蒸汽爆破预处理对铁皮石斛多糖结构、化学组成及消化特性的影响研究

为解决铁皮石斛(Dendrobium officinale)细胞壁结构致密导致多糖释放效率低的问题，浙江科技大学研究人员通过蒸汽爆破(SE)预处理（SF=3.50和3.91）提升多糖提取率，系统分析了SE处理对多糖分子量(Mw)、单糖组成、三螺旋结构及抗氧化活性的影响。结果表明，SEDOP3.50纯度提高20.5%，糖醛酸含量显著增加，体外消化后仍保持最优抗氧化活性（ABTS?+清除率提升69.3%），为功能性食品开发提供新策略。

　　

铁皮石斛作为中国传统药用植物，其核心活性成分多糖具有抗氧化、免疫调节等多种生理功能。然而，这类植物因细胞壁中纤维素含量高达70%，被俗称为"铁皮"，致密结构严重阻碍多糖的高效释放。传统提取方法效率低下，而蒸汽爆破(Steam Explosion, SE)技术通过高温高压瞬时释压的"爆破"效应，能有效破坏生物质结晶结构，但此前对SE处理后的铁皮石斛多糖(SEDOPs)在消化过程中的结构-活性变化缺乏系统研究。

浙江科技大学生物与化学工程学院的研究团队创新性地采用两种不同强度因子(SF=3.50和3.91)的SE预处理铁皮石斛，结合体外模拟胃肠消化模型，首次揭示了SE技术对多糖理化特性及生物活性的动态影响。研究通过高效凝胶渗透色谱(HPGPC)分析分子量分布，PMP柱前衍生-HPLC检测单糖组成，刚果红实验表征三螺旋结构，并采用ABTS?⁺/DPPH?自由基清除实验和FRAP法评价抗氧化活性。

在结构特征方面，SEM观察发现SE处理使多糖形成多孔蜂窝状结构，且孔隙度随SF值增加而增大。HPGPC显示未经处理的DOP分子量为345.1 kDa，而SEDOP_3.50和SEDOP_3.91分别降至230.1/27.2 kDa和101.5/11.1 kDa。体外消化后所有样品分子量进一步降低，但SE处理组变化更显著，如SEDOP_3.50从230.1 kDa降至41.9 kDa。单糖组成分析表明，甘露糖(Man)和葡萄糖(Glu)是主要成分，但SE使Glu含量显著增加34.0%-54.6%，且在肠道消化阶段Glu降解率达39.7%-52.0%。

化学组分检测显示，SEDOP_3.50的总碳水化合物含量(77.15%)比DOP提高20.5%，糖醛酸含量增加151.6%。体外消化过程中，所有样品还原糖含量增加52.6%-62.9%，糖醛酸呈现"胃增肠减"的特征变化。FT-IR证实SE和消化过程未改变多糖基本官能团，但1736 cm^-1处羧酸基团吸收峰增强与糖醛酸检测结果吻合。刚果红实验表明SE会降低三螺旋结构稳定性，且该结构在肠道消化阶段完全解旋。

最引人注目的是抗氧化活性结果：SEDOP_3.50的ABTS?⁺和DPPH?清除率分别比DOP提高69.3%和84.0%，FRAP值增加37.6%。这种优势在消化后依然保持，如肠道消化后的SEDOP_3.50的ABTS?⁺清除活性仍比DOP高111.7%。研究人员发现抗氧化活性与糖醛酸含量呈正相关，SEDOP_3.50在消化全程保持最高糖醛酸含量(9.41%-11.83%)，印证了其卓越的抗氧化性能。

该研究首次阐明SE预处理通过破坏铁皮石斛细胞壁的物理屏障，不仅显著提高多糖得率（SEDOP_3.50达31.02%，较DOP提升230%），更通过调控分子量分布和暴露糖醛酸等活性基团，增强多糖的消化稳定性和抗氧化功能。特别是SF=3.50（1.5 MPa/240 s）的处理条件在纯度、结构修饰和生物活性方面展现出最佳平衡，为开发高附加值铁皮石斛功能食品提供了关键技术参数和理论依据。这项发表在《LWT》的研究，为中药材活性成分的高效提取和定向改性提供了创新思路，对推动传统中药现代化具有重要意义。