荔枝核多糖的水提醇沉工藝優化及其對α-葡萄糖苷酶的抑制活性研究

張艷秋 鄭煒 劉凱青 曲文笛 馮晨曦 徐多多

摘 要 目的：優化荔枝核多糖的水提醇沉工藝，并評價其體外降糖的活性。方法：采用苯酚-硫酸比色法測定多糖含量，并計算多糖提取率。采用單因素試驗和響應面法，以料液比、提取次數、提取時間為因素，多糖提取率為指標，對水提工藝進行優化;采用單因素試驗對醇沉工藝中水提液的濃縮體積和醇沉濃度進行篩選，并進行驗證。以阿卡波糖為對照，采用4-硝基酚-α-D-吡喃葡萄糖苷法考察荔枝核多糖對α-葡萄糖苷酶的體外抑制活性。結果：荔枝核多糖水提醇沉的最優工藝為料液比1 ∶ 19（g/mL），煎煮3次，每次1 h，水提液濃縮至原體積的40%，加乙醇醇沉至含醇量80%，經Sevage法除蛋白后得荔枝核粗多糖。3次驗證試驗結果顯示，多糖提取率分別為7.61%、7.89%、7.99%，平均提取率為7.83%（RSD=2.52%，n=3）;多糖含量分別為 55.57%、55.83%、56.66%，平均含量為56.02%（RSD=1.81%，n=3）。荔枝核多糖對α-葡萄糖苷酶的抑制活性有隨濃度升高而增強的趨勢，其半數抑制濃度為0.056 mg/mL，低于陽性對照阿卡波糖的0.196 mg/mL。結論：優化的荔枝核多糖水提醇沉工藝穩定、可行。荔枝核多糖對α-葡萄糖苷酶具有明顯的體外抑制作用，且活性強于阿卡波糖。

關鍵詞 荔枝核多糖;水提醇沉工藝;響應面法;單因素試驗;工藝優化;α-葡萄糖苷酶

ABSTRACT? ?OBJECTIVE： To optimize the water extraction-ethanol precipitation technology of polysaccharide from Litchi chinensis seed， and to evaluate its hypoglycemic activity in vitro. METHODS： The content of polysaccharides was determined by phenol-sulfuric acid colorimetry， and the extraction rate of polysaccharides was calculated. Single factor test and response surface methodology were used to optimize the water extraction technology with the ratio of material to liquid， extraction times and extraction time as factors， and the extraction rate of polysaccharide as index. Single factor test was used to screen the concentration volume fraction of water extract and ethanol precipitation concentration in ethanol precipitation. Validation test was also conducted. Using acarbose as control， 4-nitrophenol-α-D-glucopyranoside method was used to investigate in vitro inhibitory activity of polysaccharide from L. chinensis seed to α-glucosidase. RESULTS： The optimal technology was the ratio of material to liquid 1 ∶ 19（g/mL）， decocting for 3 times， 1 h for each time， concentrating the water extract to 40% of original volume， and adding ethanol to 80% volume fraction. After deproteinization by Sevage method， the crude polysaccharide of L. chinensis seed was obtained. The results of 3 times of validation tests showed that， extraction rates of polysaccharide were 7.61%， 7.89%， 7.99%， average extraction rate was 7.83%（RSD=2.52%，n=3）. The contents of polysaccharide were 55.57%， 55.83% and 56.66%， average content was 56.02%（RSD=1.81%，n=3）. The inhibitory activity of the polysaccharide from L. chinensis seed to α-glucosidase were increased as concentration; its IC50 was 0.056 mg/mL， which was lower than positive control acarbose （0.196 mg/mL）. CONCLUSIONS： The optimal water extraction-ethanol precipitation technology of polysaccharide from L. chinensis seed is stable and feasible. The polysaccharide from L. chinensis seed show significant in vitro inhibitory effect on α-glucosidase， which is better than that of acarbose.

KEYWORDS? ?Polysaccharide from Litchi chinensis seed; Water extraction-ethanol precipitation technology; Response surface methodology; Single factor test; Technology optimization; α-glucosidase

荔枝核為無患子科植物荔枝（Litchi chinensis Sonn.）的干燥成熟種子，主要產于我國的華南和東南等地區，又名荔仁、荔核等。荔枝核具有行氣散結、祛寒止痛的功效，主要用于治療寒疝腹痛、睪丸腫痛[1-2]。荔枝核的化學成分主要包括糖類、蛋白質與氨基酸類、有機酸、脂肪酸類、揮發油類、黃酮類、甾體類等[3-5]，其中多糖的含量約為2.85%～3.34%[6]。目前，荔枝核的研究主要集中在黃酮類[7-9]和皂苷類[10-12]成分，而有關其多糖的研究很少。多糖類化合物是中藥中重要的一類活性物質，因其活性高、毒副作用小，日益受到學者的關注。已有研究表明，荔枝核多糖類化合物具有降血糖的作用[13-14]。本課題組前期從荔枝核的降糖部位中分離得到均一多糖——荔枝核多糖（Litchi seed polysaccharide，以下簡稱“LP”）[15]。在本研究中，筆者擬對LP的提取工藝進行優化。LP現有提取工藝包括超聲波提取[16]和表面活性劑（聚山梨酯80）協同酶解輔助水解法[17]等，其中超聲波提取在生產中受儀器制約;而聚山梨酯80是一種親水性的表面活性劑，具有很強的細胞膜破壞能力以及溶血性和致敏性（組胺釋放），故上述兩種提取方法均不適合于大規模生產。已有研究表明，水提醇沉法為提取多糖最常用的方法[18]，該法簡便、易行，由于不需要額外的設備，所以提取成本較低。為此，本研究以LP提取率為指標，對其水提醇沉工藝進行優化并初步研究其體外降糖活性，為荔枝核的進一步開發利用提供參考。

1 材料

1.1 儀器

UV754型紫外-可見分光光度計（上海佑科儀器儀表有限公司）;AB204-N型分析天平（北京賽多利斯儀器系統有限公司）;TL-5.0型臺式離心機（上海市離心機械研究所有限公司）;MK3型酶標儀[熱電（上海）科技儀器有限公司];DHP-9052型電熱恒溫培養箱（蘇州江東精密儀器有限公司）。

1.2 藥品與試劑

荔枝核藥材（批號：20190519）購自安徽亳州藥材公司，經長春中醫藥大學人參研究院高其品教授鑒定為無患子科植物荔枝（L. chinensis Sonn.）的干燥成熟種子;阿卡波糖對照品（批號：100808-201905，純度：≥98%）、葡萄糖對照品（批號：110833-201908，純度：99.9%）均購自中國食品藥品檢定研究院;α-葡萄糖苷酶（批號：SLBT8587）、4-硝基酚-α-D-吡喃葡萄糖苷（PNPG，批號：HY-15927）均購自美國Sigma公司;磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、碳酸氫鈉均購自北京化工廠有限責任公司;正丁醇、濃硫酸、苯酚、無水乙醇、三氯甲烷等試劑均為分析純，水為純化水。

2 方法與結果

2.1 多糖含量測定方法的建立

以葡萄糖為對照，采用苯酚-硫酸比色法[19]測定多糖含量。

2.1.1 對照品溶液的制備 取干燥至恒定質量的葡萄糖對照品適量，用水稀釋，制成質量濃度約為100.0 μg/mL的對照品溶液，備用。

2.1.2 供試品溶液的制備 精密稱取LP干燥粉末（所制LP經干燥、粉碎，過80目篩，即得）適量，加水溶解并稀釋至100 mL，混勻，分別精密吸取0.4 mL，加水定容至1.0 mL，即得質量濃度為80 μg/mL的供試品溶液，備用。

2.1.3 標準曲線的繪制 分別精密吸取“2.1.1”項下葡萄糖對照品溶液0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL，加水至1.0 mL（質量分別為20.8～104 μg）;加入5%苯酚溶液1.0 mL，混勻;加入濃硫酸5.0 mL，混勻;放冷至室溫，以水為空白對照，采用紫外-可見分光光度計于490 nm波長處測定吸光度。以葡萄糖質量（x，μg）為橫坐標、吸光度（y）為縱坐標進行線性回歸，得回歸方程y=0.010 5x-0.020 2（r=0.999 1），表明葡萄糖檢測質量的線性范圍為20.8～104 μg。

2.1.4 精密度試驗 取“2.1.2”項下供試品溶液適量，按“2.1.3”項下方法自“加入5%苯酚溶液1.0 mL”起進行操作，重復測定其吸光度6次。結果，葡萄糖吸光度的RSD為0.13%（n=6），表明本方法的精密度良好。

2.1.5 穩定性試驗 取“2.1.2”項下供試品溶液適量，按“2.1.3”項下方法自“加入5%苯酚溶液1.0 mL”起進行操作，并于室溫放置0、3、6、9、12、24 h時測定其吸光度。結果，葡萄糖吸光度的RSD為0.87%（n=7），表明供試品溶液顯色后在室溫下放置24 h內穩定。

2.1.6 重復性試驗 取荔枝核藥材適量，共6份，按“2.1.2”項下方法制備供試品溶液，再按“2.1.3”項下方法自“加入5%苯酚溶液1.0 mL”起進行操作，測定葡萄糖吸光度并按標準曲線法計算多糖含量（以葡萄糖計，下同）。結果，多糖含量的RSD為1.25%（n=6），表明本方法的重復性良好。

2.1.7 加樣回收率試驗 取“2.1.6”項下已知質量濃度的供試品溶液適量，共6份，分別加入等質量的對照品溶液，按“2.1.3”項下方法自“加入5%苯酚溶液1.0 mL”起進行操作，測定吸光度并計算加樣回收率。結果，各樣品的平均加樣回收率為101.07%（RSD=1.34%，n=6）。

2.2 LP提取率的計算

取所制LP適量，按“2.1.2”項下方法制備供試品溶液，再按“2.1.3”項下方法自“加入5%苯酚溶液1.0 mL”起進行操作，測定吸光度，按標準曲線法計算多糖含量，并計算多糖提取率：多糖提取率=[（葡萄糖質量濃度×稀釋倍數×待測樣品溶液體積）/樣品質量]×100%。

2.3 LP水提工藝的篩選

2.3.1 單因素試驗 取荔枝核藥材，粉碎，精密稱取粉末5.0 g，置于燒杯中，采用水煎煮法以不同料液比[1 ∶ 5、1 ∶ 10、1 ∶ 15、1 ∶ 20、1 ∶ 25，g/mL（下同）]、提取時間（0.5、1、1.5、2、2.5 h）和提取次數（1、2、3、4、5次）提取，每次僅變動1個因素，以LP提取率為指標，對各因素進行考察。（1）料液比：隨提取液用量的增加，LP提取率逐漸升高;當料液比達1 ∶ 15時，LP提取率趨于穩定，詳見圖1A。（2）提取時間：當煎煮時間為0.5～2.5 h時，LP提取率呈波浪形變化，并于1.5 h時達到最高，詳見圖1B。當煎煮時間超過1.5 h后，LP提取率反而下降，這可能是由于煎煮時間過長，多糖結構被部分破壞所致。故綜合考慮，本研究選擇提取時間0.5、1、1.5 h 進行后續研究。（3）提取次數：當提取次數≤3次時，LP提取率隨著提取次數的增加而升高;但當繼續增加提取次數時，LP提取率反而略有下降，詳見圖1C。故綜合考慮LP提取率和提取效率，本研究選擇提取次數2、3、4次進行后續研究。故綜合考慮，本研究選擇料液比1 ∶ 10、1 ∶ 15、1 ∶ 20進行后續試驗。

2.3.2 響應面試驗 采用響應面法對LP的水提工藝參數進行優化。根據“2.3.1”項下單因素試驗結果，選取料液比（A）、提取時間（B）、提取次數（C）為因素，以LP提取率（Y）為響應值，采用Design-Expert 8.0.6軟件設計3因素3水平響應面試驗。因素與水平見表1，試驗方案與結果見表2。

由表3中總模型的P值（P<0.000 1）可知，該模型的擬合度良好;決定系數（R 2）為0.699 0，調整決定系數（R 2Adj）為0.940 5，提示94.05%的LP提取率變化可用該模型解釋;失擬項的P值為0.157 9，表明失擬項不顯著，故可用該模型預測荔枝核的LP提取率。由各因素的F值可知，其對LP提取率的影響大小為：B>C>A;由各一次項、交互項、二次項的P值可知，A、B、C、AC、BC、A2、B2、C2對LP提取率的影響均有統計學意義（P<0.05）。

為進一步評價A、B、C之間的交互作用對荔枝核的LP提取率的影響并確定各因素的最佳水平范圍，本研究采用Design-Expert 8.0.6軟件繪制等高線圖和響應面圖，結果見圖2。

由圖2可見，在料液比、提取時間和提取次數所選范圍內均存在極值，即存在響應面最高點，交互作用較為明顯。求解二次多元回歸方程，得LP的最優提取工藝為料液比1 ∶ 19.03、提取時間1.13 h、提取次數3.01次，預測LP提取率為7.57%。考慮到實際操作的方便性及可行性，故將最優水提工藝設定為料液比1 ∶ 19（g/mL）、提取時間1 h，提取次數3次。

2.3.3 驗證試驗 精密稱取荔枝核藥材各1 000 g，按“2.3.2”項下最優工藝平行操作3次，按“2.2”項下方法計算LP提取率。結果，荔枝核水提液的LP提取率分別為7.56%、7.60%、7.67%（RSD= 0.73%，n=3），平均提取率為7.61%，與預測值接近，提示該工藝可行。

2.4 LP醇沉工藝的篩選

影響醇沉的主要因素有水提液濃縮體積、醇沉濃度、離心條件（時間和轉速），但由于離心轉數和離心時間可根據樣品數量及時調整，故暫不進行優化，其余兩個因素采用單因素試驗進行篩選。

2.4.1 水提液濃縮體積 按“2.3.2”項下最優工藝制得荔枝核水提液，均分為4份，分別濃縮至原體積的20%、30%、40%、50%后，均加乙醇醇沉至含醇量80%，靜置，以4 000 r/min離心10 min，取沉淀，干燥，按“2.1.2”項下方法制備供試品溶液，再按“2.2”項下方法計算LP提取率。結果，當濃縮至原體積的30%～40%時，LP提取率較高，詳見圖3A。綜合考慮乙醇消耗量和LP提取率，本研究最終選擇將水提液濃縮至原體積的40%。

2.4.2 醇沉濃度 按“2.4.1”項下方法將荔枝核水提液濃縮至原體積的40%后，依次加乙醇醇沉至含醇量70%、75%、80%、85%，靜置，以4 000 r/min離心10 min，取沉淀，干燥，按“2.1.2”項下方法制備供試品溶液，再按“2.2”項下方法計算LP提取率。結果，隨著醇沉濃度的提高，LP提取率也隨之升高;當醇沉至80%時，再提高醇沉濃度，LP提取率基本沒有變化詳見圖3B。故為了節約溶劑，本研究最終選擇醇沉至含醇量的80%。

2.5 Sevage除蛋白

參照劉子健等[20]報道的除蛋白方法，取荔枝核藥材適量，按“2.3”“2.4”項下最優條件水提醇沉后，干燥至恒定質量，用水稀釋制成質量濃度為5 mg/mL的水溶液，與Sevage試劑（氯仿-正丁醇=4 ∶ 1，V/V）混合（LP水溶液-Sevage試劑=5 ∶ 1，V/V），振蕩，靜置，回收下層Sevage試劑，將剩余的藥液和析出物以5 000 r/min離心10 min，再加入上清液體積1/5的Sevage試劑，重復上述操作3次，收集上清液，凍干，即得除蛋白后的粗多糖。

2.6 工藝驗證

取荔枝核藥材1 000 g，共3份，按“2.3”項下最優工藝用水提取，將水提液濃縮至原體積的40%后，用乙醇進行80%醇沉，再按“2.5”項下方法除蛋白后，按“2.1.2”項下方法制備供試品溶液，再按“2.2”項下方法計算LP提取率。結果，3次驗證試驗的LP提取率分別為7.61%、7.89%、 7.99%，平均提取率為7.83%（RSD=2.52%，n=3）;3次驗證試驗的LP含量分別為 55.57%、55.83%、56.66%，平均含量為56.02%（RSD=1.81%，n=3），提示該工藝穩定、可行。

2.7 LP對α-葡萄糖苷酶的抑制活性

采用PNPG法進行考察。

2.7.1 溶液的制備 （1）磷酸鹽緩沖溶液（PBS）：取一定量磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀，用水制成pH為6.8的緩沖溶液。（2）樣品測定溶液：取一定量粗多糖固體粉末，用PBS制成質量濃度分別為 1.0、0.5、0.25、0.1、0.01 mg/mL的溶液（以葡萄糖計）。（3）陽性測定溶液：取一定量阿卡波糖，用PBS制成質量濃度分別為 1.0、0.5、0.25、0.1、0.01 mg/mL的溶液。（4）α-葡萄糖苷酶溶液：取一定量α-葡萄糖苷酶，用PBS制成濃度為 0.04 U/mL的溶液。（5）PNPG溶液：取一定量 PNPG，用PBS制成濃度為0.5 mmol/L的溶液。（6）碳酸氫鈉溶液：取一定量碳酸氫鈉，用水制成pH為9.8的水溶液。

2.7.2 測定方法與結果 取“2.7.1”項下樣品測定溶液、陽性測定溶液各40 μL至96孔板中，加入0.04 U/mL的α-葡萄糖苷酶溶液40 μL，混勻，于37 ℃孵育5 min;加入0.5 mmol/L的PNPG溶液20 μL，混勻，于37 ℃孵育30 min;加入0.1 mol/L的碳酸氫鈉溶液100 μL終止反應（此時反應總體積達200 μL）。以PBS 40 μL為空白對照，以PBS 40 μL代替α-葡萄糖苷酶溶液作為檢測背景以消除檢測誤差，使用酶標儀于405 nm波長處檢測各孔的光密度（OD），每個樣品重復3次，計算抑制率和半數抑制濃度（IC50）。抑制率=[OD空白對照-（OD檢測樣品-OD檢測背景）/OD空白對照]×100%。結果，LP的IC50為0.056 mg/mL，阿卡波糖（陽性對照）的IC50為0.196 mg/mL，詳見表4。

3 討論

本研究采用響應面法優化了LP的水提工藝。響應面法是工藝優化的常用方法之一，相比于傳統的正交設計，前者得到的回歸方程精度更高，并可評價各因素的交互作用[21]。為此，本研究采用響應面法，以料液比、提取時間、提取次數為考察因素，以LP提取率為評價指標，對LP水提工藝進行優化。結果顯示，響應面試驗所得回歸方程模型擬合良好。在所選的各因素水平范圍內，提取時間對LP提取率的影響最大，提取次數的影響次之，料液比的影響最小;料液比、提取時間和提取次數有顯著的交互作用。優化后的最優LP水提取條件為料液比1 ∶ 19（g/mL）、提取時間1 h、提取3次，預測多糖提取率為7.57%。水提取工藝的3次驗證試驗結果顯示，平均LP提取率為7.61%，與預測值接近，提示該水提取工藝可行。

本研究進一步采用單因素試驗法考察了LP的醇沉工藝，以水提液濃縮體積、醇沉濃度為考察因素，以LP提取率為評價指標，對LP醇沉工藝進行優化。結果，濃縮至原體積的40%、乙醇醇沉至含醇量的80%為最優醇沉工藝。

本研究采用Sevage 法沉淀蛋白純化LP。雖然，水提醇沉可以獲得較多的LP，但是純化粗多糖的效果不佳;Sevage 法可以進一步純化多糖，且條件比較溫和，可較好地避免多糖降解[22]。由于本法實為萃取，在操作中有可能會出現乳化現象，造成多糖損失、含量偏低，故后續還需考察蛋白的除去率等。

本研究對所得最優水提醇沉工藝進行了驗證。3次驗證試驗結果顯示，平均LP提取率為7.83%（RSD=2.52%，n=3）;所得平均LP含量為56.02%（RSD=1.81%，n=3），表明該水提醇沉工藝穩定、可行。

本研究進一步考察了LP對α-葡萄糖苷酶的體外抑制活性。α-葡萄糖苷酶是一種存在于小腸絨毛黏膜細胞刷狀緣的酶，可將機體攝取的糖類物質水解成葡萄糖。若能競爭性抑制該酶的活性，就可以抑制糖的水解，從而降低餐后血糖，與口服降糖藥物的作用機制相符[23]。本研究結果顯示，當質量濃度≥0.01 mg/mL時，LP對α-葡萄糖苷酶的抑制率均略高于同質量濃度的陽性對照，其IC50值（0.056 mg/mL）低于陽性對照（0.196 mg/mL）。這提示LP對α-葡萄糖苷酶具有一定的體外抑制作用且活性強于阿卡波糖，并初步評價了其體外降糖活性。

綜上所述，本研究篩選了LP的最優水提醇沉工藝，為其開發利用提供了理論參考。本研究不足在于提取多糖的同時也會使物料中的其他水溶性成分溶出，且多糖長期存放常會變質;此外，雖然α-葡萄糖苷酶的體外抑制活性提示LP是荔枝核降糖作用的有效物質，但還有待于藥理學研究的進一步確認。

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（收稿日期：2020-03-06 修回日期：2020-07-15）

（編輯：鄒麗娟）