Optimerad extraktion och nya fördelar med Cistanche-polysackarider: Antioxidant och anti-trötthetseffektivitet, struktur och kommersiella tillämpningar

Resultat och analys

 

2.1 Enkelfaktorexperiment

 

Förhållandet mellan fast och vätska: Avkastningen steg först och sedan sjönk; det bästa var 1:20, vilket gav 5,7 %. Högre utspädning hindrade sannolikt fullständig etanolutfällning, vilket orsakade förlust.

Ultraljudseffekt: Utbytet ökade från 125 W till en topp vid 200 W; vid 225 W platåade det. Ställ in effekten på 200 W.

Ultraljudstid: Utbytet steg sedan jämnat ut; 20 min gav 8,4%. Längre tider visade ingen vinst, troligen på grund av mättnad. Ställ in tiden på 20 min.

 

Fig. 1 Effekter av förhållande mellan lösningsmedel och material, ultraljudseffekt, ultraljudstid på utbytet av CP

 

Tabell 2. Responsytexperimentell design och resultat

Experiment nr.	A	B	C	Polysackaridutbyte (%)
1	-1	-1	0	6.82 ± 1.5
2	1	-1	0	7.23 ± 1.8
3	-1	1	0	8.26 ± 0.7
4	1	1	0	8.42 ± 1.2
5	0	-1	-1	6.92 ± 0.9
6	0	1	-1	7.59 ± 1.3
7	0	-1	1	8.26 ± 1.6
8	0	1	1	8.41 ± 2.06
9	-1	0	0	6.75 ± 1.9
10	1	0	0	8.23 ± 1.1
11	0	0	-1	8.12 ± 0.48
12	0	0	1	8.93 ± 2.0
13	0	0	0	8.66 ± 1.44
14	0	0	0	8.60 ± 2.05
15	0	0	0	8.40 ± 1.41
16	0	0	0	8.75 ± 1.0
17	0	0	0	8.67 ± 1.42

---

Säg till om du vill ha det härExcel, CSV, Latex, ellerHTMLformat också.

Tabell 3. ANOVA-resultat av regressionsmodell

Källa	Summan av kvadrater	Frihetsgrader	Mean Square	F-värde	P-värde
Modell	8.85	9	0.98	287.15	< 0.0001**
A	0.24	1	0.24	69.3	< 0.0001**
B	3.23	1	3.23	942.24	< 0.0001**
C	2.47	1	2.47	721.77	< 0.0001**
AB	0.011	1	0.011	3.25	0.1144
AC	0.065	1	0.065	18.91	0.0034**
B.C	0.17	1	0.17	50.29	0.0002**
A²	1.39	1	1.39	405.76	< 0.0001**
B²	0.67	1	0.67	194.5	< 0.0001**
C²	0.36	1	0.36	103.93	< 0.0001**
Resterande	0.024	7	0.00343	-	-
Brist på passform	0.00927	3	0.00309	0.84	0.5383
Rent fel	0.015	4	0.00368	-	-
Total	8.88	16	-	-	-

---

Notera:
P < 0,05 indikerar statistisk signifikans.
P < 0,01 indikerar mycket signifikant skillnad jämfört med kontrollgruppen.

 

Cistanche tubolosa extrakt tillskott

 

Kontrollera Cistanche-specifikationerna

 

 

 

 

2.2 Box–Behnken responsytoroptimering

 

Faktorer: Ultraljudstid (A), förhållande mellan fast och vätska (B), effekt (C); svar=CP-avkastning.

Modell: Y=8.66 + 0.17A + 0.64B + 0.56C − 0,053AB − 0,13AC − 0,21BC − 0,57A² − 0,40B² − 0,29C².

Passform: P < 0,0001, bristande passform P=0.5383, R²=0.9973, Adj-R²=0.9938, CV=0.73% → utmärkt tillförlitlighet.

Effekter: Viktighetsgrad B > C > A. Signifikanta interaktioner mellan makt–tid och makt–förhållande; tids-förhållande interaktion inte signifikant.

 

Fig.2 Svarsyta för interaktionen mellan varje faktor

Fig.3 Jämförelse av antioxidantaktivitet hos fyra polysackaridkomponenter

 

2.3 Optimal processverifiering

 

Förutspått optimum: 20,26 min, 1:22,34, 219,73 W → förutsagt utbyte 8,95%.

Kommersiell justering för energibesparing: 20 min, 1:20, 220 W → validerad avkastning 8,55 % (0,4 % under prognosen), vilket bekräftar modellens noggrannhet och praktisk effektivitet.

 

2.4 Fraktionering och rening

 

Innehåll av rå CP-polysackarid: 24,2%.

DEAE-52 cellulosaeluering gav fyra fraktioner:

CPN (neutral, vatteneluerad): utbyte 40,3 %, återvinning 78,3 %.

CPA-1/2/3 (sur, 0,1/0,3/0,5 mol/L NaCl): utbyte 22,6 %, 13,7 %, 9,2 %; återvinningar 89,6 %, 65,4 %, 52,7 %.

2.5 Antioxidant activity (in vitro)

 

Alla fraktioner visade dosberoende DPPH- och ABTS-avskiljning.

IC50 (ug/mL), DPPH: Vc 45,7 < CPA-2 70,9 < CPN 101,8 < CPA-1 124,4 < CPA-3 280.

IC50 (ug/mL), ABTS: Vc 43 < CPA-2 94,5 < CPN 120,5 < CPA-1 140,1 < CPA-3 248,9.

Totalt: CPA-2 starkast; CPN tvåa men med högsta utbyte och god återhämtning → CPN vald för vidare studier som den kommersiellt föredragna ledningen.

 

2.6 CPN-struktur

 

2.6.1 FTIR-funktioner

 

Typiska polysackaridband: bred O–H-sträcka (~3397 cm-1); C-H-sträckning (~2927 cm-1); ringrelaterade band (~1633 cm~1); C-H-böjning (1418, 1370, 1240 cm-1); pyranos C-O-C (~1154 cm-1); starka glykosidiska C-O-signaler (1080, 1024 cm-1); pyranosringvibrationer (930, 762 cm-1); -anomer indikation (~849 cm⁻¹).

2.6.2 Molekylviktsfördelning (HPGPC)

 

Två delvis överlappande toppar:

Topp 1: Mw 6253 Da, Mn 4589 Da, PDI 1,36 → polysackarid med högre Mw medeldispergering.

Topp 2: Mw 1177 Da, Mn 941 Da, PDI 1,25 → lågdispergerad låg-Mw-komponent (sannolikt oligosackarid).

Implikation: Bimodal distribution kan påverka viskositet, absorption och bioaktivitet. Skillnader jämfört med tidigare rapporter beror sannolikt på utvinningsförhållanden och råmaterialkällor.

Fig. 4 Fourier Transform Infrared Spectrum-analys av CPN

 

2.6.3 Monosackaridsammansättning

 

Övervägande glukos (99,75 %) med spår av mannos (0,25 %) → en glukosrik neutral polysackarid. Sammansättningsskillnader från andra studier uppstår från beredningsmetoder.

Fig. 5 Högpresterande gelpermeationskromatogram för CPN

Fig.6 Jonkromatografisk analys av monosackaridstandarder (A) och jonkromatografisk bestämning av monosackarider i CPN (B)

Tabell 4. Resultat för CPN-molekylvikt

RT (min)	Mp (Da)	Mw (Da)	Mn (Da)	Topparealförhållande (%)	Polydispersitetsindex (Mw/Mn)
36.713	5481	6253	4589	21.86	1.36
39.981	1119	1177	941	78.14	1.25

 

2.7 Utvärdering av CPN mot trötthet (in vivo)

 

2.7.1 Uttömmande simning

 

CPN (medeldos) förlängde signifikant tiden till utmattning jämfört med kontroll (P < 0,05).

Lentinankontroll och högdos CPN visade starkare effekter (P < 0,01).

Slutsats: CPN förbättrar uthålligheten avsevärt.

 

2.7.2 Biokemiska markörer

 

Jämfört med kontroll sänkte CPN blodureakväve och laktat och ökade leverglykogen, vilket stöder effekten mot trötthet.

Diskussion och slutsats

Nyckelrön och nya fördelar

 

Tabell 6. Jämförelse av viktbärande simtid för möss (n=10, 𝑋̄ ± S)

Grupp	Genomsnittlig simtid (s)
Tom kontrollgrupp	324 ± 167
Lentinan Group	500 ± 187 **
Lågdosgrupp	348 ± 175
Medeldosgrupp	409 ± 185 *
Högdosgrupp	489 ± 162 **

Obs: Jämfört med den tomma kontrollgruppen:
* P < 0,05, ** P < 0,01

---

Tabell 7. Jämförelse av blodkarbamidkväve-, blodlaktat- och leverglykogennivåer i möss (n=10, 𝑋̄ ± S)

Grupp	Blodureakväve (ug/ml)	Blodlaktat (mmol/L)	Leverglykogen (ng/g)
Tom kontrollgrupp	18.580 ± 0.753	2.735 ± 0.061	18.257 ± 0.954
Lentinan Group	13.580 ± 0.770 **	2.439 ± 0.058 **	25.543 ± 1.095 **
Lågdosgrupp	17.176 ± 0.655	2.611 ± 0.052	18.625 ± 1.102
Medeldosgrupp	15.123 ± 0.633 *	2.678 ± 0.068	24.870 ± 0.954 **
Högdosgrupp	15.247 ± 0.679 *	2.534 ± 0.053 *	22.941 ± 1.067 *

Obs: Jämfört med den tomma kontrollgruppen:
* P < 0,05, ** P < 0,01

Jämfört med kontrollgruppen, bådamedelstora och höga doserav CPN avsevärt minskatblod ureakvävenivåer (P< 0,05), och denhög dosgrupp minskat betydligtblodlaktatnivåer (P< 0,05). Dessutom bådamedelstora och höga doserökat betydligtleverglykogeninnehåll (P< 0,001 ochP< 0,05 respektive), vilket indikerar att CPN uppvisaraktivitet mot trötthet.

 

Effektiv, skalbar extraktion: Ultraljudsassisterad extraktion optimerad till 20 min, 1:20, 220 W ger 8,55 % utbyte-kortare tid och lägre energi än många konventionella metoder, vilket balanserar genomströmning och kostnad.

Kommersiellt gynnad fraktion: CPN kombinerar högt processutbyte (40,3%), fast återvinning (78,3%), anmärkningsvärd antioxidantaktivitet och glukosdominant sammansättning, vilket gör det till en stark ledare för produktutveckling.

Struktur-funktionsfördelar:

Antioxidantkapacitet troligen från tillgänglig låg-Mw-komponent och stabil neutral ryggrad, som hjälper till att lindra träningsinducerad oxidativ stress.

Stöd för energimetabolism: Glukosrika kedjor kan snabbt leverera glukos för glykogensyntes; den bimodala Mw-profilen antyder snabb absorption (låg Mw) plus fördröjd frisättning (högre Mw), i linje med "snabb energi + långvariga" prestandafördelar.

In vivo-effekt: CPN ökade uthålligheten, minskade BUN och laktat, och förstärkte leverglykogen-klara anti-trötthetssignaler.

Affärsorienterad optimering och applikationsscenarier

Processdesign för uppskalning:

Parametrar fixerade till 20 min, 1:20, 220 W minimerar energi- och lösningsmedelsanvändningen samtidigt som utbytet bevaras, lämpligt för ultraljudsflödesreaktorer och kontinuerlig etanolutfällning.

Fraktionering via DEAE-52 kan översättas till membran-/jonbyteskolonner med inline konduktivitetssteg för kostnadskontroll.

Produktkoncept och positionering:

Sportuthållighet och återhämtning: CPN som en varumärkespolysackaridingrediens för funktionella drycker, geler eller kapslar inom FoTU med fokus på "uthållighet ↑, laktat ↓, återhämtning ↑." Kombinera med elektrolyter/BCAA för synergi.

Hälsosamt åldrande och daglig vitalitet: Kombinera med vitamin C eller polyfenoler för att sammarknadsföra "antioxidant + anti-trötthet" fördelar.

Metaboliskt välbefinnande: Glukosdominant neutral polysackarid med bimodal Mw kan positioneras för mitokondriell hälsa och träningseffektivitet.

Anspråk och underlagsstrategi:

Underbygga anti-trötthet med standardiserade exhaustive simmodeller och humana pilotförsök (tid till utmattning, laktatkinetik, upplevd ansträngning).

Analytiskt fingeravtryck: FTIR, HPGPC (bimodal profil), monosackaridförhållanden som QC-markörer; Ange specifikationer för Mw-intervall och renhet för att säkerställa batchkonsistens.

Kostnad och hållbarhet:

Lägre effekt jämfört med ultraljud-mikrovågshybrider minskar CapEx/OpEx; Förhållandet 1:20 minskar mängden lösningsmedel och avloppsvatten.

CPN-prioritering med hög avkastning förbättrar kostnaden per effektiv dos.

 

Övergripande slutsats

 

Ultraljudsassisterad extraktion av Cistanche tubulosa polysackarider optimerades till en snabb, energimedveten process som gav 8,55 %. Fraktionering gav en neutral (CPN) och tre sura (CPA-1/2/3) polysackarider; med tanke på avkastning, återhämtning och aktivitet är CPN den kommersiellt föredragna ledningen. CPN visar tydliga anti-trötthetseffekter (uthållighet ↑, BUN ↓, laktat ↓, leverglykogen ↑) och meningsfull antioxidantaktivitet. Dess glukosrika, bimodala molekylviktsstruktur stödjer både snabb och varaktig energiförsörjning, vilket tyder på en dubbellägesmekanism: antioxidantskydd plus optimerad energimetabolism. Dessa insikter ger en praktisk plan för industriell produktion och produktutveckling centrerad på "nya fördelar" med Cistanche-polysackarider på uthållighets- och återhämtningsmarknader.

Auktoritativa referenser

 

[32] Zhong Aihua. Strukturell karaktärisering av Herba Selaginella-polysackarider och deras skyddande effekter på deoxynivalenol-inducerad tarmbarriärskada [D]. Guangzhou: Southern Medical University, 2023.

[33] Wang ZC, Zhou XY, Shu ZH, et al. Regleringsstrategi, bioaktivitet och fysiska egenskaper hos växt- och mikrobiella polysackarider baserat på molekylvikt. Int J Biol Macromol. 2023;244:125360.

[34] Xiao Linxia, ​​Su Yuan. Sammansättningsanalys och antioxidantaktivitet av polysackarider i Cistanchis sinensis. China Seasoning. 2023;48(05):71–74.

[35] Xu Xiaoyan. Strukturanalys och antioxidantaktivitet av polysackarider från Cuscuta chinensis [D]. Ya'an: Sichuan Agricultural University, 2023.

[36] Luo Xinjie, Liu Jiangyun, Yang Jianhua, et al. Strukturell karakterisering av Cistanche-polysackarider och deras skyddande effekter på hög glukosinducerad skada i renala tubulära epitelceller. Matvetenskap. 2025;46(11):208–216.

[37] Cheng N, Wang H, Hao HF, et al. Forskningsframsteg om polysackaridkomponenter som potentiella farmaceutiska medel. Eur J Med Chem. 2023;245:114892.

[38] Jiang Junwen. Studie om effekten av sammansättningsberedning av Cistanche deserticola på att lindra fysisk trötthet. Heilongjiang Science. 2022;13(14):16–17, 21.

[39] Zhao Yan. Omfattande utvärdering av Cistanche-kvalitet och dess polysackaridextraktion, rening och strukturell identifiering [D]. Aral: Tarim University, 2022.

[40] Yang MH, Li XF, Li FL, et al. Ultraljudsassisterad enzymatisk extraktionsoptimering av polysackarider och kombinerad struktur-aktivitetsanalys av LC och GC-MS. J Chromatogr A. 2025;1761:466331.

[41] Sun Ping, Lan Wei, Li Yan, et al. Bestämning av totala mängden flavonoider och polysackarider i Cistanchis sinensis extraherad i mikrovågsugn. Kinesisk örtmedicin. 2003;(06):98–112.

[42] Li Shengheng. Extraktion av Cistanche-polysackarider med olika tekniker och deras antioxidantaktivitet. China Condiments. 2025;50(07):218–222.

[43] Guo XH, Xin QC, Wei P, et al. Antioxidant och anti-aging aktiviteter av Longan polysackarider (LP-A) i C. elegans. Int J Biol Macromol. 2024;267(2):131634.

[44] Ti YR, Zhang YL, Hou YQ, et al. En ny neutral polysackarid med låg molekylvikt med immunologisk aktivitet från Borani. Food Chem. 2025;469:142566.

[45] Wen J, Huang RJ, Li S, et al. Havtornspolysackarider: ultraljudsassisterad enzymatisk extraktion, rening, strukturell karakterisering och antioxidantanalys. Food Chem X. 2025;26:102265.

[46] Gao Z, Kang H, Song Q. Effekter av steviolglykosider på levermitokondriell energimetabolism och oxidativ stress hos råttor med uttömmande träning. Food Industry Technology. 2025;46(06):377–386.

[47] Sun Xin, Fan Shijun. Anti-utmattningsaktivitet av Lycium barbarum polysackarider. Mat och maskiner. 2025;41(07):175–182.