Key Laboratory of Biodiversity Formation Mechanism and Comprehensive Utilization ofQinghai-Tibetan Plateau in Qinghai Province
概 述
OVERVIEW
Journal of Cereal Science(IF=2.938) 刊载了四川农业大学吴定涛团队(E-mail:dt_wu@) 发表的论文Effects of different extraction methods on thestructural properties and bioactivities of polysaccharides extracted fromQingke (Tibetan hulless barley)"(Publication time：March, ; DOI:https:// / 10.1016/ j.jcs..102906)。该论文阐述了不同提取方法对青稞多糖结构特征和生物学活性的影响。
前 言INTRODUCTION
青稞是青藏高原重要的粮食作物和饲料作物。由于近年来的有益作用，它也已被研究为功能性食品成分。大量研究表明，定期摄入青稞粉可以降低患糖尿病，高脂血症和高血压的风险。通常，β-葡聚糖被认为是青稞多糖中最关键的生物活性成分之一。β-葡聚糖在降低血糖反应，血清脂质和血浆胆固醇方面具有重要的生理作用。β-葡聚糖还具有多种重要的生物学活性，包括抗高血脂，抗高血糖，抗氧化剂，抗增殖和抗炎作用，这始终与其化学组成，流变特性和分子量有关。因此，青稞多糖，特别是青稞β-葡聚糖，在功能性食品领域具有巨大的潜在应用。
提取过程在青稞多糖在功能性食品工业中的应用中起着重要作用。不同的提取方法会显着影响天然多糖的产量，结构特性和生物活性。通常，热水提取（HWE）作为从天然植物中获取多糖的传统方法而广为人知。然而，HWE具有提取温度高，提取时间长和提取效率相对较低的缺点。因此，考虑了多种物理提取方法，例如微波辅助提取（MAE），超声辅助提取（UAE）和加压水提取（PWE），这些方法可以简化提取过程并提高提取效率。UAE和MAE通常都被用来提高多糖的溶解度，因为它们对植物细胞壁的机械破坏或生物降解具有有效的表现。此外，PWE可以增强多糖的水溶性，降低溶剂表面张力和粘度，使其更容易渗透到植物细胞壁中。据我们所知，从未研究过不同提取方法（HWE，UAE，MAE和PWE）对青稞多糖（THBs）的结构性质和生物活性的影响。THBs的结构性质和生物活性是否受不同提取方法的影响尚不清楚。
因此，在本研究中，探索不同提取方法对THBs结构特征和生物学活性的影响，并进一步了解青稞多糖的结构特征和生物学活性之间的关系，包括HWE, MAE, UAE 和PWE四种提取方法，用来提取THBs，并比较了它们的理化结构，体外抗氧化活性和体外降血脂活性。这项研究的结果将为选择优良的潜在提取方法制备具有高活性的THBs的方法提供科学依据，以用于功能性食品领域。
方 法METHOD
1.提取方法对THBs结构性能的影响
（1）THBs的化学成分表1.青稞多糖(THBs)的化学组成、分子量(Mw)、多分散度(Mw/Mn)和单糖的摩尔比。
表1总结了由HWE，PWE，UAE和MAE制备的THB的化学组成和收率。如表1所示，THBs的提取率在2.93％至3.62％之间，高于先前研究中从青稞提取的可溶性β-葡聚糖的提取率。THB-P和THB-M的提取率相似，显着（p <0.05）高于THB-H和THB-U。实际上，关于四种提取方法的提取时间和能耗，MAE，UAE和PWE在提取青稞多糖方面可能比HWE好得多。
THB-H，THB-U，THB-P和THB-M中总多糖的含量分别为91.03±1.65g / 100 g THB-H，82.02±1.98 g / 100 g THB-U，90.61±1.82 g / 100 g THB-P和86.77±1.53 g / 100 g THB-M，这表明通过不同提取方法提取的所有THB均具有相对较高的多糖含量。同样，测得THB-H，THB-U，THB-P和THB-M中的β-葡聚糖含量为86.42±1.56g / 100 g THB-H，79.25±1.61 g / 100 g THB-U ，84.27±1.70 g / 100 g THB-P和80.25±1.34 g /100 g THB-M，表明β-葡聚糖是青稞多糖（THB）的主要成分。THB-H和THB-P中的β-葡聚糖含量均显着高于（p <0.05）THB-M和THB-U。此外，THB-H，THB-U，THB-P和THB-M中蛋白质的含量范围为1.24至1.84g / 100 g THB。在所有测试的THB中，THB-U中蛋白质的最高含量明显达到（p <0.05）最高，而THB-M和THB-P中蛋白质的最低含量最高。
（2）THBs的组成单糖，分子量和表观粘度
图1A显示THB-H，THB-U，THB-P和THB-M的HPLC-UV谱图相似。确定THB-H，THB-U，THB-P和THB-M的单糖组成为Glc，Ara，Xyl和Gal，与之前的研究一致。表1总结了THB-H，THB-U，THB-P和THB-M中Glc，Ara，Xyl和Gal的摩尔比。表1表明，Glc是THB中的主要单糖。结果表明，青稞多糖中存在β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖。此外，结果表明，不同的提取方法对THB中的组成单糖类型没有影响，但显着影响其摩尔比。相似的研究也表明，提取方法会影响天然多糖的组成单糖。
图1.THB-M、THB-U、THB-H和THB-P的HPLC谱图(A)、HPSEC色谱图(B)和FT-IR谱(C)。
此外，表1中还总结了THB-H，THB-U，THB-P和THB-M的分子量，范围为1.10×105Da至1.86×105 Da。结果表明，不同的提取方法会显着影响THB的分子量。PWE提取的THB-P和HWE提取的THB-H的分子量显着（p<0.05）高于MAE提取的THB-M和阿联酋提取的THB-U的分子量，这表明MAE和UAE均可以大大降低了青稞多糖的分子量。实际上，在THB-U和THB-M的HPSEC色谱图中观察到了多糖的急剧降解（图1B）。结果进一步表明，THBs在UAE和MAE期间被降解，这与之前的研究结果相似。此外，THB-H，THB-U，THB-P和THB-M的多分散性范围为1.63至2.09，这与其HPSEC色谱图一致。
图2.剪切速率对THB-M、THB-U、THB-H、THB-P表观粘度的影响
图2显示了剪切速率对四种提取方法提取的THB的表观粘度的影响。结果表明，THB-H，THB-U，THB-P和THB-M的表观粘度分别随剪切速率的增加而降低（0.1–100 s -1）。THB-H，THB-U和THB-P的表观粘度表现出剂量依赖性，但THB-M的表观粘度并不显着。此外，THB的表观粘度的顺序如下：THB-P> THB-H> THB-U> THB-M。结果表明，不同的提取方法会显着影响多糖的表观粘度，这与洋葱，黄秋葵和麦麸的多糖的结果相似。实际上，结果表明压力辅助提取对THB的表观粘度没有影响。但是，UAE和MAE都显着降低了THB的表观粘度，这可能与其分子量降低有关。这些结果表明，青稞多糖的表观粘度与其分子量密切相关。
（3）THBs的FT-IR光谱
FT-IR光谱用于确定THBs的结构特征。图1C显示了THB-H，THB-U，THB-P和THB-M的FT-IR光谱。THB的FT-IR谱图相似，表明四种提取方法提取的THB表现出相似的吸收峰。简而言之，3405 cm-1和2924 cm-1是由羟基的拉伸振动和CH不对称拉伸振动引起的宽峰。1654 cm-1处的宽带是由于样品中存在水分子引起的，而1378 cm-1处的吸收峰被指定为C–H可变角度振动。897 cm-1处的吸收峰是β键中CH的特征吸收峰，而1042 cm-1处的吸收峰归因于吡喃环结构的C–O吸收峰。
2.提取方法对THBs体外抗氧化活性的影响
图3.THB-M、THB-U、THB-H、THB-P的还原能力(A)、一氧化氮自由基清除能力(B)、ABTS自由基清除能力(C)
THB-H，THB-U，THB-P和THB-M的还原能力，NO和ABTS自由基清除活性如图3所示。从图3可以看出，不同提取方法提取的THBs具有明显的还原能力，对NO和ABTS自由基的清除能力呈剂量依赖性。不同的提取方法对THBs的抗氧化活性有显着影响，这与以前的研究相似，即多糖的抗氧化活性因提取方法的不同而不同。在8.0 mg / mL的浓度下，THB-P，THB-H，THB-U和THB-M的还原力经测量分别为41.83±0.86μg Trolox / mg，39.74±0.98μg Trolox /mg，35.72±0.58μg Trolox / mg和31.78±0.83μgTrolox / mg;此外，测得THB-P，THB-H，THB-U和THB-M的NO自由基清除活性分别为49.35±1.16％，44.10±0.98％，37.71±0.87％和32.96±0.65％ 。此外，据测算，THB-P，THB-H，THB-U和THB-M的ABTS自由基清除活性分别为19.88±0.39％，17.83±0.28％，16.28±0.25％和15.67±0.31。所有结果表明，PWE提取的THB-P的抗氧化活性显着（p <0.05）高于THB-H，THB-U和THB-M，这表明PWE可能是一种潜在的方法。提取具有相对较高抗氧化活性的THB。通常，从自然资源中提取的多糖的抗氧化活性与其化学组成，分子量，组成单糖和官能团有关。
3.提取方法对THBs体外降血脂活性的影响
（1）THBs的结合能力
摄入过多的胆汁酸和脂肪会导致肥胖和其他一些疾病（心血管疾病，糖尿病和癌症）。此外，先前的研究表明，β-葡聚糖可以减少肠道中脂质的过量摄入。评估了通过不同提取方法提取的THB的体外结合能力，结果总结在图4中，脂肪（图4A），胆固醇（图4B）和胆汁酸（图4C）的结合能力。THB-P，THB-H，THB-U和THB-M的范围分别为1.87±0.02至2.49±0.04g/g，33.59±0.69至38.42±0.61 mg/g，以及（25.98±0.34）％至（33.20±0.55）%。结果表明，THBs的体外结合能力因提取方法的不同而不同。分别在PWE和HWE提取的THB-P和THB-H中观察到了最高的脂肪，胆固醇和胆汁酸结合能力，其次是在THB-U中较低，而在THB-H中最低M由MAE提取（图4）。这些发现进一步表明，PWE可能是具有较高结合能力的THB提取的潜在方法。PWE提取的THB-P的相对较高的结合能力可能归因于其相对较高的分子量和表观粘度。此外，尽管THB-H，THB-U，THB-P和THB-M的胆汁酸结合能力低于胆甾胺（阳性对照），但通过不同提取方法提取的THBs也表现出明显的胆汁酸结合能力。另外，考虑到β-葡聚糖是青稞多糖的主要成分，这表明青稞多糖具有显着的体外结合能力可能与β-葡聚糖有关。这些发现表明，THB，尤其是PWE提取的THB-P具有作为功能性食品或药物预防高脂血症的潜力。
图4.THB-M、THB-U、THB-H、THB-P的脂肪(A)、胆固醇(B)、胆汁酸(C)结合能力及体外抑制胰脂肪酶(D)的作用。（2）THBs对胰腺脂肪酶的体外抑制作用
胰腺脂肪酶属于最重要的酶，参与甘油三酯的消化。通常，抑制脂肪酶活性是调节肥胖和高脂血症的重要途径。因此，研究了不同提取方法对THBs抑制胰腺脂肪酶的影响。图4D显示了通过不同提取方法提取的THB对胰腺脂肪酶的抑制活性。所有THBs均表现出明显的对胰脂肪酶的抑制作用，且呈剂量依赖性。结果表明，不同的提取方法也影响THBs对胰腺脂肪酶的抑制作用。在浓度为8.0 mg/mL时，THB-P对胰脂肪酶的抑制作用最高，为63.20±1.11%，其次是THB-H，为58.39±0.98%，THB-U和THB-M的抑制作用最低，分别为54.67±1.03%和52.65±0.83%。根据上述THB的表观粘度和分子量，结果表明THB对胰腺脂肪酶的抑制作用可能与其表观粘度和分子量有关。此外，测得THB-P，THB-H，THB-U和THB-M对胰腺脂肪酶的抑制作用的IC50值分别为3.761 mg / mL，4.487 mg / mL，6.423 mg / mL和7.276 mg / mL，进一步证实了PWE提取的THB-P对胰腺脂肪酶的抑制作用高于THB-H，THB-U和THB-M。这些发现表明，PWE可能是一种具有较高生物活性的THB提取的有效方法，可用于功能性食品领域。
结 果RESULT
不同的提取方法会显着影响THBs的提取率，化学组成，Mw，表观粘度和组成单糖的摩尔比。特别是，在所有测试的THBs中，PWE提取的THB-P具有最高的分子量和表观粘度。实际上，抗氧化活性，体外结合能力以及对THB胰脂肪酶的抑制作用也因不同的提取方法而异。在所有测试样品中，THB-P还观察到了最高的抗氧化活性，体外结合能力和胰脂肪酶抑制作用。THB-P的较高生物活性可能与其较高的分子量，较高的表观粘度和较高的β-葡聚糖含量有关。这些发现表明，加压水提取可能是从青稞中提取具有高生物活性的多糖的极好的潜在萃取方法，可用于工业应用。
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