糖萜素药理功效及提取工艺研究进展

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糖萜素药理功效及提取工艺研究进展




向勇聪1,邓金梅1,谭志群1,伍致龙1,邓爱华1*刘凤英2


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作者单位


1.湖南文理学院合成生物产业学院

2. 湖南文理学院 地理科学与旅游学院


引用格式


向勇聪,邓金梅,谭志群等.糖萜素药理功效及提取工艺研究进展[J].农产品加工,2026,(11):104-107.


基金项目


湖南省自然科学基金项目“油茶副产物中富硒糖萜素提制关键技术开发及产业化”(2024JJ7307)



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摘要:糖萜素是主要由三萜皂苷类、糖类及有机酸类组成的复合物,具有免疫调节、抗氧化、抗炎及抗病毒等多重药理功效。在众多提取工艺中,传统溶剂提法操作简便但效率较低,生物酶法、超声/微波辅助技术可显著提升得率。油茶籽粕作为糖萜素的重要天然来源,应系统优化其提取及分离纯化工艺参数,以平衡效率与成本。同时,深入研究糖萜素的结构衍生物、缓/控释剂型及药理机制等,将推动其在医药、饲料等领域的产业化应用。

关键词:糖萜素;药理功效;提取工艺;免疫调节;绿色饲料添加剂

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一、引言


为应对饲料中抗生素的长期滥用所带来的细菌耐药性、破坏肠道菌群平衡等风险,全球科学家正在积极开发各类绿色替抗产品,如生物活性肽、微生态与酶制剂等。糖萜素作为我国具有自主知识产权的植物源提取物饲料替抗产品,已被农业农村部正式批准为新型饲料添加剂,并于1998年正式纳入我国饲料添加剂名录。糖萜素的作用机理与传统抗生素存在显著差异,传统抗生素主要通过消灭有害微生物或者使肠壁变薄,提高动物对外来疾病的抵抗力;糖萜素主要通过提高免疫力和改善内分泌系统功能,提升动物的生长指标和产品品质。此外,随着科学家对糖萜素的功能结构深度开发,发现其在抗炎、抗氧化、免疫调节等领域同样具有广泛的运用潜力。为此,研究基于糖萜素的来源、药理功效、制备工艺及产业化应用现状,针对当前研究瓶颈提出未来发展方向,进一步为相关领域研究提供理论依据。

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二、糖萜素的来源与性质


糖萜素作为一种绿色饲料添加剂,主要从山茶科山茶属植物(Camellia oleifera Abel.)油茶的成熟种子榨油后的饼粕中提取获得,三萜皂苷化合物(≥30%)、糖类化合物(≥30%)和有机酸类化合物是糖萜素的主要化学成分。目前,工业生产中为了降低成本,从油茶籽粕中提取分离糖萜素主要采用溶剂提取技术(如以水、乙醇等作为提取溶剂)。鉴于植物细胞壁比较厚,也有研究人员通过生物酶发酵(如黑曲霉等)降解油茶粕细胞壁组织,或者超声波、微波辅助溶剂提取等,糖萜素得率一般可提高5%~10%。

糖萜素为棕黄色粉末,味微苦而辣,且具有一定的刺激性。在非极性溶剂中溶解度低,如氯仿、苯等,在极性溶剂中溶解度较高,如醇类、冰醋酸等,特别是在甲醇和乙醇水溶液中溶解度最大。糖萜素与其余萜类化合物不同,低分子萜类(如单萜等)多为液态且具有挥发性,而糖萜素因分子量较高且含糖基团,呈固态结晶,挥发性低。此外,普通萜类亲脂性强,难溶于水,而糖萜素因糖苷结构的存在,部分溶于水,显示出独特的亲水-亲脂平衡特性。

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三、糖萜素药理功效研究进展


糖萜素具有多种药理功效,其独特的化学结构是由糖链和萜类化合物组成的复合物。糖链部分赋予糖萜素良好的水溶性和生物利用度,而萜类化合物则提供了多种生物活性,这种结构使得糖萜素在生物体内能够发挥多种药理作用。

(一)抗氧化作用

糖萜素中含有的三萜皂苷类物质通过提供氢原子或电子中和机体内的羟自由基或超氧阴离子,对自由基的清除效果非常明显,从而使细胞免受自由基氧化所带来的机体损伤。研究表明,糖萜素能够提高机体的抗氧化酶活性,如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)等,增强细胞的抗氧化能力,减少氧化应激对机体的损害。此外,糖萜素的抗氧化作用还与其结构中的糖链和萜类化合物密切相关。糖链部分可能通过与自由基的相互作用来增强其抗氧化能力,而萜类化合物则通过其自身的抗氧化机制发挥作用。糖萜素还可通过抑制机体中游离性脂肪酸的生成,延缓脂肪氧化进程,实现机体对自由基的高效清除。郭长义向饲料中添加糖萜素后发现,饲料指标发生了显著性变化(酸值降低36.79%,过氧比值降低31.28%)。梁永红等人将糖萜素与中药复方提取物、益生菌等联合喂养广西麻鸡,结果表明,广西麻鸡成活率、产蛋性能及品质等得到显著改善,可能与糖萜素可提高机体中的谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性存在一定关联。

(二)抗菌活性作用

糖萜素对多种细菌和真菌具有抑制作用,显示出良好的抗菌活性。黄卫文等人研究发现,糖萜素中的主要成分茶皂素对于大肠杆菌、黑曲霉、桔青霉等具有显著的抑制生长效果。CHUNG K P等人研究发现,低浓度的茶皂素水溶液(浓度1%)可抑制水稻纹枯病毒AG-4对大白菜的感染。HAYASHI K等人研究了茶皂素对流感病毒(A型和B型)的杀菌效果,质量浓度60 μg/mL茶籽皂苷对A/Memphis/1/71(H3N2)病毒,质量浓度80 μg/mL茶籽皂苷对B/Lee/ 40病毒达到完全灭活的效果,1 μg/mL茶籽皂苷对接种后的A/PR/8/34(H1N1)病毒完全灭活,其抗菌机制可能与破坏细菌细胞膜的结构和功能有关,从而抑制细菌的生长和繁殖。

(三)免疫调节作用

糖萜素能够显著提高机体的免疫功能,增强机体的抗病能力。其糖基团可能通过激活免疫细胞的信号通路,促进免疫细胞的增殖和分化,从而增强机体的免疫反应。研究表明,糖萜素不仅可显著提高淋巴细胞的转化效率;同时,对体内的Ⅱ型白细胞介素及免疫球蛋白的含量等均有显著性提升,最终提高机体的免疫应答机制。糖萜素的免疫调节作用可能与其能够激活免疫细胞的信号通路有关,从而促进免疫细胞的增殖和分化。此外,糖萜素还可通过调节免疫系统的平衡来发挥免疫调节作用,如调节Th1/Th2细胞的平衡。

(四)促吸收作用

糖萜素的营养调控作用已突破单一动物促生长功能,其核心机制在于通过“结构-菌群-代谢”三位一体的作用模式实现跨物种应用。在分子层面,糖萜素的三萜骨架通过激活FXR/RXR核受体,上调回肠上皮细胞紧密连接蛋白(ZO-1,Occludin)表达达2.3倍,显著增强肠道屏障功能;其寡糖组分则通过调节肠道菌群结构,使乳酸杆菌/大肠杆菌比值(L/E值)从基础日粮组的1.8提升至7.4,形成微生态竞争优势。在泰和乌骨鸡日粮中添加600 mg/kg糖萜素,检测十二指肠中α-淀粉酶和胰蛋白酶的活性分别提高了41%和33%。此外,糖萜素中的寡糖和三萜皂苷刺激鸡肠上皮细胞和肠绒毛生长,降低小肠壁厚度,促进营养物质的吸收,提高饲料的生物利用率。

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四、糖萜素提取工艺研究进展


(一)传统提取方法

1. 传统水提法

水提法是以水作为溶剂,在高温和长时间浸泡条件下破坏植物细胞结构,溶解糖萜素并实现分离。该方法操作简单、成本低、安全性高且环保,但提取率低、耗时长、杂质多,适合基础提取需求。

2. 有机溶剂法

有机溶剂法提取糖萜素是通过极性有机溶剂(如乙醇、甲醇等)溶解和分离糖萜素的一种传统方法,其核心是通过溶剂渗透破坏油茶饼粕的细胞结构,溶解糖萜素并实现分离。该方法操作简单、设备要求低、工艺成熟,适合多数实验室,但需大量有机溶剂、成本高,且废液中含有机溶剂,需进行专业处理,此外有机溶剂易燃、有毒安全性低,后续还需进行纯化。张向杰等人经过试验得出油茶饼粕中天然饲料添加剂糖萜素的最佳提取工艺为在80 ℃下喷淋雾化1 h,喷淋雾化1次所得糖萜素得率为28.98%。任仙娥等人采用乙醇提取油茶籽粕中糖萜素的优化工艺,所得的糖萜素得率为31.5%。袁成华等人通过正交试验设计获得优化油茶粕中糖萜素提取工艺最佳参数,但溶剂消耗与环保成本仍是规模化应用的瓶颈问题。

3. 辅助提取法

微波辅助提取法是基于离子传导和偶极旋转传导热能,极性分子(如水、醇类等)与药材中的极性化合物分子吸收能量后,通过分子之间的快速运动破坏细胞的结构,加速药材中的化合物向外迁移的速率,从而实现物质的高效分离。相较于传统提取法,该方法具有提取时间短、溶剂消耗低及成分降解少等优势,但需通过屏蔽防护设计与标准化操作规程加以管控。胡罗松等人利用微波辅助水提取莲子心多糖,与传统热水循环提取2~3 h相比,微波提取时间只需4.5 min,大大缩短了提取时间,多糖质量浓度为2.0 mg/mL时,DPPH自由基、ABTS自由基的清除率分别为88%和76%。

超声波辅助提取的核心机理在于其空化效应,当超声波作用于液体介质时,液体内部因压力骤变产生空化气泡,气泡在破裂瞬间释放的冲击力可破坏细胞壁结构;同时,超声振动通过增强分子运动促进胞内物质的释放、扩散与溶解。杨彩媚等人研究了超声波辅助提取胜红药中的有效成分,在提取30 min后,多糖得率达到3.1%,多糖质量浓度为0.675 mg/mL时,DPPH自由基、羟自由基的最大清除率均达到89%以上。

(二)现代优化提取技术

1. 微波提取法

微波提取糖萜素是通过微波电磁能的热效应与非热效应的协同作用,快速破坏植物细胞结构,加速糖萜素的溶解与释放,具有时间短、效率高等优点,但设备成本高,且存在一定的安全风险,如对易燃溶剂(如乙醇)需要进行防爆设计,操作要求严格。周昊等人通过微波提取油茶饼粕中糖萜素,最终优化条件为微波温度60 ℃,微波时间20 min,料液比1∶10,水为提取溶剂,微波功率600 W,在此条件上进行6次重复试验,测得糖萜素提取率平均值为95.90%。

2. 天然低共熔溶剂提取技术

天然低共熔溶剂是指由氢键供体(如尿素、多元醇、硫脲等)、氢键受体(如季铵盐、两性离子等)按照一定比例组合而成的混合物,具有低毒性、可降解、高溶解性等优势。黄秀红等人通过制备甜菜碱和1,3 -丁二醇组成的低共熔溶剂,用于提取茶叶多糖,按照1∶20(g∶mL)加入溶剂,于61 ℃下提取81 min后,茶多糖得率可达6.91%。

3. 超临界流体萃取技术

超临界流体萃取技术是利用临界压力和临界温度下流体为萃取溶剂,高效选择性提取目标成分的新型绿色提取技术,广泛应用于食品、化工、生物、中药等研究中。该技术能够防止多糖物质被氧化,使其生物活性得到最大限度保留,具有操作简便、提取温度低、萃取率高、萃取周期短、低耗及污染小等优点。韦晓洁等人研究了苦丁茶中多糖的提取工艺参数,以体积分数95%乙醇为携带剂,流量3.5 mL/min,压力40 MPa,温度50 ℃,循环萃取2.5 h,在此条件下多糖提取率达到7%以上。

4. 酶解法

通过生物酶特异性降解植物细胞壁中的结构性多糖(如纤维素、半纤维素、果胶等),破坏植物细胞壁,释放包裹在细胞内的糖萜素,从而提高提取效率和纯度。刁欢等人通过利用微生物固态发酵辅助水提法提取糖萜素,对工艺进行优化得到最佳固态发酵条件为发酵温度30 ℃,发酵时间4 d,黑曲霉接种量2%,在此条件下糖萜素得率为16.9%。张乐平等人通过纤维素酶辅助法水解油茶饼粕提取糖萜素,通过正交试验优化得到最佳工艺条件,糖萜素得率为18.39%。

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五、糖萜素纯化工艺方法优化


(一)膜分离技术

膜分离的核心是通过膜的选择性作用,允许特定成分通过而截留其他物质。作为一种新型的分离纯化方法,适用于多糖、酶、蛋白质等活性成分制备,其主要类型包括微滤、超滤、纳滤、反渗透等。王飞研究了油茶籽水酶法废液的纳滤浓缩工艺,在压力11 MPa,温度35 ℃,流量406 L/h条件下操作,比NS03纳滤膜处理的废水中固形物含量提高了2倍多,回收率为93.5%。控制喷雾干燥进口温度180 ℃,出口温度80 ℃,流量40%,干燥后糖萜素中皂素、多糖等指标均符合国家标准。

(二)大孔吸附树脂技术

大孔吸附树脂技术(Macroporous adsorption resin,MAR)是一种基于树脂多孔结构和表面化学性质的纯化技术,通过选择性吸附与洗脱分离糖萜素和其他杂质(如多糖、色素、蛋白质等)。但大多数情况下,MAR技术只能实现对中药多糖的富集,还不能实现完全分离。尹任焰等人通过研究18种大孔树脂对茶皂素的分离纯化效果,优选出极性大、孔径大的X-5型树脂对茶皂素吸附效果较好。有研究发现温吸附模型说明X-5型树脂对茶皂素的吸附为放热、熵减的过程,且符合准二级动力学方程,经纯化后茶皂素纯度达到80%以上。

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六、结论


糖萜素作为天然活性成分,在饲料替抗、免疫调节及绿色农业等领域展现出极大潜力。尽管其原料来源广泛、环境友好性突出,但关于糖萜素在生物体内的长效代谢动力学研究仍存在空白,尤其是跨物种代谢路径差异(如家禽与水产动物肝脏代谢酶CYP450的亲和力相差3.8倍)及肠道菌群介导的转化机制尚未系统解析。此外,现有制剂存在化学稳定性不足(高温高湿环境下有效成分降解率> 40%)与靶向递送效率低(口服生物利用度仅12%~ 18%)等缺陷,严重限制了糖萜素的临床转化价值。为此,亟需阐明糖萜素在机体内的代谢归宿及其与宿主-微生物互作网络的关系,构建覆盖“提取-递送-代谢”全链条的质量控制体系。

未来研究应聚焦精准化与功能化两大方向:一方面,开发基于超临界CO2耦合分子印迹技术的定向提取工艺(目标提取率> 90%),结合脂质体/外泌体仿生递送系统(包封率> 85%),突破生物屏障限制;另一方面,通过代谢组学与单细胞测序技术,解析糖萜素调控NF-κB,Nrf2等信号通路的时空特异性(如剂量-效应阈值定量模型),建立个性化营养干预方案。同步推进国际标准化评价体系(如ISO饲料添加剂认证)与多组学生物标志物数据库建设,为糖萜素从“功能模糊化”天然产物向“机制明确化”临床制剂的跨越提供理论支撑,最终实现其在替抗治疗、代谢性疾病干预等精准医学领域的革新性应用。

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编辑:刘   嘉

审核:关   颖

本篇文章刊登于《农产品加工》2026年6期上