荷叶多糖的提取条件优化、结构表征、体外活性评价及其消化酵解特性的研究

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荷叶为睡莲科莲属多年生植物莲(Nelumbo nucifera Gaertn)的叶片,含有多种生物活性成分,如多糖、生物碱、黄酮和维生素等,具有减肥、降血糖和降血脂等功效,是一种传统的食药用植物。然而,荷叶却经常作为莲藕产业的副产品而被丢弃,仅有少量荷叶被用于食品药品中。多糖作为荷叶的主要生物活性成分之一,具有抗氧化、降血糖和免疫调节等生理作用。因此,荷叶多糖的研究与开发可为荷叶在功能性食品或保健品中的应用提供理论基础,促进荷叶资源的高值化利用。本文首先采用单因素和响应面实验设计优化了低共熔溶剂辅助提取法制备荷叶多糖的工艺条件;随后,对荷叶多糖进一步分离纯化,研究了荷叶多糖的理化结构特征和体外生物活性,并与传统热水提取方法制备的荷叶多糖进行了比较;最后,采用体外模拟胃肠道消化和粪便发酵模型,研究了荷叶多糖的消化酵解特性及其对肠道菌群的调节作用。本研究主要结果如下:1.单因素和响应面实验设计优化低共熔溶剂辅助提取荷叶多糖本研究采用单因素实验评价了低共熔溶剂含水量、提取温度、液料比和提取时间对荷叶多糖提取率的影响,并进一步结合响应面实验设计对提取参数进行优化。研究结果表明,低共熔溶剂辅助提取荷叶多糖的最佳提取条件为:低共熔溶剂含水量61%,提取温度92℃,液料比31 m L/g,提取时间126 min。在此最佳条件下,荷叶多糖的实际提取率为5.38%±0.11%,与模型预测值非常接近,且显著高于传统热水提取法的提取率。2.荷叶多糖的分离、理化结构特征和体外生物活性研究本研究结合分级醇沉和膜分离法将荷叶粗多糖进行快速分离,随后研究了荷叶多糖的理化结构特征和体外生物活性,并与传统热水提取的荷叶多糖进行了比较研究。研究结果表明,采用低共熔溶剂辅助提取的荷叶多糖为均一性多糖组分,分子量为4.03×10~4 Da。然而,采用传统热水提取的荷叶多糖包含三个多糖组分,其分子量分别为12.90×10~4 Da(组分1)、4.70×10~4 Da(组分2)、3.43×10~4 Da(组分3)。两种方法提取的荷叶多糖具有相同的单糖类型,主要由半乳糖,半乳糖醛酸和阿拉伯糖组成;特别地,采用低共熔溶剂辅助提取的荷叶多糖含有较高比例的半乳糖醛酸,结合其分子量分布,研究结果表明该方法可能选择性的提取荷叶酸性多糖。红外光谱和核磁共振光谱分析结果表明,两种方法提取的荷叶多糖具有相同的糖残基类型,如1,4-α-D-Gal Ap、1,4-α-D-Gal AMep、1,3,6-β-D-Galp、1,4-β-D-Galp、1,5-α-L-Araf、和1,2-α-L-Rhap。体外生物活性评价结果表明,两种方法提取的荷叶多糖都具有较强的抗氧化、降血糖与免疫增强活性。特别地,采用低共熔溶剂辅助提取的荷叶多糖的体外生物活性显著优于传统热水提取方法制备的荷叶多糖,这可能是由于低共熔溶剂辅助提取的荷叶多糖具有相对较低的分子量和相对较高的糖醛酸含量等。综上所述,本研究建立的低共熔溶剂辅助提取法可以高效的制备荷叶酸性活性多糖,有望为荷叶资源的精深加工与高值化利用提供技术支持。3.荷叶多糖的体外模拟胃肠道消化酵解特性及其对肠道菌群调节作用的研究本研究探讨了荷叶多糖在体外模拟唾、胃、小肠液消化过程中理化性质的动态变化。结果表明,荷叶多糖在体外模拟唾、胃、小肠液消化期间,消化液中的还原糖含量基本保持稳定,且荷叶多糖分子量分布、总多糖含量、糖醛酸含量等也无显著性变化。研究结果揭示荷叶多糖在模拟胃肠消化过程中结构较稳定,能够安全到达结肠而被肠道菌群利用。随后,进一步研究了肠液消化后荷叶多糖在体外粪便发酵中的酵解特性和对肠道菌群的影响,结果显示,在发酵过程中还原糖的含量先显著增加后显著下降,并检测到游离单糖的释放。荷叶多糖的分子量也从4.03×10~4 Da显著降低到1.37×10~4 Da,其半乳糖和阿拉伯糖比例在发酵初期也显著降低。此外,荷叶多糖的总多糖含量和糖醛酸含量也显著降低。研究结果表明荷叶多糖在体外粪便发酵过程中被肠道微生物降解和利用。肠道菌群分析结果发现,荷叶多糖能显著增加拟杆菌属(Bacteroides)、巨单胞菌属(Megamonas),柯林斯氏菌属(Collinsella)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)等有益菌的相对丰度,并显著降低有害菌,如梭杆菌门(Fusobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度。同时,荷叶多糖能够显著促进短链脂肪酸的释放,其含量随着发酵时间的增加而逐渐升高。研究结果表明荷叶多糖可以有效调节肠道菌群,可作为促进肠道健康的潜在益生元。
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