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《IJBM》(IF:8.5)|东北农业大学:不同方法提取五味子多糖的比较:结构、理化性质及生物活性

  • 2026-10-21 22:49:25
《IJBM》(IF:8.5)|东北农业大学:不同方法提取五味子多糖的比较:结构、理化性质及生物活性

东北农业大学艺术与科学学院研究团队在国际期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上发表了题为“A comparison on Schisandra chinensis polysaccharides extracted by different methods: Structure, physicochemical properties and biological activities”的研究论文。该研究比较了超声、微波和等离子体辅助双水相提取法对五味子多糖得率、结构、理化性质和生物活性的影响。其中,等离子体辅助法总得率最高(27.68%)。纯化后得到六种多糖,单糖组成相似但摩尔比不同,主要糖苷键类型为T-α-L-Araf-(1→、→4)-β-D-Manp-(1→和→4)-β-D-GalpA-(1→。其中,超声辅助法上相多糖PUBP-1分子量最低(96.16 kDa),水溶性、物理和热稳定性最好,并表现出最强的抗氧化活性以及对α-淀粉酶、透明质酸酶和黄嘌呤氧化酶的抑制活性。该研究为五味子多糖作为天然功能添加剂在食品和医药领域的应用提供了理论依据。

研究背景

五味子是五味子科植物五味子的干燥成熟果实,是一种传统中药,主要分布于黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古以及朝鲜和日本等地。作为药食两用资源,五味子含有多糖、萜类、木脂素、甾体皂苷、有机酸等多种功能活性成分。其中,多糖是五味子的主要活性成分之一,已被报道具有抗氧化、降血脂、降血糖、抗衰老等多种生物活性。例如,现有研究表明,加压辅助双水相提取法获得的多糖与传统热水提取法相比,理化性质和抗氧化活性存在显著差异。因此,提取方法的选择与多糖的理化性质密切相关,进而决定了其生物活性。

过去十年间,人们开发了多种高效且环境友好的多糖提取技术,如双水相萃取、超声辅助提取、酶辅助提取、微波辅助提取和等离子体辅助提取。其中,ATPE具有得率高、成本低、溶剂可回收等明显优势;因此,其应用已从最初的分离作用扩展到提取和纯化,引起了全球研究界对ATPE的日益关注。此外,为了克服单一方法提取的局限性,人们探索了组合提取策略。这些混合技术协同作用,破坏细胞壁,增强溶剂渗透性,从而加速细胞壁和胞内多糖的溶解和扩散。提取技术是利用植物源多糖的基础步骤,被认为是阐明其性质和应用的关键因素。大量报道表明,不同的提取技术显著影响多糖的理化性质,如分子量、化学组成、单糖组成、糖苷键类型、螺旋结构、流变学和热稳定性。这些变化直接影响抗氧化和降血脂等功能活性。一些学者发现,提取工艺因素(如温度、料液比和提取介质)的不同会导致多糖的差异。用不同溶剂(酸和碱)提取的猴头菇多糖在提取率、分子量、单糖组成、初步结构表征和微观结构上均表现出显著差异。因此,系统比较不同提取技术对多糖得率、理化性质和功能特性的影响至关重要。

研究内容

本研究旨在系统研究三种物理(超声、微波和等离子体)辅助双水相提取方法对五味子多糖得率、理化特性、一级结构和生物活性的影响。研究结果可为五味子多糖在功能食品或药物中的潜在应用提供理论依据。

研究结果

Fig. 1. The process of polysaccharides isolated from Schisandra Chinensis with different extraction methods.

图1描述: 不同提取方法处理五味子原料后的扫描电镜图。未经处理的原料细胞壁完整;PA-ATPE(等离子体辅助)处理后细胞壁破裂最彻底,孔洞最大;UA-ATPE(超声辅助)处理后细胞壁出现密集裂纹和较大孔洞;MA-ATPE(微波辅助)处理后细胞壁破坏相对较轻。说明等离子体产生的活性自由基和紫外辐射对细胞膜结构破坏最有效。

 

Fig. 2. Characterization of S. chinensis polysaccharides extracted by different extraction methods. Monosaccharide composition (A); Molecular weight distribution (B); Particle size distribution (C); Zeta potential distribution (D).

图2描述: 六种五味子多糖的表征。(A) 单糖组成:均由Man、Rha、Glc A、Gal A、Glc、Gal、Ara组成,但摩尔比不同。PA-ATPE提取的多糖以Gal A为主,MA-ATPE以Ara为主,UA-ATPE以Glc A和Glc为主。(B) 分子量分布:均为单一对称峰,表明均一性好。PUBP-1分子量最小(96.16 kDa)。(C) 粒径分布:PUBP-1粒径最小(272.3 nm),分布最窄(PDI=0.16)。(D) Zeta电位分布:PUBP-1电位绝对值最大(-36.63 mV),表明其溶液稳定性最好。

 

Fig. 3. Characterization of S. chinensis polysaccharides extracted by different extraction methods. TG/DTG curves of PUBP-1 (A-1), PUBP-2 (A-2), PMBP-1 (B-1), PMBP-2 (B-2), PDBP-1 (C-1); PDBP-2 (C-2); Steady shear flow curves of S. chinensis polysaccharides (D); Dynamic storage modulus (G′) and loss modulus (G″) of PUBP-1 and PUBP-2 (E); PMBP-1 and PMBP-2 (F); PDBP-1 and PDBP-2 (G); UV spectra (H) and FT-IR spectra (I).

图3描述: (A-C) 热重/微商热重曲线:所有多糖均呈现三个阶段失重,PUBP-1的分解温度最高(209.59°C),热稳定性最好。(D) 稳态剪切流动曲线:所有多糖表观粘度随剪切速率增加而下降,呈剪切稀化行为,PUBP-1粘度较低。(E-G) 动态储能模量G′和损耗模量G″:随着角频率增加,G′和G″均增大,体系从液体行为转变为凝胶行为。PUBP-1的交点角频率最低(21.54 rad/s),说明其凝胶性能最好。(H) UV光谱:260 nm和280 nm处无明显吸收峰,表明不含核酸和蛋白质。(I) FT-IR光谱:均呈现典型多糖特征峰,1743 cm⁻¹和1620 cm⁻¹处的吸收峰表明含有糖醛酸。

 

Fig. 4. The total ion chromatogram and mass spectrogram of carboxyl reduced and methylated glycol acetate derivatives of PUBP-1 and PUBP-2.

图4描述: PUBP-1和PUBP-2羧基还原并甲基化后乙酰化衍生物的总离子流图和质谱图。通过GC-MS分析鉴定出T-Araf-(1→、→4)-Manp-(1→、→4)-Galp-(1→、→3)-Galp-(1→等糖苷键类型。两张图峰形相似但比例不同,说明提取方法会影响糖苷键的比例但不改变主要连接类型。

 

Fig. 5. ¹H (A) and ¹³C NMR (B) analyses of S. chinensis polysaccharides.

图5描述: 六种五味子多糖的¹H和¹³C NMR谱图。¹H谱中端基质子信号在4.3-5.5 ppm,¹³C谱中端基碳信号在90-110 ppm,表明多糖同时含有α和β构型。δC 173-177 ppm处的信号归属于糖醛酸的羧基碳。各多糖的化学位移分布相似,说明含有相同的糖残基类型。

 

Fig. 6. Effects of polysaccharides on the absorbance of Congo red (A) and I₂-KI (B); SEM images of S. chinensis polysaccharides (C).

图6描述: (A) 刚果红实验:随NaOH浓度增加,各多糖与刚果红复合物的最大吸收波长未发生明显红移,表明均不存在三股螺旋结构。(B) I₂-KI实验:吸收峰均在350 nm左右,说明多糖具有复杂的多分支结构和较长的侧链。(C) SEM图像:PUBP表面粗糙,呈块状皱褶结构;PMBP存在聚集现象,表面有不规则凸起;PDBP呈不规则片状分布,结构光滑。说明提取方法对多糖的微观形貌有显著影响。

 

Fig. 7. Antioxidant activities of S. chinensis polysaccharides in vitro. DPPH⋅ radical (A); ABTS⁺⋅ radical (B); Reducing power (C); Ferrous metal chelating (D); Anti-lipid ability (E); Erythrocyte hemolysis inhibition (F). Inhibitory effects of S. chinensis polysaccharides on α-amylase (G), AChE (H), XOD (I) and Hyaluronidase (J).

图7描述: 六种五味子多糖的体外生物活性。(A-B) DPPH和ABTS自由基清除活性:均呈浓度依赖性,PUBP-1清除率最高,IC50分别为0.56和0.61 mg/mL。(C) 还原力:随浓度增加而增强,PUBP-1还原力最强。(D) Fe²⁺螯合能力:PUBP-1螯合能力最好,IC50为0.96 mg/mL。(E) 抗脂质过氧化能力:PUBP-1抑制率最高(77.89%)。(F) 抗红细胞溶血活性:PUBP-1抑制率最高,IC50为0.61 mg/mL。(G) α-淀粉酶抑制:PUBP-1抑制率69.11%,IC50为0.44 mg/mL。(H) AChE抑制:抑制率较低,最高约18%。(I) XOD抑制:PUBP-1抑制率82.31%,IC50为0.63 mg/mL。(J) 透明质酸酶抑制:PUBP-1抑制率84.19%,IC50为0.34 mg/mL。综合来看,PUBP-1的生物活性最优。

研究结论

本研究采用超声、微波和等离子体辅助双水相提取法从五味子中提取了六种多糖,它们具有相同的单糖组成,但在摩尔比和糖苷键类型上存在差异。其中,PUBP-1表现出最优的理化性质,具有最高的溶解度(34.33 mg/mL)、最低的分子量(96.16 kDa)、最小的粒径(272.3 nm)和最窄的分布(PDI=0.16)以及最大的Zeta电位绝对值(-36.63 mV)。相应地,PUBP-1在体外表现出最强的抗氧化活性以及对α-淀粉酶、透明质酸酶和黄嘌呤氧化酶的抑制作用。因此,这些五味子多糖可作为天然抗氧化添加剂,用于改善食品品质和延缓氧化变质。在医药和生物医学领域,它们是保健产品和氧化应激相关疾病辅助治疗的有前景的生物活性成分,也为开发降血糖、抗衰老和抗痛风产品提供了安全、天然、低副作用的替代品。这些结果为五味子多糖的高值化利用和产业化开发提供了科学依据。未来研究将进一步深入探索其构效关系以及作为抗氧化功能添加剂、保健产品和相关疾病辅助治疗药物的应用。

搜寻路径

英文名称:A comparison on Schisandra chinensis polysaccharides extracted by different methods: Structure, physicochemical properties and biological activities

DOI:10.1016/j.ijbiomac.2026.151815

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