性研究發現,它們之間通過多酚抗氧化、蛋白質糖基化[49-50]和多糖相互作用的影響而使溶液穩定,可作為一種新型穩定劑。目前,在化妝品及化工領域,多糖和酚類物質相互作用的研究報道相對較少,尚需進一步研究。

      4 展望


      目前,多糖和酚類物質在疾病的治療、新藥的研制、活性的研究及防腐保鮮等方面應用較多。但由于目前對多糖和酚類物質相互作用形成復合物的機理及結構的認識不夠全面,從而限制多糖和酚類物質相互作用的功能應用。目前大多以動物實驗和細胞實驗作為協同增效的驗證依據,其能很好的表達藥物的功效,但產生功效的機理錯綜復雜,缺乏實驗的可信度。如果能將復合物的結構機理闡明,如包埋或者氫鍵鏈接等方式結合,加上動物或細胞實驗進行功效分析,提高藥物的安全性和時效性,是未來研究的重點。


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      Research progress in the interactionbetween polysaccharides and phenolics

      WU Lin-xiu1,2,HU Rong-kang1,2,CHEN Yi-xuan1,2,LIU Xiao-yan1,2,*,LIU Bin1,2,*

      (1.College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,China; 2.National Engineering Research Center of JUNCAO Technology,Fuzhou 350002,China)


      Abstract:Interaction between polysaccharides and phenolics has significant influence on structure,the synergies after mixing of polysaccharides and phenolics can construct new functional which are agents capable of changing and improving functional characteristics in the biological medicine,health food and cosmetics. In this paper,the recent researches from the aspect of interaction from the change of the structure to functional activity of polysaccharides,phenolics and their the practical application were reviewed.


      Key words:polysaccharides;phenolics;interaction;structure;function


      收稿日期:2016-11-23


      作者簡介:吳林秀(1992-),女,在讀碩士研究生,研究方向:食品化學與營養,E-mail:18359171036@163.com。

      *通訊作者:劉斌(1969-),男,博士,教授,研究方向:食品生物技術,E-mail:liubin618@hotmail.com。 劉曉艷(1981-),女, 在職博士,助理實驗師,研究方向:食品營養,E-mail:liuxiaoyan8112@163.com。


      基金項目:國家科技支撐計劃子課題(2014BAD15B01-6);福建省科技重大專碩(2014NZ2002-1);福建農林大學青年基金課題(k13xjj17a)。


      中圖分類號:TS201.2


      文獻標識碼::A


      文章編號::1002-0306(2017)12-0328-05


      doi:10.13386/j.issn1002-0306.2017.12.061
      文章地址:http://www.ffpbooth.com/news/1122.html

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