《Food Hydrocolloids for Health》：Comparison of Ultrasound-Assisted and Conventional Hot Water Extraction of
Chimonanthus salicifolius Polysaccharides: Effects on Physicochemical Properties, Functional Characteristics, and
in vitro Bioactivity
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提取策略可显著影响植物多糖的分子特征和功能特性。本研究对通过超声辅助热水提取（UHWE）和传统热水提取（CHWE）获得的柳叶蜡梅（*Chimonanthus salicifolius*）叶多糖（CSP）进行了分子、组成、理化、水胶体及若干体外性质的比较评价
提取策略可显著影响植物多糖的分子特征和功能特性。本研究对通过超声辅助热水提取（UHWE）和传统热水提取（CHWE）获得的柳叶蜡梅（*Chimonanthus salicifolius*）叶多糖（CSP）进行了分子、组成、理化、水胶体及若干体外性质的比较评价。在优化条件下，UHWE将CSP得率从8.35%提高至12.87%，同时显著缩短了提取时间并降低了估算的提取阶段能耗。两种CSP制备物显示出总体相似的波谱特征，均被表征为富含阿拉伯糖和半乳糖的酸性杂多糖组分，但两种提取方法获得的相对单糖组成存在差异。UHWE-CSP含有相对较高比例的鼠李糖和半乳糖醛酸，而CHWE-CSP含有相对较高比例的木糖和甘露糖。与CHWE-CSP相比，UHWE-CSP具有较低的分子量（46.00对94.19 kDa）、较小的粒径（722.13对787.83 nm）、更负的Zeta电位（?28.83对?24.91 mV）以及更高的总糖醛酸比例（5.37%对3.12%）。两种CSP制备物的水合性质相当，而UHWE-CSP表现出更高的起泡能力和较低的黏度，CHWE-CSP则表现出较高的动态模量。UHWE-CSP还普遍表现出更强的DPPH和ABTS自由基清除活性以及更好的副干酪乳杆菌（*Lacticaseibacillus paracasei*）生长促进作用。初步相容性试验显示，两种CSP制备物均具有低溶血活性，且在HET-CAM试验中无可观察到的刺激性。总体而言，UHWE获得的CSP具有独特的分子、组成、胶体及功能特性，支持对CSP潜在水胶体应用的进一步评价。
## 论文解读
### 一、研究背景与科学问题
植物多糖作为重要的天然大分子，具有多样的理化性质和生物活性，其性能与分子量、单糖组成、电荷特性、分支结构和链构象等分子特征密切相关。这些分子属性能够影响水合作用、分子间缔合、黏度、胶体稳定性及界面行为，从而决定其作为水胶体的功能表现。柳叶蜡梅（*Chimonanthus salicifolius*，CS）俗称“石凉茶”，是畲族群众传统饮用的草药茶，与胃肠道健康相关的用途有关，包括缓解胃部不适、腹胀和反酸。以往对CS的研究主要集中在黄酮类、香豆素类和挥发油等小分子成分上，其水提物在动物模型中显示出通过调节肠道菌群缓解DSS诱导的结肠炎以及减轻内质网应激相关的血管重塑等有益作用。然而，大分子组分尤其是多糖对这些效应的潜在贡献仍不清楚。
提取条件强烈影响多糖产品的得率、理化特性和功能表现。传统热水提取（CHWE）因操作简单、实用性强而被广泛使用，但常伴随提取时间长、效率相对较低和高能耗等问题。相比之下，超声辅助热水提取（UHWE）通过空化效应、剪切力和微流作用增强传质并促进多糖从植物组织中释放，成为一种有前景的替代方案。超声处理还可能影响分子尺寸分布和分子间相互作用，进一步调节回收多糖的理化、流变学和生物学功能。尽管已有这些进展，CSP的表征仍然不足，特别是其提取依赖的分子和水胶体性质。现有研究主要报道了初步的单糖组成和生物活性，鉴定出半乳糖、葡萄糖、阿拉伯糖和甘露糖为主要单糖，但对其分子尺寸分布、胶体特性和水胶体功能提供的信息很少。UHWE和CHWE是否能差异化地回收具有不同定量组成和分子特征的CSP组分仍不清楚。因此，本研究的创新点不仅在于使用不同的植物来源或应用超声辅助提取本身，更在于对UHWE-CSP和CHWE-CSP进行受控的并列比较，以确定提取策略如何影响多糖回收率、分子和组成特征、胶体行为及水胶体功能。
### 二、研究方法概述
研究人员采用响应面法（RSM）分别优化UHWE和CHWE的提取条件。UHWE采用四因素三水平的Box-Behnken设计，考察超声功率、超声温度、超声时间和液料比对CSP得率的影响；CHWE采用三因素三水平的Box-Behnken设计，优化液料比、提取时间和提取温度。提取的CSP通过苯酚-硫酸法测定多糖含量。采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见光谱（UV-Vis）和核磁共振波谱（13C NMR）进行波谱表征；使用动态光散射分析仪测定粒径和Zeta电位，扫描电子显微镜（SEM）观察形态，凝胶渗透色谱-多角度激光光散射（GPC-MALS）测定分子量，离子色谱测定单糖组成。功能特性评价包括持水能力（WHC）、水溶性指数（WSI）、起泡特性（FC和FS）和流变学性质（表观黏度、储能模量G′和损耗模量G″）。体外生物活性评价包括DPPH和ABTS自由基清除实验、副干酪乳杆菌生长促进实验和HT-29细胞活力实验。初步体外相容性评价包括绵羊红细胞溶血实验和鸡胚绒毛尿囊膜（HET-CAM）实验。所有实验均独立重复三次，数据以平均值±标准差表示，采用单因素方差分析和Tukey事后检验进行统计比较。
### 三、主要研究结果
**提取条件的优化与效率比较。** 通过响应面法获得UHWE的最优条件为超声功率310 W、温度63°C、时间32 min、液料比41 mL/g；CHWE的最优条件为液料比44 mL/g、时间103 min、温度95°C。验证实验显示，UHWE-CSP和CHWE-CSP的实验得率分别为12.87 ± 0.36%和8.35 ± 0.38%。与CHWE相比，UHWE使CSP得率显著提高54.13%，同时提取时间缩短2.36小时，估算的提取阶段能耗降低86.44%。
**波谱和组成特征。** FT-IR光谱显示两种CSP具有相似的多糖特征吸收带，包括O–H伸缩振动、C–H伸缩振动、羧基相关振动以及C–O–H和C–O–C伸缩振动。UV光谱显示两者在260 nm和280 nm处均无明显吸收，表明游离核酸和蛋白质含量较低。13C NMR谱显示两者具有总体相似的碳水化合物业谱特征，但若干异头碳、羧基碳和甲基区信号存在差异。单糖组成分析表明，两种CSP含有相同的单糖种类（Gal、Glc、Ara、Man、Rha、Fuc、Xyl、Gal-UA和Glc-UA），但定量组成存在明显差异。UHWE-CSP含较高的Rha、Gal、Gal-UA和Glc-UA比例，而CHWE-CSP含较高的Fuc、Ara、Xyl和Man比例。UHWE-CSP的总糖醛酸比例（5.37%）显著高于CHWE-CSP（3.12%）。
**理化性质。** SEM观察显示两种冻干粉末均呈现不规则层状和碎片状形态，UHWE-CSP表面略更粗糙和破碎。UHWE-CSP的粒径（722.13 ± 13.67 nm）显著小于CHWE-CSP（787.83 ± 37.99 nm），Zeta电位绝对值更高（?28.83 ± 2.65 mV对比?24.91 ± 0.82 mV）。GPC-MALS测定显示UHWE-CSP的重均分子量（46.00 kDa）低于CHWE-CSP（94.19 kDa），且多分散系数更接近1（1.08对比2.02），表明分子量分布更窄。
**功能特性。** 两种CSP的WHC和WSI无显著差异，表明水合性质总体相当。UHWE-CSP在0.5%和1.0%浓度下均表现出显著更高的起泡能力（23.60%和28.40%对比19.55%和23.60%）。两种CSP溶液均表现出剪切变稀的假塑性行为，CHWE-CSP在相同剪切速率下始终具有更高的表观黏度。动态流变学结果显示，CHWE-CSP的G′和G″值均高于UHWE-CSP，且两种样品的G′始终高于G″，表明以弹性响应为主。
**体外生物活性。** 两种CSP均表现出浓度依赖性的DPPH和ABTS自由基清除活性，在50 mg/mL时，UHWE-CSP的DPPH清除率为85.77%，ABTS清除率为90.61%，均高于CHWE-CSP（77.05%和86.09%）。两种CSP均能显著促进副干酪乳杆菌的生长，UHWE-CSP的生长速率系数（k = 0.391 ± 0.030 h?1）高于CHWE-CSP（k = 0.299 ± 0.020 h?1）。HT-29细胞活力实验显示，两种CSP均以浓度依赖方式降低细胞活力，UHWE-CSP在低浓度下作用略强。
**初步相容性评价。** 溶血实验显示两种CSP在所有测试浓度下的溶血率均低于3%，低于常用5%的安全阈值。HET-CAM实验显示，经两种CSP处理后的CAM血管形态与阴性对照相似，无可见出血、凝血或血管损伤，刺激评分均为0，表明两种CSP均无可观察到的刺激性。
### 四、讨论与结论
研究人员指出，UHWE-CSP的较高得率与超声空化效应有关，空化气泡崩溃产生的局部高温高压、冲击波、微射流和剪切力可破坏植物组织结构并增强溶剂渗透，从而降低扩散阻力并改善固液基质间的传质。UHWE-CSP较高的糖醛酸比例可能反映了超声辅助提取过程中对特定酸性碳水化合物的优先回收。UHWE-CSP较高的起泡能力可能与其较低的分子量和粒径（有利于界面可达性）及较高的糖醛酸比例和更负的Zeta电位（有利于静电稳定化）相关。CHWE-CSP较高的黏度和动态模量则与其较高的分子量（增强链重叠和分子间缠结）一致。体外活性的差异与UHWE-CSP较低分子量、较小粒径和较高糖醛酸比例相吻合，但这些仅仅是相关性而非因果证据。
研究结论指出，与CHWE相比，UHWE提高了CSP的回收率，同时缩短了提取时间并降低了估算的提取阶段能耗。两种提取方法均获得富含Ara和Gal的酸性杂多糖组分，但具有不同的定量组成谱以及分子和胶体特征。UHWE-CSP含有相对较高的Rha和Gal-UA比例，具有较低的分子量、较小的粒径、较高的总糖醛酸比例和更负的Zeta电位，而CHWE-CSP含有相对较高的Xyl和Man比例。这些差异与UHWE-CSP较高的起泡能力和较低的黏度相对应，而CHWE-CSP表现出较高的动态模量。UHWE-CSP在体外还表现出更强的化学自由基清除和副干酪乳杆菌生长促进作用，同时两种CSP在测试条件下均显示低溶血活性和无可观察到的刺激性。总体而言，研究结果支持CSP分子特征、水胶体功能与所选体外响应之间的提取依赖性关联。未来需要使用结构明确的组分开展进一步研究，以建立分子结构与功能之间的因果关系。该研究发表在《Food Hydrocolloids for Health》期刊上。
