FSHW | 不同方法提取沙棘多糖的结构-功能关系：抗氧化和胆汁酸结合能力的比较研究

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Introduction

近年来，越来越多的证据表明，天然多糖可以有效地与胆汁酸结合，促进胆汁酸在肠道的排泄，促进胆固醇在肝脏转化为胆汁酸，从而降低血脂，对心血管疾病有好处。

沙棘（Hippophae rhamnoides L.）是沙棘科的一员，广泛种植于亚洲和欧洲的不同地区。沙棘具有抗干旱、抗风沙胁迫的能力，能在盐碱土壤中生存，具有较高的经济和环境价值。沙棘中富含酚类化合物、多糖、维生素、不饱和脂肪酸和类胡萝卜素，具有良好的抗氧化、抗炎和肠道保护作用。目前，沙棘多糖已广泛应用于中、蒙、藏药治疗心血管疾病，其中沙棘多糖发挥了重要作用。然而，据我们所知，沙棘多糖与胆汁酸结合能力的信息有限。此外，已有研究表明多糖与胆汁酸的结合能力与多糖的流变特性密切相关，而多糖的流变特性受提取方法的影响较大，可采用多种提取溶剂提取多糖，如热缓冲液（HBSS）、螯合剂（CHSS）、稀碱性（DASS）和浓碱性（CASS）等。提取方法的选择对生物活性多糖具有重要意义。此外，酶活性易受pH、温度和贮藏时间等因素的影响。酶辅助法重现性差。与酶辅助法相比，物理和化学提取法具有更好的重现性，更有利于控制多糖的分子量和得率。然而，综合评价不同方法提取沙棘多糖的流变性能与胆汁酸结合能力之间的关系的信息仍然有限。因此，本研究旨在阐明五种常用的理化方法热水提取法（HRP-W）、加压热水提取法（HRP-H）、超声提取法（HRP-U）、酸提取法（HRP-C）、碱提取法（HRP-A）对沙棘多糖理化性质、结构、流变性能、抗氧化能力和胆汁酸结合能力的影响。研究结果为不同方法提取沙棘多糖的结构、性质和生物活性之间的关系提供了信息。

图1 从沙棘中提取多糖的不同提取方法

Results and Discussion

抗氧化能力

通过DPPH、ABTS自由基清除活性和氧自由基吸收能力（ORAC）评价沙棘多糖的抗氧化能力。如图2A所示，在测试的浓度范围内（0.0625～2 mg/mL），所有HRPs都表现出了浓度依赖性的清除能力。但是，每个样品的清除能力是不同的。在0.5 mg/mL浓度下，HRP-W、HRP-H、HRP-U、HRP-C和HRP-A的ABTS自由基清除能力分别为31.0%、35.9%、23.0%、29.4%和88.6%。值得注意的是，分子量较低的HRP-H和HRP-A具有较高的ABTS自由基清除活性。如图2B所示，在0.0625～2 mg/mL浓度范围内，所有HRPs对DPPH自由基的清除能力均呈浓度依赖性。显然，与其他HRPs相比，HRP-A和HRP-H具有更高的DPPH自由基清除活性。由图2C可知，HRP-A的ORAC值几乎是其他HRPs的3倍，表明分子量最低、阿拉伯糖含量最高的HRP-A具有最强的氧自由基吸收能力。结果与DPPH和ABTS清除能力一致。

胆汁酸结合能力

肝脏内的胆固醇合成胆汁酸，多糖与胆汁酸结合能够促进降低血浆中总胆固醇和低密度胆固醇的含量。由图3可知，HRP-C对胆汁酸的结合能力最强，其次是HRP-W和HRP-U。与其他HRP相比，HRP-H和HRP-A结合胆汁酸的能力最弱。

多糖结合胆汁酸能力的差异可能是由于其不同的结构，如分子量、黏度和单糖组成。利用Pearson相关系数分析HRPs的分子量、单糖组成、流变性能与胆汁酸结合能力之间的相关性，并对结果进行柱归一化。HRPs的胆汁酸结合能力与分子量（0.888*）、表观黏度（0.948 * ）、K（0.962**）和Aα（0.965**）值密切相关。此外，分子量与表观黏度（0.718*）、K（0.868**）和Aα（0.907**）值之间也存在较强的相关性。结合Pearson相关分析结果，我们推导出HRPs与胆汁酸的结合机制，如图4所示。HRPs能有效与胆汁酸结合，改善胆汁酸在肠道中的排泄，促进胆固醇在肝脏中转化为胆汁酸，从而显著降低胆固醇水平，特别是分子量和半乳糖醛酸含量最高的HRP-C具有最高的黏度和最强的交联网络，表现出与胆汁酸的结合能力最强。

Conclusion

不同的提取方法对HRPs的理化性质、结构、流变性能和生物活性有较大影响。正是如此，HRP-A的产量、阿拉伯糖和蛋白质含量最高，而HRP-C的半乳糖酸含量最高。分子量测定和粒度分布均表明多糖在提取过程中被碱液（HRP-A）和高温（HRP-H）降解。具有丝状网状结构的HRP-U具有较好的热稳定性，分子量最低、阿拉伯糖含量最高的HRP-A具有较高的抗氧化活性。此外，HRP-C的黏度最高，交联网络最强，与胆汁酸的结合能力最强，其次为HRP-W和HRP-U。结果表明，高黏度和高分子量对沙棘多糖与胆汁酸的结合能力有良好的影响。一般情况下，酸法提取沙棘多糖更有利于获得具有良好胆汁酸结合能力的多糖。

第一作者

李巧芸，女，华南理工大学食品科学与工程学院硕士，研究方向为功能性碳水化合物，以第一作者在Journal of Agricultural and Food Chemistry发表论文1篇。

通信作者

扶雄，华南理工大学食品科学与工程学院教授，博士生导师，国家热带特色健康食品国际科技合作基地主任，中美功能糖合作研发中心主任，国家重点研发计划项目首席科学家，ESI农业科学世界前1%科学家。 获省部级奖励12项，其中中国专利优秀奖1项，广东省技术发明一等奖3项； 授权发明专利46件； 发表SCI收录论文100多篇。

通信作者

陈春，华南理工大学食品科学与工程学院副教授，博士生导师，学术/专业硕士生导师。 主要从事植物活性多糖、多酚等天然活性物质的研究及功能性健康食品的开发。 已发表论文40余篇，ESI 高被引论文6篇，封面论文2篇，单篇引用大于200次论文1篇，包括Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food & Function、Carbohydrate Polymers等食品领域知名期刊，引用1500余次（web of science），H指数=23。 申请发明专利5件，授权3件。 多个国内外SCI期刊审稿人，Foods期刊客座主编。

A comparison study on structure-function relationship of polysaccharides obtained from sea buckthorn berries using different methods: antioxidant and bile acid-binding capacity

Qiaoyun Lia, Zuman Doua,b, Qingfei Duana, Chun Chena,c,d,*, Ruihai Liue, Yueming Jiangf, Bao Yangf, Xiong Fua,b,d,*

a SCUT-Zhuhai Institute of Modern Industrial Innovation, School of Food Science and Engineering, South China University of Technology, 381 Wushan Road, Guangzhou 510640, China

b Guangzhou Institute of Modern Industrial Technology, Nansha 511458, China

c Guangdong Province Key Laboratory for Green Processing of Natural Products and Product Safety, Guangzhou 510640, China

d Overseas Expertise Introduction Center for Discipline Innovation of Food Nutrition and Human Health (111 Center), Guangzhou 510640, China

e Department of Food Science, Stocking Hall, Cornell University, Ithaca 14853, USA

f South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China

*Corresponding author.

Abstract

In this study, the structural characters, antioxidant activities and bile acid-binding ability of sea buckthorn polysaccharides (HRPs) obtained by the commonly used hot water (HRP-W), pressurized hot water (HRP-H), ultrasonic (HRP-U), acid (HRP-C) and alkali (HRP-A) assisted extraction methods were investigated. The results demonstrated that extraction methods had significant effects on extraction yield, monosaccharide composition, molecular weight, particle size, triple-helical structure, and surface morphology of HRPs except for the major linkage bands. Thermogravimetric analysis showed that HRP-U with filamentous reticular microstructure exhibited better thermal stability. The HRP-A with the lowest molecular weight and highest arabinose content possessed the best antioxidant activities. Moreover, the rheological analysis indicated that HRPs with higher galacturonic acid content and molecular weight showed higher viscosity and stronger crosslinking network (HRP-C, HRP-W and HRP-U), which exhibited stronger bile acid binding capacity. The present findings provide scientific evidence in the preparation technology of sea buckthorn polysaccharides with good antioxidant and bile acid binding capacity which are related to the structure affected by the extraction methods.

Reference:

LI Q Y, DOU Z M, DUAN Q F, et al. A comparison study on structure-function relationship of polysaccharides obtained from sea buckthorn berries using different methods: antioxidant and bile acid-binding capacity[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(1): 494-505. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250043.

文章编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意