物理辅助提取法对山药皮多糖结构、理化及益生特性的影响机制研究

本研究针对山药加工副产物利用率低、环境污染等问题，系统比较了热水(HWP)与六种物理辅助提取法(USP/HHPP/PEFP/CPP/MWP/RFP)对山药皮多糖(CYPPs)的影响。发现微波法(MWP)提取率最高(15.52%)且分子量最大(353.35kDa)，超声(USP)和高压处理(HHPP)显著提升抗氧化活性与益生菌促生长能力，为高值化利用农业废弃物提供了新策略。

　　

研究背景与意义
每年山药加工过程中产生10%-15%的废弃表皮，这些富含生物活性成分的副产物往往被直接丢弃，既造成资源浪费又引发环境压力。尽管已有研究表明山药皮多糖(CYPPs)具有与果肉相似的营养价值，但传统热水提取法效率低下，且不同物理辅助技术对多糖结构-功能关系的影响机制尚不明确。如何通过绿色提取技术同步提升CYPPs得率与生物活性，成为实现农业废弃物高值化利用的关键科学问题。

来自广西健康食品科学与技术重点实验室（贺州学院）等机构的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表论文，首次系统评估了六种物理辅助提取技术对CYPPs的多维度影响。研究发现微波辅助法可突破性提高多糖得率，而超声和高压处理能特异性增强其益生功能，这为开发功能性食品配料提供了理论依据与技术路径。

关键技术方法
研究采用新鲜广东高州淮山药皮为原料，通过热水提取(HWP)与六种物理辅助技术（超声USP、高静水压HHPP、脉冲电场PEFP、冷等离子体CPP、微波MWP、射频RFP）对比提取CYPPs。运用HPLC分析单糖组成，GPC测定分子量(Mw)，AFM观察三维构象，结合FT-IR、XRD、DSC等技术表征结构特性，最后通过DPPH/ABTS自由基清除实验和双歧杆菌增殖实验评价功能活性。

主要研究结果

提取率与单糖组成
微波辅助法(MWP)以15.52%的得率显著优于其他方法，其机制在于微波诱导的水分子偶极旋转破坏了细胞壁极性基团。所有CYPPs中葡萄糖占比最高(482.42-531.51 mg/g)，但物理处理改变了甘露糖/半乳糖等中性糖的比例，HHPP处理组的阿拉伯糖含量提升27.6%。

结构特性
原子力显微镜(AFM)显示USP和HHPP样品呈现独特的"叶脉状"微观形貌，MWP的垂直高度最大(1.66-2.54 nm)。尽管XRD证实所有CYPPs均为无定形结构，但DSC显示物理处理使热分解温度提高8-15°C，其中CPP处理组的热稳定性最突出。

功能活性
在抗氧化方面，USP组的DPPH清除率(EC₅₀
=1.24 mg/mL)较HWP提升40%；益生实验中HHPP处理使长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)生物量增加62%，可能与该方法保留的特定糖链构象有关。

结论与展望
该研究首次阐明物理辅助提取技术可通过调控CYPPs的分子量分布、链构象及表面特性来定向增强其功能活性。微波法在工业化提取中具有效率优势，而超声和高压处理更适用于开发益生元产品。这些发现不仅为农业废弃物的增值利用提供了技术方案，其建立的结构-活性关联模型还可拓展至其他植物多糖研究领域。未来研究应关注物理参数与多糖构效关系的定量解析，以及特定结构域与肠道菌群的互作机制。