多糖（Polysaccharide)，又稱聚糖，是由十個以上單糖分子通過糖苷連接成的聚合糖高分子碳水化合物，可用通式(C6H10O5)n表示。多糖通常不具有甜味，也不具有還原性，不能形成結晶，具有旋光性卻無變旋現象。多糖一般呈現為無定形的粉末，大多不溶于水，也不能在水中形成真溶液。然而，由于多糖含有許多羥基，它們可以與水分子形成氫鍵，表現出親水性和水合能力，在水中多糖會吸水膨脹，可形成膠體溶液。多糖不是一種純粹的化學物質，而是聚合程度不同的物質的混合物。在水解過程中，往往產生一系列的中間產物，最終完全水解得到單糖。
多糖的分類方式有很多種，按照原料來源來分，可將多糖分為植物多糖、動物多糖和微生物多糖；按分子量大小和組成結構劃分，可將多糖分為均一多糖（也稱同多糖）和非均一多糖（也稱雜多糖）；多糖按功能可分為兩大類：一類是結構多糖，作為細胞的骨架物質，如構成植物細胞壁的纖維素、半纖維素，構成細菌細胞壁的肽聚糖等；另一類是貯藏多糖，是重要的能量貯存形式，如植物中的淀粉、動物體內的糖原等。
多糖在食物中的主要來源于谷物和根莖類蔬菜中，如真菌類(香菇、銀耳、黑木耳、金針菇、猬狀猴頭菌)、南瓜、海帶、大蒜、洋蔥及紅薯等。多糖是一種親水性大分子物質，其分離和純化方法除了傳統的提取方法外，一些新的提取方法（如生物酶提取法、超聲提取法、微波提取法等）在多糖的提取中也得到運用。
多糖的應用廣泛，在醫藥領域，一些研究表明部分多糖及衍生物在抗凝、降血脂、提高機體免疫力和抗腫瘤、抗輻射方面具有顯著的藥理學作用與療效；在化妝品領域，多糖較強的抗氧化和其他活性可以應用于皮膚科疾病治療或化妝品中，起到美容、美白作用；在食品領域，多糖可用作食品添加劑，起到乳化、保鮮等作用，還可以添加至食品中，賦予食品一定的藥理學功能；在煙草領域，多糖能夠在低濕條件下降低煙絲的失水率，并且具有增加香氣量、提高煙氣細膩度、增強回甜感以及減輕雜氣等作用。此外，多糖還大量應用于工業廢水處理、清潔用品、紡織上漿、印刷工業等領域。
研究歷史
早在19世紀80年代，德國著名科學家埃米爾·費歇爾（Hermann Emil Fischer）就開始進行糖類物質的研究，但直到20世紀50年代，科學家對多糖的研究依舊僅限于化學組成和一般結構測定，直到20世紀70年代，糖化學和生物化學兩個傳統領域的結合，使多糖的細胞和分子生物學研究成為可能，從而使多糖的研究得以復興。1988年，牛津大學雷蒙德·德威克（Raymond Dwek）教授首次提出了“糖生物學”的概念，開始研究多糖作為“生物信息分子”在多細胞高層次生命中的功能。
分類
多糖的分類方法較多，可按原料來源、組成結構、性質和功能等分類。
按原料來源分類
植物多糖：植物多糖是由植物光合作用產生的單糖結合而成，主要存在于植物體內作為貯藏物質或結構物質，例如水不溶性的淀粉和纖維素等。另一類水溶性多糖可從植物和中藥材中提取的，比如當歸多糖、枸杞多糖、大黃多糖、艾葉多糖、紫根多糖、柴胡多糖等。這些多糖大多數沒有細胞毒性，因此成為當前功能食品研究的重要方向之一。
動物多糖：動物多糖是在動物組織、器官和體液中常見的多糖類物質，包括糖原和水溶性的糖胺聚糖，如肝素、硫酸軟骨素、透明質酸、豬胎盤脂多糖等。
微生物多糖：微生物多糖包括細菌細胞壁肽聚糖、香菇多糖、茯苓多糖、銀耳多糖、豬苓多糖以及云芝多糖等，這類多糖中有些具有一些生物活性，具有抗腫瘤及調節機體免疫等功能。
按組成結構分類
均一性多糖：均一性多糖，指只有一種單糖或單糖衍生物組成的多糖，如淀粉、糖原、纖維素、甲殼質(殼多糖)等;自然界中最豐富的均一性多糖是淀粉、糖原和纖維素，它們都是由葡萄糖組成的。淀粉和糖原分別是植物和動物中葡萄糖的貯存形式，纖維素是植物細胞主要的結構組分。不均一性多糖種類繁多。
不均一性多糖：不均一性多糖(雜多糖)，指由兩種或兩種以上的單糖或單糖衍生物組成的多糖，如香菇多糖、半纖維素、糖胺多糖類(透明質酸、硫酸軟骨素、硫酸軟骨素B酶等)。
按功能分類
結構多糖：作為細胞的骨架物質，如構成植物細胞壁的纖維素、果膠，構成細菌細胞壁的殼多糖、肽聚糖等。纖維素是植物細胞壁的組成成分；果膠是主要存在于陸生植物的初生細胞壁以及細胞之間的中間層內。殼多糖的結構與纖維素類似，在生物界中廣泛存在，多見于甲殼亞門的外殼以及真菌的細胞壁和一些藻類中，是自然界中含量第二豐富的多糖。革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌細胞壁中均含有肽聚糖，兩者結構區別在于它們各有不同的氨基酸及不同方式構成的肽鏈。
貯藏多糖：是重要的能量貯存形式，如：植物中的淀粉、菊粉和動物體內的糖原、葡聚糖等。淀粉是人類飲食中最常見的糖類，在大米、馬鈴薯等食物中含量豐富，人體攝入淀粉后，可以在α淀粉酶和1,6-葡萄糖苷酶的作用下，最終水解為葡萄糖，再經過進一步氧化,為人體提供能量。另外，菊粉可以代替淀粉儲存多糖。糖原在人體中具有重要的生理功能，人體攝入的糖類，一部分分解供能，一部分轉變為脂肪，另外一部分則合成糖原，以糖原的形式在體內儲存，其生理意義就在于，當機體需要葡萄糖時，糖原可以迅速分解產生葡萄糖，為機體提供能量。葡聚糖又稱為右旋糖酐，是存在于酵母和細菌中的一種儲存性多糖。天然的葡聚糖經過部分水解可以得到某種產物，這種產物在臨床上常用來作為血漿的代替品，用于治療因體液丟失過多而導致的休克。
還有一些多糖具有更復雜的生理功能，如黏多糖、血型物質等，它們在生物體內起著重要的作用。
常見的多糖
多糖在自然界分布極廣，亦很重要。有的是構成動植物細胞壁的組成成分，如肽聚糖和纖維素；有的是作為動植物儲藏的養分，如糖原和淀粉；有的具有特殊的生物活性，像人體中的肝素有抗凝血藥作用，肺炎球菌細胞壁中的多糖有抗原作用。
淀粉
淀粉是大多數植物的主要儲備物，在種子、根和莖中最豐富，是許多食品的重要成分，也是人類最重要的糖類來源。常見的淀粉原料包括玉蜀黍屬、小麥、馬鈴薯、番薯等農作物。
淀粉由α-D-葡萄糖組合而成，可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉是α-D-葡萄糖通過α-1,4-糖苷鍵連接起來的糖鏈，容易發生老化。支鏈淀粉是由α-D-葡萄糖通過α-1,4-糖苷鍵連接起來的短鏈，每隔20-25個葡萄糖殘基就形成一個α-1,6支鏈，分子較大且更穩定。
直鏈淀粉不溶于冷水，但能溶于熱水，在熱水中可形成溶膠，冷卻后形成硬而不黏的凝膠，不再復溶。將純直鏈淀粉加熱至140-150℃，得到的溶膠可制成堅韌的膜，適用于包裝糖果、藥用膠囊等，入口即溶。支鏈淀粉不溶于水，但可以分散于涼水中形成膠體，加熱可形成黏性很大的凝膠，冷卻后也非常穩定。
糖原
糖原又稱動物淀粉，是肌肉和肝臟組織中主要的糖類化合物。糖原也是由α-D-葡萄糖構成的多糖，結構與支鏈淀粉相似，但分支程度更大，每隔4個葡萄糖基就有一個分支，分子比支鏈淀粉大，整個糖原分子呈球形，高級結構更緊密，更適合貯存能量。
糖原主要以顆粒的形式存在于動物肝臟和肌肉組織的細胞質中，肝糖原酶促降解為葡萄糖進入血液，運送到各組織中以供利用。肌糖原酶促降解的產物為葡萄糖-6-磷酸，氧化分解后為肌肉收縮提供能量。在動物體內，糖原的合成與分解取決于機體內的血糖水平。
纖維素
纖維素是細胞壁的主要結構成分，是自然界中最豐富的有機化合物，植物體的所有木質成分中都含有大量的纖維素。
纖維素是直鏈淀粉的β異構體，含有β（1→4）-連接的葡萄糖殘基。纖維素的結構如圖所示，兩個葡萄糖殘基的苷鍵不同，使纖維素具有完全不同的性質，其β-連接使聚合物以完全伸展的構象折疊，形成紙張形二級結構。纖維素的聚合度因植物來源和種類而異，可從1000至14000。由于其大分子量和結晶結構，纖維素不溶于水，且具有較小的溶脹性和吸水性。
纖維素可被纖維素酶水解為纖維二糖。人體消化道內細菌中沒有纖維素酶，因此不能消化食物中的纖維素。水果、蔬菜中的纖維素含量豐富，是膳食纖維的主要來源，能夠刺激胃腸蠕動、清潔消化壁和增強消化功能，因此纖維素也是維持健康的重要物質。
物質結構
多糖由多個單糖分子縮合、失水而形成，是一類具有復雜且龐大分子結構的糖類物質，多糖相對分子質量從幾萬到幾千萬。多糖的結構單位是單糖，這些結構單位之間以苷鍵相連接，常見的苷鍵有α-1,4-、β-1,4-和α-1,6-苷鍵。結構單位可以連成直鏈或支鏈，直鏈一般以α-1,4-苷鍵（如淀粉）和β-1,4-苷鍵（如纖維素）連成；支鏈中鏈與鏈的連接點常是α-1,6-苷鍵。多糖完全水解時，糖苷鍵斷裂而變為寡糖、二糖，最后變為單糖。
膳食來源
多糖在食物中的主要來源于谷物和根莖類蔬菜中，如真菌類(香菇、銀耳、黑木耳、金針菇、猴頭菇)、南瓜兩吃、海帶、大蒜、洋蔥及紅薯等。其中食用菌多糖被公認為是重要的生物活性物質，也是中國人群膳食多糖的主要來源。有研究者測定了4種食用菌多糖含量，結果顯示杏鮑菇多糖含量最高(52.38%)，白玉菇、斑玉蕈、香杏麗蘑等多糖含量分別為33.57%、31.79%和15.63%。
理化性質
物理性質
多糖通常不具有甜味，也不具有還原性，具有旋光性卻無變旋現象。多糖一般呈現為無定形的粉末，大多不溶于水，也不能在水中形成真溶液。然而，由于多糖含有許多羥基，它們可以與水分子形成氫鍵，表現出親水性和水合能力，在水中多糖會吸水膨脹，可形成膠體溶液?？扇苄源蠓肿佣嗵嵌伎梢孕纬绅こ砣芤骸Ｔ谔烊欢嗵侵校?a href="/hebeideji/8724816741750041566.html">阿拉伯膠溶液的黏度最小，瓜爾膠及魔芋葡甘露聚糖溶液的黏度最大。由于許多細菌多糖具有結構、長度各不相同的側鏈，所以可能參與了分子間或鏈間的反應，導致那些具有廣泛結構相似性多糖的物理性質有諸多不同。
化學性質
多糖的化學性質比較穩定，除了在一定條件下（如酸或酶的催化）發生降解反應外，多糖很難發生氧化、還原、成苷、成酯等反應，尤其是構成動植物骨架的多糖（如纖維素、甲殼質等）的化學性質更為穩定。多糖用酸水解，可以得到單糖；經過層析分離鑒定后，就能確定多糖是由哪個或哪些單糖組成的，在比較溫和條件下進行部分水解，分離出低聚糖或二糖，例如淀粉部分水解，可以得到麥芽糖。
生物功能
能量來源
作為能量來源是人們很早就認識到的多糖的功能。例如含有淀粉的谷物是人類傳統的糧食；含有纖維素的植物等是具有反芻功能的家畜（如牛和羊等）的主要飼料；多個的葡萄糖構成的一些多糖是一些真菌常用的能量來源；還有以顆粒的形式存在于動物肝臟和肌肉組織的細胞質中的糖原，被肝糖原酶促降解為葡萄糖進入血液，運送到各組織中以供利用，為肌肉收縮提供能量。
其他作用
增強腸蠕動功能，有利于排便：多糖中的纖維素能夠促進腸道蠕動，也是糞便的一種親水膨脹劑，能夠吸附大量的水分，從而增加糞便量，有利于糞便排出，進而可以減少毒素和致癌物質等在腸道內的停留時間，減少對腸道的有害刺激。
減低血糖和血膽固醇：大多數可溶于水的膳食纖維如果膠、樹膠及羧甲基纖維等可降低膽固醇，尤其是低密度脂蛋白。可溶性纖維可減少小腸對糖的吸收，使血糖不至于因進食而快速升高，從而降低餐后血糖。另外，可減少體內胰島素釋放，可吸附膽汁酸、脂肪等，可降低血脂。
保護機體結構：多糖還對機體起到保護作用，而且是通過多種不同的機制保護機體。自然界中生物量最多的纖維素與半纖維素果膠類物質構成的細胞壁包圍在植物細胞的原生質體外成為一定的屏障，在植物應對外界刺激的過程中發揮保護作用。昆蟲和甲殼亞門外殼中發揮保護作用的物質是甲殼質，這是生物量僅次于纖維素的有機化合物；多糖還可以作為細胞的骨架物質存在，如構成植物細胞壁的纖維素、半纖維素和構成細菌細胞壁的肽聚糖。
應用
在醫藥上的應用
一些研究表明部分多糖及衍生物在抗凝、降血脂、提高機體免疫力和抗腫瘤、抗輻射方面具有顯著的藥理學作用與療效，如香菇多糖與免疫抑制劑伏福定(UFT)合用用于治療胃癌。已經過衛生部門批準的作為抗腫瘤免疫治療的藥物還有云芝多糖、豬苓多糖、紫芝多糖片等。另外，天然多糖具有良好的粘附性、生物降解性和生物相容性，是理想的黏膜給藥制劑粘附材料。
在化妝品中的應用
由于多糖較強的抗氧化和其他活性可以應用于皮膚科疾病治療或化妝品中，起到美容、美白作用。有研究表明，獼猴桃多糖可以促進人角化細胞和纖維原細胞的增殖及膠原蛋白的合成，石榴多糖表現出較強的抗糖化和酪氨酸酶抑制活性。
在食品工業上的應用
多糖作為一類重要的天然活性物質，來源廣泛、毒副作用小。且由于其豐富多樣的生物學活性，可用作食品添加劑，起到乳化、保鮮等作用；還可以利用其成膜性制作安全無毒的包裝等，有研究表明，魔芋葡苷聚糖在適當條件下形成的膜不僅具有與合成塑料膜一樣的性能，還能強化食品色、香、味、營養，并可作為抗氧化物質的載體，與食品一起食用，是一種新型、無毒、無公害的食品包裝材料。
在煙草中的應用
有研究者對仙人掌中多糖物質進行提取并應用于卷煙，發現仙人掌多糖具有較好的保潤效果，能夠在低濕條件下降低煙絲的失水率，并且具有增加香氣量、提高煙氣細膩度、增強回甜感以及減輕雜氣等作用。一些研究者以姬松茸為原料，經乙醇提取并作為增香保潤添加劑施于煙絲，取得了較滿意的效果。
在其他方面的應用
多糖還大量應用于工業廢水處理、清潔用品、紡織上漿、印刷工業、鉆井等領域。如殼聚糖大分子鏈上的氨基，導致其自身具有廣譜抗菌性能，可抑制細菌的生長繁殖，常被用于開發各類貼身內衣等。殼聚糖纖維對許多物質具有螯合吸附作用，其分子中的氨基和與氨基相鄰的羥基與許多金屬離子能形成穩定的螯合物，用于治理重金屬廢水、凈化自來水及在濕法冶金中分離金屬離子等。又比如在鉆井采油作業中，黃胞膠具有流變性好、抗鹽抗鈣能力等優點，被廣泛用作鉆井液和定井液，是一種優良的鉆井泥漿添加劑。
命名
多糖命名時，系統命名法要將單糖名先叫出，后面冠之“聚糖”即可，如甘露聚糖。不過多用習慣名稱，如淀粉、纖維素。
提取方法
多糖是一種親水性大分子物質，其分離和純化方法與小分子物質有所不同。由于不同多糖具有不同的性質，因此需要采用不同的分離和純化方法。
多糖的提取一般采用如下方法：先將原料用甲醇、乙醇，丙酮或乙醚等有機溶劑脫脂、脫色，然后依次用水、稀鹽、稀堿（提取酸性多糖）或稀酸（提取堿性多糖）在不同的溫度下提取將不同性質的多糖進行初步的分離，也可以根據多糖的性質分別用以上溶劑進行提取。將提取液濃縮后，加入沉淀劑（乙醇、丙等）沉淀、離心，對沉淀部分可反復多次沉淀、離心，以除去部分水溶性色素等雜質。
除了傳統的提取方法外，一些新的提取方法（如生物酶提取法、超聲提取法、微波提取法等）在多糖的提取中也得到運用。
生物酶提取法
生物酶技術被廣泛運用于有效成分的提取過程中。生物酶提取法具有條件溫和、選擇性強的特點。在多糖提取過程中，使用生物酶可以降低提取條件，分解組織細胞壁以釋放其中的多糖成分，從而提高提取效率。此外，生物酶還可以選擇性地降解一些不需要分離的成分，簡化分離步驟，降低操作難度。舉例來說，動物多糖通常與蛋白質結合存在，需要在提取過程中先離解多糖，去除蛋白質后再進行分離。常用的生物酶包括蛋白酶、纖維素酶、果膠酶等。
超聲提取法
超聲提取法因其具有提取溫度低、效率高、時間短、操作方便等優點，在有效成分提取領域得到廣泛應用。該方法的主要原理是利用超聲波產生的空化效應來破壞細胞膜，有利于釋放植物有效成分。超聲波能夠形成強大的沖擊波或高速射流，有效減少或消除水相中的阻滯層，提高傳質效率，有助于溶質的擴散。
舉例來說，采用超聲提取法提取當歸多糖，并采用硫酸苯酚法進行定量分析，結果顯示當歸中多糖的含量達到12.45%。通過正交實驗對枸杞多糖的提取工藝進行研究，結果表明，超聲提取和水煎提取枸杞多糖的提取效率相近，但超聲提取速度更快，耗時和耗能更少。
微波提取法
微波提取法利用微波的加熱效應和電磁場，加速植物成分向萃取溶劑界面的擴散，從而實現提取過程。在提取植物多糖方面，微波技術被廣泛應用。例如，采用微波提取法從菘藍中提取多糖可以提高提取效率并縮短反應時間。另外，采用微波提取法提取黃芪多糖時，粗多糖的得率比直接加熱法高，且提取時間更短，有助于降低提取成本。
參考資料 >