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Introduction
铁棍山药是怀山药中的精品，铁棍山药营养良好，药用价值高，富含多糖、多巴胺、氨基酸、尿囊素、有机酸、植物甾醇、薯蓣皂苷元和必需氨基酸等多种营养代谢物。这些成分具有多种生物活性，如抗氧化、抗糖尿病和抗高血压等。由于鲜山药储存时间短，大量的山药被加工成饮料、粉剂等多种形式。在这一过程中，产生了大量的山药皮，这是对潜在资源的巨大浪费。
多糖是广泛存在于植物、动物和微生物中的重要生物大分子，它们具有抗氧化、抗高血压、抗肿瘤、抗菌和神经保护作用等生物活性。以其优良的活性和无毒的特性引起了研究人员的极大兴趣。山药在加工过程中通常会去皮，皮中含有丰富的多糖，然而，目前对山药皮的研究甚少，限制了其在食品工业中的应用。因此，找到一种利用山药皮的方法将会增加其作为功能食品的价值，并减少环境问题。
要提高山药皮的附加价值，关键是找到一种快速、便捷、高效的提取方法，本研究通过采取四种不同提取方法：热水浸提法（W）、酸浸提法（HA）、热压缩水浸提法（HCW）和酶助浸提法（EAE）考察多糖的得率、总糖含量、理化特性、抗氧化和降血糖活性，从中选出提取多糖的最佳方法用于食品工业。
Results and discussion
4 种DTTP多糖的提取率和化学组成列于表1中，结果表明，DTTP-HCW的提取率最高（19.55%），其次是DTTP-HA（15.94%），DTTP-EAE（7.61%）和DTTP-W（4.75%），提取方法的不同，造成了提取率的差异。DTTP-HA中糖含量最高（85.08%），而DTTP-W（46.37%）中糖含量最低。原因可能是来自HCl的氢离子可能破坏细胞壁中纤维素和半纤维素的糖苷键，导致细胞中的多糖扩散到溶剂中。DTTP-HA（13.19%）的糖醛酸含量最高。在山药皮多糖中也检测到一些酚类化合物，表明DTTP多糖可能含有天然酚多糖结合物。紫外光谱结果（图1）表明，在200~400 nm范围内，DTTP-W的吸光度强于其他样品。DTTP-HA、DTTP-HCW和DTTP-EAE在260和280 nm附近没有明显的吸收峰，对应表1中数据。
表 1 通过不同提取方法得到4 种多糖的化学组成
图1 不同提取方法得到4 种多糖的紫外光谱
4 种DTTP多糖的单糖组成列于表2中，结果表明， DTTP-HCW，DTTP-HA和DTTP-EAE中的单糖主要是葡萄糖，半乳糖和甘露糖，而DTTP-W主要是由阿拉伯糖，半乳糖和葡萄糖组成。此外，与HCW和EAE相比，DTTP-HA的半乳糖和甘露糖含量显著高于DTTP-HCW和DTTP-EAE。原因可能是HA处理可能导致多糖链的水解断裂，这破坏了分子间氢键，导致单糖组成受到影响。研究表明，糖醛酸含量高的多糖可能具有更强的清除能力和抗氧化活性，DTTP-W和DTTP-HA可能具有良好的生物活性。
表 2不同提取方法得到4 种多糖的单糖组成
表3列出了4 种DTTP皮多糖的分子量分布。DTTP-W的分子量最高（514.7 kDa），表明多糖分子在高温长时间提取条件下趋于聚集，DTTP-HA的分子量低于DTTP-W和DTTP-HCW，表明酸提取过程中多糖链的断裂和降解。此外，4 种多糖的多分散指数Mw/Mn分别为4.1（DTTP-HA），3.6（DTTP-W），2.6（DTTP-HCW）和4.2（DTTP-EAE）。DTTP-HCW的分散指数远低于DTTP-HA，DTTP-W和DTTP-EAE，分散指数越接近1，多糖分布越均一，出现这样的分布可能是不同提取方法引起的。
表 3不同提取方法得到的4 种多糖的分子量特征
图2显示了4 种DTTP多糖的FT-IR光谱。没有观察到明显的差异，结果表明，不同提取方法并未改变山药皮多糖的糖苷键类型和主要组成官能团。
图2 不同提取方法得到的4 种多糖的FT-IR谱图
图3显示了4 种怀山药皮多糖的热分解曲线。第一阶段可能是由于游离水和结合水的损失引起的。DTTP-W具有最高的质量损失率（13.5%），表明它具有最大的保水能力。第二阶段重量显著降低，这主要归因于官能团的变化，多糖结构的解聚和分解。DTTP-W的最大质量损失率最低（74.12%），表明DTTP-W质量损失相对稳定。4 种DTTP多糖的DSC显示出类似的趋势。第一个宽峰可能归因于水蒸发的损失。第二次减少可能归因于多糖的解聚和分解。在多糖组分的DTG曲线中观察到一个峰值温度，DTTP-W的DTG曲线呈现两个分解峰：低温（263℃）的第一个峰值可能归因于降解和损失低分子量分子，而第二个峰（310℃）可能与大分子量分子的降解有关。比较多糖样品中的含水量和残留量，DTTP-HA具有最高的热稳定性。样品的热稳定性和降解行为的差异由于4 种多糖组分之间的组成和结构变化。
(A) DTTP-W; (B) DTTP-HCW；(C) DTTP-HA；（D）DTTP-EAE；（E）四种DTTP。
图3 4 种多糖的热质量分析
图4中DTTP-W和DTTP-HA在λmax中显示出明显的红移，表明这两种多糖具有三螺旋结构。然而，DTTP-HCW和DTTP-EAE中存在红移并不明显，表明这两种多糖不具有三螺旋结构。分子内和分子间氢键的稳定性将影响多糖的三螺旋结构，氢键的断裂将破坏三螺旋结构，DTTP-HA和DTTP-W可能具有更好的生物活性。
图4 不同浓度NaOH下4 种刚果红多糖配合物和刚果红溶液的最大吸收波长
4 种多糖的SEM如图5所示， DTTP-W的表面光滑并显示出大的片状外观（图 5A）。DTTP-HCW显示具有不规则大小的片段外观（图 5B）。这可能是由于多糖结构在高温高压下被破坏导致的。DTTP-HA的表面呈现出具有许多孔的不规则结构（图5C）,表明酸部分破坏了山药皮多糖的结构。相反，DTTP-EAE表现出粗糙和不均匀的表面，以及具有一些小孔和裂缝的松散结构（图 5D），这可能是纤维素酶和木瓜蛋白酶破坏细胞壁结构和多糖分解造成的。结果表明，酸提取法和高压水提取法有助于细胞壁的破坏，从而提高多糖得率。
(A) DTTP-W；(B) DTTP-HCW；(C) DTTP-HA,；(D) DTTP-EAE。
图5 4 种多糖的扫描电子显微照片图像
抗氧化活性如图6所示，在试验浓度范围内，所有样品的DPPH自由基清除活性随浓度升高而增加。4 种多糖中DTTP-HA的DPPH清除能力更强，这可能是由于DTTP-HA中糖醛酸含量高所致（图6A）。DTTP-W的清除能力先快速上升，后缓慢上升，DTTP-W的羟基清除能力最高，可能是因为其半乳糖醛酸含量高导致的（图6B）。在测定范围内，DTTP多糖ABTS+自由基的清除能力随着浓度的增加而增强。DTTP-W在4 种多糖中表现出较高的活性，这可能是由于其高半乳糖醛酸含量所致（图6C）。DTTP的4 种多糖的还原力呈现出相似的增加趋势。DTTP-HA多糖的还原能力均强于其他3 种山药皮多糖（图6D）。造成这种不一致的结果可能是由于糖醛酸含量，分子量和提取方法的不同所导致的。
(A) DPPH自由基清除率; (B) 羟基自由基清除率；(C) ABTS自由基清除率；（D）还原力。
图6 4 种多糖和Vc的抗氧化活性
图7显示了4 种DTTP多糖对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制活性的影响。4 种DTTP多糖对α-淀粉酶活性的抑制作用趋势相似，4 种DTTP多糖的α-淀粉酶抑制活性均呈浓度依赖性增加。DTTP-HA的抑制率先快后慢，而DTTP-W的抑制率增长缓慢。DTTP-HA在4种山药皮多糖中表现出最高的α-淀粉酶抑制活性。4 种DTTP多糖对α-葡萄糖苷酶表现出相似的抑制趋势。在实验浓度范围内DTTP-HA的抑制率最大。结果表明，盐酸提取法是一种制备对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶有较高抑制活性的怀山药皮多糖的方法。DTTP-HA对α-淀粉酶的抑制活性最高。其原因可能是由于其糖含量高、糖醛酸含量高，分子量较低的原因。
（A）α-淀粉酶；（B）α-葡萄糖苷酶。
图7 4 种多糖的降血糖活性
Conclusion
本研究表明，不同提取方法获得的DTTP多糖的得率、理化性质、降糖和抗氧化活性均存在显著差异。DTT-HCW和DTT-HA产量最高，DTTP-HA总碳水化合物含量最高（85.08%），糖醛酸含量最高（13.2%），4 种多糖样品主要由葡萄糖、甘露糖和半乳糖组成，DTT-HA呈不规则的多孔结构，DTTP-HA具有较高的热稳定性。三螺旋结构分析结果表明，DTTP-HA具有三螺旋结构。DTTP-HA具有较高的抗氧化活性和α-淀粉酶抑制活性，这可能与DTTP-HA的高糖醛酸含量和低分子量有关。结果表明，酸法提取DTTP多糖提取率高，抗氧化活性强，可在食品工业中应用。
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