磁场辅助提取山楂多糖：磁场预处理提高得率、结构完整性和抗氧化活性

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Magnetic field-assisted extraction of Crataegus pinnatifida polysaccharides: Enhanced yield, structural integrity, and antioxidant activity through magnetic field pretreatment

　　

摘要

山楂多糖（CPPs）作为具有重要生物活性的重要功能性食品原料，在食品工业中得到广泛应用。然而，其传统提取方法常面临热降解和剪切损伤等问题，导致多糖结构不稳定且生物活性降低。本研究开发了一种磁场辅助提取法（MFAE）用于提取CPPs，以解决传统多糖提取中热降解、剪切损伤和生物活性降低的问题。与热水提取、超声辅助提取和微波辅助提取相比，MFAE显著提高了CPPs的提取率和总可溶性糖含量。通过原子力显微镜（AFM）、扫描电镜（SEM）、抗氧化和免疫调节活性鉴定表明，磁场辅助提取的CPPs保持了稳定的三螺旋构象和独特的微观结构，表现出优异的抗氧化活性，且对RAW264.7巨噬细胞无细胞毒性，同时发挥免疫调节作用。这表明MFAE能有效保护山楂多糖的结构完整性和生物活性，同时实现高效提取。通过响应面法优化的最佳MFAE参数为：固液比1:30.81，磁场强度93.20 mT，提取温度92.37 °C，预测提取率为20.90%。本研究为生物活性多糖的高产率和保结构提取提供了新策略，为其在功能食品领域的开发提供了理论基础和技术参考。

引言

山楂（Crataegus pinnatifida）为蔷薇科山楂属植物山楂 Bge.的干燥果实，是一种常用的食药用资源，具有助消化、健脾、行气活血、消浊降血脂等功效（Yang等，2025）。作为山楂的生物活性成分之一，山楂多糖（CPPs）因其显著的生物活性和良好的安全性而受到广泛关注。这些固有特性使其成为极具前景的食品工业应用候选物。在食品行业，CPPs不仅被广泛研究用于开发针对特定健康效益的功能食品和膳食补充剂（Yuan等，2024），还可作为食品体系中可行的天然质地调节剂和防腐剂（Wang等，2025）。

公认的是，不同的提取技术和溶剂体系对多糖的提取率、化学组成、结构特征和生物活性具有显著影响（Chen等，2025）。热水提取是多糖制备中最普遍使用的方法，因其操作简单且成本低而受到青睐。然而，该方法固有的长时间高温条件容易断裂多糖链中的糖苷键，引发热降解（Govindan等，2026）。超声辅助提取利用超声波产生的空化效应、机械剪切和热效应来加速溶解速率并提高多糖提取率（Wang等，2026）。然而，超声产生的强烈机械剪切力，特别是在高功率和长时间处理条件下，可导致长链多糖分子发生链断裂。这种降解不仅改变多糖的流变性质，还损害依赖于高分子量或特定空间构象的生物活性，如免疫增强作用和益生元效应。微波辅助提取通过偶极旋转和离子传导机制实现物料基质的快速内部加热，从而迅速破坏细胞并有效释放细胞内生物活性成分（Alias等，2025）。不幸的是，该方法伴随的局部过热存在热降解风险，类似于甚至往往比热水提取更为严重。这种不均匀加热可导致批次间多糖提取率和结构完整性的不一致。

综上所述，传统及辅助提取方法不可避免地引起的热降解和剪切损伤不仅降低了最终提取率，还破坏了多糖的空间构象（Yang等，2026），从而削弱了其核心生物活性，包括免疫调节和抗氧化作用。因此，开发最小化结构损伤的提取技术对于实现有效多糖制备同时保持其固有生物活性至关重要。

磁场辅助提取（MFAE）作为一种新兴提取技术，近年来在天然产物提取领域受到广泛关注。该技术具有非热特性，展现出可观的应用前景。多项研究表明，磁场处理在提高各种果蔬（如菠菜、胡萝卜、红椒、库尔勒香梨和苹果）在冷藏、加工和冷冻过程中的质量方面具有潜力（You等，2025）。然而，关于MFAE在天然产物提取中应用的报道仍相对较少。

Behnoosh等采用MFAE从螺旋藻中提取藻蓝蛋白（Sichani等，2024）。与传统提取方法相比，MFAE使藻蓝蛋白的浓度、提取率和纯度分别提高了97.7%、91.5%和28.32%。结果表明MFAE有效减少了藻蓝蛋白损失并实现了更优的提取质量。Zhao等研究了四种提取方法（浸泡法、微波辅助提取法、超声辅助提取法和磁场辅助提取法）对雨生红球藻中虾青素抗氧化活性的影响（Zhao等，2016）。其结果表明，通过MFAE获得的虾青素表现出最强的DPPH自由基清除活性、最高的羟自由基清除效率和在亚油酸氧化体系中最强的抑制活性，优于其他三种方法。在技术方面，MFAE具有多项显著优势，包括可观的提取效率，有助于提高目标化合物的提取率和纯度。因此，它已被广泛应用于制药和食品行业，成为天然产物研究中不可或缺的工具。迄今为止，MFAE已成功用于提取多种生物活性成分，如南瓜多糖和茶叶生物活性成分（Zagu?a等，2017），凸显了其广阔的应用潜力。

因此，本研究开发了一种新型MFAE方法用于山楂多糖（CPPs）的高产率提取。分别通过热水提取法、超声辅助提取法、微波辅助提取法和磁场辅助提取法制备了四种不同的CPP组分，即CPPs-H、CPPs-U、CPPs-M和CPPs-MF。系统地表征并比较了它们的物理化学性质，包括单糖组成、官能团、热重行为、微观形貌、纳米结构和抗氧化活性。结果表明，与其他三种组分相比，CPPs-MF表现出更理想的物理化学性质和均衡全面的抗氧化活性。采用单因素实验结合响应面法进一步优化了MFAE工艺，确定了最佳提取参数。体外细胞实验验证了CPPs-MF具有有利的免疫调节活性、抗炎潜力且对RAW264.7巨噬细胞无细胞毒性。本研究为山楂多糖的提取提供了一种温和可行的方法，其结果有助于CPPs衍生的功能食品开发，并可能促进磁场技术在天然产物加工中的更广泛应用。

章节摘要

材料

山楂购自莫远科技有限公司（中国安国）。单糖标准品（GR）购自默克有限公司（中国上海）。2,2-二苯基-1-三硝基苯肼（DPPH，AR）和邻菲罗啉（AR）购自上海阿拉丁生化科技有限公司（中国上海）。过氧化氢（30%，AR）、硫酸亚铁（AR）、EDTA（AR）、维生素C（Vc，AR）购自常规化学试剂厂。DMEM培养基、MTT和DMSO（细胞培养

提取率和总可溶性糖含量

通过热水提取法、超声辅助提取法、微波辅助提取法和磁场辅助提取法获得的CPPs分别标记为CPPs-H、CPPs-U、CPPs-M和CPPs-MF。CPPs的提取率和总可溶性糖含量汇总于表1。

CPPs-H的提取率最低，为14.33%，因为传统热水提取仅依赖热扩散和细胞渗透。山楂致密的细胞壁结构

结论

本研究旨在解决传统多糖提取方法的关键问题，包括热降解、剪切损伤以及结构和生物活性的严重损失。成功开发并验证了MFAE作为能有效保持多糖结构和生物活性的提取体系，系统解决了现有技术无法同时实现高提取率、结构完整性和

CRediT作者贡献声明

郑柳青：撰写初稿、可视化、方法论、调查研究、数据整理、概念构思。杨佩冉：验证、方法论、数据整理。严佳俊：方法论、调查研究、形式分析、数据整理。胡蓓蓓：撰写——审阅与编辑、资源、项目管理、方法论、经费获取、概念构思。吴兰芳：资源、项目管理、方法论、经费获取。

资助

本研究得到了河北省自然科学基金（编号H2025208002和H2024423098）的资助。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

郑柳青|杨佩冉|严佳俊|胡蓓蓓|吴兰芳

河北科技大学化工与制药学院，石家庄 050018，中国