乙酰化玉竹多糖的功效及其应用.pdf

第 9 卷 第 4 期2023 年 8 月生物化工Biological Chemical EngineeringVol.9 No.4Aug.2023文章编号：2096-0387（2023）04-04乙酰化玉竹多糖的功效及其应用宫庆滕，胡亚龙，杨华*（湖南农业大学 生物科学技术学院，湖南长沙 410128）摘 要：玉竹多糖是一种从中药玉竹中提取的多糖，又称所罗门海豹。乙酰化是一种化学过程，可在分子结构中引入乙酰基。乙酰化玉竹多糖具有一定的抗氧化作用，能够清除自由基并防止其对细胞造成损害。乙酰化玉竹多糖具有多种功效，在医药行业和食品行业应用广泛。医药行业中，可用于降低血糖、治疗糖尿病、调节肠道微生态、促进伤口愈合和疤痕愈合等过程。食品行业中，可作为食品生物活性成分输送载体，或作为乳化剂发挥作用。本文对乙酰化玉竹多糖的功效及其应用进行概述及总结，以期能为其相关产品的研发提供更广泛的思路。关键词：玉竹多糖；乙酰化；抗氧化；医药；食品中图分类号：R932 文献标识码：CEfficacyandApplicationofAcetylatedPolygonatum odoratumPolysaccharideGONG Qingteng,HU Yalong,YANG Hua*(College of Bioscience and Biotechnology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)Abstract:Polygonatum odoratum polysaccharide is a polysaccharide extracted from the traditional Chinese medicine Yuzhu,also known as Solomon seal.Acetylation is a chemical process that introduces acetyl groups into molecular structures.Acetylated Polygonatum odoratum polysaccharides have certain antioxidant effects,which can eliminate free radicals and prevent them from causing damage to cells.Acetylated Polygonatum odoratum polysaccharides have a variety of effects and are widely used in the pharmaceutical industry and food industry.In the pharmaceutical industry,it can be used to reduce blood sugar,treat diabetes,regulate intestinal microecology,and promote wound healing and scar healing.In the food industry,it can be used as a carrier for transporting food bioactive ingredients or as an emulsifier.This article provide an overview and summary of the efficacy and application of acetylated Polygonatum odoratum polysaccharides,in order to provide a broader perspective for the research and development of related products.Keywords:Polygonatum odoratum polysaccharides;acetylation;antioxidation;pharmaceutical industry;food industry玉 竹 Polygonatum odorumatum(Mill.)Druce 是百合科黄精属植物，其干燥根茎也被称为玉参、铃铛菜、甜草根等1。玉竹广泛分布于我国西南地区，是一种历史悠久的药食两用植物材料。玉竹主要生长在林地、灌木丛或山坡上，由于这些地方环境相对恶劣，在经历多年自然选择和进化后，玉竹具有强大的抵御各种环境威胁的能力，如寒冷、干旱和洪涝等2。玉竹的药用价值很高，具有多种药理活性，如降糖、抗氧化和抗肿瘤活性，常被用来治疗感冒、咳嗽、肺炎等多种疾病，是一味常见的中药3。有研究表明，玉竹的水提物主要含有类黄酮甾苷、二肽、类黄酮和多糖4，已被鉴定出具有预防高血糖和高甘油三酯血症的作用5。众所周知，多糖是生物体必需的营养物质，广泛存在于自然界中。近年来，因其具有抗肿瘤、抗氧化、抗菌、抗炎和免疫调节等多种生物活性而使医疗和食品行业对天然多糖的相关研究逐渐增多，并广作者简介：宫庆滕（1993），女，山东枣庄人，硕士在读，研究方向为中药材资源开发与利用。通信作者：杨华（1977），男，湖南长沙人，博士，副教授，研究方向为中药资源的筛选与利用、植物抗逆分子生物学。E-mail：。第 4 期207宫庆滕等：乙酰化玉竹多糖的功效及其应用泛应用于食品补充剂或医疗助剂6。稳定性和安全性的优势也是其受欢迎的重要因素。研究表明，在玉竹的众多提取物中，玉竹多糖不失为一种具有多种药用功能的提取物，可在体内发挥免疫、抗菌、降血糖、抗肿瘤、抗氧化和肝保护等多种有益作用7，调节机体免疫力和促进糖脂代谢8。然而，在实际应用过程中发现，并非所有的天然多糖都具有令人满意的生物活性。为了解决这一问题，可以对多糖进行分子修饰，通过在多糖链中引入其他基团来改变其物理和生物性质，使其达到预期的生物活性并发挥相关作用。多糖的化学修饰是一个重要的研究领域，可以按照特定的需求调整生物聚合物的结构和特点以实现相应的功能。多糖的化学修饰可以通过化学反应和酶促反应等多种方法实现，方法的选择将取决于所需的结果和原始材料的特点。例如，烷基化可以利用加成或置换反应将烷基引入有机物分子中，可以改变多糖聚合物的物理和化学性质；磷酸化涉及添加磷酸基团，可以改变多糖聚合物的电荷和生物活性；乙酰化是在有机化合物分子中的氮、氧、碳原子上引入乙酰基的反应，可以增加多糖聚合物的溶解度和稳定性，并改变其电荷特性9。因此，考虑到玉竹多糖在实际应用过程当中所面临的问题，通常需要对其进行乙酰化修饰，以提高其溶解度、稳定性及安全性，从而促进其更好地发挥效用。1 乙酰化玉竹多糖的功效1.1 抗氧化抗氧化剂是一种可保护细胞免受自由基破坏的物质。在信号转导和基因表达中起重要作用的自由基和活性氧（ROS），如果表达过量会导致生物体内的氧化还原系统失衡，进而容易出现各种疾病。乙酰化多糖可以通过直接或间接清除自由基和 ROS 增强机体抗氧化活性，并防止其对细胞造成损害，具有一定的抗氧化作用。乙酰化后，玉竹多糖糖链构象发生改变，暴露出更多的活性羟基，更容易捕获自由基，阻断自由基链式反应，并呈剂量依赖性，能使超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的蛋白和 mRNA 表达上调，从而减轻过氧化氢对树突状细胞的氧化损伤10。1.2 抗炎炎症可以发生于机体当中的任何部位，比如胃肠道、肝脏、肌肉等，在一定程度或机体可控制的平衡范围内，炎症为必要且正常的一种生理反应，具有帮助机体抵御感染，消除病原的积极作用。然而，当平衡被破坏，伴随着感染、损伤等产生过度炎性反应时，若不能及时进行控制（机体的负反馈调节作用被抑制），会对组织机体造成进一步损伤，甚至变成长期或慢性的炎症，从而引发各种疾病，严重时可危及生命。目前常见的抗炎药（如非甾体类抗炎药）在临床上应用比较广泛，但其具有一定的副作用（如对胃肠道的刺激），因此需要一个替代方案，能在起到良好的抗炎作用的同时减少药物副反应。乙酰化玉竹多糖作为一种天然物质，已被证明具有一定的抗炎特性，可在氧化应激反应和慢性疾病的预防中发挥一定的作用。越来越多的研究表明乙酰化玉竹多糖对人体有至关重要的保健作用，并且已证明其在医学领域具有潜在的治疗能力11。乙酰化具有增加稳定性及促进抗炎因子分泌的作用，如将葡甘露聚糖乙酰化后，乙酰基不但能够增强纤维膜的两亲性，从而增加其在生理环境中的稳定性，还能形成多孔形状，增加其与巨噬细胞的黏附性和生物相容性，从而更好地刺激皮肤重塑和抗炎因子的分泌，可以显著加速伤口愈合12。而将玉竹多糖进行乙酰化亦具有相似作用。不仅如此，乙酰化玉竹多糖还可调节核因子 B（NF-B）通路中 p-IB 蛋白的表达，并抑制促炎因子白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-（TNF-）的分泌，通过减轻小鼠体重、降低肺指数和间质中性粒细胞浸润起到抗炎的作用13。1.3 调节肠道菌群越来越多的研究证据表明，肠道的微生物菌群在疾病的发生发展过程中具有至关重要的作用。WANG等14 的小鼠体内实验证明，玉竹多糖可显著缓解高血糖和高脂血症症状。该研究对小鼠进行高脂肪饮食处理后使用玉竹多糖进行治疗，主要监测小鼠体重、脂肪、附睾脂肪细胞大小、肝脏甘油三酯和总胆固醇含量指标，通过分子学实验证实玉竹多糖可增加短链脂肪酸含量并参与促进脂肪细胞的分化和脂肪分解基因的208生物化工2023 年表达，下调脂质合成相关基因，同时能够改变肠道菌群，降低梭状芽孢杆菌、肠球菌等的丰度，证明玉竹多糖可改善小鼠肥胖情况，并调节肠道微生物菌群。1.4 其他作用除以上几个主要作用外，玉竹多糖还具有其他多种作用15。朱琪等16研究发现，在肥胖大鼠模型中，给予不同浓度的玉竹多糖水溶液后，分别对其肾周脂肪质量以及血清中总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）的水平和肝脏组织中天门冬氨酸氨基转移酶（AST）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）等指标水平进行测定，同时观察其肝脏组织的病理学变化，发现摄入玉竹多糖可降低高脂饮食诱导的肥胖大鼠体重、肾周脂肪含量及血清和肝脏指标水平，从而起到调节免疫、维持正常肝脏代谢以及预防“非酒精性”脂肪肝的作用。随后，该作者又对玉竹多糖的“酒精诱导性”HepG2 细胞损伤的作用及其机理进行探究，发现玉竹多糖可通过 Nrf2/Keap1 通路降低炎症指标及减少 HepG2 凋亡17。玉竹多糖的另一个作用是改善认知能力，彭壮等18 研究了玉竹多糖对 D-半乳糖诱导的衰老模型小鼠的影响，发现其可显著改善小鼠的认知记忆能力，降低海马组织中的炎症因子水平并改善其病理状态，且具有正相关剂量依赖性。除医学方面的研究外，有关玉竹多糖保湿作用的相关研究较少，但不可否认的是，通过将玉竹多糖与面粉和鸡蛋混合制成保湿面膜，并将化妆品当中常用的保湿剂甘油、聚乙二醇和透明质酸作为对照组，发现其具有良好的吸湿和保湿性能，具有作为新型皮肤保湿剂并应用于化妆品中的相关前景19。2 乙酰化玉竹多糖在行业中的应用结合玉竹多糖的药理特性，目前已有多种在研的玉竹多糖的相关应用产品，如玉竹多糖抗氧化口服液。研究人员通过提取玉竹多糖并添加其他物质改善口感，如柠檬酸和蜂蜜等，发现玉竹多糖口服液的最佳配比为玉竹多糖 3.00%、柠檬酸 0.06%以及蜂蜜3.00%；同时筛选感官评分在 85 分以上的不同配比的口服液进行抗氧化能力检测，发现玉竹多糖 3.50%、柠檬酸 0.06%和蜂蜜 3.00%时抗氧化能力最佳20。乙酰化玉竹多糖还可以作为食品生物活性成分输送的载体。当附着乙酰基时，糖枝表面可形成一层薄薄的疏水膜，可用于控释和形成空心微球。乙酰化可使玉竹多糖具有两亲性，乳化活性和乳化稳定性显著提高。研究发现，乳化活性的增强主要取决于乙酰基取代数影响下界面张力的降低和黏度的增加，而乳化稳定性则受静电和空间相互作用的控制21。袁鑫佳等22利用玉竹多糖的保湿及吸湿性能，通过双水相体系对玉竹多糖进行提取后配制成保湿霜，并和甘油协同使用，与单独使用甘油相比其保湿性能大幅度提高。在食品工业方面，在混合粉中加入玉竹多糖，发现其对玉米面馒头的口感、弹性等均有较大影响，可有效提高玉米面馒头的功能特性并改善馒头的 口感23。3 结语玉竹多糖作为一种从玉竹当中提取的有效活性成分，具有多种作用，如抗氧化、抗炎、调节肠道菌群等，同时对食品的适口性及皮肤保湿方面亦具有积极作用，在医美及食品领域均具有广泛的应用前景。但目前国内外关于玉竹多糖的相关研究文献较少，对其多种功效尚未引起足够重视，因此，本文对其药理作用及相关应用进行概述总结，以期为科研工作者对乙酰化玉竹多糖的研究及应用开发提供更广阔的思路。参考文献1 赖隽晖,李秀霞.药用植物玉竹药理作用研究进展 J.黑龙江农业科学,2021(2):132-135.2 ZHAO P,ZHAO C,LI X,et al.The genus Polygonatum:a review of ethnopharmacology,phytochemistry and pharmacologyJ.J Ethnopharmacol,2018,214:274-291.3 LAN G,CHEN H,WANG Z,et al.Extraction of Polygonatum odoratum polysaccharides using response surface methodology and preparation of a compound beverageJ.Carbohydrate Polymers,2011,86,(3):1175-1180.4 LIU X,ZHANG M,GUO K,et al.Cellulase-assisted extraction,characterization and bioactivity of 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