基于GA-BP神经网络模型优化超声辅助提取八月瓜多糖的工艺特性及其抗氧化活性研究

本研究针对传统中药八月瓜（Akebia Fruit）多糖提取效率低、工艺优化不精准的问题，采用Box-Behnken设计（BBD）结合遗传算法-反向传播（GA-BP）人工神经网络模型，优化超声辅助提取（UAE）工艺。研究发现GA-BP模型预测参数（65℃、1:50 g/mL、400 W）显著提升多糖纯度和转移率，并成功分离纯化出分子量13,775 Da的中性多糖AFP-1，其含β-吡喃糖环和甘露糖等五种单糖，体外实验证实其抗氧化活性。该研究为天然多糖的高效提取和生物活性开发提供了新策略。

　　

在传统中药和天然产物研究中，多糖因其多样的生物活性（如抗氧化、免疫调节）备受关注，但低提取效率和复杂结构解析仍是瓶颈。八月瓜（Akebia Fruit）作为中国药典收录药材，其多糖成分的研究长期被忽视。如何通过现代技术优化提取工艺并阐明结构-活性关系，成为亟待解决的问题。

杭州康仑中药切片有限公司等机构的研究人员通过结合Box-Behnken设计（BBD）和遗传算法-反向传播（GA-BP）人工神经网络模型，对八月瓜多糖的超声辅助提取工艺进行精准优化。实验表明，GA-BP模型预测参数（65℃、1:50 g/mL、400 W）的综合评分（50.21）显著高于BBD模型（44.614），且验证实验证实其R²（0.90）更高，RMSE（2.04）和MAE（1.57）更低。通过DEAE-52纤维素柱和Sephadex G-100凝胶柱纯化，获得中性均一多糖AFP-1，其分子量为13,775 Da，由甘露糖、核糖、葡萄糖、半乳糖和岩藻糖（摩尔比1.81:1.00:6.31:4.46:1.97）构成。

关键实验技术
研究采用超声辅助提取（UAE）结合响应面法优化工艺；通过高效凝胶渗透色谱（HPGPC）测定分子量；红外光谱（FTIR）和核磁共振（NMR）解析结构；扫描电镜（SEM）观察形貌；体外抗氧化实验（DPPH、ABTS、FRAP法）评估活性。

研究结果

1. 提取工艺优化：GA-BP模型较BBD更精准，预测参数下多糖提取率提升11.6%，且模型迁移性适用于其他中药成分提取。
2. AFP-1结构表征：HPGPC显示其为均一多糖；刚果红实验证实其三螺旋结构；FTIR显示β-吡喃糖环特征峰（607.89 cm^?1）；¹H NMR和¹³C NMR揭示α/β糖苷键共存，HSQC谱证实C1-H1相关信号。
3. 抗氧化活性：AFP-1在45 mg/mL时对DPPH自由基清除率达68.5%，ABTS和FRAP实验显示浓度依赖性抗氧化能力。

结论与意义
该研究首次将GA-BP神经网络应用于八月瓜多糖提取优化，显著提升工艺效率；AFP-1的结构解析为低分子量多糖（<20 kDa）的活性研究提供范例。其抗氧化活性提示其在心血管疾病等氧化应激相关疾病中的潜在应用价值。成果发表于《Ultrasonics Sonochemistry》，为中药多糖的工业化开发及结构-功能关系研究奠定基础。