Optimization of Polysaccharides Extraction from the Peels of Akebia trifoliate and Evaluation of Its in Vitro Antioxidant and Hypoglycemic Activity
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摘要: 本文旨在优化八月瓜果皮多糖的提取工艺，评估其体外抗氧化和降糖活性。通过单因素实验结合正交试验优化八月瓜果皮多糖的超声提取工艺；以DPPH自由基清除率及总还原能力为指标测定果皮多糖的抗氧化活性，以α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶抑制率为指标测定其降糖活性。结果显示，八月瓜果皮多糖超声提取的最佳工艺条件为：超声功率280 W、超声时间60 min、提取温度50 ℃、料液比1:40 g/mL，在此条件下八月瓜果皮多糖的得率为5.91%±0.20%；在测定浓度范围内，果皮多糖具有较好的DPPH自由基清除力和还原能力，其中果皮多糖和VC清除DPPH自由基的半数抑制浓度（IC50）分别为0.329、0.077 mg/mL；果皮多糖抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶活性的IC50值分别为0.386、0.307 mg/mL。本研究表明，该工艺条件下纯化的八月瓜果皮多糖具有较好的体外抗氧化性和降糖活性。Abstract: The aim of this research was to optimize the polysaccharides extraction process from the peels of Akebia trifoliate, and evaluate its in vitro antioxidant and hypoglycemic activity. The ultrasonic-assisted extraction process of polysaccharides from the peels of Akebia trifoliate was optimized using single-factor combined with orthogonal experiment. The antioxidant activity of polysaccharides from the peels of Akebia trifoliate was investigated by using DPPH radical scavenging rate and total reducing ability as the indicators. The hypoglycemic activity of polysaccharides from the peels of Akebia trifoliate was explored using α-glucosidase and α-amylase inhibition rate as the indicators. The results demonstrated that the optimal ultrasonic-assisted extraction process of polysaccharides from the peels of Akebia trifoliate was ultrasound power 280 W, ultrasound time 60 min, extraction temperature 50 ℃, solid-liquid ratio 1:40 g/mL, respectively. Under the optimal process condition, the extraction rate of polysaccharides from the peels of Akebia trifoliate was 5.91%±0.20%. Within the measured concentration range, polysaccharides from the peels of Akebia trifoliate had the preferable DPPH radical scavenging and reducing ability. In addition, the IC50 values of polysaccharides from the peels of Akebia trifoliate and VC for scavenging DPPH free radicals were 0.329 and 0.077 mg/mL, separately. The IC50 values of polysaccharides from the peels of Akebia trifoliate for inhibiting α-glucosidase and α-amylase activity were 0.386 and 0.307 mg/mL, respectively. This research proved that the polysaccharides from the peels of Akebia trifoliate extracted by this optimal process had better in vitro antioxidant and hypoglycemic activity.
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Keywords:
- Akebia trifoliate peels /
- polysaccharides /
- extraction process /
- antioxidant /
- hypoglycemic
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八月瓜（Akebia trifoliate （Thunb.） Koidz）属木通科藤本植物，植物学名为三叶木通，又名八月炸、八月扎、野香蕉等，为药食两用资源，据2020版《中国药典》记载，其干燥近成熟果实可作为中药预知子入药，干燥藤茎可作为中药“木通”入药，有舒肝理气、活血止痛、除烦利尿和抗菌消炎等功效[1]。八月瓜富含常春藤皂苷、黄酮、多酚、多糖、萜类等活性成分，且被证实存在于其茎、果实和种子中[2]。八月瓜果皮厚实，约为总果重的70%，过去常作为副产物被大量丢弃[3]。近年来，发现其果皮可作为一种潜在的提取皂苷[4−5]、果胶[6−7]和抗氧化剂[8]等化合物的优良来源，因此从八月瓜中探究其他潜在的高价值天然产物，不仅能提高八月瓜的经济附加值，还能拓宽其活性成分在食品、医药领域的应用范围。
八月瓜多糖是八月瓜的活性成分之一，近年来天然植物多糖因具有免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、抗菌和降血糖等功能而成为研究的热点[9−10]，但目前对八月瓜多糖的研究甚少，仅有其根多糖具有较好的抗氧化活性[11]和良好保湿效果[12]的报道，尚未见果皮多糖含量、活性及其相关工艺的研究。朱绍荣等[13]发现八月瓜果肉中总糖含量（22.92%）与葡萄、香蕉相当，张孟琴等[14]报道了八月瓜果皮中总糖（32.61%）和还原糖（19.31%）含量较高，因此探究八月瓜果皮中多糖及其功效具有重要的意义。课题组前期已对八月瓜果皮多糖中的单糖组分进行了初步分析[15]，发现前期的提取工艺对后期多糖得率、生物活性和化学结构有较大的影响，因此，开发一种高效提取果皮多糖的方法，以提高得率、增强生物活性和降低结构损伤具有重要的意义。
目前多糖的提取方式常有溶剂提取、微波辅助、超声波辅助和酶辅助等几种提取方式，其中超声提取是利用超声波的空化、机械和剪切等作用有效促进多糖的释放、扩散和溶解，更有助于多糖生物活性的保留，具有操作方便、提取时间短、提取效率高和无污染等优点。本研究采用单因素结合正交试验优化八月瓜果皮多糖的超声提取工艺，并研究其体外抗氧化和降糖活性，旨在为八月瓜果皮中多糖的生物活性研究和产品开发提供参考。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
八月瓜果实 采自贵州省麻江县宣威镇卡乌村第二组，挑选果皮炸裂开口度占比为整个果实的2/3、颜色均一的八月瓜果实采收；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） 南京奥多福尼生物科技有限公司；4-硝基苯-α-D-吡喃葡萄糖苷（P-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside，PNPG）、α-葡萄糖苷酶（50 U/mg）、α-淀粉酶（50 U/mg） 上海源叶生物科技有限公司；3,5-二硝基水杨酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）试剂、MD77透析袋（8000~14000 Da） 北京索莱宝科技有限公司；阿卡波糖（Acarbose，ACR，98%） 上海麦克林生化科技有限公司；
TD4台式低速离心机 湖南赫西仪器装备有限公司；RE-52A旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂；KQ-500超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；UV-2100紫外可见光度计 日本岛津有限公司；SCIENTZ-18N冷冻干燥机 宁波新芝生物科技股份有限公司；I550酶标仪 百乐科技有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 样品处理
将采收的八月瓜果皮和果肉完全剥离，果皮于45 ℃下烘干处理，粉碎，过40目筛备用。称取八月瓜果皮粉500 g，加入1:20 g/mL 95%乙醇，于80 ℃下回流提取30 min，取出，过滤后弃去滤液除去部分单糖、寡糖、双糖等物质，滤渣重复回流两次。过滤后所得滤渣于45 ℃烘箱低温烘干，装自封袋，4 ℃下保存备用。
1.2.2 八月瓜果皮多糖提取工艺
参考陈艳萍等[16]方法，并稍作修改。称取八月瓜果皮粉约2.0 g，以一定料液比加入蒸馏水，置于超声仪中以一定的提取时间、超声功率和提取温度提取，提取结束后4000 r/min离心10 min，上清液即为多糖提取液，提取两次，过滤，合并提取液，浓缩至原体积的1/3时加入4倍体积的无水乙醇使多糖沉淀，4 ℃静置过夜12 h，抽滤，依次用无水乙醇、丙酮各20 mL分三次淋洗，冻干后得八月瓜果皮粗多糖。
1.2.3 八月瓜果皮多糖得率的计算
1.2.3.1 葡萄糖标准曲线的绘制
多糖含量的测定参照硫酸-苯酚法[17]并略作修改，精密称取葡萄糖标准品10.0 mg于100 mL容量瓶中，加蒸馏水定容，制得100 µg/mL葡萄糖标准溶液，并逐级稀释至浓度为100、50、25、12.5、6.25 µg/mL。分别吸取上述浓度葡萄糖溶液各1 mL于10 mL刻度试管中，以蒸馏水为空白对照，加入1 mL 5%苯酚溶液，混匀后迅速加入5 mL浓硫酸，充分混匀后静置10 min，最后置于30 ℃的恒温水浴锅中水浴20 min，取出，待其冷却至室温，于490 nm处测量其吸光度值，拟合吸光度值（y）和进样浓度（x，μg/mL）绘制葡萄糖标准曲线，得回归方程为：y=0.0087x−0.0033，R²=0.9994。该方程在葡萄糖浓度为0~100 µg/mL范围内呈现良好的线性关系。
1.2.3.2 八月瓜多糖得率的测定
将1.2.2项提取的八月瓜果皮粗多糖用蒸馏水溶解并定容至150 mL容量瓶，精密吸取1 mL于10 mL刻度试管中，按“1.2.3.1”测定样品的吸光值，平行3份，按下式计算八月瓜果皮多糖的得率。
w(\%)=AX−ba×106×m×V×n×100 式中：w为八月瓜果皮多糖的得率，%；AX为待测样液的吸光值；a为标准曲线的斜率；b为标准曲线的截距；V为样品溶液的体积，mL；n为样品溶液的稀释倍数；m为八月瓜果皮粉的质量，g。
1.2.4 八月瓜果皮多糖提取工艺的优化
1.2.4.1 单因素实验
按“1.2.2”方法制备八月瓜果皮多糖，固定工艺条件设为超声功率200 W，提取时间40 min，提取温度30 ℃，料液比1:10 g/mL。控制其单一变量，以八月瓜果皮多糖得率为标准，分别选取超声功率为200、240、280、320、360 W；提取时间为40、50、60、70、80 min；提取温度为30、40、50、60、70 ℃；料液比为1:10、1:20、1:30、1:40、1:50 g/mL，进行单因素实验。
1.2.4.2 正交试验设计
在单因素实验的基础上，选择超声功率、提取时间、提取温度、料液比为考察因素，每个因素选择3个水平，利用正交软件进行4因素3水平L9（34）的正交试验设计，优化八月瓜果皮多糖的最佳提取工艺，因素水平设计见表1。
表 1 多糖提取的正交试验因素水平设计Table 1. Factors and levels of orthogonal experiment for polysaccharide extraction水平 因素 A超声功率
（W）B提取时间
（min）C提取温度
（℃）D料液比
（g/mL）1 240 50 40 1:20 2 280 60 50 1:30 3 320 70 60 1:40 1.2.5 八月瓜果皮粗多糖除蛋白
精密称取最优工艺下提取的果皮粗多糖10.00 g，用蒸馏水溶解至500 mL，加入其1/2体积的Sevag试剂（三氯甲烷:正丁醇=4:1），以180 r/min的转速在振荡器中振摇10 min，倒入分液漏斗，静置分层，舍去下层的Sevag试剂和中间层的蛋白质乳浊液，收集上层的多糖溶液，重复此步骤直至中间层没有蛋白质乳浊液出现，除蛋白后旋蒸上清液以除去残留的Sevag试剂，然后将多糖溶液转移至透析袋中（截流分子量为8000~14000 Da），蒸馏水透析48 h，每7~8 h更换一次蒸馏水，透析完的多糖溶液加入4倍体积的无水乙醇使多糖沉淀，4 ℃静置过夜12 h，抽滤，依次用无水乙醇、丙酮各20 mL分三次淋洗，冻干得八月瓜果皮多糖7.94 g，精密称取多糖5.00 mg，用水定容至10 mL，用苯酚-硫酸法计算其多糖纯度。
1.2.6 体外抗氧化活性分析
1.2.6.1 DPPH自由基清除率的测定
参照文献[18]方法略作修改，取不同浓度果皮多糖溶液0.5 mL依次加入5 mL 0.04 mg/mL的DPPH乙醇溶液，混匀后在室温下避光反应30 min，于517 nm处测定其吸光度（Aa），样品本底对照以等体积无水乙醇代替DPPH溶液（Ab），空白对照组以等体积去离子水代替样品（A0），VC为阳性对照。按下式计算DPPH自由基的清除率。
DPPH自由基清除率(%)=(1−Aa−AbA0)×100 式中：Aa为反应液的吸光度值；Ab为背景吸光值；A0为空白组的吸光度值。
1.2.6.2 总还原能力的测定
参照文献[19]方法略作修改，取不同浓度果皮多糖溶液2 mL，依次加入1%的铁氰化钾2.5 mL和磷酸盐缓冲液（pH6.6，0.2 mol/L）2.0 mL，混匀，于50 ℃水浴反应20 min，快速冷却后加入10%的三氯乙酸2 mL，混匀，于4000 r/min离心10 min，取上清液2.5 mL，依次加入去离子水2.5 mL和0.1%的三氯化铁0.5 mL，混匀，静置10 min，于700 nm处测定其吸光度（Ai），空白对照以等体积去离子水代替样品溶液（A0），VC为阳性对照。按下式计算总还原力。
总还原力=Ai−A0 1.2.7 八月瓜果皮多糖体外降糖活性的研究
1.2.7.1 α-葡萄糖苷酶抑制活性的测定
参照李思维等[20]方法并略作修改，取不同浓度果皮多糖溶液40 μL和1 U/mL α-葡萄糖苷酶溶液（0.2 mol/L，pH6.8磷酸盐配制）25 μL，混匀，于37 ℃水浴 10 min后，避光加5 mmol/L PNPG溶液（0.2 mol/L，pH6.8磷酸盐配制）40 μL，继续37 ℃水浴10 min，最后加2 mol/L Na2CO3溶液50 μL终止反应，于405 nm处测定其吸光值，以阿卡波糖代替多糖样品为阳性对照，按下式计算多糖溶液对α-葡萄糖苷酶的抑制率。
α-葡萄糖苷酶活性抑制率(%)=(1−A样品−A背景A空白)×100 式中：A样品为α-葡萄糖苷酶溶液+八月瓜果皮多糖溶液+PNPG溶液的吸光值；A背景为磷酸盐缓冲液+八月瓜果皮多糖溶液+PNPG溶液的吸光值；A空白为α-葡萄糖苷酶溶液+磷酸盐缓冲液+PNPG溶液的吸光值。
1.2.7.2 α-淀粉酶抑制活性的测定
参照龚频等[21]方法并略作修改，取不同浓度果皮多糖溶液40 μL和1 U/mL α-淀粉酶溶液（0.2 mol/L，pH6.8磷酸盐配制）25 μL，混匀，于37 ℃水浴10 min，再加入2 mg/mL可溶性淀粉溶液25 μL，混匀，继续37 ℃水浴10 min后，再加入DNS试剂50 μL，沸水浴反应5 min使酶灭活，冷却至室温，于540 nm处测定其吸光值。以阿卡波糖代替多糖样品为阳性对照，按下式计算多糖溶液对α-淀粉酶的抑制率。
α-淀粉酶活性抑制率(%)=(1−A样品−A背景A空白)×100 式中：A样品为α-淀粉酶溶液+八月瓜果皮多糖溶液+可溶性淀粉+DNS显色剂；A背景为磷酸盐缓冲液+八月瓜果皮多糖溶液+可溶性淀粉+DNS显色剂；A空白为α-淀粉酶溶液+磷酸盐缓冲液+可溶性淀粉+DNS显色剂。
1.3 数据处理
实验数据用平均值±标准误差表示，每组实验进行3次平行；采用正交设计助手V3.1软件进行正交优化试验设计和分析；试验数据采用IBM SPSS 22.0软件进行IC50值计算及单因素差异分析（ANOVA），以P<0.05为具有统计学显著差异；使用GraphPad Prism 7.0作图。
2. 结果与分析
2.1 八月瓜果皮多糖提取单因素实验结果
2.1.1 提取功率对果皮多糖得率的影响
不同提取功率对果皮多糖得率的影响如图1所示，随着提取功率的增加，果皮多糖得率呈先升后降的趋势，当功率为280 W时有最大值为3.25%±0.14%（P<0.05），而功率为240、320 W时多糖得率差异不显著（P>0.05）。这可能是超声提取的空化效应、机械效应和热效应使植物细胞膜的通透性改变，随着超声功率的变化加速了植物多糖的溶出，但当超过一定的功率，多糖溶出率反而降低，部分多糖发生降解，使多糖得率降低[22]。根据结果，后续优化试验中提取功率的选取范围为240～320 W。
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2.1.2 提取时间对果皮多糖得率的影响
不同提取时间对果皮多糖得率的影响如图2所示，八月瓜果皮多糖的得率随超声时间延长呈现先升后降的趋势，当超声时间为60 min时得率有最大值为4.01%±0.15%，与超声时间为50、70 min相比具有显著性差异（P<0.05）。当超声时间超过60 min，多糖的得率反而下降，这可能是超声时间过长致使提取液中的多糖被分解，且伴随着其他醇溶物质溶出[23]。根据结果，后续优化试验中提取时间的选取范围为50～70 min。
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图 2 提取时间对多糖得率的影响Figure 2. Influence of extraction time on the yield of the polysaccharides2.1.3 提取温度对果皮多糖得率的影响
不同提取温度对果皮多糖得率的影响如图3所示，随提取温度的增加，果皮多糖得率呈先升后降的趋势，当温度为50 ℃得率达最大值为4.35%±0.20%，与提取温度为40、60 ℃相比具有显著性差异（P<0.05）。这可能是随着提取温度的增加，有利于增加多糖在水中的溶解和分散度，但随着温度的继续升高，不仅促进了其他物质的溶出，还可能导致多糖降解和氧化[24]。根据结果，后续优化试验中提取温度的选取范围为40～60 ℃。
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图 3 提取温度对多糖得率的影响Figure 3. Influence of extraction temperature on the yield of the polysaccharides2.1.4 料液比对果皮多糖得率的影响
不同料液比对果皮多糖得率的影响如图4所示，果皮多糖得率在料液比为1:30 g/mL时得率最大为3.67%±0.17%，与料液比为1:20、1:40 g/mL相比具显著性差异（P<0.05），继续增大溶剂比例多糖得率略有降低，这可能是随着提取溶剂的增大，杂质的析出抑制了多糖的析出[25]。根据结果，后续优化试验中料液比的选取范围为1:20～1:40 g/mL。
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图 4 料液比对多糖得率的影响Figure 4. Influence of material-to-liquid ratio on the yield of the polysaccharides2.2 正交试验优化八月瓜果皮多糖的提取工艺
正交试验优化果皮多糖的提取工艺如表2所示，由于R值与考察因素对多糖得率的影响呈正相关，八月瓜果皮多糖得率受各因素影响的程度由大到小依次为：C>B>D>A。最佳工艺组合为A2B2C2D3，即超声功率280 W，提取时间60 min，提取温度50 ℃，料液比1:40 g/mL，在此条件下进行验证试验，重复试验3次，测得果皮多糖的得率为5.91%±0.20%，高于正交处理组中的最高值（5.84%±0.29%）。
表 2 正交试验结果及分析Table 2. Results and analysis of orthogonal experimental试验号 因素 重复 多糖得率
（%）A超声
功率B提取
时间C提取
温度D料液比 1 1 1 1 1 2.42 2.63 2.49 2.51 2 1 2 2 2 5.54 6.10 5.88 5.84 3 1 3 3 3 3.85 4.21 3.97 4.01 4 2 1 2 3 4.93 5.15 4.70 4.92 5 2 2 3 1 4.21 4.34 4.57 4.37 6 2 3 1 2 3.55 3.91 3.67 3.71 7 3 1 3 2 2.89 3.15 3.09 3.04 8 3 2 1 3 4.50 4.84 4.73 4.69 9 3 3 2 1 5.21 5.41 4.98 5.20 K1 37.05 31.41 32.70 36.22 K2 38.99 44.67 47.86 37.74 K3 38.76 38.72 34.24 40.84 k1 4.117 3.490 3.634 4.025 k2 4.333 4.964 5.318 4.194 k3 4.307 4.303 3.805 4.538 R 0.216 1.473 1.684 0.513 主次因素 C>B>D>A 最优方案 A2B2C2D3 根据最优提取工艺条件提取，10.0 g果皮粗多糖经Sevag试剂除蛋白后，其多糖纯度为62.50%，提取率为79.4%，本文将以此果皮多糖初步探究其抗氧化活性和降糖活性。
2.3 八月瓜果皮多糖的抗氧化作用
2.3.1 DPPH自由基清除作用
不同浓度果皮多糖对DPPH自由基的清除能力见图5。当浓度在0.06~0.96 mg/mL范围内，多糖对DPPH自由基的清除能力逐渐增加，呈现一定的剂量依赖性，随后随着多糖浓度的增加自由基清除效果增加变缓，其中多糖浓度在0.96 mg/mL和7.68 mg/mL时对DPPH自由基的清除率分别为75.02%±2.30%、86.18%±2.38%。经计算，阳性对照VC和多糖对DPPH自由基的半数抑制浓度（IC50）分别为0.077和0.329 mg/mL。邵显慧[11]也仅在三叶木通根多糖除蛋白的情况下，研究了其多糖的抗氧化活性，发现藤茎多糖浓度为0.6 mg/mL时清除为90%，与之相比，果皮多糖较根多糖的抗氧化能力弱，这可能是与多糖的纯化方式及多糖在藤茎和果皮中的结构特征略有差异有关，但都显示出较强的清除DPPH自由基能力。
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图 5 VC和八月瓜果皮多糖对DPPH自由基的清除作用Figure 5. DPPH radical scavenging activity of VC and polysaccharides from Akebia trifoliate peels2.3.2 还原能力
还原能力是物质抗氧化活性的重要表现，通常采用三价铁离子还原法观察物质的还原能力，吸光值与还原能力呈正相关[26]。果皮多糖的还原能力如图6所示，在测定质量浓度范围内，随着果皮多糖和VC质量浓度的增加，还原能力逐渐增大并有着一定的剂量相关性，当果皮多糖浓度为1 mg/mL时，其还原能力达到了同等浓度VC的57.1%。
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图 6 VC和八月瓜果皮多糖的还原能力Figure 6. Reducing power of VC and polysaccharides from Akebia trifoliate peels2.4 八月瓜果皮多糖降糖活性
2.4.1 α-葡萄糖苷酶抑制活性
α-葡萄糖苷酶可通过水解葡萄糖苷键释放葡萄糖而使血糖升高，当其被抑制时可达到控制血糖的目的[27]。果皮多糖抑制α-葡萄糖苷酶的活性变化如图7所示，当浓度在0.125~4.00 mg/mL时，果皮多糖对α-葡萄糖苷酶的抑制率由32.88%±1.40%上升至82.01%±2.06%，对照组阿卡波糖在浓度为1.00 mg/mL对α-葡萄糖苷酶的抑制率为93.75%±1.34%，之后随着浓度的增加对α-葡萄糖苷酶的抑制率趋于平缓。其中多糖浓度为2.00、4.00 mg/mL与对照组浓度为0.25 mg/mL时对α-葡萄糖苷酶的抑制率差异不显著（P>0.05）。经计算，果皮多糖和阿卡波糖抑制α-葡萄糖苷酶活性的IC50值分别为0.386和0.041 mg/mL。
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图 7 八月瓜果皮多糖对α-葡萄糖苷酶的抑制活性Figure 7. Inhibition of α-glucosidase activity by polysaccharides from Akebia trifoliate peels2.4.2 α-淀粉酶抑制活性
α-淀粉酶是能够催化糖原、淀粉等水解的酶，存在于唾液和胰腺中，α-淀粉酶抑制剂可以与体内的α-淀粉酶发生作用，阻止淀粉等转化为葡萄糖，有效控制血糖水平[28]。果皮多糖对α-淀粉酶的抑制活性见图8，当浓度为0.15~4.80 mg/mL时，果皮多糖对α-淀粉酶活性的抑制率由36.68%±2.02%上升至83.43%±1.25%，呈现一定的剂量依赖性，其中多糖浓度为2.4 mg/mL与对照组浓度为0.3 mg/mL时对α-淀粉酶的抑制率差异不显著（P>0.05），多糖浓度为1.20 mg/mL与对照组浓度为0.15 mg/mL时对α-淀粉酶的抑制率差异不显著（P>0.05）。经计算，果皮多糖和阿卡波糖抑制α-淀粉酶活性的IC50值分别为0.307和0.039 mg/mL。
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图 8 八月瓜果皮多糖对α-淀粉酶的抑制活性Figure 8. Inhibition of α-amylase activity by polysaccharides from Akebia trifoliate peels综上，八月瓜果皮多糖对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制作用相近，据文献报道[29]，八月瓜果皮提取物对α-葡萄糖苷酶具有显著的抑制作用（IC50值为14.15 μg/mL），本试验结果说明八月瓜果皮提取物中的多糖组分对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制具有积极的作用。此外，课题组前期测得果皮多糖中单糖组分主要有甘露糖（11.23 mg/g）、鼠李糖（12.42 mg/g）、半乳糖醛酸（212.84 mg/g）、葡萄糖（73.23 mg/g）、半乳糖（30.30 mg/g）和阿拉伯糖（60.01 mg/g），其平均物质的量比为1.18:1.00:23.25:11.73:3.51:5.88[15]，而具有较高活性的植物多糖可能与其单糖组分甘露糖、半乳糖、糖醛酸、葡萄糖、鼠李糖的含量有关[30]，如糖醛酸的含量高可能会呈现更高的抗氧化活性[31]。
3. 结论
本研究以八月瓜果皮为研究对象，初步探究了其粗多糖的提取工艺和活性，通过单因素及正交试验，八月瓜果皮多糖超声提取的最佳工艺条件为：超声功率280 W、提取时间60 min、提取温度50 ℃、料液比1:40 g/mL，该条件下果皮多糖得率为5.91%±0.20%；通过测定DPPH自由基清除率及还原力证实了八月瓜果皮粗多糖具有良好的抗氧化活性，果皮多糖清除DPPH自由基的IC50值为0.329 mg/mL；通过测定对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的活性抑制证实了八月瓜果皮多糖具有较好的降糖潜力，果皮多糖对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶活性抑制的IC50值分别为0.386、0.307 mg/mL。后期研究中，需进一步对果皮多糖分离、纯化及鉴定，探究与其生物活性相关的结构特征，如分子量、糖苷键类型及分子构象等，为八月瓜果皮多糖的开发应用提供理论基础和数据支持。
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图 2 提取时间对多糖得率的影响
Figure 2. Influence of extraction time on the yield of the polysaccharides
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图 3 提取温度对多糖得率的影响
Figure 3. Influence of extraction temperature on the yield of the polysaccharides
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图 4 料液比对多糖得率的影响
Figure 4. Influence of material-to-liquid ratio on the yield of the polysaccharides
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图 5 VC和八月瓜果皮多糖对DPPH自由基的清除作用
Figure 5. DPPH radical scavenging activity of VC and polysaccharides from Akebia trifoliate peels
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图 6 VC和八月瓜果皮多糖的还原能力
Figure 6. Reducing power of VC and polysaccharides from Akebia trifoliate peels
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图 7 八月瓜果皮多糖对α-葡萄糖苷酶的抑制活性
Figure 7. Inhibition of α-glucosidase activity by polysaccharides from Akebia trifoliate peels
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图 8 八月瓜果皮多糖对α-淀粉酶的抑制活性
Figure 8. Inhibition of α-amylase activity by polysaccharides from Akebia trifoliate peels
表 1 多糖提取的正交试验因素水平设计
Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for polysaccharide extraction
水平 因素 A超声功率
（W）B提取时间
（min）C提取温度
（℃）D料液比
（g/mL）1 240 50 40 1:20 2 280 60 50 1:30 3 320 70 60 1:40 
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表 2 正交试验结果及分析
Table 2 Results and analysis of orthogonal experimental
试验号 因素 重复 多糖得率
（%）A超声
功率B提取
时间C提取
温度D料液比 1 1 1 1 1 2.42 2.63 2.49 2.51 2 1 2 2 2 5.54 6.10 5.88 5.84 3 1 3 3 3 3.85 4.21 3.97 4.01 4 2 1 2 3 4.93 5.15 4.70 4.92 5 2 2 3 1 4.21 4.34 4.57 4.37 6 2 3 1 2 3.55 3.91 3.67 3.71 7 3 1 3 2 2.89 3.15 3.09 3.04 8 3 2 1 3 4.50 4.84 4.73 4.69 9 3 3 2 1 5.21 5.41 4.98 5.20 K1 37.05 31.41 32.70 36.22 K2 38.99 44.67 47.86 37.74 K3 38.76 38.72 34.24 40.84 k1 4.117 3.490 3.634 4.025 k2 4.333 4.964 5.318 4.194 k3 4.307 4.303 3.805 4.538 R 0.216 1.473 1.684 0.513 主次因素 C>B>D>A 最优方案 A2B2C2D3
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[1] JIANG Y L, YIN H, ZHOU X F, et al. Antimicrobial, antioxidant and physical properties of chitosan film containing Akebia trifoliata (Thunb.) Koidz. peel extract/montmorillonite and its application[J]. Food Chemistry,2021,361:130111. doi: 10.1016/j.foodchem.2021.130111
[2] ZHANG Y M, CAO Y M, WANG Y D, et al. Somatic embryogenesis induction and genetic stability assessment of plants regenerated from immature seeds of Akebia trifoliate (Thunb.) Koidz[J]. Forests,2023,14:473. doi: 10.3390/f14030473
[3] 李朝阁. 八月瓜酒酿造及籽油、多酚提取和抗氧化性研究[D]. 西安:陕西科技大学, 2016. [LI C G. Akebia trifoliate wine brewing, extraction of seed oil, polyphenols and its antioxidant activity research[D]. Xi'an:Shaanxi University of Science & Technology, 2016.] LI C G. Akebia trifoliate wine brewing, extraction of seed oil, polyphenols and its antioxidant activity research[D]. Xi'an: Shaanxi University of Science & Technology, 2016.
[4] IWANAGAS S, WARASHINA T, MIYASEA T. Triterpene saponins from the pericarps of Akebia trifoliata[J]. Chemical and Pharmaceutical Bulletin,2012,60(10):1264−1274. doi: 10.1248/cpb.c12-00448
[5] WANG X Y, YU N X, PENG H L, et al. The profiling of bioactives in Akebia trifoliata pericarp and metabolites, bioavailability and in vivo anti-inflammatory activities in DSS-induced colitis mice[J]. Food Function,2019,10(7):3977−3991. doi: 10.1039/C9FO00393B
[6] JIANG Y, DU Y X, ZHU X M, et al. Physicochemical and comparative properties of pectins extracted from Akebia trifoliata var. australis peel[J]. Carbohydrate Polymers,2012,87(2):1663−1669. doi: 10.1016/j.carbpol.2011.09.064
[7] 张孟琴, 欧根友, 徐路, 等. 不同产地三叶木通果胶的理化性质、抗氧化活性及对癌细胞A549和K562-2生长的抑制作用[J]. 食品与发酵工业,2022,48(22):128−133. [ZHANG M Q, OU G Y, XU L, et al. Physicochemical properties, antioxidant activities, and inhibitory capabilities of pectins in the pericarps of Akebia trifoliata from different regions on cancer cells A549 and K562-2[J]. Food and Fermentation Industries,2022,48(22):128−133.] ZHANG M Q, OU G Y, XU L, et al. Physicochemical properties, antioxidant activities, and inhibitory capabilities of pectins in the pericarps of Akebia trifoliata from different regions on cancer cells A549 and K562-2[J]. Food and Fermentation Industries, 2022, 48（22）: 128−133.
[8] LUO M, ZHOU D D, SHANG A, et al. Influences of microwave-assisted extraction parameters on antioxidant activity of the extract from Akebia trifoliata peels[J]. Foods,2021,10(6):1432. doi: 10.3390/foods10061432
[9] WANG Y J, XIONG X, HUANG G L. Ultrasound-assisted extraction and analysis of maidenhairtree polysaccharides[J]. Ultrason Sonochem,2023,95:106395. doi: 10.1016/j.ultsonch.2023.106395
[10] KHACHATRYAN K, KHACHATRYAN G, CIESIELSKI W. Special issue on polysaccharides:From extraction to applications[J]. Applied Sciences,2022,12:12461. doi: 10.3390/app122312461
[11] 邵显会. 三叶木通总黄酮和多糖的提取纯化及生物活性研究[D]. 西安:陕西师范大学, 2012. [SHAO X H. Extraction, purification, and biological activity study of total flavonoids and polysaccharides from Akebia trifoliata[D]. Xi'an:Shaanxi Normal University, 2012.] SHAO X H. Extraction, purification, and biological activity study of total flavonoids and polysaccharides from Akebia trifoliata[D]. Xi'an: Shaanxi Normal University, 2012.
[12] LI X, WEI J, LIN L Z, et al. Extraction, moisturizing activity and potential application in skin cream of Akebia trifoliata (Thunb.) Koidz polysaccharide[J]. Industrial Crops and Products,2023,197:116613. doi: 10.1016/j.indcrop.2023.116613
[13] 朱绍荣, 杨歌, 杨东, 等. 八月瓜与9种常见水果的有机营养成分比较分析[J]. 昆明学院学报,2022,44(3):70−74. [ZHU S R, YANG G, YANG D, et al. Comparative analysis of organic nutrients between Holboellia latifolia and nine common fruits[J]. Journal of Kunming University,2022,44(3):70−74.] ZHU S R, YANG G, YANG D, et al. Comparative analysis of organic nutrients between Holboellia latifolia and nine common fruits[J]. Journal of Kunming University, 2022, 44（3）: 70−74.
[14] 张孟琴, 徐路, 张俊波, 等. 三叶木通果皮主要营养成分、活性成分含量测定及果皮提取物抗氧化活性评价[J]. 食品工业科技,2022,43(10):388−394. [ZHANG M Q, XU L, ZHANG J B, et al. Determination of contents of the main nutritional components, functional components of Akebia trifoliata pericarps and evaluation of the antioxidant activity of peel extracts[J]. Science and Technology of Food Industry,2022,43(10):388−394.] ZHANG M Q, XU L, ZHANG J B, et al. Determination of contents of the main nutritional components, functional components of Akebia trifoliata pericarps and evaluation of the antioxidant activity of peel extracts[J]. Science and Technology of Food Industry, 2022, 43（10）: 388−394.
[15] 刘永玲, 赵建国, 赵治兵, 等. PMP柱前衍生HPLC法测定八月瓜果皮多糖中单糖组成[J]. 食品研究与开发,2023,44(21):131−137. [LIU Y L, ZHAO J G, ZHAO Z B, et al. Determination of monosaccharide composition of polysaccharides from Akebia trifoliate peel by PMP-HPLC with pre-column derivatization[J]. Food Research and Development,2023,44(21):131−137.] doi: 10.12161/j.issn.1005-6521.2023.21.018 LIU Y L, ZHAO J G, ZHAO Z B, et al. Determination of monosaccharide composition of polysaccharides from Akebia trifoliate peel by PMP-HPLC with pre-column derivatization[J]. Food Research and Development, 2023, 44（21）: 131−137. doi: 10.12161/j.issn.1005-6521.2023.21.018
[16] 陈艳萍, 贺菊萍, 刘意, 等. 超声波-微波辅助提取杜仲叶多糖工艺优化及其体外抗凝血活性分析[J]. 食品工业科技,2023,44(17):202−211. [CHEN Y P, HE J P, LIU Y, et al. Optimization of ultrasonic-microwave assisted extraction of polysaccharides from Eucommia ulmoides leaves and its anticoagulant activity in vitro[J]. Science and Technology of Food Industry,2023,44(17):202−211.] CHEN Y P, HE J P, LIU Y, et al. Optimization of ultrasonic-microwave assisted extraction of polysaccharides from Eucommia ulmoides leaves and its anticoagulant activity in vitro[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44（17）: 202−211.
[17] 周香辉, 莫晓宁, 凌楠, 等. 广西产‘桂桑优’桑叶不同溶剂提取物的抗氧化及降糖活性分析[J]. 食品科技,2022,47(12):193−199. [ZHOU X H, MO X N, LING N, et al. Analysis of antioxidant and hypoglycemic activities of different solvent extracts from Guangxi 'GuiSangyou' mulberry leaf[J]. Food Science and Technology,2022,47(12):193−199.] ZHOU X H, MO X N, LING N, et al. Analysis of antioxidant and hypoglycemic activities of different solvent extracts from Guangxi 'GuiSangyou' mulberry leaf[J]. Food Science and Technology, 2022, 47（12）: 193−199.
[18] 陈丽叶, 常希光, 冯晓光, 等. 山药多糖的体外抗氧化活性研究[J]. 食品科学,2021,42(19):122−128. [CHEN L Y, CHANG X G, FENG X G, et al. Study on the in vitro antioxidant activity of Chinese yam polysaccharides[J]. Food Science,2021,42(19):122−128.] doi: 10.7506/spkx1002-6630-20201107-073 CHEN L Y, CHANG X G, FENG X G, et al. Study on the in vitro antioxidant activity of Chinese yam polysaccharides[J]. Food Science, 2021, 42（19）: 122−128. doi: 10.7506/spkx1002-6630-20201107-073
[19] 林栋, 陈昌兴, 杨强, 等. 贵长猕猴桃多酚抗氧化及抑制亚硝化作用研究[J]. 食品科技,2019,44(4):230−235,243. [LIN D, CHEN C X, YANG Q, et al. The effect of polyphenols from Guichang kiwifruit on antioxidization and inhibition of nitrosation[J]. Food Science and Technology,2019,44(4):230−235,243.] LIN D, CHEN C X, YANG Q, et al. The effect of polyphenols from Guichang kiwifruit on antioxidization and inhibition of nitrosation[J]. Food Science and Technology, 2019, 44（4）: 230−235,243.
[20] 李思维, 卫倩倩, 宋宵, 等. 党参多糖的抗氧化及降糖活性研究[J]. 临床医学研究与实践,2020,5(32):8−11. [LI S W, WEI Q Q, SONG X, et al. Study on antioxidant and hypoglycemic activities of Codonopsis pilosula polysaccharide[J]. Clinical Research and Practice,2020,5(32):8−11.] LI S W, WEI Q Q, SONG X, et al. Study on antioxidant and hypoglycemic activities of Codonopsis pilosula polysaccharide[J]. Clinical Research and Practice, 2020, 5（32）: 8−11.
[21] 龚频, 王佩佩, 同美霖, 等. 红枣多糖的提取工艺及药理活性研究[J]. 食品工业科技,2022,43(13):198−207. [GONG P, WANG P P, TONG M L, et al. Study on extraction technology and pharmacological activities of polysaccharide from Ziziphus jujube[J]. Science and Technology of Food Industry,2022,43(13):198−207.] GONG P, WANG P P, TONG M L, et al. Study on extraction technology and pharmacological activities of polysaccharide from Ziziphus jujube[J]. Science and Technology of Food Industry, 2022, 43（13）: 198−207.
[22] 陈蕾, 郑甜甜, 朱贺宇, 等. 响应面法优化超声辅助提取姬菇多糖及其体外抗氧化性[J]. 中国食品添加剂,2024,35(1):143−149. [CHEN L, ZHENG T T, ZHU H Y, et al. Optimization of ultrasound-assisted extraction of polysaccharides from Agaricus blazei by response surface methodology and its in vitro antioxidant activity[J]. China Food Additives,2024,35(1):143−149.] CHEN L, ZHENG T T, ZHU H Y, et al. Optimization of ultrasound-assisted extraction of polysaccharides from Agaricus blazei by response surface methodology and its in vitro antioxidant activity[J]. China Food Additives, 2024, 35（1）: 143−149.
[23] 李文宇, 王茜, 沈静, 等. 超声波辅助提取新疆香梨多糖的工艺研究[J]. 食品研究与开发,2023,44(4):136−142. [LI W Y, WANG Q, SHEN J, et al. Study on ultrasound-assisted extraction of polysaccharides from fragrant pears in Xinjiang[J]. Food Research and Development,2023,44(4):136−142.] doi: 10.12161/j.issn.1005-6521.2023.04.020 LI W Y, WANG Q, SHEN J, et al. Study on ultrasound-assisted extraction of polysaccharides from fragrant pears in Xinjiang[J]. Food Research and Development, 2023, 44（4）: 136−142. doi: 10.12161/j.issn.1005-6521.2023.04.020
[24] 曾祥玉. 松塔鳞片多糖的提取及其免疫生理活性研究[D]. 长春:吉林农业大学, 2021. [ZENG X Y. Study on extraction of pinecone scale polysaccharide and its imunological activity[D]. Changchun:Jilin Agricultural University, 2021.] ZENG X Y. Study on extraction of pinecone scale polysaccharide and its imunological activity[D]. Changchun: Jilin Agricultural University, 2021.
[25] LIU Y, QIANG M, SUN Z, et al. Optimization of ultrasonic extraction of polysaccharides from Hovenia dulcis peduncles and their antioxidant potential[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2015,80:350−357. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2015.06.054
[26] 刘宇, 熊亮, 彭成, 等. 姜黄醇提物化学成分及其抗氧化活性分析[J]. 食品科学,2019,40(12):226−231. [LIU Y, XIONG L, PENG C, et al. Chemical constituents from ethanol extract of Curcuma longa L. Rhizoma and their antioxidant activity[J]. Food Science,2019,40(12):226−231.] doi: 10.7506/spkx1002-6630-20180704-057 LIU Y, XIONG L, PENG C, et al. Chemical constituents from ethanol extract of Curcuma longa L. Rhizoma and their antioxidant activity[J]. Food Science, 2019, 40（12）: 226−231. doi: 10.7506/spkx1002-6630-20180704-057
[27] 常相娜, 陈雪峰, 龚频, 等. 融水香菇多糖结构表征及体外抗氧化、降糖活性[J]. 中国食品添加剂,2022,33(4):1−9. [CHANG X N, CHEN X F, GONG P, et al. Structural characterization, in vitro anti-oxidative effect and hypoglycemic activity of lentinan from Rongshui county[J]. China Food Additives,2022,33(4):1−9.] CHANG X N, CHEN X F, GONG P, et al. Structural characterization, in vitro anti-oxidative effect and hypoglycemic activity of lentinan from Rongshui county[J]. China Food Additives, 2022, 33（4）: 1−9.
[28] 李晓萌, 李佳惠, 王雨行, 等. 响应面优化莲藕多酚提取工艺及其生物活性研究[J]. 食品科技,2022,47(1):203−211. [LI X M, LI J H, WANG Y X, et al. Optimization of extraction process and bioactivities of polyphenols from lotus root by response surface method[J]. Food Science and Technology,2022,47(1):203−211.] LI X M, LI J H, WANG Y X, et al. Optimization of extraction process and bioactivities of polyphenols from lotus root by response surface method[J]. Food Science and Technology, 2022, 47（1）: 203−211.
[29] 罗宗洪, 蔡圣宝, 易俊洁. 八月瓜的化学组成、抗氧化性及α-葡萄糖苷酶活性抑制研究[J]. 食品与发酵工业,2020,46(1):130−135. [LUO Z H, CAI S B, YI J J. Phytochemical composition, antioxidant activity and α-glucosidase inhibitory ability of Akebia trifoliata[J]. Food and Fermentation Industries,2020,46(1):130−135.] LUO Z H, CAI S B, YI J J. Phytochemical composition, antioxidant activity and α-glucosidase inhibitory ability of Akebia trifoliata[J]. Food and Fermentation Industries, 2020, 46（1）: 130−135.
[30] 羡荣华, 蒲铎文, 樊梓鸾, 等. 老山芹多糖的分离纯化、结构表征及体外降糖活性研究[J]. 食品与发酵工业,2023,49(18):113−118,124. [XIAN R H, PU D W, FAN Z L, et al. Isolation, purification, structure characterization, and hypoglycemic activity analysis of polysaccharides from Heraclenm dissectum[J]. Food and Fermentation Industries,2023,49(18):113−118,124.] XIAN R H, PU D W, FAN Z L, et al. Isolation, purification, structure characterization, and hypoglycemic activity analysis of polysaccharides from Heraclenm dissectum[J]. Food and Fermentation Industries, 2023, 49（18）: 113−118,124.
[31] 刘楠楠. 黑木耳多糖的提取纯化、结构表征及降糖活性研究[D]. 西安:陕西科技大学, 2022. [LIU N N. Study on extraction, purification, structure characterization and hypoglycemic activity of Auricularia auricularia polysaccharide[D]. Xi'an:Shaanxi University of Science and Technology, 2022.] LIU N N. Study on extraction, purification, structure characterization and hypoglycemic activity of Auricularia auricularia polysaccharide[D]. Xi'an: Shaanxi University of Science and Technology, 2022.
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