无花果多糖提取工艺及其功能讨论

　　糖尿病（diabetesmellitus，DM）及其并发症已成为继心脑血管疾病、肿瘤之后严重危害人类健康的第三大常见病，据世界卫生组织（WHO）报告，全世界目前约有1。5亿DM患者，预测2025年将上升到3亿，近年糖尿病及其病发症的发生率越来越高。糖尿病慢性并发症的发生和发展与整体血糖水平的升高有密切的关系，同时糖尿病长时间的高糖环境会导致糖脂代谢的紊乱，从而引起脏器病变及并发症。血液中糖化血红蛋白（HbAlc）与血糖浓度成正比，所以检测血中HbAlc水平可以直观地反映出血糖水平，更好地监测机体糖代谢的情况。国外有学者研究证实了HbA1c是诊断血糖水平的重要指标，而且HbA1c与空腹血糖（FBG）、甘油三酯（TG）低密度脂蛋白（LDL）呈正相关。在控制血糖水平的同时，有效调节血脂代谢紊乱对治疗糖尿病及其并发症有重要意义。植物多糖在自然界中广泛存在，具有降血糖、提高免疫力、防止心肌缺血等复杂的生物活性与功能，它能促进胰岛素分泌，提高血浆胰岛素水平，抑制糖异生途径和调控糖原的合成、分解及促进血糖利用。目前，市场上治疗糖尿病的药物主要是化学合成药，虽然短期疗效显著，但常伴有不同程度的副作用，如心血管疾病、过敏反应等。
　　无花果（Ficuscarica）为桑科无花果属植物的果实，在甘肃省陇南市白龙江两岸栽培面积约有333。3hm2，是甘肃省主要的无花果栽培基地。无花果营养丰富，无花果多糖系其主要有效成分，但是由于其水溶性和分子量大，给提取纯化带来了困难。近年来有关无花果多糖提取工艺研究的报道较多，但仅限于压榨、水溶和溶剂萃取等传统提取方法的研究，而且传统提取工艺复杂、提取率低、耗时也较长。同其他植物多糖一样具有复杂的生物活性与功能，有关无花果多糖在降血压、防治神经痛、抗凝血、抗血栓、抗氧化、增强免疫力方面的研究逐渐增多，而关于无花果多糖在降血糖、血脂方面的研究较少。鉴于此，试验根据无花果多糖特点，用酶法和响应面法联用，进行提取工艺优化研究，并采用ALX诱导建立糖尿病大鼠模型来观察无花果多糖对糖尿病大鼠降血糖和降血脂的作用效果，以期开发无毒无副作用的降糖替代药物，对无花果多糖综合开发提供科学依据，促进无花果产业经济的发展。
　　1材料与方法
　　1。1材料与仪器
　　1。1。1试验材料与动物
　　无花果采自甘肃省陇南市武都区白龙江沿岸，品种为紫果，挑选大小均匀成熟度相同，无机械损伤，颜色鲜艳，无病虫害的果实；SD大鼠，雄性，合格证号SCXK（甘）20090004，体质量185220g，试验动物和饲料均购自兰州大学基础医学院医学实验中心。
　　1。1。2试验药品
　　四氧嘧啶，Sigma公司；盐酸二甲双胍片，上海医药（集团）有限公司信谊制药总厂生产；格列苯脲片，上海信谊药厂有限公司生产；血糖试纸，爱奥乐医疗器械（深圳）有限公司；普鲁卡因肾上腺素注射液，远大医药（中国）有限公司生产；苯酚、浓硫酸、葡萄糖（纯度99。99，sigam公司），复合酶（纤维素酶40万mL，木聚糖酶260万mL，果胶酶mL，三者比为312）和氏璧生物科技有限公司；其他试剂均为分析纯。
　　1。1。3试验仪器
　　RE52AA旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；HH6数显恒温水浴锅，上海千载科技有限公司；TGL16G高速台式离心机，上海安亭科学仪器厂；UV759紫外可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；TDL5000B型低速冷冻大容量离心机，上海安亭科学仪器厂；LGJ18型冷冻干燥机，北京四环科学仪器厂；全自动生化分析仪AU5800，贝克曼库尔特有限公司；全自动血糖检测仪，爱奥乐医疗器械（深圳）有限公司；LC6A高压液相色谱仪（配有RI10A示差折光检测器、7725i手动进样器、CTO10AS柱温箱、CBM20A在线控制器和LCsolution分析软件）日本岛津公司；TSKGelSW3000和TSKGelSW4000色谱柱日本Tosoh公司等。
　　1。2试验方法
　　1。2。1无花果多糖的提取流程
　　将无花果果实在50烘干后将其粉碎，过40目筛，用无水乙醇回流脱脂，50时干燥，然后加入一定量的水，在一定温度下添加相应的复合酶进行一定时间的酶解，通过复合酶的酶解彻底降解无花果中的纤维素和果胶，使无花果多糖充分溶解便于提取，提取液经过减压浓缩得浓缩液，取上清液与Sevag试剂（氯仿正丁醇体积比41）按体积比51混合、振荡、离心弃去变性蛋白，重复4次。合并水层，用95的乙醇沉淀（体积比31），5000rmin离心10min，沉淀物溶于热水中，搅拌状态下慢慢加入斐林试剂，析出铜络合物，静置1h，倾出上清液，用水洗涤3次，离心分离得络合物，向络合物中加4蒸馏水，再滴加0。5molL的HCl使之全部溶解，用95的乙醇沉淀（体积比31）、离心、所得絮状物分别用乙醇、丙酮、乙醚洗涤，冷冻干燥得洁白无花果多糖粉。
　　1。2。2无花果多糖含量的测定方法
　　本试验采用苯酚硫酸法测定总的无花果多糖含量。先把葡萄糖用苯酚、硫酸试剂处理后，进行紫外扫描，在489nm处有最大吸收；再利用标准糖浓度和其用苯酚、硫酸试剂处理后在489nm处的吸光度制作标准曲线，再测定待测样品溶液的吸光度，然后根据回归方程计算相应的浓度从而求出多糖含量。无花果多糖的提取率（）样品中多糖的含量稀释倍数样品干质量100。
　　1。2。3无花果多糖的单因素试验
　　分别称取1。0g无花果粉末多份，分别置于250mL锥形瓶中，用100mL蒸馏水混匀，调节pH至4。8，备用。用时添加不同酶剂量搅拌均匀后用保鲜膜封口，置于50恒温摇床培养，转速100rmin，酶解24h，以蒸馏水为空白对照，重复5次。测定酶用量对提取无花果多糖的影响：分别加入0。02、0。04、0。06、0。08、0。09、0。10、0。11、0。12g工业用复合酶；测定温度对提取无花果多糖的影响：取备用无花果粉末匀质液体加入工业用复合酶0。06g，温度设置为35、40、45、50、55、60、66的恒温培养箱内酶解；测定pH对提取无花果多糖的影响：在备用无花果粉末匀质液体中分别加入工业用复合酶0。06g，以1molLCH3COOH溶液和1molLNaOH溶液调节成pH值分别为4。4、4。6、4。7、4。8、5。0、5。2、5。5、6。0的系列梯度进行试验。各单因素试验后测定无花果多糖来确定适合的单因素条件。
　　1。2。4糖尿病动物模型建立
　　将SD大鼠适应性喂养7d，在禁食不禁水12h后，称质量，测量FBG。随机取10只大鼠作为正常对照组，将其余60只大鼠腹腔一次性注射240mgkg新鲜配制的3ALX溶液。72h后眼眶静脉丛采血，用血糖仪测定FBG，将FBG11。5mmolL者视为造模成功。糖尿病模型组，等量生理盐水每天灌胃一次，二甲双胍药物对照组，按250mgkgbw，剂量每天灌胃一次，纹党多糖低、中、高剂量组（100、250、500mgkgbw），每天灌胃一次。试验期间，大鼠自由饮食和饮水，连续观察28d，每隔7d，测定FBG和称量体质量，测定FBG前禁食不禁水12h。
　　1。2。5对正常大鼠血糖水平的影响
　　取SD大鼠50只，随机分为5组。空白组（等容量生理盐水）、格列本脲对照组（2。5mgkgbw）、纹党多糖低、中、高剂量组（100、250、500mgkgbw），各组灌胃给药、2次d、连续7d、末次给药前禁食12h，给药后1h眼眶静脉丛采血，用血糖仪测定FBG的血糖值。
　　1。2。6对肾上腺素引起高血糖大鼠血糖水平的影响
　　取SD大鼠60只，随机分成6组，分组及给药方法同1。2。5，设肾上腺素为对照组。末次给药前禁食12h，给药后30min各组腹腔注射肾上腺素0。2mgkgbw，30min后眼眶采血测定FBG。
　　1。2。7大鼠急性毒性试验（LD50）测定
　　小鼠急性毒性试验，半数致死量（LD50）以纹党多糖一次性灌胃给药，约等于50mg10gbw，相当于5000mgkgbw，观察28d，看有无异常反应，小鼠是否活动自如。
　　1。3检测指标
　　末次给药后，各组大鼠禁食不禁水12h，采用血糖仪和血糖试纸，剪尾取血测各组大鼠FBG；测定FBG后，迅速处死动物并采血，离心收集血清，采用全自动生化分析仪测TC、TG、HDL、LDL水平。
　　1。4统计分析
　　试验数据均以xs表示，数据分析采用SPSS17。0统计分析软件进行t检验统计处理。
　　2结果与分析
　　2。1无花果多糖的纯度检测
　　无花果多糖溶液的紫外光谱在260nm和280nm波长处未见蛋白质和核酸的特征吸收。无花果种子多糖的HPLCGPC色谱图，只出现一个峰，保留时间为11。897min，所检测到的峰没有裂峰的出现，说明分离和纯化的无花果种子多糖是由一种多糖组成的，面积归一化计算纯度为99。95。
　　2。2多糖测定标准
　　曲线的确立以标准液浓度（mgmL）为横坐标，吸光度值为纵坐标，得标准曲线，计算回归方程：y5。1086x0。0061，相关系数R20。9999，线性良好。
　　2。3影响无花果多糖的单因素试验
　　不同的酶解温度对无花果多糖溶出率的影响2。4555无花果多糖的提取率之间差异较为明显，在50时无花果多糖的提取率最高。因此，温度选择45以上，考虑到酶解温度以及能量节约宜选择提取温度为50。中可以得出，无花果多糖含量随着溶液pH值的增加呈先增加后减少的趋势。当溶液的pH值达到4。8时，含量达到最大值。当溶液的pH值超过5。0时，多糖的溶出率反而减少，说明这时溶液的pH值超过酶的最适pH，活性开始降低，所以最佳pH值为4。8。不同酶用量对无花果多糖溶出率的影响见图4，无花果多糖溶出率随着复合酶的增加而增加，无花果多糖在酶用量为0。06g处增加明显，无花果多糖溶出率有最大值，此后维持稳定。说明此时酶量足够，已经与底物充分作用，因此复合酶的最佳酶用量为0。06g。
　　2。4无花果多糖提取工艺条件响应面分析试验
　　以单因素试验结果为依据，利用DesignExpert8。0。6。1软件设计了三因素三水平的响应面法试验，以酶解温度、酶用量和pH为主要考查因素，分别用A、B和C来表示，并以1、0、1表示自变量的高低水平，以无花果多糖含量为响应值，表现出20个试验点。因素水平见表1，试验设计、二次回归拟合及方差分析和结果见表2，从回归分析中可以得出两者的一次项、二次项均有显著影响。各试验因子对响应值的影响呈显著的线性关系。各试验因子对无花果多糖（Y）的响应值的影响分别为：Y2591。8521。84A1184。86B869。78C2。958AB0。52AC237。50BC0。19A2129。80B289。05C2。方差分析结果由表3可知，模型P0。01说明酶解温度、酶用量和pH及其二次项对无花果多糖的影响极显著，而交互项无显著影响。无花果多糖模型决定系数为R20。9994，经拟合检验，无花果多糖：P0。0001，差异极显著，由此说明方程能很好地反映无花果多糖含量与酶解温度、酶用量和pH之间的关系，而且对无花果多糖提取率影响的大小顺序为A：酶解温度B：酶用量C：pH。因此，可以应用于无花果多糖含量提取的理论预测。依据回归方程，3个因素的响应面图如图57，相应的响应面均为凹型曲面，说明无花果多糖的含量响应值存在着极高值，且响应曲面的等高线中心均位于11，说明提取的最优条件存在于所设计的因素水平范围之内。通过分析两者的响应面分析结果可以确定，无花果多糖的提取最优工艺参数为：酶解温度为50。36，酶用量为0。06g和pH为4。73，在此条件下，无花果多糖的最高含量为34。47。无花果多糖提取工艺优化条件的重复试验验证结果由表4可知，无花果多糖的平均提取率为34。13，预测值比较两者无显著差异（P0。05），所以经过验证此优化条件是最佳组合工艺。
　　2。5无花果多糖对正常大鼠血糖水平的影响
　　格列本脲是降低血糖的特效药物之一，由于其能刺激胰腺分泌胰岛素而降低血糖，还通过增加门静脉胰岛素水平或对肝脏直接作用，抑制肝糖原分解和糖原异生作用，也可增加胰外组织对胰岛素的敏感性和糖的利用，而缓解人体高糖环境，所以医疗使用范围较广。对正常大鼠血糖水平的影响研究结果表明，无花果多糖低、中、高剂量组均能降低正常大鼠血糖，与空白组比较差异极显著性（P0。01），其降糖效果与格列本脲组相当。格列本脲能刺激胰腺胰岛B细胞分泌胰岛素，还通过增加门静脉胰岛素水平或对肝脏直接作用，抑制肝糖原分解和糖原异生作用，也可能增加胰外组织对胰岛素的敏感性和糖的利用。
　　2。6无花果多糖对肾上腺素引起高血糖大鼠血糖水平影响
　　肾上腺素是肾上腺髓质分泌物，能使肝糖元分解，阻碍葡萄糖进入肌肉及脂肪组织细胞，促使血糖升高。对肾上腺素引起高血糖大鼠血糖水平的影响研究表明，无花果多糖对肾上腺素引起的大鼠血糖升高具有明显的抑制作用，结果见表6。而这种抑制小鼠糖代谢的作用可能是通过促进胰岛素的释放，提高胰岛素敏感性，从而增加外周组织对葡萄糖的利用和增加肝糖元合成，调节糖代谢和抑制糖异生过程来完成降低血糖的作用。
　　2。7无花果多糖对糖尿病大鼠血糖的影响ALX
　　是一种常用的诱导大鼠产生型糖尿病的物质，其致病原因在于它能破坏小鼠的胰岛细胞导致氧化应激而升高血糖，通过对大鼠进行腹腔注射ALX，对大鼠胰岛细胞进行特殊的破坏，从而减少胰岛素的来源使大鼠血糖升高，小鼠进食量、饮水量、尿量显著增加，体形明显消瘦，行动迟缓，说明ALX诱导糖尿病模型成功，无花果多糖对造模成功后糖尿病大鼠血糖的作用见表7。与正常组大鼠相比，各组大鼠血糖均明显升高，有极显著差异（P0。01）。连续灌胃给药后，二甲双胍组大鼠血糖在不同时期均明显降低，与ALX模型组相比差异极显著（P0。01）。无花果多糖中剂量组大鼠的血糖值与模型组相比差异显著（P0。05），而高剂量组与模型组比较血糖明显降低，差异极显著（P0。01）。结果表明无花果多糖对糖尿病模型大鼠具有明显的降血糖作用，而且这种降血糖作用以高剂量组效果最好，与二甲双胍组的降糖效果相仿无显著差异（P0。05）。
　　2。8无花果多糖对糖尿病大鼠糖化血红蛋白的影响
　　糖化血红蛋白是人体血液中HbAlc与葡萄糖通过非酶促的缓慢结合所形成的一种血红蛋白组分，与血糖浓度成正比，所以检测血中HbAlc水平可以直观地反映出血糖水平，能更好地反映机体糖代谢的情况。无花果多糖对糖尿病大鼠糖化血红蛋白的作用见表8。无花果多糖高、中剂量组大鼠糖化血红蛋白含量显著下降，与模型组比较具有显著性差异（P0。05和P0。01），低剂量组大鼠糖化血红蛋白含量与模型组比较无显著性差异（P0。05）。说明无花果多糖能够降低糖尿病大鼠HbAlc水平，其高剂量效果与二甲双胍组相当（P0。05）。这也说明多糖能刺激ALX致糖尿病大鼠的胰岛细胞的再生并释放胰岛素，使胰岛素分泌增多，降低糖尿病大鼠HbAlc水平，有效调节和改善糖代谢水平，降低大鼠血清葡萄糖水平。
　　2。9无花果多糖对糖尿病模型大鼠血脂代谢的影响
　　无花果多糖对糖尿病大鼠血脂代谢的结果见表9。与正常组相比，糖尿病模型大鼠TC、TG和HDL均显著升高（P0。05），而LDL显著降低（P0。05）。给药4周后，模型组与二甲双胍组比较，TC、TG、LDL和HDL均有明显升高（P0。05）。无花果多糖高剂量组与糖尿病模型组比较大鼠的TC、TG和HDL，有极显著性差异（P0。01），其对糖尿病模型大鼠血脂的调节作用与二甲双胍组相当，两组的TC、TG、HDL及LDL含量均无显著性差异（P0。05）。结果表明无花果多糖可以调节糖尿病大鼠血脂。
　　2。10无花果多糖对大鼠急性毒理试验
　　大鼠急性毒性试验半数致死量（LD50）未能测出，一次性灌胃给药约等于6000mgkgbw无花果多糖，观察28d，大鼠给药后外观毛色光亮，无兴奋、不安、窜动、跳跃、竖毛、流泪、流涎、凸眼、扭体反应现象，给药后摄食、进水、大小便等均无明显异常。观察期间未出现死亡和异常反应，大鼠活动自如。并对大鼠进行颈椎脱臼处死，然后进行心、肝、肺、脾、肾、子宫、睾丸、卵巢、肠等重要脏器病理检查，均未出现出血、充血、水肿、渗出、溃疡、穿孔、胸腔、腹腔、心包膜无积液等明显病理变化，结果说明无花果多糖是一种无毒物质。
　　3讨论与结论
　　通过酶法和响应面法联用，对无花果主要活性成分多糖进行提取工艺优化研究，在提取研究过程中，发现酶解时间是一个动态变化的过程，很难确定最佳时间，但是在酶解24h后多糖产率达到稳定，所以将酶解时间确定为24h。通过响应面分析结果确定了无花果多糖的提取最优工艺参数为：酶解温度50。36，酶用量0。06g和pH4。73，该条件下无花果多糖提取预测值为34。47，验证值为34。13。目前提取无花果多糖的方法有很多种，传统提取方法主要是水提法，操作繁琐时间长而且提取率相对较低。酶解法条件温和，操作简单，节约原材料，有较高的提取率。无花果多糖提取过程中会因为一些杂质类成分如淀粉、蛋白质、果胶等而影响提取液的质量，而适当的酶通过温和的酶解反应可将液体中杂质除去，从而提高体系澄清度。单独用复合酶法提取无花果多糖提取率相对较高，但其耗时较长，而且酶解法中温度和pH值都是影响酶解产物的重要因素，它们不但影响酶的稳定性，而且还影响酶的活性中心必需基团的解离状态和底物的解离状态。在最适pH值和温度范围内，底物才能与酶充分的结合，产生大量的产物。所以用响应面法和酶解法联用优化无花果多糖的提取工艺时，将温度和pH值设计到最佳条件，改变了以往提取时无花果资源的严重浪费，对无花果的资源开发和利用具有重要的现实意义。
　　本试验研究无花果多糖对四氧嘧啶诱导糖尿病大鼠血糖和血脂的影响。以腹腔注射ALX建立大鼠糖尿病模型，连续灌胃给药28d，研究HAP对糖尿病大鼠空腹血糖（FBG）、糖化血红蛋白（HbAlc）、总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、高密度脂蛋白（HDL）、低密度脂蛋白（LDLC訽：M）等指标的影响。研究表明，大鼠进食量、饮水量、尿量显著增加，体形明显消瘦，行动迟缓，符合糖尿病三多一少的症状，且胰岛细胞破损明显，导致糖尿病模型组大鼠的FBG明显高于正常对照组；经过28d的灌胃治疗，无花果多糖治疗组不同程度地降低了大鼠的FBG，高剂量治疗组的降糖效果显著；无花果多糖处理降低了大鼠HbA1c含量，作用效果与二甲双胍组接近；与正常组相比，糖尿病模型组大鼠TC和TG浓度显著升高，HDL的含量有所下降，与糖尿病模型组相比，无花果多糖各剂量组均能使糖尿病大鼠血清中TG、TC含量降低，同时提高HDL含量，说明能够改善糖尿病大鼠血脂代谢紊乱的情况；无花果多糖高剂量治疗后主动脉内膜相比模型组较完整平坦，内皮黏附及浸润于内膜的单核细胞明显较少，内膜增厚明显轻于模型组，说明无花果多糖可以调节降低糖尿病大鼠血脂，对糖尿病大鼠的血管并发症有一定的改善作用，对治疗高脂血症、预防动脉粥样硬化、冠心病等方面具有广阔的开发前景，有望成为一种新型调节血脂的保健食品。本研究中一次性灌服无花果多糖最大剂量为5000mgkgbw，远远大于毒理学评价标准，大鼠急性毒性试验半数致死量（LD50）未能测出，大鼠给药观察28d后，未出现死亡和异常反应，大鼠活动自如，说明无花果多糖对大鼠安全无毒。虽然无花果多糖的降血糖作用不如口服降血糖药二甲双胍那么强，但其作用比较温和，不会出现二甲双胍那样强烈的低血糖反应也是其突出的优点，用来开发无毒无副作用的降糖替代药物具有重要意义。