超声辅助提取长根菇多糖的结构特性、功能活性及口服吸收行为研究

本研究针对传统提取方法效率低、活性保留差的问题，通过响应面法优化超声辅助提取（UAE）工艺，获得高得率长根菇多糖（UAE-ORP），系统解析其结构特征与功能特性，证实其显著抗氧化、抗炎及益生活性，并首次通过近红外成像揭示其胃肠道滞留规律，为功能性食品开发提供新策略。

　　

长根菇（Oudemansiella raphanipies）作为中国四大名菌之一，因其脆嫩口感和鲜美风味被誉为“菌中皇后”，不仅具有极高的食用价值，更富含多种生物活性成分，其中多糖被认为是其最重要的活性物质之一。传统上，从食用菌中提取多糖多采用热水提取法（HWE），但这种方法存在提取效率低、耗时长、能耗高且易导致活性成分降解等问题。尽管先前有研究尝试通过单因素和正交实验优化超声辅助提取（UAE）条件，但这些方法未能充分考虑变量间的交互作用，且缺乏对提取所得多糖的精细结构、功能特性及体内行为的深入探索。因此，开发一种高效、环保的提取方法，并全面评估所得多糖的综合价值，成为当前研究的重要方向。

为了应对这些挑战，吉林农业大学的张静博等研究人员在《Food Chemistry: X》上发表了一项系统研究，他们采用响应面法（RSM）对UAE工艺进行了精细优化，成功获得了高得率的长根菇多糖（UAE-ORP），并对其理化性质、结构特征、功能特性、生物活性以及口服后的体内分布进行了多维度的深入研究。该研究不仅显著提升了多糖的提取效率，更揭示了其作为一种多功能天然产物在功能性食品和医药领域的巨大应用潜力。

研究人员为开展此项研究，主要应用了几项关键技术方法：首先，采用基于Box-Behnken设计（BBD）的响应面法（RSM）优化了超声辅助提取（UAE）的四个关键参数（温度、时间、功率、料液比）；其次，利用Sephadex G-75凝胶过滤柱对粗提多糖进行纯化；第三，综合运用离子色谱（IC）、高效凝胶渗透色谱-蒸发光散射检测器（HPGPC-ELSD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、刚果红实验、碘-碘化钾（I₂-KI）实验、扫描电子显微镜（SEM）和热重分析（TGA/DSC）等技术对纯化后的多糖（UAE-ORP）进行了全面的结构表征；第四，通过体外化学模型评估了其抗氧化（DPPH、羟基自由基、ABTS清除能力及还原力）和抗炎（抑制BSA变性及NO分泌）活性；第五，通过体外发酵实验评估了其对两种乳酸菌（Lactiplantibacillus PlantarumLP1 和 Lactiplantibacillus RhamnosusLR1）生长的促进作用；最后，创新性地将多糖与近红外染料Cy5.5偶联（ORP-Cy5.5），并利用近红外（NIR）荧光成像技术实时追踪了其在小鼠体内的口服吸收及分布情况。研究所用长根菇样本购自长春农贸市场。

3.1. 单因素提取实验

通过单因素实验初步探究了温度、时间、超声功率和料液比对长根菇多糖提取率的影响。结果表明，提取率随各因素的变化均呈现先升高后降低的趋势，初步确定的最佳范围分别为温度65°C、时间90分钟、功率250 W、料液比1:60 g/mL，为该研究后续的RSM优化奠定了基础。

3.2. 响应面法（RSM）优化

基于单因素实验结果，采用四因素三水平的Box-Behnken设计（BBD）进行RSM优化。建立了提取率的二次多项式模型，方差分析显示模型显著（P< 0.001），失拟项不显著（P> 0.05），说明模型拟合良好。响应面图分析表明，各因素对提取率的影响大小为超声功率 > 料液比 > 温度 > 时间。模型预测的最佳条件为：温度64.69°C、时间94.09分钟、功率258.67 W、料液比1:63.97 g/mL，预测提取率为217.10 mg/g。为便于操作，将条件修正为温度65°C、时间90分钟、功率250 W、料液比1:60 g/mL，在此条件下进行验证实验，实际提取率达到210.35 ± 0.20 mg/g，与预测值高度吻合，且显著高于传统热水提取法（HWE）的得率（34.35 ± 0.20 mg/g），证明了RSM-UAE方法的优越性。

3.3. 理化性质与结构表征

纯化后的多糖（UAE-ORP）的总糖含量为89.21%，显示出较高的纯度。其分子量（Mw）经HPGPC-ELSD测定为568.57 kDa，且呈单一窄峰，表明其为均一多糖。单糖组成分析显示，UAE-ORP主要由葡萄糖（Glc, 35.48%）、半乳糖（Gal, 28.51%）、岩藻糖（Fuc, 12.95%）、甘露糖（Man, 12.62%）、木糖（Xyl, 8.75%）和葡萄糖醛酸（Glc-UA, 1.69%）组成，是一种杂多糖。FT-IR光谱分析揭示了其多糖的特征吸收峰，并在890 cm^-1处观察到微弱吸收峰，表明可能存在α-糖苷键。刚果红实验表明UAE-ORP存在三螺旋结构，而I₂-KI实验证实其具有长分支链且不含淀粉杂质。SEM观察显示其表面呈不规则碎片状和层状结构，带有孔洞，这是超声处理促进多糖释放的典型形貌。TGA/DSC分析表明UAE-ORP具有高热稳定性，其最大分解温度（T_max）高达322°C，优于许多商业多糖（如果胶）。

3.4. 功能特性

研究系统评估了UAE-ORP的功能特性。其水合能力（WRC）和持油能力（ORC）分别高达4.11 g/g和16.21 g/g，显著高于许多已知的植物多糖，表明其可作为良好的食品稳定剂和增稠剂。其乳化活性指数（EAI）和乳化稳定性指数（ESI）分别为10.03%和143.54%，起泡能力（FC）和泡沫稳定性（FS）分别达到105.50%和104.45%，这些优异的功能特性为其在烘焙食品、乳制品、饮料等中的应用提供了可能。

3.5. 体外活性

3.5.1. 抗氧化活性分析

UAE-ORP展现出浓度依赖性的强大抗氧化活性。在4 mg/mL浓度下，其对DPPH自由基的清除率高达90.43%，接近阳性对照Vc的水平；对羟基自由基的清除率为57.13%；同时还表现出一定的还原力和ABTS自由基清除能力。其优异的抗氧化活性与其丰富的单糖组成（尤其是Glc、Gal、Man、Fuc）以及可能存在的活性羟基有关。

3.5.2. 化学抗炎活性

在体外抗炎实验中，UAE-ORP对牛血清白蛋白（BSA）变性的抑制率在5 mg/mL时达到97.49%，对脂多糖（LPS）诱导的巨噬细胞NO分泌也表现出一定的抑制能力（38.23%），初步证实了其具有抗炎潜力。

3.5.3. UAE-ORP的益生元活性

通过体外发酵实验评估了UAE-ORP对两种益生菌（L. plantarumLP1 和 L. rhamnosusLR1）的促生长作用。与空白对照组（CK）相比，添加UAE-ORP能显著提高两种菌的菌液浓度（OD₆₀₀值）并降低培养基的pH值，尽管效果仍低于阳性对照低聚果糖（FOS），但这表明UAE-ORP可被益生菌利用，具有潜在的益生元特性。

3.6. ORP-Cy5.5的体内分布

为了解UAE-ORP的口服吸收行为，研究创新性地将其与近红外染料Cy5.5偶联，制备了ORP-Cy5.5探针。体外稳定性实验表明该探针在模拟胃肠液中稳定。通过小动物活体成像技术（NIR）追踪发现，口服ORP-Cy5.5后，荧光信号主要集中在小鼠腹部（胃肠道），并在摄入后1-6小时最强，部分信号可持续至24小时，远长于游离Cy5.5组。离体器官成像显示，荧光信号几乎不分布于主要脏器（心、肝、脾、肺、肾、脑），而主要富集于肠道，尤其是盲肠区域。这清晰地表明UAE-ORP口服后难以被吸收入血，而是长时间滞留于胃肠道，这为其作为益生元被肠道菌群充分利用提供了关键的时空条件。

研究结论与讨论部分强调，本研究成功建立并优化了一种高效、环保的超声辅助提取（UAE）工艺用于制备长根菇多糖（ORP），其提取率远高于传统方法。所获得的UAE-ORP是一种具有α-吡喃糖结构、高热稳定性的均一杂多糖，并表现出优异的水合、乳化、起泡等功能特性。更重要的是，研究首次通过近红外成像技术直观揭示了UAE-ORP口服后主要在胃肠道分布和滞留的规律，为其作为难以被直接吸收、但能靶向调节肠道菌群的功能性食品成分提供了直接证据。综合其显著的抗氧化、抗炎和潜在益生元活性，UAE-ORP成为一种集多种优势于一身、极具开发潜力的天然功能性食品添加剂或保健品原料。该研究不仅为长根菇的高值化综合利用提供了新的技术路径和理论依据，也为其他食用菌多糖的深度开发和功能评价提供了可借鉴的研究范式。