Poliszacharidok extrakciója, fizikai-kémiai tulajdonságai, öregedésgátló és antioxidáns hatása ipari kendermaradványokból 1. rész

Absztrakt: A kannabidiol extrakcióját követően nagy mennyiségű kenderpoliszacharid marad az ipari kendermaradékban (IHR), ami az erőforrások pazarlásához vezet. Ezért a kender poliszacharidjainak szisztematikus tanulmányozása előnyös az IHR jövőbeni fejlesztése szempontjából. Ebben a tanulmányban az ipari kendermaradék poliszacharidok (IHRP-k) extrakcióját egyfaktoros kísérlettel és ortogonális kísérleti tervezéssel optimalizálták. Az optimális fűtési extrakciós feltételek a következők voltak: extrakciós hőmérséklet 98 ◦C, szilárd-folyadék arány 1:10, extrakciós idő 1 óra, egymást követő extrakciók száma 2-nél és pH 4-nél. Az extrakciós arány és a poliszacharidtartalom 20,12 ± 0,55 százalék, illetve 12,35 ± 0,26 százalék a feltételek mellett. Emellett a legjobb alkoholkiválási körülmények a 2 l/h-s pumpálás, folyamatos keverés és a 4 órás jeges vizes fürdő volt. A nyers IHRP-ket tovább tisztítottuk oszlopkromatográfiával, és a tisztított IHRP-k poliszacharid/fehérje tartalma 34,44% és 1,61% volt. Az IHRP-k főként tíz monoszacharidból és néhány nem cukorkomponensből, köztük szerves savakból, flavonoidokból, szteroidokból és glikozidokból álltak. Az FT-IR kimutatta az IHRP-k poliszacharidvázát. Ezen túlmenően az IHRP-k DPPH- és ABTS-eltávolítási aránya 76,{25}} százalék, 1 mg/ml-es koncentrációknál pedig 99,05 százalék. Az IHRP-k elősegíthetik az epidermális sejtek proliferációját és a sejtkarcolások gyógyulását. Eközben az IHRP-k elősegíthetik az öregedésgátló gének expresszióját. Összességében az IHRP-k sok szempontból kívánatos természetes forrásai lehetnek az antioxidánsoknak és az öregedésgátló termékeknek.

A cisztanche glikozidja növelheti az SOD aktivitását a szív- és májszövetekben, és jelentősen csökkentheti az egyes szövetek lipofuscin- és MDA-tartalmát, hatékonyan megkötve a különböző reaktív oxigéngyököket (OH-, H2O₂ stb.) és megvédheti a DNS-károsodást. OH-gyökök által. A Cistanche feniletanoid glikozidok erős szabad gyökfogó képességgel rendelkeznek, nagyobb redukáló képességgel rendelkeznek, mint a C-vitamin, javítják a SOD aktivitását a spermiumszuszpenzióban, csökkentik az MDA-tartalmat, és bizonyos védő hatást fejtenek ki a spermium membrán működésére. A cistanche poliszacharidok fokozhatják a SOD és a GSH-Px aktivitását a D-galaktóz által okozott kísérletileg öregedő egerek eritrocitáiban és tüdőszöveteiben, valamint csökkenthetik a tüdő és a plazma MDA- és kollagéntartalmát, valamint növelhetik az elasztintartalmat. jó eltávolító hatás a DPPH-ra, meghosszabbítja a hipoxia idejét öregedő egerekben, javítja a SOD aktivitását a szérumban, és késlelteti a tüdő fiziológiás degenerációját kísérletileg öregedő egerekben A sejtmorfológiai degenerációval a kísérletek kimutatták, hogy a Cistanche jó antioxidáns képességgel rendelkezik és potenciálisan gyógyszer lehet a bőröregedési betegségek megelőzésére és kezelésére. Ugyanakkor a Cistanche-ban található echinakozid jelentős mértékben képes megkötni a DPPH szabad gyököket, és képes megkötni a reaktív oxigénfajtákat, megakadályozza a szabad gyökök által kiváltott kollagén lebomlását, valamint jó javító hatással van a timin szabad gyökök anionjainak károsodására.

Kattintson a rou cong rong előnyeire

【További információ:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

Kulcsszavak: ipari kender; poliszacharid; kitermelés; antioxidáns aktivitás; öregedésgátló tevékenység

1. Bemutatkozás

A kendert (Cannabis sativa L.), a Cannabis család egynyári gyógynövényét évezredek óta használják [1]. Az ipari kender tetrahidrokannabinol (THC) tartalma kevesebb, mint 0,3 tömegszázalék, ami eltér az orvosi marihuánától és a rekreációs marihuánától [2,3]. Ezért az ipari kendert legálisan nagy mennyiségben lehetett termeszteni. Az ipari kender kémiai összetétele nagyon összetett, beleértve a kannabinoidokat, terpenoidokat, alkaloidokat és flavonoidokat [4]. A legbioaktívabb vegyületek a kannabinoidok, amelyek több mint 130 terpén fenolos vegyületet tartalmaznak, amelyek főleg a virágok tetején halmozódnak fel [5]. A fő kannabinoidok a THC, a kannabidiol (CBD), a kannabinol (CBN), a kannabigerol (CBG), a kannabidivarin (CBDV), a kannabidiol (CBT) és a kannabiciklol (CBL) [6]. Közülük a THC, egy pszichoaktív vegyület, amelyet különböző országokban korlátoztak, és a CBD a leginkább tanulmányozott kannabinoidok jelentős bioaktivitásaik miatt [7], például neuroprotektív, antiepileptikus, rákellenes és immunszabályozó hatásuk miatt [8]. Ezen vegyületek megléte növeli az ipari kender jelentőségét. Jelenleg az ipari kendert széles körben használják a napi vegyszerek, anyagok, energia és gyógyászat területén [9]. Az ipari kendermaradványok (IHR) jelenlegi kezelése közvetlenül kidobja őket, ami nemcsak a környezetet szennyezi, hanem az erőforrások pazarlását is okozza [10].

A poliszacharid több mint 10 monoszacharidból álló polimer [11]. Ez az egyik legfontosabb biológiai makromolekula. Az elmúlt években számos cikk beszámolt arról, hogy a növényekből származó természetes poliszacharidok jó biológiai hatással rendelkeznek, beleértve a rákellenes [12], gyulladáscsökkentő [13], antioxidáns [14], immunmoduláló [15], hipoglikémiás [16] és vírusellenes hatásokat. [17]. A poliszacharidok molekuláris összetétele és térszerkezete általában jelentős hatással van tulajdonságaikra és aktivitásaikra [18]. A poliszacharidok szétválasztási, tisztítási és szerkezeti elemzési technológiájának fejlődésével általánosan elfogadottá vált, hogy a poliszacharidok nagy alkalmazási értékei vannak a gyógyszer-, kozmetikai- és élelmiszeripari területeken [19]. Az ipari kendermaradványokból származó poliszacharidok tartalma körülbelül 10-15 százalék. A kender poliszacharidjai számos kiváló fizikai-kémiai tulajdonsággal rendelkeznek, mivel sok hidrofil hidroxilcsoportot tartalmaznak, például erős vízfelvevő képességgel, emulgeáló tulajdonságokkal és jó filmképző képességgel. Eközben a kender poliszacharidjai nedvességmegtartó, antibakteriális és nem mérgező hatásúak. Ezért széles körű alkalmazási kilátásaik vannak a kozmetikai területen. A kender poliszacharidjainak fermentált termékeit (oligoszacharidok vagy egyes cukoralkoholok), amelyekről a jelentések szerint jó antioxidáns, öregedésgátló és fáradtság gátló hatásuk van, funkcionális italok kifejlesztéséhez használták [20]. A kender poliszacharidjainak összetétele viszonylag összetett, és a monoszacharidoktól az 5 × 104 Da poliszacharidokig terjed.

A kender poliszacharidjainak szétválasztásáról és extrakciójáról kevés jelentés szól. Hillestad et al. két glikoproteint izolált a kenderből. A glükozidlánc kapcsolódási szerkezetét, valamint a lánc és a fehérje közötti kapcsolatot metilációval és Smith-lebontással elemeztük [21]. JW Groce et al. az Egyesült Államokban, Thaiföldön és Vietnamban termesztett kender szénhidráttartalmát mérték. Rámutattak arra, hogy a különböző területekről származó fajták között nagy különbségek vannak a vegyület típusában és összetételében [22]. Zheng és mtsai. HPLC és FT-IR segítségével elemezte a HSP0 és HSP0.2 monoszacharid összetételét és szerkezetét, a kendermag poliszacharid két komponensét. Azt találták, hogy a HSP0 és a HSP0.2 egyaránt tartalmazott szulfát gyököket [23]. Bi et al. gélszűréses kromatográfiával két kendermag poliszacharidot, a HS1-et és a HS2-t kaptuk. A fő monoszacharidok a D-arabinóz, D-xilóz, D-mannóz, D-galaktóz és D-glükóz voltak, mólarányuk 0,12, 0.09 , 0.15, 0.11 és 0.12 [24]. Guo et al. poliszacharidokat állított elő ipari kenderlevelekből, és tanulmányozta az ultraibolya fény, a hőmérséklet és a pH hatását az antibakteriális aktivitásukra. Azt találtuk, hogy a S. aureus elleni poliszacharidok minimális baktericid koncentrációja 6,25, illetve 3,125 mg/ml volt. Ezenkívül az antibakteriális aktivitás akkor volt a legmagasabb, amikor a pH 7 volt.

Ebben a tanulmányban a kannabidiol extrakció utáni IHR-t használták a poliszacharidok extrakciójának nyersanyagaként. Az ipari kendermaradék poliszacharidok (IHRP) extrakciós és tisztítási folyamatát optimalizálták. Ezután elemeztük az IHRP-k szerkezetét és összetételét. Emellett értékeltük az IHRP-k ABTS és DPPH scavenging képességét. Öregedésgátló hatását sejtszinten is tanulmányozták. Remélhetőleg az IHRP-ket széles körben alkalmazhatják a kozmetika és a funkcionális élelmiszerek területén.

2. Eredmények és megbeszélés

2.1. Egyfaktoros extrakciós kísérletek IHRP-k esetében

2.1.1. Az extrakciós módszerek hatása a poliszacharidok extrakciójára

A perkolációs extrakció, a melegítő extrakció és az ultrahangos extrakció hatása a poliszacharid extrakcióra az 1a. ábrán látható. Látható volt, hogy a perkolációs extrakció poliszacharidtartalma megközelítette a 0 százalékot, ami azt jelzi, hogy szinte semmilyen poliszacharidot nem vontunk ki, és a kivonat főleg pigmentből és egyéb vízoldható komponensekből állt. Az eredmények annak köszönhetőek, hogy a perkolációs extrakció nagyon kíméletes volt, és az IHR sejtfala nem tört meg. Így a poliszacharidokat nem tudták kivonni a sejtekből, ami miatt a perkolációs extrakció poliszacharid tartalma és extrakciós aránya nagyon alacsony volt. A fűtési extrakció extrakciós aránya magasabb volt, mint az ultrahangos extrakcióé. A melegítéssel végzett extrakció poliszacharid tartalma (11,27 százalék) azonban alacsonyabb volt, mint az ultrahangos extrakcióé (13,81 százalék). A fűtési extrakció az egyik leggyakrabban használt extrakciós módszer az eljárás egyszerűsége és alacsony költsége miatt. A melegítési idő azonban viszonylag hosszú, és az extrakciós arány sem magas. Az extrakciós hőmérséklet általában nagyban befolyásolja az extrakciós arányt. Ebben a munkában a fűtési extrakció magasabb extrakciós aránya az volt, hogy a melegítést 98 ◦C-on, míg az ultrahangos extrakciót 60 ◦C-on végeztük. Az ultrahangos extrakció lerövidítheti az extrakciós időt, mert a kavitációs hatás és a mechanikai hatás tönkreteheti a sejtfalat, javíthatja az oldószer penetrációját, és felgyorsíthatja a poliszacharidok átjutását az oldószerbe [25]. Így az ultrahangos extrakció poliszacharid tartalma magasabb volt, mint a melegítő extrakcióé. Az alábbi kísérletekhez a fűtési extrakciót választottam az eljárás egyszerűsége és az iparosodás miatt.

2.1.2. Az extrakciós hőmérséklet hatása a poliszacharidok extrakciójára

Az extrakciós hőmérséklet hatását a poliszacharid extrakcióra az 1b. ábra mutatja be, amikor a szilárd-folyadék arány 1:10, az extrakciós idő 1 óra, az egymást követő extrakciók száma 2 és a pH 7. Az extrakciós arány és a poliszacharidtartalom egyaránt nőtt a hőmérséklet emelkedésével. Amikor a hőmérséklet 98 ◦C volt, a legmagasabb extrakciós arány és poliszacharidtartalom 14,99, illetve 12,03 százalék volt.

2.1.3. A szilárd-folyadék arány hatása a poliszacharidok kivonására

Amikor az extrakciós hőmérséklet 98 ◦C volt, az extrakciós idő 1 óra, az egymást követő extrakciók száma 2 és a pH 7, a szilárd-folyadék arány poliszacharidos extrakcióra gyakorolt ​​hatásait az 1c. ábra mutatja. Az extrakciós arány fokozatosan nőtt a szilárd-folyadék arány mellett 1:6-ról 1:10-re, majd egyenletessé vált. A poliszacharid tartalmat azonban szinte nem befolyásolta a szilárd-folyadék arány. Ráadásul az oldat a növényi levelek alacsony sűrűsége miatt 1:5 szilárd-folyadék arány mellett éppen el tudta meríteni az alapanyagot. Ezért elsősorban az 1:6 szilárd-folyadék arányt vizsgáltuk.

2.1.4. A pH hatása a poliszacharidok kivonására

Amikor az extrakciós hőmérséklet 98 ◦C, az extrakciós idő 1 óra, az egymást követő extrakciók száma 2 és a szilárd-folyadék arány 1:10, a pH hatása a poliszacharidos extrakcióra az 1d. ábrán látható. Ha az oldatot fokozatosan savanyították vagy lúgosították, az extrakciós arány valamelyest javult. A poliszacharidtartalom azonban csökkenő tendenciát mutatott a pH növekedésével, ami azt jelzi, hogy a savas állapot előnyös volt az IHRP-k extrakciójához.

2.1.5. Az extrakciós idő hatása a poliszacharidok kivonására

Amikor az extrakciós hőmérséklet 98 ◦C, pH 7, az egymást követő extrakciók száma 2, a szilárd-folyadék arány 1:10, az extrakciós idő poliszacharidos extrakcióra gyakorolt ​​hatásait az 1e. ábra mutatja. Az extrakciós arány enyhén csökkent, ha az extrakciós idő meghaladta az 1 órát. Továbbá a poliszacharid tartalmat szinte nem befolyásolták az eltérő extrakciós idők.

2.1.6. Az egymást követő extrakciók számának hatása a poliszacharidok kivonására

Amikor az extrakciós hőmérséklet 98 ◦C, az extrakciós idő 1 óra, a pH 7 és a szilárd-folyadék arány 1:10 volt, az 1f. ábrán több egymást követő extrakció hatása a poliszacharidos extrakcióra látható. Az extrakciós arány 5,11 százalékra csökkent a nyersanyag másodszori kivonásakor. Emellett a poliszacharid tartalom nagyon alacsony volt a nyersanyag harmadszori extrahálásakor.

2.2. Az IHRP-k extrakciójának ortogonális kísérleti tervezése

It could be seen that extraction temperature, solid–liquid ratio, number of successive extractions, and pH had a great influence on polysaccharide extraction based on the single-factor experiments. Therefore, the orthogonal experiments were carried out to further optimize the extraction conditions. As shown in Table 1, the order of effect of individual factors on polysaccharide extraction was: extraction temperature > several successive extractions>szilárd-folyadék arány > pH. Az 5. csoport (szilárd-folyadék arány 1:8, egymást követő extrakciók száma 3, extrakciós hőmérséklet 80 ◦C, pH 4) volt a legmagasabb poliszacharidtartalommal (12,79 százalék), míg a 9. csoport (szilárd-folyadék arány 1). :10, az egymást követő extrakciók száma 2, az extrakciós hőmérséklet 98 ◦C és a pH 4) volt a második legmagasabb poliszacharid tartalom (12,26 százalék). Az energiafelhasználást és a működőképességet figyelembe véve az 5. és 9. csoport összehasonlító validálását végeztük el, hogy meghatározzuk a legmegfelelőbb kitermelési feltételeket. Amint a 2. táblázatban látható, az ellenőrzött kísérletek azt mutatták, hogy az 5. és 9. csoport közötti poliszacharidtartalom nagyon közel volt. Így az energiafogyasztás megtakarítása érdekében a 9. csoport extrakciós körülményeit választottuk ki az IHRP-k kinyerésére a következő kísérletekben: szilárd-folyadék arány 1:10, extrakciós hőmérséklet 98 ◦C, egymást követő extrakciók száma 2, és pH 4 volt.

2.3. Képernyő az IHRP-k alkohol csapadék körülményeiről

Az IHRPs extrakciós oldatot a 2.2-vel optimalizált extrakciós feltételek szerint kaptuk. A különböző alkoholkiválási körülmények hatásait a 3. táblázat mutatja be. Egyszeri hozzáadással és 0,5 órás keveréssel összehasonlítva a folyamatos pumpálás és keverés tovább javíthatja a poliszacharid tartalmat. A hűtési sebesség poliszacharidtartalomra gyakorolt ​​hatása azonban nem volt nyilvánvaló. Ezért az IHRP-k előállításához a 4. csoport alkoholos kicsapási körülményeit választottuk.

2.4. A tisztított IHRP-k poliszacharidhozama és kémiai összetétele

A nyers IHRP-ket színtelenítettük és tisztítottuk aktív szén adszorpcióval, membránszűréssel, oszlopkromatográfiával és szecskázó módszerrel. A 2. ábrán látható módon a 8 százalékos aktívszén adszorpciós kezelésnek volt a legjobb színtelenítő hatása, ezt követte az oszlopkromatográfiás kezelés. Emellett a szelvényes módszernek és a membránszűrésnek szinte semmilyen színtelenítő hatása nem volt. Figyelembe véve az iparosodást és az eljárás egyszerűségét, ebben a kéziratban anioncserélő gyantával végzett oszlopkromatográfiát használtunk az IHRP-k tisztítására. Ezenkívül, amint a 4. táblázatban látható, az IHRP-k tömege 15,26 g volt, amikor a tisztítást az alkoholos kicsapás után végeztük, míg az IHRP-k tömege 12,74 g volt, amikor a tisztítást közvetlenül a melegítés utáni extrakció után végeztük. A két eljárás tényleges poliszacharidtömege azonban nagyon közel volt (4,69 g és 4,38 g). Ezért a költségek megtakarítása érdekében az oszlopkromatográfiás tisztítás közvetlenül a melegítés után is elvégezhető.

2.5. Az IHRP-k FT-IR spektroszkópiája

Az FT-IR jellemző abszorpciós csúcsai alapján a poliszacharidok bizonyos szerkezeti jellemzőire lehet következtetni [26]. Az IHRP-k FT-IR spektruma a 3. ábrán látható, és megfigyelhető a poliszacharid tipikus abszorpciója. A 3378 cm−1 körüli csúcsot az -OH nyújtórezgésnek tulajdonították, ami az -OH létezését jelzi [27]. A gyenge csúcs 2932 cm-1-nél a CH nyújtó rezgés volt, beleértve a -CH2 és -CH3 rezgését [28]. Az 1600 cm-1 körüli erős csúcs a -C=O nyújtási rezgéssel [29] volt összefüggésben, az 1413 cm-1 körüli csúcs pedig a CO nyújtási rezgésre utal, ami a -COOH létezését jelzi. Emellett a viszonylag erős csúcs 1080 cm−1-nél nagy valószínűséggel az OH hajlítási rezgésnek felel meg. Az IHRP-k FT-IR spektruma a poliszacharidok számos jellegzetes abszorpciós csúcsát mutatta, ami az IHRP-k poliszacharidvázát mutatja.

2.6. Az IHRP-k monoszacharid összetételének elemzése

A poliszacharidok bioaktivitása gyakran összefügg a monoszacharid készítményekkel. Ebben a vizsgálatban az IHRP-k monoszacharid összetételét ionkromatográfiával határoztuk meg, amint az a 4. ábrán látható. A monoszacharid standardok szerint az IHRP-k fukózból, arabinózból, ramnózból, galaktózból, glükózból, xilózból, ribózból, galakturonsavból, guluronsavból, és glükuronsav. Minőségi százalékuk rendre 1,33, 19,60, 10,41, 20,87, 27,42, 4,23, 3,12, 6,22, 0,28 és 2,37 volt. Megállapítható, hogy az arabinóz, a ramnóz, a galaktóz és a glükóz az IHRP-k fő monoszacharidjai. A glükóz domináns monoszacharid volt az IHRP-ben, és az eredmény összhangban volt az előző vizsgálattal [30]. Az uronsav tartalma negatív töltésűvé tehette a poliszacharidokat. Ez az eredmény jelentős hatással volt a poliszacharidok bioaktivitására [31]. Emellett az IHRP-k poliszacharid tartalma 30 és 35 százalék között volt. A nem cukorkomponensek főként szerves savak, flavonoidok, szteroidok és glikozidok voltak. Eközben az egyes nem-cukros komponensek tartalma viszonylag alacsony volt.

2.7. Antioxidáns aktivitási tanulmány

Az ABTS és DPPH szabad gyökfogó képességét alaposan tanulmányozták a poliszacharidok antioxidáns aktivitásának értékelésére [32]. Az IHRP-k ABTS- és DPPH-ellenes tisztítókapacitása az 5. táblázatban látható. Amint az az 5. táblázatban látható, a DPPH és az ABTS szennyeződési sebessége egyaránt nőtt az IHRP-koncentráció növekedésével. Amikor az IHRP-k koncentrációja 1.0 mg/ml volt, akkor a DPPH begyűjtési aránya 76.00 százalék volt, míg az ABTS-eltávolítási arány 99.{{10}}5 százalék . A számítás után az ABTS és a DPPH EC50 értékeit 0,34 és 0,47 mg/ml értékben határoztuk meg. Tudomásunk szerint nincs jelentés az IHRP-k antioxidáns aktivitásáról. 12 Cannabis sativa L. egylaki fajta virágzatának antioxidáns hatását vizsgálták [33]. Közülük az ananásznak volt a legerősebb a DPPH (EC50=60.00 µg/mL), míg a Kc-Virtusnak volt a legerősebb az ABTS ellen (EC50=304.77 µg/). ml). A kannabidiol teljes spektrumú olaj antioxidáns aktivitását tekintve DPPH EC50 értéke 158,0 µg/ml volt [34]. Ezenkívül a CBD DPPH EC50 értéke 0,937 mM [35]. A CBDV szabad gyökfogó képességét is tanulmányozták, azaz az ABTS EC50 értéke 406,3 µM, míg a DPPH EC50 értéke 3736 µM [36]. A fenti eredmények azt mutatták, hogy az IHRP-k nagy antioxidáns aktivitást mutattak

【További információ:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】