胡秋瑞 | 黄刚亮
重庆师范大学碳水化合物科学与工程重点实验室，中国重庆401331
**摘要**
枸杞多糖具有抗氧化、抗肿瘤、保护肝脏、降血糖和调节免疫等生理功能，对预防和治疗某些慢性疾病具有良好的治疗效果。作为一种省时、节能且高效的提取方法，超声波提取技术在我植物多糖提取领域受到了广泛关注。本文阐述了超声波辅助提取植物多糖的机制，分析了超声波辅助水提取、超声波辅助酶提取及超声波辅助亚临界水提取枸杞多糖的优缺点，并针对存在的问题提出了相应的对策。同时，总结了枸杞多糖的生物活性。由于多糖结构复杂，其结构-活性关系尚未明确，通过研究低分子量及均质多糖降解产物的生物活性，可以有效挖掘多糖的活性位点。
**1. 引言**
枸杞主要生长在中国西北部、东南欧和地中海地区的干旱和半干旱地区。其果实——枸杞，作为传统的中药和滋补品，在中国已有2500多年的应用历史（Lei等人，2022；Liu等人，2022；Ou等人，2022；Sanghavi等人，2022）。现代药理学研究表明，枸杞多糖（GBP）是枸杞中的主要活性成分，具有抗氧化（Wu等人，2024）、抗肿瘤（Wang等人，2020）、抗衰老（Wang等人，2022）、降血压（Cai等人，2015）、降血脂（Zhou等人，2022）、抗疲劳（Zhao等人，2015）、调节免疫（Liang等人，2024a）以及促进新陈代谢（Sun等人，2024）等作用，对预防和治疗糖尿病、高血脂、血栓形成、免疫缺陷、癌症、肝炎和男性不育等慢性疾病具有显著效果（Wang, Xiong, & Huang，2023）。
多糖的生物活性主要取决于其化学结构、分子量和分子构象（Gao等人，2025；Gao, Zhang等人，2026；Hu等人，2025；Liao等人，2026；Zhao等人，2026）。枸杞多糖的分子量在10–2300 ku之间，主要由葡萄糖、 mannose、arabinose、galactose、xylose和ribose等六种单糖组成（Zhang等人，2015）。此外，GBP还含有galacturonic acid、glucuronic acid及18种氨基酸。roups的链结构通过β-1,3-、β-1,4-、β-1,6-、α-1,6-和α-1,4-糖苷键连接（Liang等人，2024b；Zhang等人，2013）。通过分离纯化获得三种冷水溶性和四种热水溶性GBP，研究发现GBP是一种高度分支的阿拉伯聚糖，其糖链具有高度分支的结构（Zhou等人，2020），其骨架为β-(3,6)-galactose，寡糖分支由arabinose组成，同时骨架上还结合了少量的非还原性末端arabinose、fucose、rhamnose、xylose、mannose和galacturonic acid。
**2. 超声波辅助提取植物多糖**
**2.1. 超声波辅助提取植物多糖的发展**
超声波提取技术是一种利用超声波（频率15-60 kHz）的空化效应和机械搅拌作用破坏植物细胞壁、加速溶剂渗透从而提高天然产物提取效率的物理方法。与传统热提取工艺相比，提取时间可缩短三分之二以上。超声波的热效应有助于维持水温，减少热敏成分的流失。
- **提取时间短**：超声波增强提取通常需要24–40分钟即可获得最佳提取率，而传统方法提取时间大幅缩短至原来的三分之一，且处理能力更强。
- **提取温度低**：超声波提取中药的最佳温度为40–60°C，既能保护热不稳定易水解或氧化的有效成分，又能显著节省能源。
近年来，超声波辅助提取植物多糖（尤其是中药多糖）的技术发展迅速。比较了超声波辅助水提取与传统热水提取啤酒花中活性成分的效果（Lin等人，2023），发现超声波提取的啤酒花活性更高，可减少啤酒生产中啤酒花的消耗量30%–40%。随着超声波设备的改进，该技术已广泛应用于多种植物多糖的提取，如灵芝多糖的提取（Shi等人，2014）。实验表明，超声波辅助乙醇-水提取对丹参多糖的提取效率有显著提升（Hromádková等人，1999）。此后，超声波辅助提取技术快速发展，应用于多种活性多糖的提取。比较了传统方法与超声波辅助提取方法提取的枣多糖的抗氧化生理活性，发现超声波辅助提取的枣多糖产量提高了27.6%，且自由基清除能力和铁离子还原能力更强（Qu等人，2013）。大量实验表明，超声波辅助提取能有效缩短提取时间并提高提取效率（Deng & Huang，2025）。超声波提取技术集物理、化学和工程学于一体，无需加热，提取速度快、效率高、效果好，且不会破坏物质结构（Song等人，2024），具有节省时间、节能、杂质少和提取率高的优势（Wang, Huang, & Huang，2024）。
**2.2. 超声波辅助提取植物多糖的机制**
植物多糖主要存在于植物细胞中，其提取过程涉及两个物理现象：
1. 细胞膜通透性增加，多糖从细胞膜中渗出；
2. 细胞膜破裂后多糖流出细胞。
超声波对这些现象有显著影响：
- 作为弹性机械波，超声波在溶剂中传播时能增强溶剂分子的运动，加快溶质在溶剂中的传递速度；
- 超声空化产生的湍流效应可减小两相间的界面层厚度，加速多糖在细胞中的溶解与扩散；
- 分子振动产生的能量被溶剂吸收转化为热能，提高系统温度，进一步加速溶质扩散。
**3. 超声波辅助提取枸杞多糖**
目前枸杞多糖的提取方法包括水提取、发酵、微波提取、超声波辅助提取、碱提取、超临界CO2提取和酶提取（Tian等人，2019）。其中，超声波提取方法优势明显：
- 超声波在液体介质中产生独特空化作用，破坏细胞膜，便于提取细胞内的活性物质；
- 超声波传播过程中产生的机械振动、微射流和微声流等效应可更充分地提取植物有效成分（Suo等人，2022；Wang, Zhang等人，2019）。
**3.1. 超声波辅助水提取枸杞多糖**
超声波辅助水提取是一种常用且经济有效的提取方法，相比传统水提取方法具有能耗低、提取率高、操作时间短、提取温度低、对有效成分损伤小、提取结果稳定的优点（Wang, Gao, Xie等人，2023；Wang, Li等人，2019）。超声波提取利用空化效应破坏细胞壁，加速多糖溶出。实验表明，最佳提取温度为室温，而传统方法需90–100°C（Gong等人，2018；Masci等人，2018；Wang, Huang, & Huang，2024），从而降低提取能耗并避免高温导致活性物质失活。实验设置四次提取，每次超声作用时间为20分钟，料液比为1:3，总提取时间为80分钟（料液比为1:12）。与传统方法相比，超声波辅助提取可缩短提取时间、减少溶剂用量并降低提取温度。尽管关于超声波辅助提取所得枸杞多糖稳定性和生物活性的数据仍有不足，但现有证据表明其生物活性和稳定性更好。GBP分别通过水浸提取、超声辅助水提取和微波辅助水提取的方法获得。结果表明，超声辅助提取不仅缩短了提取时间，减少了物料与液体的比例，还提高了提取效率（Chen等人，2020年）。3.2. 博际 berry多糖的超声辅助酶法提取超声辅助酶法提取GBP在很大程度上缩短了提取时间和温度，并显著提高了提取物的产量（Feng等人，2024年；Ma等人，2023年）。在纤维素酶或木瓜蛋白酶提取的基础上加入超声作用可以更有效地破坏植物组织的细胞壁，加速细胞的破裂，从而促进细胞内多糖的溶解。这是因为在反应系统中，酶和植物组织细胞分别处于两个相中，酶在分解细胞壁时必须穿过界面层。当加入超声时，超声空化产生的湍流效应可以减少界面层的厚度（Mao等人，2025年），并加快酶与细胞壁之间的反应速度。同时，超声产生的机械振动增加了破碎植物组织在溶剂中的分散和悬浮，从而增加了酶与植物组织细胞之间的接触面积，从而提高了酶对植物组织细胞壁的降解速度。使用超声辅助纤维素酶来提取水溶性GBPs，并通过响应面方法优化了提取过程。结果表明，超声辅助纤维素酶是一种省时且高效的提取技术，可以显著提高提取物的产量（Liu等人，2014年）。与水提取相比，超声辅助纤维素酶提取仅需20分钟，而水提取需要180分钟。提取温度较低，超声辅助酶法的提取温度为56°C，水提取的温度为80°C。提取率也较高，超声辅助酶法的提取率为6.32%，而水提取法的提取率为3.88%，高出62.89%。与双酶法（木瓜蛋白酶-纤维素酶）相比，超声辅助单酶法也将提取时间从91分钟缩短到了20分钟。提取温度也从60°C降低到了56°C，同时保持了提取率（双酶法：6.81%；超声辅助单酶法：6.32%），还降低了提取成本。3.3. 博际 berry多糖的超声辅助亚临界水提取亚临界水，也称为高压热水或过热水，是指在一定压力下将水加热到超过100°C但不超过374°C的临界温度，此时水仍保持液态。在亚临界状态下，随着温度的升高，氢键会减弱甚至断裂，因此水的极性逐渐从强极性变为弱极性，从而促进有机溶质分子的溶解（Deng & Huang，2024年）。此外，亚临界水还可以降低固液界面的液膜强度，从而改善溶质的质量传递动力学，降低表面张力和粘度，提高水中有机活性物质的溶解速率（Zhou等人，2023年）。由于超声作用过程中产生的空化气泡在破裂时会形成局部瞬时的高温高压环境，在超声的作用下，水分子会分解并产生H·和·OH（Juretic等人，2015年；Nie等人，2021年）。因此，向亚临界水中加入超声可以加速水中氢键的断裂和亚临界水的极性变化。同时，还可以加速植物多糖的溶解和扩散，提高提取效率。使用超声辅助亚临界水法提取GBPs，并通过Box-Behnken响应面设计在单因素基础上优化了提取条件。同时，比较了超声辅助亚临界水法、亚临界水法和热水法的提取率和抗氧化效果（Zhang等人，2020年）。结果表明，超声辅助亚临界水法的最佳提取条件为：提取温度100°C，提取时间53分钟，物料与液体比例1:26，超声功率160W。在这些条件下，GBPs的提取率为5.957%。在相同的提取条件下（提取温度为110°C，提取时间为60分钟，物料与液体比例为1:25，提取压力为5MPa），超声辅助亚临界水提取法的提取率为4.444%，比不含超声辅助的亚临界水提取法高11.38%（3.99%）。与热水提取法（提取温度为100°C，提取时间为120分钟，提取率为3.44%）相比，GBPs的提取率提高了29.19%，提取时间也减半。通过超声产生的热效应、机械效应和空化效应，不仅加速了细胞破裂，还提高了溶剂的扩散速度和溶解度，同时加快了固液两相物质的传递速度，使细胞内的GBPs更容易溶解。因此，这加快了提取速度并提高了提取效率。然而，由于提取温度较高，实验中不同方法所得提取物的抗氧化活性没有显著差异（Bai等人，2024年；Wang, Li等人，2024年；Yun等人，2022年）。上述三种方法是常用的博际 berry多糖超声辅助提取方法，每种方法各有优缺点。与超声辅助水提取相比，超声辅助酶法具有更低的提取温度、更短的提取时间和更高的提取效率。同时，由于酶的特异性，它在破坏细胞壁的同时不会损坏提取物，因此可以更好地保护提取物的结构和生理活性。然而，在提取过程中加入纤维素酶或木瓜蛋白酶会增加提取成本，并增加多糖分离和纯化的难度。超声辅助亚临界水法在超声辅助水提取的基础上进一步提高了提取效率。同时，通过调节温度可以选择性地提取不同极性的多糖成分。尽管其提取效率不如超声辅助酶法高，但其提取设备简单，后续的分离和纯化步骤也较为简单，提取成本较低，因此也是一种很有前景的提取技术（表1）。表1. 三种博际 berry多糖超声辅助提取方法的比较。方法 优点 缺点 超声辅助水提取 廉价且易于操作。提取效率不高。超声辅助酶法 提取温度更低，提取时间更短，提取效率更高。但会增加提取成本，并增加多糖分离和纯化的难度。超声辅助亚临界水提取 进一步提高了提取效率。但其提取效率不如超声辅助酶法高。4. 博际 berry多糖的生物活性和机制 4.1. 免疫调节免疫调节是指机体识别和抵抗外部威胁，维持机体生理功能动态平衡和相对稳定性的过程。多糖通过作用于免疫细胞表面的识别受体（如Toll样受体（TLRs）和细菌脂多糖的膜受体CD14）来发挥免疫调节作用。这些受体激活细胞内的下游信号通路，通过识别和结合多糖促进相关因子的表达，从而启动免疫反应并发挥免疫调节作用。多糖的免疫活性涉及多层次、多阶段和多靶点的调节。例如，Ding等人（Ding等人，2022年）发现博际 berry多糖可以增加CD4+至CD8+ T细胞的数量和HLA-DR抗体的表达，从而改善脾损伤。Zhang等人（Zhang等人，2014年）发现博际 berry多糖可以诱导TNF-α、IL-1β和一氧化氮的产生，增强巨噬细胞的吞噬作用，从而发挥免疫调节作用。Wang等人（Wang, Xiong, & Huang，2023年）发现博际 berry多糖可以通过STAT1和STAT6通路调节M1/M2巨噬细胞的极化，发挥免疫作用。此外，博际 berry多糖还可以作为免疫调节剂。例如，Wang等人（Wang等人，2018年）报道博际 berry多糖可以通过Notch信号通路诱导具有强免疫活性的树突状细胞成熟，发挥其免疫作用；博际 berry多糖可能通过激活转录因子NFAT和AP-1来激活CD25，从而诱导T细胞增殖并发挥免疫调节作用（Chen等人，2008年）。4.2. 神经保护神经保护是指保护中枢神经系统中的神经元免受损伤、功能障碍和/或退化的机制。常见的退行性疾病包括阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、亨廷顿病（HD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）。博际 berry多糖可以通过清除自由基、抑制炎症反应、改善学习能力和记忆、抑制凋亡和减缓β-淀粉样蛋白沉积来保护神经元。例如，Chen等人（Chen等人，2014年）发现博际 berry多糖可以抑制海马区的氧化应激，降低Bax/Bcl-2比值，从而改善东莨菪碱引起的认知和记忆缺陷；Zheng等人（Zheng, Pang等人，2021年）发现博际 berry多糖可以通过下调与TLR4/NFκB信号通路相关的mRNA和蛋白质的表达水平，减轻卵巢切除术引起的认知损伤和海马神经元损伤。Hu等人（Hu等人，2018年）发现博际 berry多糖通过调节胆碱能神经递质，降低了模型小鼠Morris水迷宫测试中的逃避潜伏期，从而发挥神经保护作用。Kou等人（Kou等人，2017年）发现GOJI BERRY POLYSACCHARIDES02这种博际 berry多糖对谷氨酸诱导的细胞凋亡具有神经保护作用；Wu等人发现博际 berry多糖可以剂量依赖性地降低Aβ42/Aβ40的水平，从而发挥神经保护作用。4.3. 抗肿瘤恶性肿瘤是一种由遗传、生活环境和生活方式引起的疾病，其特征是细胞异常增殖，对人类健康构成威胁。传统抗癌药物通常对人体有明显的副作用，而博际 berry多糖因其安全性和稳定性而被用于肿瘤治疗（Yu等人，2024年）。据报道，博际 berry多糖可以通过抑制肿瘤细胞生长、诱导肿瘤细胞凋亡、调节肿瘤细胞信号通路和增强免疫力来发挥抗肿瘤作用。例如，Mao等人（Mao等人，2011年）发现博际 berry多糖可以抑制G0/G1期的肿瘤细胞，从而抑制肿瘤细胞的生长，发挥抗结直肠癌作用。Miao等人（Miao等人，2010年）报道博际 berry多糖可以通过阻断G0/G1期和S期的肿瘤细胞来抑制胃癌细胞的增殖，发挥抗肿瘤作用。Shen等人（Shen & Du，2012年）发现博际 berry多糖可以通过ERK通路阻断人类乳腺癌MCF-7细胞的细胞周期，并通过凋亡途径诱导 apoptosis，发挥抗增殖作用；此外，博际 berry多糖还可以通过下调B细胞淋巴瘤-2（Bcl-2）的表达和激活caspase来诱导肿瘤细胞凋亡（Wang, Li等人，2020年；Zhu等人，2022年）。4.4. 抗辐射辐射是指辐射源释放的部分能量以波或粒子的形式在周围传播的现象，通常可分为电离辐射和非电离辐射。长期暴露于电离辐射可能会导致氧化损伤、DNA损伤和癌症。目前，氨福斯汀和糖皮质激素是常用的放射保护剂，但它们通常伴有胃肠道反应、肾毒性和神经毒性等不良反应，因此需要寻找安全且低毒性的放射保护剂。作为一种天然多糖，博际 berry多糖具有低毒性、安全性和稳定性的特点，可以通过抗氧化、免疫调节、抑制凋亡、保护造血系统和调节肠道菌群来发挥抗辐射作用。例如，Jiang等人（Jiang et al., 2023）发现枸杞多糖可以通过Nrf2信号通路减少氧化应激并抑制铁的析出，从而减轻电离辐射引起的口腔黏膜损伤，因此在辐射防护中发挥作用；Zhou等人（Zhou et al., 2016）发现枸杞多糖可以减少受电离辐射损伤的小鼠骨髓单核细胞的凋亡、氧化损伤和黏附分子的表达，从而减轻氧化损伤并促进造血功能的恢复；作者之前的研究还发现枸杞多糖可以调节受到60Co-γ射线照射的小鼠的肠道微生物组成，从而减少炎症反应并改善辐射损伤（Hu et al., 2023; Zheng, Wang, et al., 2021）。
5. 枸杞多糖的结构
枸杞多糖的主要结构类型包括果胶多糖、阿拉伯半乳聚糖、酸性杂多糖、右旋糖酐和木聚糖，其中大多数以含有甲基、乙酰基和氨基等非糖修饰基团的多糖-蛋白质复合物的形式存在。
5.1. 果胶多糖
枸杞多糖的主要来源是果胶。果胶是植物初生细胞壁的主要成分，其糖基类型多样且结构复杂。20世纪50年代，果胶多糖被认为是由半乳糖醛酸多糖、阿拉伯糖多糖和半乳糖多糖组成的三聚体。随着对果胶多糖结构研究的深入，果胶多糖主要被分为HG、RG-I和RG-II三类，它们分别由12种不同的单糖通过不同的连接方式形成。枸杞多糖LFP-05S是一种典型的果胶多糖，其主链由[(1 → 4)-α-GalA]n(HG)和[(1 → 4)-α-D-Gal(1 → 2)-α-L-Rha]n(RG-I)组成；枸杞多糖PGBP则是由HG片段和部分RG-I结构片段组成的果胶多糖；PGBP II和II-I是含有阿拉伯半乳聚糖侧链的果胶多糖；此外，LFP-2、GBP1C-2、LFP-05S等也都是由一种或多种果胶片段组成的。
5.2. 阿拉伯半乳聚糖
阿拉伯半乳聚糖通常可以分为AG-I型和AG-II型。AG-I型主要由线性的(1 → 4)-β-D-Galp组成，而AG-II型则由(1 → 3)和(1 → 6)-β-D-Galp组成。枸杞中的阿拉伯半乳聚糖大多属于AG-II型，其主链为(1 → 3)和(1 → 6)-β-D-Galp，侧链通过C-3和C-6位点连接，如枸杞多糖GBPA的主链就是[(1 → 6)-β-D-Galp]n，同时α-L-Lp5-a-ol-1通过[(1 → 3)-β-D-Galp]n和α-L-Araf连接到Galp的C-3位点；此外，枸杞多糖中还含有大量的(1 → 3,6)-galps，如LRP1-S2，其主链由(1 → 3)-β-D-Galp、(1 → 6)-β-D-Galp和(1 → 3,6)-β-D-Galp组成；同时枸杞多糖中也存在AG-I型，如LbGp3-OL，其主链为[(1 → 4)-β-D-Galp]n，Galp的C-3位点与α-L-Araf连接。
5.3. 其他多糖
除了果胶多糖和阿拉伯半乳聚糖外，枸杞多糖还包括右旋糖酐、木聚糖和一些酸性杂多糖等结构。例如，GBP1a-1和GBP1a-2是两种典型的葡聚糖，由(1 → 6)-α-D-Glcp组成；GBPC4是从枸杞中分离出的一种葡聚糖肽，由(1 → 6)-α-D-Glc和(1 → 4)-α-D-Glc组成；枸杞多糖CWM是一种4-O-甲基葡萄糖醛酸木聚糖，除了含有果胶片段外还含有半纤维素结构。此外，枸杞中还含有一些结构复杂的酸性杂多糖，难以分析。
6. 结论与展望
超声波辅助提取植物多糖可以显著提高提取效率，减少溶剂用量，缩短提取时间，降低提取温度，因此在植物多糖提取方面具有显著优势，近年来受到了国内外学者的广泛关注。然而，在超声波提取技术应用于植物多糖提取时仍存在一些问题。首先，目前对超声波提取技术的研究较为基础，大多数研究仅探讨了超声波条件对提取率的影响，尚未深入研究超声波作用机制及其对植物多糖稳定性和生物活性的影响，也未探讨超声波提取是否会影响多糖的结构以及这种影响是否会改变多糖的性质。在利用超声波从Valeriana officinalis中提取水溶性多糖时，发现超声波可能导致提取到的多糖降解并使其溶解在乙醇溶液中，但尚未明确这一现象的具体原因。关于多糖结构与功能及其稳定性的关系，相关研究仍不够充分。同时，超声波提取技术本身也存在许多问题。作为一种高效且节能的提取方法，其应用主要局限于小型实验室阶段，工业化生产应用仍有限制。一方面，超声波设备的局限性限制了其在工业生产中的应用，如设备体积小、作用范围局限、稳定性差、能耗高、噪音大等；另一方面，由于对超声波技术在植物多糖提取中应用机制的研究不够深入，缺乏足够的理论支持。因此，为了使超声波技术真正成熟和完善，并在植物多糖提取中得到广泛应用，需要在现有技术的基础上开发一种低成本、高效率的适合工业化大规模生产的超声波提取方法。
枸杞多糖具有多种生物活性，但由于其相对分子量大、聚合度高等特点，导致其生物利用率较低，难以穿过细胞膜在生物体内发挥积极作用。因此，枸杞多糖在体内的物质基础和结构-活性关系一直是枸杞研究的重点和难点。
关于人体/动物研究的声明：无。
作者贡献声明：
胡秋瑞：撰写 – 原始稿
黄刚良：撰写 – 审阅与编辑
