超声辅助酶解提取五味子多糖及其抗细胞氧化应激研究

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.04.016

植物研究 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (4): 631-640.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2023.04.016

• 植物化学 • 上一篇

超声辅助酶解提取五味子多糖及其抗细胞氧化应激研究

朱翰林¹^,², 赵恒¹^,², 翟博文¹^,², 张卯玉¹^,², 付玉杰³()

^1.东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室，哈尔滨 150040
^2.东北林业大学化学化工与资源利用学院，哈尔滨 150040
^3.北京林业大学林学院，北京 100083

收稿日期:2023-04-10 出版日期:2023-07-20 发布日期:2023-07-03
通讯作者: 付玉杰 E-mail:yujie_fu@163.com
作者简介:朱翰林（1999—），男，硕士研究生，研究方向为天然活性生物大分子。
基金资助:
高等学校学科创新引智计划项目(B20088);黑龙江头雁创新团队计划（林木遗传育种创新团队）

Ultrasonic-Assisted Enzymatic Extraction of Polysaccharides from Schisandra chinensis and the Effects on Anti-Oxidative Stress in Cells

Hanlin ZHU¹^,², Heng ZHAO¹^,², Bowen ZHAI¹^,², Maoyu ZHANG¹^,², Yujie FU³()

^1.Key Laboratory of Forest Plant Ecology，Ministry of Education，Northeast Forestry University，Harbin 150040
^2.College of Chemistry，Chemical Engineering and Resource Utilization，Northeast Forestry University，Harbin 150040
^3.College of Forestry，Beijing Forestry University，Beijing 100083

Received:2023-04-10 Online:2023-07-20 Published:2023-07-03
Contact: Yujie FU E-mail:yujie_fu@163.com
About author:ZHU Hanlin（1999—），male，master，mainly engaged in natural active biological macromolecule.
Supported by:
Discipline Innovation Introduction Plan of Higher Education Institutions(B20088);Heilongjiang Touyan Innovation Team Program（Tree Genetics and Breeding Innovation Team）

摘要/Abstract

摘要：

以五味子（Schisandra chinensis）干果为原料，采用超声辅助纤维素酶酶解法提取五味子多糖，研究五味子多糖的超声辅助酶解工艺与抗细胞氧化应激活性。以多糖得率为指标，采用单因素试验和Box-Behnken响应面试验研究加酶量、超声功率、提取时间和料液比对五味子多糖得率的影响，优化得到五味子多糖最佳超声辅助酶解提取工艺条件；建立脂多糖（LPS）诱导的HepG2细胞氧化应激损伤模型，以丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）和活性氧（ROS）水平为指征，研究五味子多糖的抗细胞氧化应激能力。结果表明：五味子多糖的最佳提取工艺条件为加酶量1 420 U·g^-1，超声功率500 W，提取时间46 min，料液比1 g∶32 mL，该条件下五味子多糖得率为22.25%；此外，所提取得到的五味子多糖可提高LPS诱导HepG2细胞中的SOD水平，并可降低细胞中MDA的积累量和ROS荧光强度，有效缓解了LPS诱导的HepG2细胞氧化应激反应。优化确立了超声辅助纤维素酶提取五味子多糖最佳工艺条件，发现所提取得到的五味子多糖有良好抗氧化应激能力。

关键词: 五味子, 多糖, 响应面法优化, 氧化应激

Abstract:

The polysaccharides of Schisandra chinensis were extracted by ultrasonic-assisted cellulase enzymolysis from the dried fruit of S. chinensis as raw material， and the extraction process and anti-oxidative stress activity of S. chinensis polysaccharides were studied. Using polysaccharide yield as index， single factor experiment and Box-Behnken response surface test were used to investigate the effects of enzyme concentration， ultrasonic power， extraction time and solid-liquid ratio on polysaccharide yield of S. chinensis， and the ultrasonic-assisted enzymatic extraction process was optimized. A lipopolysaccharide（LPS） induced oxidative stress damage model of HepG2 cells was established， and the levels of malondialdehyde（MDA）， superoxide dismutase（SOD） and reactive oxygen species（ROS） were used as indicators， and the anti-oxidative stress ability of S. chinensis polysaccharides was investigated. The results showed that the optimal extraction conditions as followed： the enzyme concentration was 1 420 U·g^-1， the ultrasonic power was 500 W， the extraction time was 46 min， the solid-liquid ratio was 1 g∶32 mL. Under these conditions， the yield of polysaccharides was 22.25%. Moreover， the extracted S. chinensis polysaccharides might improve the SOD level in the LPS-induced HepG2 cells， but reduce the MDA accumulation and ROS fluorescence intensity in the cells， and effectively relieve the LPS-induced oxidative stress in HepG2 cells. The extraction conditions of polysaccharides from S. chinensis were optimized， and it was found that the extracted polysaccharides had good antioxidant stress ability.

Key words: Schisandra chinensis, polysaccharide, response surface method, oxidative stress

中图分类号:

Q539

朱翰林, 赵恒, 翟博文, 张卯玉, 付玉杰. 超声辅助酶解提取五味子多糖及其抗细胞氧化应激研究[J]. 植物研究, 2023, 43(4): 631-640.

Hanlin ZHU, Heng ZHAO, Bowen ZHAI, Maoyu ZHANG, Yujie FU. Ultrasonic-Assisted Enzymatic Extraction of Polysaccharides from Schisandra chinensis and the Effects on Anti-Oxidative Stress in Cells[J]. Bulletin of Botanical Research, 2023, 43(4): 631-640.

图/表 6

表1

图1

表2

表3

图2

图3

参考文献 23

1	孙金花，张天杰.药用植物五味子繁育栽培及盆栽造景［J］.现代园艺，2020，43（1）： 73-74.
	SUN J H， ZHANG T J.Propagation and cultivation of medicinal plant Schisandra chinensis and pot landscape［J］.Modern Horticulture，2020，43（1）：73-74.
2	周鑫.五味子的组织培养［J］.中国林副特产，2001（4）：6-7.
	ZHOU X.Tissue culture of Schisandra chinensis ［J］.Forest By-Product and Speciality in China，2001（4）：6-7.
3	刘博，傅俊范，周如军，等.五味子叶枯病病原菌鉴定［J］.植物病理学报，2008，38（4）：425-428.
	LIU B， FU J F， ZHOU R J，et al.Identification of pathogen of leaf blight of Schisandra chinensis ［J］.Acta Phytopathologica Sinica，2008，38（4）：425-428.
4	薛彩云，严雪瑞，林天行，等.五味子茎基腐病发生初报［J］.植物保护，2007，33（4）：96-99.
	XUE C Y， YAN X R， LIN T X，et al.A preliminary report on occurrence of Schisandra berry stalk rot［J］.Plant Protection，2007，33（4）：96-99.
5	白文宇，王厚恩，王冰瑶，等.五味子化学成分及其药理作用研究进展［J］.中成药，2019，41（9）：2177-2183.
	BAI W Y， WANG H E， WANG B Y，et al.Research progress on chemical constituents and pharmacological action of Schisandra chinensis ［J］.Chinese Traditional Patent Medicine，2019，41（9）：2177-2183.
6	AHN T S， KIM D G， HONG N R，et al.Effects of Schisandra chinensis extract on gastrointestinal motility in mice［J］.Journal of ethnopharmacology，2015，169：163-169.
7	YAN T X， XU M J， WAN S T，et al. Schisandra chinensis produces the antidepressant-like effects in repeated corticosterone-induced mice via the BDNF/TrkB/CREB signaling pathway［J］.Psychiatry Research，2016，243：135-142.
8	SU L L， MAO C Q， WANG X C，et al.The anti-colitis effect of Schisandra chinensis polysaccharide is associated with the regulation of the composition and metabolism of gut microbiota［J］.Frontiers in Cellular and Infection Microbiology，2020，10：519479.
9	XU M J， YAN T X， FAN K Y，et al.Polysaccharide of Schisandra chinensis Fructus ameliorates cognitive decline in a mouse model of Alzheimer’s disease［J］.Journal of ethnopharmacology，2019，237：354-365.
10	ZHAO T， MAO G H， MAO R W，et al.Antitumor and immunomodulatory activity of a water-soluble low molecular weight polysaccharide from Schisandra chinensis（Turcz.） Baill［J］.Food and Chemical Toxicology，2013，55：609-616.
11	LIU Y， HUANG G L.Extraction and derivatisation of active polysaccharides［J］.Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry，2019，34（1）：1690-1696.
12	CHEN R H， CHANG J R， SHYUR J S.Effects of ultrasonic conditions and storage in acidic solutions on changes in molecular weight and polydispersity of treated chitosan［J］.Carbohydrate Research，1997，299（4）：287-294.
13	LI Z J， HE X， LIU F，et al.A review of polysaccharides from Schisandra chinensis and Schisandra sphenanthera：properties，functions and applications［J］.Carbohydrate Polymers，2018，184：178-190.
14	ANDREAUS J， AZEVEDO H， CAVACO-PAULO A.Effects of temperature on the cellulose binding ability of cellulase enzymes［J］.Journal of Molecular Catalysis B：Enzymatic，1999，7（1/2/3/4）：233-239.
15	朱亚伟，王立涛，安娟艳，等.响应面优化酶解—微波辅助提取桑叶多糖的工艺研究［J］.植物研究，2020，40（4）：635-640.
	ZHU Y W， WANG L T， AN J Y，et al.Response surface optimized enzymatic hydrolysis-microwave assisted extraction process of mulberry leaf polysaccharide［J］.Bulletin of Botanical Research，2020，40（4）：635-640.
16	孙彤彤，王忠娟，张秀娟，等.响应面法优化提取虎耳草总酚及其抑制五步蛇毒PLA₂酶活性的相关性［J］.植物研究，2022，42（2）：259-267.
	SUN T T， WANG Z J， ZHANG X J，et al.Optimization on extraction of total phenols by response surface from Saxifraga stolonifera and its correlation in inhibiting the activity of PLA₂ in Deinagkistrodon acutus Venom［J］.Bulletin of Botanical Research，2022，42（2）：259-267.
17	姜守刚，谭笑，吴磊，等.向日葵茎芯多糖的提取工艺优化及其体外抗肿瘤活性研究［J］.植物研究，2018，38（5）：795-800.
	JIANG S G， TAN X， WU L，et al.Study of the extraction technology and antitumor activity in vitro of water-soluble polysaccharides from the wick of Helianthus annuus L.［J］.Bulletin of Botanical Research，2018，38（5）：795-800.
18	张耿崚，陈细妹，韩业钜，等.表面活性剂辅助离子液体预处理稻秆的酶解动力学与结构变化分析［J］.环境科学学报，2017，37（2）：686-693.
	ZHANG G L， CHEN X M， HAN Y J，et al.Enzymatic kinetics and structure change analysis of rice straw by surfactant-assisted ionic liquid pretreatment［J］.Acta Scientiae Circumstantiae，2017，37（2）：686-693.
19	OLAWUYI I F， KIM S R， HAHN D，et al.Influences of combined enzyme-ultrasonic extraction on the physicochemical characteristics and properties of okra polysaccharides［J］.Food Hydrocolloids，2020，100：105396.
20	张琪琳.香菇多糖的结构鉴定及抗肿瘤作用机制研究［D］.武汉：华中科技大学，2015.
	ZHANG Q L.Structural elucidation and antitumor mechanisms of polysaccharides isolated from Lentinus edodes ［D］.Wuhan：Huazhong University of Science and Technology，2015.
21	张莹，王洪源，周宇航，等.超声波辅助提取和热水浸提五味子多糖的比较研究［J］.特产研究，2015，37（3）：52-57.
	ZHANG Y， WANG H Y， ZHOU Y H，et al.Study on the extraction of Schisandra chinensis Baill Polysaccharides by ultrasonic wave and hot water method［J］.Special Wild Economic Animal and Plant Research，2015，37（3）：52-57.
22	宋海燕，程振玉，马朝红.响应面优化酶法提取五味子多糖的工艺及抗氧化活性研究［J］.食品工业，2016，37（3）：159-163.
	SONG H Y， CHENG Z Y， MA C H.Enzyme-assisted extraction technology of polysaccharides from Schisandra chinensis Baill by RSM and its antioxidation activity［J］.The Food Industry，2016，37（3）：159-163.
23	吴金松，耿广威，任聪，等.超声辅助酶法提取山药皮水溶性多糖的工艺优化［J］.食品研究与开发，2022，43（8）：90-97.
	WU J S，GENG G W，REN C，et al，Optimization of Enzymolysis-Ultrasonic assisted extraction of water-soluble polysaccharides from peel of Rhizoma dioscoreae ［J］.Food Research and Development，2022，43（8）：90-97.

编码水平 Coding levels	因素Factor
编码水平 Coding levels	加酶量（A） Enzyme concentration/ （U·g^-1）	超声功率（B） Ultrasonic power/W	提取时间（C） Extraction time/min	料液比（D） Solid to liquid ratio
-1	600	390	20	1 g∶20 mL
0	1 200	455	40	1 g∶30 mL
1	1 800	520	60	1 g∶40 mL

序号 No.	因素A Factor A /（U·g^-1）	因素B Factor B /W	因素C Factor C /min	因素D Factor D	多糖得率 Yield of SCPs /%	序号 No.	因素A Factor A /（U·g^-1）	因素B Factor B /W	因素C Factor C /min	因素D Factor D	多糖得率 Yield of SCPs /%
1	1 200	455	60	1 g∶40 mL	18.77	16	1 200	455	60	1 g∶20 mL	20.43
2	1 200	390	40	1 g∶40 mL	13.97	17	1 200	390	60	1 g∶30 mL	14.23
3	1 200	455	40	1 g∶30 mL	20.57	18	1 800	455	40	1 g∶40 mL	18.67
4	600	520	40	1 g∶30 mL	13.87	19	1 200	455	40	1 g∶30 mL	20.95
5	1 800	455	40	1 g∶20 mL	17.21	20	1 200	455	20	1 g∶20 mL	13.25
6	600	455	60	1 g∶30 mL	13.47	21	1 200	455	20	1 g∶40 mL	13.67
7	1 200	520	60	1 g∶30 mL	19.71	22	600	455	40	1 g∶20 mL	13.76
8	1 200	455	40	1 g∶30 mL	21.73	23	1 800	455	20	1 g∶30 mL	15.37
9	1 800	520	40	1 g∶30 mL	19.64	24	1 800	455	60	1 g∶30 mL	19.55
10	600	390	40	1 g∶30 mL	9.53	25	1 800	390	40	1 g∶30 mL	15.42
11	1 200	390	40	1 g∶20 mL	15.43	26	1 200	520	20	1 g∶30 mL	14.69
12	1 200	520	40	1 g∶20 mL	19.59	27	1 200	455	40	1 g∶30 mL	21.09
13	600	455	40	1 g∶40 mL	14.39	28	600	455	20	1 g∶30 mL	9.26
14	1 200	520	40	1 g∶40 mL	19.24	29	1 200	390	20	1 g∶30 mL	10.57
15	1 200	455	40	1 g∶30 mL	22.09

来源 Source	平方和 Sum of Squares	自由度 df	均方 Mean square	F	P
模型Model	379.850 0	14	27.130 0	39.420 0	<0.000 1**
A	83.110 0	1	83.110 0	120.740 0	<0.000 1**
B	63.430 0	1	63.430 0	92.150 0	<0.000 1**
C	71.790 0	1	71.790 0	104.290 0	<0.000 1**
D	0.076 8	1	0.076 8	0.111 6	0.743 3
A×B	0.003 6	1	0.003 6	0.005 2	0.943 4
A×C	0.000 2	1	0.000 2	0.000 3	0.985 8
A×D	0.172 2	1	0.172 2	0.250 2	0.624 7
B×C	0.462 4	1	0.462 4	0.671 8	0.426 2
B×D	0.308 0	1	0.308 0	0.447 5	0.514 4
C×D	1.080 0	1	1.080 0	1.570 0	0.230 5
A²	88.600 0	1	88.600 0	128.720 0	<0.000 1**
B²	57.490 0	1	57.490 0	83.520 0	<0.000 1**
C²	72.450 0	1	72.450 0	105.260 0	<0.000 1**
D²	13.000 0	1	13.000 0	18.890 0	0.000 7**
残差Residual	9.640 0	14	0.688 3	—	—
失拟项Lack of Fit	8.130 0	10	0.812 9	2.160 0	0.238 7
纯误差Pure Error	1.510 0	4	0.376 9	—	—
总误差Cor Total	389.490 0	28	—	—	—

[1]	苗永美, 童元, 方达, 王宇豪. 稀土镧对铁皮石斛不定芽诱导、植株生长及次生代谢产物合成的影响[J]. 植物研究, 2020, 40(6): 839-845.
[2]	朱亚伟, 王立涛, 安娟艳, 吕慕洁, 孙建航, 郭娜, 付玉杰. 响应面优化酶解—微波辅助提取桑叶多糖的工艺研究[J]. 植物研究, 2020, 40(4): 635-640.
[3]	姜守刚, 谭笑, 吴磊, 吴比, 袁颖洁, 祖元刚. 向日葵茎芯多糖的提取工艺优化及其体外抗肿瘤活性研究[J]. 植物研究, 2018, 38(5): 795-800.
[4]	李占君, 刘运伟, 张忠林, 张志环, 马珂, 杨逢建. 塔拉多糖的脱色工艺化研究[J]. 植物研究, 2018, 38(3): 475-480.
[5]	袁德成, 赵寒梅, 杨逢建. 塔拉种子多糖脱蛋白的正交优化及其抗氧化性研究[J]. 植物研究, 2018, 38(1): 155-160.
[6]	邸雪颖, 贾舒涵, 薛煜, 杨光, 赵博, 瓮岳太. 松栎柱锈菌春孢子多糖体外抗氧化活性[J]. 植物研究, 2017, 37(4): 628-634.
[7]	赵寒梅, 袁德成, 杨逢建. 响应面优化塔拉种子多糖的超声波提取及其抗氧化性研究[J]. 植物研究, 2017, 37(4): 635-640.
[8]	王一峰；侯宏红；靳洁；赵博；曹家豪；李筱姣. 中国楤木根皮多糖的微波提取工艺优化及单糖组分分析[J]. 植物研究, 2015, 35(5): 779-785.
[9]	王洪政1,2；李媛媛1,2；刘伟1,2；王化1,2,3；祖元刚1,2*；赵修华1,2. 响应面法优化牡丹果荚多糖提取工艺及其抗氧化活性评估[J]. 植物研究, 2015, 35(1): 127-132.
[10]	路祺；高悦；项凤影；祖元刚*；张莹. 牡丹种荚多糖提取工艺研究[J]. 植物研究, 2015, 35(1): 154-157.
[11]	高银祥1,2；祖元刚1；杨逢建1；于雪莹1；姚丽萍1*. 向日葵植株中次生代谢产物分布及积累规律研究[J]. 植物研究, 2014, 34(6): 782-786.
[12]	孙曦晓;刘再枝;杜新琦;赵春建*;王化;杨磊;汪贵斌;祖元刚. 超声辅助提取杜仲多糖及其抗氧化活性[J]. 植物研究, 2014, 34(3): 428-432.
[13]	陈婧;杨瑞林;朱广龙;张强;魏学智*. 蕤核叶片解剖结构和组织化学定位研究[J]. 植物研究, 2012, 32(3): 275-278.
[14]	章英才*;杨军;李瑞. 掌叶大黄根多糖的积累分布特征[J]. 植物研究, 2011, 31(6): 744-749.
[15]	高翔;武佳业;张直峰;闫桂琴*. 翅果油树不同部位多糖含量及抗氧化活性比较研究[J]. 植物研究, 2011, 31(3): 363-366.

超声辅助酶解提取五味子多糖及其抗细胞氧化应激研究

Ultrasonic-Assisted Enzymatic Extraction of Polysaccharides from Schisandra chinensis and the Effects on Anti-Oxidative Stress in Cells

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 6

参考文献 23

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价