茶多糖提取纯化、结构活性及应用研究进展(二)

三、茶叶多糖的功能活性

1.抗糖尿病活性

在中国和日本民间,常饮用粗老茶叶治疗糖尿病。目前,已经有许多研究表明,茶多糖是茶叶治疗糖尿病的主要活性成分。茶多糖可以通过抑制淀粉水解成葡萄糖,延缓其吸收和转运,降低餐后血糖水平。研究发现,茶多糖可以抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶,显著抑制淀粉向葡萄糖转化,阻止二糖向单糖转化。值得注意的是,茶多糖对淀粉水解酶的抑制活性随茶叶陈化时间的延长而增强。Xu等分别从陈化1年、3年和5年的普洱茶中分离出3种茶多糖,即PTPS-1、PTPS-3和PTPS-5,并评价其对α-糖苷酶的抑制活性,研究发现随着普洱茶陈化时间的延长,茶多糖对α-糖苷酶的抑制活性增强,且PTPS-5的抑制活性是阿卡波糖的3倍。茶多糖还可以通过降低胰岛素抵抗,改善胰岛素分泌和敏感性,缓解糖尿病。

2.抗氧化活性

不同来源的茶多糖对超氧化物、羟基和DPPH自由基等均表现出较强的清除活性,且茶叶多糖和茶花多糖的清除活性强于茶籽多糖。绿茶多糖干预H2O2诱导的人视网膜色素上皮细胞,可降低细胞凋亡,有效抑制细胞内ROS和丙二醛(MDA)的产生,并恢复超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)和谷胱甘肽(GSH)至正常水平。

近年来,还利用小鼠氧化损伤模型,进一步探究了茶多糖体内抗氧化活性。茶多糖可以有效清除自由基,提高心脏、肝脏和血液中SOD、GPX、CAT等生物活性参数,降低MDA等生化参数,以增强体内的抗氧化活性。值得注意的是,富硒茶多糖比普通茶多糖表现出更强的抗氧化活性。

3.抗肿瘤活性

多项细胞和动物模型研究表明,茶多糖可显著抑制乳腺癌、胃癌、肝癌、前列腺癌、结肠癌、宫颈癌等的发展,具有广谱的抗肿瘤活性。

4.增强免疫

调节机体免疫是天然多糖最显著的生物学功能之一,是多糖抗肿瘤效应的关键基础。近年来,已经进行了许多体外和体内研究,证明茶多糖对机体免疫系统具有显著的调节作用。用绿茶多糖干预肉仔鸡,结果表明,绿茶多糖可显著增加血清IgG水平、胸腺指数、血清CAT、GPX和SOD活性。虽然茶多糖具有良好的免疫增强活性,但是其增强免疫活性的机理目前尚不清楚。

5.调节肠道菌群

研究表明,茶多糖不会在口腔、胃和小肠中分解,能安全抵达大肠,并被肠道菌群利用,刺激它们的生长和有益化合物的生成。茶多糖通过改善肠道免疫系统和维持肠道屏障,在促进肠道健康方面发挥积极作用。此外,茶多糖可调节肠道菌群的组成和丰度,增加短链脂肪酸含量。茶多糖可以改善肠道免疫系统和肠道屏障,调节肠道菌群的组成和代谢产物,维持机体的正常功能。

四、茶多糖的产业化应用

1.功能食品和药用成分

茶多糖是继茶多酚之后,在茶叶中发现的又一种极具开发价值的生物活性物质。茶多糖的多重生物活性,为其在功能食品和医药领域的开发应用奠定了基础。利用茶多糖抗糖尿病功效,针对糖尿病患者开发成各种相应的降糖制剂和辅助制剂,如茶多糖口含片、茶多糖复方胶囊及茶多糖口服液等。基于茶多糖抗氧化活性,可以开发成为抗氧化剂作为食品添加剂,也可添加在面膜等用于化妆品中。鉴于茶多糖的抗肿瘤和免疫增强活性,将茶多糖与抗肿瘤药联用,可以降低抗肿瘤药物的毒性。茶多糖还可用于保健产品和药物的配方中,开发免疫增强剂和免疫佐剂,以增强免疫力和预防疾病。

2.食品级包装膜

茶多糖与增塑剂(甘油、乙二醇等)和表面活性剂混合,形成可食用、具有良好阻隔性能的薄膜和涂层,控制气体交换和食物氧化,有助于水果和蔬菜的保鲜。Gao等采用茶多酚、多糖和果胶制备了一种功能性多糖薄膜,该多糖薄膜可有效抑制鲜牛肉贮藏期内变色。汲雪宁将茶多糖添加到海藻酸钠中,制备具有天然生物活性的茶多糖复合薄膜。该茶多糖薄膜可以防止或延缓有机蒸汽(溶剂、香气)、水蒸气、溶质和气体(二氧化碳、氧气和氮气)的释放,有效延缓水果和蔬菜的脱水,防止食品变质,延长其保质期。茶多糖薄膜优于合成包装薄膜,因为它们不仅可以很好地包装和保存食品,而且可以食用和生物降解,是一种环保的包装材料,有望更广泛地替代合成包装材料。

3.药物输送载体

茶多糖作为药物载体,与合成聚合物相比,具有较高的生物相容性和生物降解性,较低的生物毒性、免疫原性和成本。它们具有适合药物递送的物理和化学性质,易于进行化学修饰,可以配制成颗粒和水凝胶,使其适用于治疗性药物递送。近年来,基于茶多糖偶联的纳米载体被用于生物医学领域。Li等以茶多糖为壳,以玉米醇溶蛋白为核,制备了一种新型的紫杉醇纳米粒子,以提高紫杉醇的水溶性。其中,紫杉醇通过-OH和C=O基团与玉米醇溶蛋白和多糖相互作用,从而提供缓释效果。Wu等合成了一种具有低细胞毒性的茶多糖衍生物,用作将siRNA递送到肝脏的载体。此外,茶多糖也可开发成微晶给药的载体,应用于化妆品领域。

五、展望

茶多糖是茶的主要活性成分之一,具有抗糖尿病、抗氧化、抗肿瘤、增强免疫和调节肠道菌群等多重生物活性。在过去10年中,由于茶多糖优异的生物活性,其在功能性食品领域的潜在应用吸引了越来越多的研究。然而,由于其结构的复杂性,茶多糖研究仍存在如下问题。

1.现有的部分茶多糖分离纯化方法,尚处在实验室阶段,存在提取纯度不高、纯化成本高、工艺复杂等问题。然而,茶多糖的研究及其在功能性食品和医药行业的产业化应用,需要更简单、有效、经济的分离纯化方法,以大规模生产高质量的茶多糖。因此,大量生产高品质低成本的茶多糖仍然是研究人员面临的巨大挑战。

2.茶多糖的多种生物活性被认为与其化学结构相关。近几十年来,茶多糖的化学结构和生物活性得到了广泛研究。然而,由于其结构的复杂性和灵活性,茶多糖的结构特征、空间构象及其构效关系仍不清楚。

3.茶多糖的功能活性研究主要停留在细胞实验和动物实验上,其临床医学功能、保健机理有待深入研究。

4.有大量文献证实了茶多糖的生物活性及其潜在商业用途,但其作为功能性食品成分在食品中的应用尚未得到广泛研究。

(续完)

具体内容详见《中国茶叶》2021年第8期,P7-15,《茶多糖提取纯化、结构活性及应用研究进展》,作者:程利增,朱将雄,周慧,王元凤,魏新林。

作者

魏新林

上海交通大学特聘教授、博士生导师,国家十三五重点研发项目首席科学家、上海市农业领军人才,上海市优秀学术技术带头人。

长期从事茶叶深加工与质量安全控制方面的研究工作,主持国家十三五重点研究计划项目、国家863计划项目、上海市重大重点项目等30多项。近年来,发明了高纯度高活性茶源多糖、茶多酚与茶皂素的综合提取工艺,并通过多维指纹图谱、共振光散射等,建立了高灵敏度、高选择性的茶源多糖定性定量质量控制技术体系;基于茶多糖可以络合硒元素的性质,开发了富硒茶源多糖的焙烤食品、化妆品等新产品,扩宽了茶源多糖的应用范围,经济和社会效益十分显著。以第一作者和通讯作者在BiosensorsandBioelectronics、TrendsFoodSci.Technol.、J.Agric.FoodChem.等杂志发表SCI论文50多篇(SCI一区/二区论文39篇,IF>10的2篇,IF>6的32篇),出版著作6本,制订国家食品安全标准6项,获授权专利13项(国际专利2项)。

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