《Industrial Crops and Products》：Extraction-dependent structure–activity relationships of
Panax quinquefolius L. polysaccharides: A comparative study
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西洋参（*Panax quinquefolius* L.）多糖因其多样的生物活性而备受关注，但提取方法对其结构特征与功能表现的影响机制尚不明确。本研究采用热水、超声、微波、超高压、酶辅助及低共熔溶剂（DES）六种提取方法制备西洋参多糖（PPs），系统比较其初级
西洋参（*Panax quinquefolius* L.）多糖因其多样的生物活性而备受关注，但提取方法对其结构特征与功能表现的影响机制尚不明确。本研究采用热水、超声、微波、超高压、酶辅助及低共熔溶剂（DES）六种提取方法制备西洋参多糖（PPs），系统比较其初级结构、高级构象、理化性质及抗氧化、降血糖和降血脂活性。研究人员发现，不同提取方法显著改变多糖的分子量（7,023–159,736 Da）、单糖组成、糖苷键类型及聚集形态，进而导致生物活性产生明显分化。超声辅助提取的多糖（ULPP）综合活性最优，在DPPH、羟基、超氧阴离子及ABTS自由基清除、α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制及胆酸钠吸附等方面均表现突出。DES提取的多糖（DEPP）虽分子量最低（7,023 Da）且呈独特的纤维-层状网络结构，但其抗氧化活性最弱，却在α-淀粉酶抑制和胆酸钠吸附方面表现良好。酶辅助提取的ENPP由于葡萄糖醛酸含量最高而具有选择性α-葡萄糖苷酶抑制优势。研究揭示多糖生物活性并非由分子量单一决定，而是受链线性、侧链保留、官能团组成和聚集形态等多因素综合调控。此外，DEPP和ENPP的提取率（10.72%和10.04%）显著高于传统热水提取（7.30%），且DES可回收利用，体现了绿色制造的潜力。该研究为西洋参多糖在功能性食品和医药领域的差异化开发提供了系统的理论依据和工艺参考。
**一、研究背景与科学问题**
植物多糖是由植物来源的天然大分子生物聚合物，具有免疫调节、抗肿瘤、调节糖脂代谢、抗氧化应激及改善肠道健康等多种生物学功能，因其天然来源、良好的生物相容性和安全性，在食品、医药等领域具有广阔应用前景。西洋参（*Panax quinquefolius* L.）是典型的药食两用植物，其多糖成分已被证实具有免疫调节、降血糖、抗皮肤癌、抗炎及调节肠道菌群等多重活性。然而，提取方法直接影响多糖的结构特征和生物活性，是决定其结构和功能异质性的核心因素。目前，研究者多采用热水、超声、微波、超高压、酶辅助及低共熔溶剂（DES）等技术提取多糖，其中DES作为一种绿色高效的提取技术，具有物化性质可调、提取条件温和、能有效保持多糖生物活性等优势。但迄今针对DES提取西洋参多糖的系统研究极为匮乏，不同提取方法对西洋参多糖结构特征、生物活性及构效关系的影响尚缺乏系统阐明，这限制了DES技术在西洋参开发利用中的应用。基于上述问题，研究人员采用六种提取方法制备西洋参多糖，系统解析其结构特征与生物活性的差异，旨在阐明提取方法-多糖结构-生物活性之间的构效关系。
**二、研究方法概述**
研究人员以商业来源的干燥西洋参根为原料，经过粉碎、过筛和乙醇预处理后，分别采用热水提取（HWPP）、超声辅助提取（ULPP）、微波辅助提取（MWPP）、超高静压辅助提取（UPPP）、纤维素酶辅助提取（ENPP）以及氯化胆碱-乳酸低共熔溶剂提取（DEPP）六种方法制备多糖。在结构表征方面，运用高效液相色谱测定分子量，采用气相色谱分析单糖组成，利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）、核磁共振波谱（NMR）及刚果红实验分别表征官能团、结晶状态、表面形貌、热稳定性、精细结构和三螺旋构象。在活性评价方面，通过DPPH、羟基、超氧阴离子和ABTS四种自由基清除实验评估抗氧化活性，通过α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制实验及胆酸钠吸附实验分别评价降血糖和降血脂潜力。
**三、主要研究结果**
**3.1 化学组成与分子量**
六种提取方法的提取率存在显著差异，DEPP（10.72%）和ENPP（10.04%）显著高于传统热水提取（7.30%）。所有多糖样品的总糖含量均高于80%，蛋白质含量均低于1.0%，表明制备的多糖具有较高纯度。不同提取方法所得多糖的分子量差异显著，HWPP分子量最高（159,736 Da），ULPP、ENPP、MWPP、UPPP依次降低，DEPP最低（7,023 Da）。DES的酸性环境和强氢键作用导致多糖分子链严重降解，而传统热水提取条件温和，能最大程度保留多糖完整分子结构。
**3.2 单糖组成**
六种多糖样品均以葡萄糖（Glc）为主要单糖，但不同提取方法对侧链单糖的保留具有明显选择性。温和的热水提取较好地保留了岩藻糖、甘露糖和阿拉伯糖等侧链单糖；超声提取因强机械剪切作用易造成侧链优先降解，导致葡萄糖相对富集；酶辅助提取通过纤维素酶水解细胞壁纤维素骨架，增加了葡萄糖醛酸含量；DEPP在酸性条件下导致不稳定的呋喃型阿拉伯糖几乎完全损失。这些差异源于不同提取方法对细胞壁不同结构域的选择性破坏。
**3.3 FT-IR与NMR分析**
FT-IR光谱显示六种多糖具有相似的特征吸收峰，说明提取方法未显著改变多糖的主链结构和官能团分布。1H NMR和13C NMR谱进一步证实所有多糖均以α-糖苷键为主，同时存在β-构型，与红外结果一致。DEPP的NMR谱图背景干扰最少、均匀性最高，体现了DES优异的提取选择性。
**3.4 SEM、TGA与XRD分析**
SEM观察显示，HWPP呈大片状结构，ULPP呈松散细碎的絮状颗粒，ENPP、MWPP和UPPP呈分散颗粒状形态，而DEPP呈现独特的纤维-层状交联网络结构，这可能与其极低分子量（7,023 Da）和分子链长度的高度均一性有关。TGA分析表明所有多糖在200–320°C发生核心热降解，其中DEPP热稳定性最低。XRD图谱显示所有多糖均以无定形状态存在，DEPP衍射峰出现轻微左移，与其独特的分子链堆积方式一致。
**3.5 三螺旋构象分析**
刚果红实验表明，六种多糖均能与刚果红形成复合物并产生红移现象，提示分子链中存在一定比例的三螺旋样构象，但该方法仅为间接定性分析，还需更精确的表征技术深入研究。
**3.6 抗氧化活性**
四种自由基清除实验一致表明，所有多糖的清除能力均随浓度升高而增强。其中ULPP在DPPH（IC??值最低）、羟基自由基、超氧阴离子和ABTS清除实验中均表现最佳，而DEPP活性最弱。ULPP的适中分子量（15.4 kDa）和松散结构有利于暴露内部羟基，提高与自由基的反应效率；DEPP虽分子量最低，但因侧链单糖严重缺失及致密的纤维-层状聚集结构掩盖了活性羟基，导致抗氧化能力受限。
**3.7 α-淀粉酶与α-葡萄糖苷酶抑制活性**
ULPP（97.71%）和DEPP（96.08%）对α-淀粉酶表现出较强的抑制活性，ULPP（68.65%）和ENPP（65.09%）对α-葡萄糖苷酶的抑制率略高于其他样品。ULPP凭借其独特的化学结构和分子柔性贯穿整个淀粉消化级联反应，具有最全面的抗消化作用；DEPP的纤维-层状网络结构可能发挥物理屏蔽效应阻碍酶与底物接触。HWPP由于结构无序聚集，未表现出显著抑制活性。
**3.8 胆酸钠吸附能力**
ULPP和DEPP表现出显著高于其他多糖的胆酸钠吸附能力，HWPP吸附能力最低。结果表明西洋参多糖具有降血脂潜力，可作为降脂功能食品的候选原料。
**四、构效关系总结与讨论**
研究揭示，提取方法通过改变多糖的分子量、单糖组成和聚集结构显著调控其生物活性。多糖活性并非仅由分子量决定，而是受链的线性程度、侧链保留、官能团组成和聚集形态的协同控制。ULPP的综合性能最优，适合开发为健康食品和营养补充剂的活性成分；DEPP独特的纤维-层状网络结构赋予其物理拦截优势，在α-淀粉酶抑制和胆酸钠吸附方面表现良好，适用于降脂膳食纤维和缓释载体材料；ENPP因高葡萄糖醛酸含量在α-葡萄糖苷酶抑制方面具有选择性优势。从产业化前景看，超声辅助提取和DES提取在生产效率、产品功能和绿色可持续性方面具有突出优势。研究存在的局限在于：结构表征停留在初步层面，缺乏糖苷键连接分析和二维NMR验证；所有活性评价均为体外实验。未来研究应聚焦于从粗多糖中纯化均一多糖组分、开展二维NMR精细结构解析，并结合动物实验验证体内功效，从而更系统地阐明构效关系。综上所述，该研究为西洋参多糖在降血糖、降血脂和抗氧化功能性食品领域的差异化应用提供了系统的实验依据和理论支持。
