淡竹叶多糖的大孔吸附树脂纯化工艺及对小鼠运动耐力的影响

邓云兵，黄冬琴，岳天翔

（江西中医药大学，江西南昌 330038）

淡竹叶为禾本科淡竹叶属的植物淡竹叶（Lophatherum gracileBrongn.）的茎叶，富含多糖、黄酮、多酚等生物活性物质，具有清心除烦、生津止咳的功效[1−2]，常用于凉茶、饮料等食品的生产。现代药理学研究表明，多糖化合物可增强体内超氧化物歧化酶活性，延缓端粒缩短速度，同时提高谷胱甘肽过氧化物酶活力，使得体内过氧化物的清除速度加快，减少有害产物丙二醛的累积，具有抗衰老、抗氧化和增强机体耐力等生物学活性[3−4]，如：Xie 等发现党参多糖可明显延长小鼠的负重游泳时间[5]；Zhang 等通过色谱柱纯化得到的斜纹夜蛾多糖可明显降低运动后血液乳酸、尿素氮和乳酸脱氢酶的水平[6]。

运动性疲劳通常源于机体运动产生的大量活性氧自由基，使得体内发生氧化应激，造成组织损伤和肌肉收缩能力的下降[7−8]。由于目前淡竹叶多糖研究多集中于提取条件优化和抗氧化活性探讨[9−10]，暂未有文献讨论其对机体运动耐力的影响，同时提取产物中仍含有蛋白质、色素等杂质，可能影响其活性的发挥，为此本研究利用大孔树脂吸附分离具有机械筛分与化学吸附的特性[11−12]，探讨其纯化淡竹叶多糖提取物的最佳工艺条件，同时通过动物实验，观察其对小鼠运动耐力的影响，从而为相关运动食品的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

淡竹叶 购自江西昌盛大药房，经鉴定为禾本科植物淡竹叶的叶片；西洋参口服液 金日制药（中国）有限公司；浓硫酸、苯酚、葡萄糖 分析纯，国药集团化学试剂有限公司；乳酸 （Blood lactic acid,BLA）、乳酸脱氢酶 （Lactate dehydrogenase,LDH）、尿素氮 （Blood urea nitrogen,BUN）试剂盒 南京信帆生物有限公司；纯化水 制于Millipore 超纯水机；SPF 级健康雄性昆明小鼠 100 只，体质量15～22 g，由江西省实验动物中心提供 （许可证号：SYXK 2018-0006）。

DX-30B 型粉碎机 广州祥明机械设备有限公司；721 型紫外-可见分光光度计 上海仪电分析仪器有限公司；FA2104J 型电子天平 上海恒平科技有限公司；SM-150D 型超声波细胞粉碎机 南京舜玛科技有限公司；RE-2000A 型旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂；LC-10N-50A 型冷冻干燥箱 上海力辰仪器制造有限公司；TG-15 型高速离心机 四川蜀科仪器有限公司；SHA-C 型恒温振荡器 国华（常州）仪器制造有限公司；AB-8、H-103、D-101 型大孔树脂 天津浩聚树脂科技有限公司；HPD 300、HPD 400 型大孔树脂 北京索莱宝科技有限公司；DM 301、NKA-9 型大孔树脂 上海蓝季科技发展有限公司；动物恒温游泳池 上海艾研生物科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 多糖提取物制备 淡竹叶经烘干后粉碎，过80 目筛，以水作提取溶剂，在固液比1:35 的条件下于200 W、50 ℃下，超声提取30 min 后过滤，滤渣再次提取，合并两次滤液，于旋转蒸发仪中浓缩，经无水乙醇沉淀后抽滤，冷冻干燥即得[13]。

1.2.2 多糖含量测定 称取干燥至恒重的葡萄糖标准品，先后加入5%苯酚溶液和浓硫酸处理后，于490 nm 波长处测定不同浓度标准溶液的吸光度值[14]，随后以葡萄糖质量浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线，得到标准曲线回归方程：y=1.013x−0.0206（r=0.9954），表明葡萄糖浓度在0.1～1.0 mg/mL范围内，线性关系良好，另于相同波长测定样品的吸光度，平行测定六次，通过下式计算样品的多糖纯度。

式中：c 为多糖质量浓度，mg/mL；V 为样品溶液体积，mL；m0为样品质量，mg；D 为稀释倍数。

1.2.3 大孔树脂型号筛选 经预处理后的2.0 g 不同型号树脂置于150 mL 具塞锥形瓶内，分别加入30 mL质量浓度为5 mg/mL 多糖提取液，于25 ℃振荡吸附12 h 后过滤，测得上清液的多糖质量浓度，通过下式计算树脂的吸附率[15]。

式中：c0为提取液中多糖浓度，mg/mL；ce为饱和吸附后上清液中多糖浓度，mg/mL；Qe为吸附率，%。

吸附后的大孔树脂经过滤后，加入100 mL 质量分数为80%的乙醇溶液，于相同条件静态洗脱12 h后，测得上清液的多糖浓度，通过下式计算洗脱率与回收率[16]。

式中：c0为提取液中多糖浓度，mg/mL；ce为饱和吸附后上清液中多糖浓度，mg/mL；cd为洗脱液中多糖浓度，mg/mL；V0为提取液体积，mL；Vd为洗脱液体积，mL；Dd为洗脱率，%；R 为回收率，%。

1.2.4 树脂静态吸附-解吸动力学曲线 将预处理后的2.0 g AB-8 型大孔树脂置于150 mL 具塞锥形瓶内，加入30 mL 质量浓度为5 mg/mL 多糖提取液后振荡吸附，于不同时间测定上清液的多糖浓度后，绘制静态吸附曲线，随后过滤，另加入100 mL 体积分数为80%的乙醇溶液，振荡洗脱，测得不同时间上清液的多糖质量浓度，绘制树脂的静态洗脱曲线，另利用用不同动力学模型研究AB-8 型树脂对淡竹叶多糖的吸附机制。

式中：K1为准一级速率常数，min−1；K2为准二级速率常数，mL∙mg−1·min−1；τt为多糖吸附量，mg/g；τe为多糖饱和吸附量，mg/g。

1.2.5 树脂动态吸附-洗脱条件考察

1.2.5.1 不同吸附条件考察 分别考察上样质量浓度、样液pH、上样体积及上样流速对树脂的吸附率影响，具体如下：当样液pH 为5.0，上样流速为2 mL/min，上样液体积为60 mL 时，上样质量浓度分别为：1、3、5、7、9 mg/mL；当上样质量浓度为5 mg/mL，上样流速为2 mL/min，上样液体积为60 mL 时，样液pH 分别为：3.0、4.0、5.0、6.0、7.0；当上样质量浓度为5 mg/mL，样液pH 为5.0 时，绘制上样流速分别为1、2、3 mL/min 的泄漏曲线。

1.2.5.2 不同洗脱条件考察 以乙醇溶液作洗脱液，分别考察洗脱液体积分数、体积和洗脱流速对目标化合物解吸的效果影响，具体如下：当洗脱流速为1 mL/min，洗脱液体积160 mL 时，洗脱液体积分数分别为50%、60%、70%、80%、90%；当洗脱液体积分数80%时，绘制洗脱流速分别为1、2、3 mL/min时洗脱曲线。

1.2.6 动物实验

1.2.6.1 分组与剂量设计 100 只健康雄性小鼠适应性喂养7 d 后（饲养环境温度：20～25 ℃，相对湿度：50%～70%），按体质量随机分为5 组，即空白对照组、阳性对照组和低、中、高剂量组，每组各20 只，根据《保健食品功能评价》要求，设计人体推荐摄入剂量的10、20、30 倍，作为低、中、高剂量组动物每日淡竹叶多糖纯化物的摄入量，即0.10、0.20、0.30 mg/g/d，空白对照组则给予生理盐水，阳性对照组则给予西洋参口服液（2 mg/mL），各组动物均按照0.2 mL/g 体重灌胃，全部动物每天灌胃1 次，连续灌胃30 d，灌胃期间可自由喂食与饮水[17−18]。

1.2.6.2 力竭游泳时间 末次灌胃后，各组动物于鼠尾负重5%体质量重物，置于（25±2）℃游泳池内开展负重游泳试验，记录小鼠自入水开始游泳至沉没超过10 s 的时间[19]。

1.2.6.3 生化指标测定 末次灌胃结束后，各组剩余动物游泳30 min，取出擦净，休息10 min 后，于眼底取血，离心，制备血清，照相关试剂盒说明书要求，检测各组小鼠血清中BLA 与BUN 的含量及LDH活力[20]。

1.3 统计学处理

实验数据采用均数±标准差描述，利用SPSS 19.0 进行单因素方差分析，不同组间的比较采用方差分析，检验水准α=0.05，当P<0.05 判断为差异显著，P<0.01 判断为差异极显著。

2 结果与分析

2.1 大孔树脂型号确定

不同型号的树脂的比表面积和极性不同，因此对目标化合物的吸附与解吸效果存在较大差异，分别考察不同类型大孔树脂的吸附与解吸效果，结果见表1。从表1可见，H 103 型大孔树脂对多糖化合物的解吸率仅为51.6%，这归因于该树脂的比表面积较大，吸附位点较多，而多糖化合物具有弱极性，因此较难解吸，HPD-300 型大孔树脂的吸附率虽达到88.2%，但解吸率仅为68.6%，而AB-8 型大孔树脂比表面积适中，且回收率达到74.5%，因此确定采用AB-8 型大孔树脂纯化淡竹叶多糖提取物。

表1 不同类型大孔树脂的吸附与解吸效果Table 1 Adsorption and desorption performance of different types of macroporous resins

2.2 树脂静态吸附与解吸动力学曲线

图1为AB-8 型大孔树脂的静态吸附曲线，从图1可知，该吸附过程为中速平衡型，在前4 h 树脂的吸附率增长较快，随后逐渐缓慢，至8 h 后基本不再变化达到平衡，因此该树脂对淡竹叶多糖的静态吸附时间为8 h。图2为AB-8 型大孔树脂的静态洗脱曲线，从图2可知，该解吸过程为快速平衡型，前3 h洗脱率迅速增大，随后趋于稳定，达到平衡。采用一级和二级动力学模型分别拟合上述吸附过程，结果见表2。从表2可知，采用二级动力学模型拟合方程的相关系数较大，因此该吸附过程更接近于二级动力学模型特征，吸附过程可能受到外部扩散、边界层扩散或颗粒内扩散控制。

表2 吸附动力学模型拟合参数Table 2 The fitting parameters of adsorption kinetics models

图1 静态吸附动力学曲线Fig.1 The static adsorption kinetics curve

图2 静态解吸动力学曲线Fig.2 The static desorption kinetics curve

2.3 上样质量浓度对吸附效果的影响

不同上样质量浓度对树脂吸附率的影响，见图3所示。从图3可见，随着上样质量浓度的增大，树脂的吸附率先升高后降低，这归因于当上样质量浓度较低时，树脂的吸附位点较多，而随着浓度不断增大，样品中杂质的含量亦逐渐增加，不仅易堵塞树脂，同时可与目标化合物竞争吸附活性位点[21]，因此确定最佳上样质量浓度为5 mg/mL。

图3 上样液质量浓度对吸附率的影响Fig.3 Effect of sample concentration on the adsorption rate

2.4 样液pH 对吸附效果的影响

不同样液的pH 对树脂吸附率的影响，见图4。从图4可知，随着样液pH 的升高，树脂对多糖的吸附率呈先升高后降低的趋势，当样液pH 为5.0 时，吸附率达到最大，这可能源于多糖类化合物在酸、碱条件下均易发生水解反应，从而影响目标化合物的溶解度与化学性质[22]，而溶液处于弱酸性时，多糖更易于被树脂吸附，这与陈艳等利用大孔树脂纯化松茸多糖研究结论一致[23]，因此确定样液最佳pH 为5.0。

图4 样液pH 对吸附率的影响Fig.4 Effect of pH value of sample solution on the adsorption rate

2.5 上样流速对吸附效果的影响

随着上样液体积的不断增大，树脂的吸附位点逐渐饱和，从而吸附能力不断下降，使得流出液中多糖浓度持续升高，若流出液中多糖浓度约为上样质量浓度的10%，则认为树脂已吸附饱和并出现泄漏[24]，若上样液体积过大且流速过快，不仅使得目标化合物无法与树脂充分接触，也容易出现树脂过载，因此分别考察不同上样流速的树脂泄露曲线，结果见图5。从图5可知，随着上样液体积的增多，流出液中多糖浓度不断增大，树脂最终达到饱和吸附，另外随着流速加快，树脂开始泄漏时的上样液体积不断减少，结合实际吸附效率，确定最佳上样流速为2.0 mL/min，上样液体积为60 mL。

图5 不同上样流速的泄漏曲线Fig.5 The leakage curve in different loading speed

2.6 乙醇体积分数对解吸效果的影响

图6为不同洗脱液体积分数对洗脱率的影响，当洗脱液体积分数增大至80%后，洗脱率开始下降，这归因于洗脱液的体积分数过低或过高，其极性均与目标化合物相差较大，不能破坏树脂与多糖形成的氢键[25]，同时其它吸附杂质也会竞争脱附，致使洗脱率降低，因此确定洗脱液的体积分数为80%。

图6 洗脱液体积分数对洗脱率的影响Fig.6 The effect of volume fraction of eluent on the desorption rate

2.7 洗脱流速对解吸效果的影响

洗脱流速过快会使洗脱液与树脂接触不充分，为此考察饱和吸附后的树脂在不同洗脱流速下的解吸曲线，结果见图7。从图7可知，洗脱流速过大，曲线峰型逐渐变宽、拖尾严重，且用量增多，当采用80%乙醇以1.0 mL/min 流速洗脱饱和吸附树脂后，洗脱曲线单一、对称、尖锐，且无明显拖尾，因此确定最佳洗脱流速为1.0 mL/min，洗脱液用量160 mL。

图7 不同洗脱流速的解吸曲线Fig.7 The dynamic desorption curve in different flow rate of elution

2.8 最佳工艺验证

按照上述试验确定的最佳纯化工艺，即配制体积为60 mL，pH5，质量浓度为5 mg/mL 的淡竹叶多糖溶液，以2.0 mL/min 流速，上样至AB-8 型大孔树脂饱和吸附后，采用体积为160 mL 80%乙醇溶液，以1.0 mL/min 流速洗脱，产物的多糖纯度由16.39%±1.06%提高至 57.37%±1.72%，约为纯化前3.5 倍。

2.9 淡竹叶多糖对小鼠运动耐力的影响

2.9.1 淡竹叶多糖对力竭游泳时间影响 负重游泳试验是考察动物运动耐力的常用模型，通过力竭游泳时间的测定，可客观反映淡竹叶多糖对机体疲劳缓解的效果，各组小鼠的力竭游泳时间结果见表3。从表3可知，与空白对照组相比，中、高剂量组和阳性对照组均显著延长动物的力竭游泳时间，其中，中剂量组差异显著（P<0.05），而高剂量组和阳性对照组差异极显著（P<0.01），表明中、高剂量淡竹叶多糖有助于提高机体的运动耐力，延长运动时间，另外高剂量组与阳性对照组具有极显著性差异（P<0.01）。

表3 淡竹叶多糖对小鼠力竭游泳时间的影响Table 3 The effect of polysaccharides of Lophatherum gracile Brongn.on exhaustive swimming time of mice

2.9.2 淡竹叶多糖对BLA 和LDH 的影响 高强度运动时体内供氧不足，部分血糖转化成乳酸，造成四肢肌肉酸痛，而乳酸脱氢酶有利于催化乳酸脱氢形成丙酮酸，减少体内乳酸累积[26]，淡竹叶多糖对运动后小鼠血清BLA 和LDH 的影响，见表4。从表4可知，与空白对照组相比，中、高剂量组与阳性对照组小鼠的BLA 浓度均显著低于空白对照组（P<0.05,P<0.01），而LDH 活力则有显著提高 （P<0.05,P<0.01），表明中、高剂量淡竹叶多糖有利于明显增强乳酸脱氢酶活力，减小体内乳酸含量，高剂量组BLA 浓度和LDH 活力较阳性对照组具有显著性差异 （P<0.05）。

表4 淡竹叶多糖对BLA 和LDH 的影响Table 4 The effect of polysaccharides of Lophatherum gracile Brongn.on BLA and LDH

2.9.3 淡竹叶多糖对体内尿素氮含量影响 当机体剧烈运动，血糖供应不足，超出体力负荷承载能力时，体内蛋白质和氨基酸分解代谢加快，以补充额外能量，使得代谢产物尿素氮含量迅速增大[27]，淡竹叶多糖对运动后小鼠血清尿素氮含量的影响见表5。从表5可知，与空白对照组相比，中、高剂量组与阳性对照组小鼠的BUN 浓度均显著低于空白对照组（P<0.05,P<0.01），表明中、高剂量组可减少运动时体内蛋白质的分解利用，但高剂量组的BUN 浓度与阳性对照组相较，差异具有显著性 （P<0.05）。

表5 淡竹叶多糖对BUN 的影响Table 5 The effect of polysaccharides of Lophatherum gracile Brongn.on BUN

3 结论

随着对可食用性植物有效成分的生物活性研究不断深入，诸如：多糖、黄酮、皂苷类物质，被发现对活性氧自由基具有较强清除能力，而机体剧烈运动易导致活性氧自由基积累，引发躯体性疲劳，为此本研究探讨了大孔树脂纯化淡竹叶多糖的最佳工艺条件并分析其对小鼠的运动耐力影响。当配制体积为60 mL，pH5，质量浓度为5 mg/mL 的淡竹叶多糖溶液，以2 mL/min 流速，上样至AB-8 型大孔树脂饱和吸附后，采用体积为160 mL 80%乙醇溶液，以1 mL/min 流速洗脱，产物的多糖纯度由16.39%提高至57.37%，约为纯化前3.5 倍。孙伟曾采用D101大孔树脂纯化桑白皮多糖，产物纯度约为纯化前4.6 倍[28]，而张洪坤曾采用AB-8 大孔树脂纯化茯苓多糖，产物纯度为约为纯化前3.2 倍[29]，表明该工艺分离纯化效果较好，适于淡竹叶多糖提取物的纯化。从动物实验结果可知，淡竹叶多糖的剂量与增强小鼠运动耐力呈正相关，随着多糖剂量的增大，有助于延长小鼠的游泳力竭时间，提高体内乳酸脱氢酶活性，从而加快体内乳酸代谢，减小对机体内环境稳态的影响，同时避免了蛋白质与氨基酸的分解代谢，这与焦迎春等研究柴达木大肥菇多糖的抗疲劳活性结果基本一致[30]。本研究可为淡竹叶多糖增强机体运动耐力的功能性食品开发提供参考，促进该资源的开发利用，但其具体的抗疲劳机制和人体安全剂量尚需进一步研究。