发酵对金丝小枣多糖缓解体力疲劳功效的影响

王洪杰1WANG Hong-jie1

张平平1,2

欧可可1

冯 聪1

揣东华1

(1.天津农学院食品科学与生物工程学院,天津 300384;2.天津市农副产品深加工技术工程中心,天津 300384)

摘要:研究发酵前后金丝小枣多糖对缓解小鼠体力疲劳的影响。取56只雄性SPF级昆明小鼠,连续灌胃不同剂量的枣多糖,4周后分别测定小鼠体重、力竭游泳时间以及相关抗疲劳评价指标。结果表明,与对照组相比,发酵前后的金丝小枣多糖均能延长小鼠力竭游泳时间(发酵前的高剂量组和发酵后的中剂量组的延长率分别为32.01%,47.98%),提高肝糖原和肌糖原含量、谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶活力,降低尿素氮和血乳酸含量、肌酸激酶活力,发酵多糖中剂量组小鼠各项指标的测定结果均有极显著差异。发酵前后的金丝小枣多糖均具有缓解小鼠体力疲劳的作用,而且发酵后中剂量对小鼠体力疲劳的缓解作用更加明显。

关键词:金丝小枣;发酵;多糖;体力疲劳

体力疲劳又叫躯体性疲劳,当机体长时间从事繁重紧张的体力劳动时,会有大量的代谢物在体内积聚,刺激人体组织细胞和神经系统,使人产生疲劳感[1]。缓解体力疲劳就是通过一些方法来缓解这种疲劳的感觉,从而使人感觉轻松。金丝小枣(Ziziphus jujuba)隶属于鼠李科枣属植物,至今已有3 000多年的栽培历史,风味甘美,营养丰富,含有多糖、环磷酸腺苷、生物碱类、皂苷类、黄酮类等[2],是传统的药食兼用佳品。枣多糖有抗氧化、抗肿瘤、降低血糖和血脂、延缓机体衰老、增强免疫力、保肝等药理功效[3]。虽然目前中国对枣多糖的生物活性研究较多[4-5],但对缓解小鼠体力疲劳方面的研究不多[6-7],且未见发酵对枣多糖缓解体力疲劳功效影响的报道。

本研究以金丝小枣为原料,利用酵母菌发酵枣浆,提取发酵多糖进行缓解小鼠体力疲劳方面的研究,以期为发酵枣粉、发酵多糖在功能食品中的应用及产品开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

金丝小枣:产自山东乐陵;

安琪高活性干酵母:安琪酵母股份有限公司;

SPF级雄性昆明小鼠:中国食品药品检定研究院;

无水乙醇:分析纯,南京化学试剂一厂;

三氯甲烷、苯酚:分析纯,利安隆博华(天津)医药化学有限公司;

正丁醇:分析纯,天津市北方天医化学试剂厂;

硫酸:分析纯,天津市风船化学试剂科技有限公司;

苦味酸:天津市科密欧化学试剂有限公司;

尿素氮(BUN)、血乳酸(LD)、肝糖原(HG)、肌糖原(MG)、肌酸激酶(CK)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)等试剂盒:南京建成生物工程研究所。

1.2 仪器与设备

电子天平:JA2003型,上海舜宇恒平科学仪器有限公司;

冷冻干燥机:LGJ-18S型,北京松源华兴科技发展有限公司;

台式高速冷冻离心机:LGR20-W型,北京京立离心机有限公司;

水浴锅:HWS-28型,上海恒科学仪器有限公司;

紫外-可见分光光度计:722型,上海菁华科技仪器有限公司;

酶标仪:ELx800型,美国MD公司;

全自动生化分析仪:GLAMOUR3000型,美国MD公司。

1.3 方法

1.3.1 金丝小枣多糖的制备

(1) 发酵前的枣多糖:参照吉爽爽[8]提取枣多糖的方法并作改进。金丝小枣去核打浆后按料液比1∶3(质量比)的比例加入蒸馏水,于80 ℃水浴锅中浸提2 h,4 000 r/min离心10 min,收集下层滤渣加入蒸馏水再水浴2 h,合并2次滤液,旋转蒸发浓缩至原体积的1/3,加95%乙醇,4 ℃放置24 h,取沉淀加蒸馏水溶解,过8 kD的超滤膜,截留液用Sevage法除蛋白质,冷冻干燥(参数设置:冷阱盘管温度-66 ℃,真空度1 Pa,捕水能力6 kg/24 h,冻干面积0.18~0.27 m2)得到枣多糖。经硫酸苯酚法[9]测定枣多糖含量为65% 。

(2) 发酵后的枣多糖:金丝小枣去核打浆,经灭菌处理后接种1%的酵母菌,37 ℃发酵8 h,发酵结束后放入冰箱冷冻室终止发酵。提取发酵多糖的过程同1.3.1(1)。经硫酸苯酚法测定枣多糖含量为59%。

1.3.2 试验动物条件和分组 选取6周龄、体重(19±1) g的SPF级雄性昆明小鼠56只,适应性喂养5 d后,按体重随机分为7组并灌胃不同浓度的多糖液。正常对照组ZD(蒸馏水),发酵前的枣多糖高剂量组WG[0.2 g/(kg·d)]、中剂量组WZ[ (0.15 g/kg·d)]、低剂量组WD[0.1 g/(kg·d)],发酵后的枣多糖高剂量组FG[0.2 g/(kg·d)]、中剂量组FZ[0.15 g/(kg·d)]、低剂量组FD[0.1 g/(kg·d)],规定每只小鼠每天灌胃量为0.1 mL/10 g·BW。每日下午5:00进行一次灌胃,连续灌胃4周。

1.3.3 缓解小鼠体力疲劳的试验方法 末次灌胃相应剂量的多糖后,将尾根部负荷自身体重6%铁丝的小鼠置于游泳箱(尺寸约 60 cm × 60 cm × 50 cm)中游泳,水深约30 cm,水温25 ℃左右,记录小鼠从游泳到其头部沉入温水中8 s后,不能再露出水面的时间,即为小鼠的负重游泳时间[10]11。负重方法[10]12:用等长的棉线在距小鼠尾巴根部2~3 cm处系上负重铁丝环。根据中华人民共和国卫生部颁布的《保健食品检验与评价技术规范》[11]的要求记录小鼠每日体重及力竭游泳时间,按BUN、LD、HG、MG、CK、GSH-Px、SOD等试剂盒说明测定各指标。

1.3.4 小鼠力竭游泳时间延长率的计算

(1)

式中:

P——延长率,%;

t1——试验组小鼠存活时间,min;

t0——正常对照组小鼠存活时间,min。

1.4 统计方法

采用 SPSS 22.0 软件进行数据处理及统计学分析。

2 结果与分析

2.1 多糖剂量对各组小鼠体重的影响

体重变化是小鼠生长发育受到影响最直接的体现,即反映小鼠在饲养期间,多糖对其生长发育的影响。表1为不同剂量多糖对各组小鼠体重的影响。

1 各组小鼠体重的增量
Table 1 Weight increment of mice in each group g

组别第1天第14天第28天增重ZD26.29±1.2336.50±2.3844.50±3.6118.21±2.49WG25.84±1.0835.16±2.4643.20±3.1217.36±2.46WZ25.30±1.3536.08±2.2845.09±3.0819.79±2.58WD23.29±1.1933.67±2.0942.42±3.2719.13±2.31FG23.57±1.5833.42±2.4841.75±3.5718.18±2.09FZ23.30±1.4233.32±2.6742.44±3.2919.14±2.51FD25.08±1.6234.59±2.2643.44±3.4318.36±2.14

由表1可知,与ZD相比,各试验组小鼠每2周内体重的增量有差别,但用统计学方法对其分析,均无显著性差异,即在饲养期间,灌胃发酵前后的枣多糖不会对小鼠的生长及发育造成不良影响。

2.2 多糖剂量对小鼠力竭游泳时间的影响

运动耐力的提高是抗疲劳能力加强最直接的表现,游泳时间的长短可以反映动物运动疲劳的程度。表2为不同剂量的多糖对各组小鼠力竭游泳时间的影响。

由表2可知,与ZD相比,各试验组小鼠的力竭游泳时间都有所延长,WG、FG、FZ与ZD相比差异极显著,WZ、FD与ZD相比差异显著。说明发酵前后的枣多糖能不同程度地缓解小鼠的体力疲劳。虽然WG、FG、FZ与ZD相比差异都极显著,但FZ的延长率更高,更能缓解小鼠的体力疲劳。

2 多糖剂量对小鼠力竭游泳时间的影响
Table 2 Effects of different doses of jujube polysaccharide on the exhaustive swimming time of mice

组别力竭游泳时间/min延长率/%ZD8.33±0.89WG11.00±1.59∗∗32.01WZ9.97±1.12∗19.69WD8.93±0.547.20FG10.43±0.88∗∗25.17FZ12.33±0.81∗∗47.98FD10.06±0.37∗20.77

† *表示与ZD相比有显著性差异(P<0.05),**表示与ZD相比有极显著性差异(P<0.01)。

2.3 多糖剂量对小鼠血清中BUN、LD含量的影响

能源物质的消耗、代谢物质的堆积是产生疲劳的重要原因[12]。表3为不同剂量多糖对各组小鼠BUN、LD的影响结果。

3 多糖剂量对小鼠BUN、LD的影响
Table 3 Effects of different doses of jujube polysaccharide on the BUN, LD of mice mmol/L

组别BUN含量LD含量ZD30.77±0.986.38±0.36WG26.22±6.56∗5.04±0.92∗∗WZ28.15±3.245.45±0.62∗WD30.99±5.525.82±0.48FG25.79±2.76∗5.37±0.78∗FZ22.73±0.56∗∗4.59±0.36∗∗FD25.18±1.54∗5.58±0.36

† *表示与ZD相比有显著性差异(P<0.05),**表示与ZD相比有极显著性差异(P<0.01)。

机体剧烈运动时,氧供应相对不足,BUN、LD等代谢产物增多,会引起肌肉收缩效率下降[13],因此,BUN、LD是检测疲劳程度最主要的指标[14]。由表3可知,与ZD相比,各试验组小鼠血清中BUN和LD含量均有所降低。FZ小鼠血清中BUN含量与ZD相比,差异极显著,WG、FG、FD小鼠血清中BUN含量与ZD相比,差异显著。WG、FZ小鼠血清中LD含量与ZD相比,差异极显著,WZ、FG小鼠血清中LD含量与ZD相比,差异显著,且发酵多糖组的BUN含量都比枣多糖组的低,FZ小鼠血清中BUN、LD含量都是最低的。说明发酵前后的枣多糖可不同程度地减少机体蛋白质和含氮物质的分解代谢,以提高肌肉的运动能力,缓解小鼠的体力疲劳,其中FZ的缓解效果最好。

2.4 多糖剂量对小鼠HG、MG含量的影响

HG和MG是机体运动时重要的供能物质[15]。表4为不同剂量的多糖对各组小鼠HG、MG的影响结果。

剧烈运动时,机体的HG、MG被大量消耗以维持血糖恒定,当HG、MG耗竭,血糖含量明显下降,则运动不能持续[16]

4 多糖剂量对小鼠HG、MG的影响
Table 4 Effects of different doses of jujube polysaccharide on the HG, MG of mice mg/g

组别HG含量MG含量ZD2.03±0.340.17±0.03WG2.31±0.290.29±0.05∗∗WZ2.28±0.640.28±0.08∗WD2.25±0.300.27±0.02∗FG2.57±0.600.23±0.05FZ3.02±0.94∗0.30±0.06∗∗FD2.52±0.230.26±0.05

† *表示与ZD相比有显著性差异(P<0.05),**表示与ZD相比有极显著性差异(P<0.01)。

因此HG、MG的储备量直接影响小鼠负重游泳的能力,是反映疲劳程度的主要指标[17]。由表4可知,与ZD比,各试验组小鼠体内的HG和MG含量均有所增加。其中,FZ的HG含量与ZD相比,差异显著,其它各组均无统计学意义。WG、FZ的MG含量与ZD相比,差异极显著,WZ、WD的MG含量与ZD相比,差异显著。说明发酵前后的枣多糖可通过改善机体糖代谢系统来达到缓解小鼠体力疲劳的作用。而且发酵后的HG含量比发酵前的高,其中FZ小鼠的HG、MG含量都是最高的,表明FZ更能缓解小鼠的体力疲劳。

2.5 多糖剂量对小鼠CK、GSH-Px、SOD含量的影响

自由基理论认为,抗氧化与缓解体力疲劳具有一定的关系,GSH-Px活力、SOD活力、CK活力3项指标能直接反映机体的抗氧化状态和脂质过氧化水平[18]。表5为不同剂量的多糖对各组小鼠GSH-Px、SOD、CK活力的影响结果。

5 多糖剂量对小鼠GSH-Px、SOD、CK活力的影响
Table 5 Effects of different doses of jujube polysaccharide on the GSH-Px, SOD, CK of mice U/mL

组别GSH⁃Px活力SOD活力CK活力ZD92.67±1.2877.95±4.097.91±0.35WG128.90±16.26∗∗95.61±6.78∗∗3.62±0.12∗∗WZ111.11±10.71∗85.96±6.78∗5.60±0.40∗∗WD105.04±7.9680.98±12.396.18±0.79∗FG115.67±6.41∗88.76±2.69∗4.62±0.70∗∗FZ130.36±9.39∗∗90.54±3.72∗∗3.86±0.18∗∗FD108.25±6.14∗80.20±3.526.07±0.51∗

† *表示与ZD相比有显著性差异(P<0.05),**表示与ZD相比有极显著性差异(P<0.01)。

GSH-Px、SOD是机体抗氧化系统中2个重要的酶,而CK活性的变化与机体脂质过氧化程度密切相关,是评定骨骼肌微细损伤的一个重要生理指标[19]。由表5可知,与ZD相比,各剂量组多糖均能提高GSH-Px、SOD活力,降低CK活力,其中WG、FZ极显著增加了GSH-Px、SOD活力,降低了CK活力。WZ显著增加了GSH-Px、SOD活力,显著降低了CK活力,FG显著增加了GSH-Px、SOD活力,极显著降低了CK活力,说明发酵前后枣多糖均具有良好的体内抗氧化活性,不仅能显著提高体内酶系统的抗氧化活力,而且能够有效清除体内自由基并防止细胞膜脂质过氧化,减少血管壁及一些组织的损伤,进而缓解小鼠的体力疲劳,其中WG和FZ缓解小鼠体力疲劳的效果最佳。

3 结论

运动耐力的提高是抗疲劳能力加强最直接的表现,力竭游泳时间的长短可以直接反映动物运动的疲劳程度,BLA、BUN、HG及MG是反映机体疲劳程度的重要生化指标。机体通过糖酵解的方式提供能量,维持正常生活,当机体处于长时间的运动状态时,会加快糖酵解速度,氧供应会相对不足,机体启动无氧糖酵解过程,HG、MG大量消耗,提供能量的同时会产生大量的LD和BUN等蛋白质代谢的最终产物,其在体内堆积会直接或间接引起运动能力的下降,产生疲劳。因此,BLA、BUN含量越低,HG、MG含量越高,机体的抗疲劳能力越强。自由基理论认为,抗氧化与缓解体力疲劳有一定的关系,在对机体抗氧化系统中2个重要的酶GSH-Px、SOD及CK活力进行测定时,证实了发酵前后枣多糖不仅能显著提高体内酶系统的抗氧化活力,而且能够有效清除体内自由基并防止细胞膜脂质过氧化,进而缓解机体的体力疲劳。与对照组相比,随着枣多糖剂量的增加,各试验组小鼠的力竭游泳时间都有延长,体内HG、MG含量都有不同程度的增加,BLA、BUN含量都有不同程度的降低,证明发酵前后枣多糖均具有缓解体力疲劳的作用,且发酵前的枣多糖缓解体力疲劳的功效是随着多糖剂量的增加而增强的,发酵后多糖的抗疲劳功效是先增强再减弱的,其中发酵后枣多糖中剂量对小鼠体力疲劳的缓解效果更为明显。

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Effect of fermentation on alleviating physical fatigue of Ziziphus jujuba polysaccharide

ZHANG Ping-ping1,2

OU Ke-ke1

FENG Cong1

CHUAI Dong-hua1

(1.College of Food Science and Biological Engineering, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2.Tianjin Agricultural and Sideline Products Deep Processing Technology Engineering Center, Tianjin 300384, China)

Abstract: The effects of fermented and unfermented Ziziphus jujuba polysaccharide on the physical fatigue alleviation in mice was investigated in this study.56 male SPF class Kunming mice were fed with different doses of polysaccharides, and their body weight, exhaustive swimming time and related anti-fatigue evaluating indexes were measured after treated for 4 weeks.Tests showed that, compared with the normal control group, the mice fed with the polysaccharides from fermented and unfermented Ziziphus jujuba had a prolonged exhaustive swimming time.The percentage elongation was 32.01% for the high-dose unfermented jujuba polysaccharide treated group, and the percentage elongation was 47.98% for the medium dose of the fermented one.The effect of the medium-dose fermented jujuba polysaccharide on alleviating physical fatigue was remarkable, and the content of hepatic glycogen and muscle glycogen, and the activities of glutathione peroxidase and superoxide dismutase increased.Moreover, the content of urea nitrogen, lactic acid and the activity of creatine kinase decreased.The polysaccharides from both fermented and unfermented Ziziphus jujuba had the effect of relieving the physical fatigue in mice, and the effect of medium-dose of the fermented group on alleviating physical fatigue was more remarkable.

Keywords: ziziphus jujuba; fermentation; polysaccharide; physical fatigue

基金项目:天津市科技计划项目(编号:16YFNZNC00020);天津农学院高校教师教育改革创新引导发展项目(编号:20170205);天津农学院研究生培养质量提升项目(编号:2017YAL013)

作者简介:王洪杰,女,天津农学院在读硕士研究生。

通信作者:张平平(1970—),女,博士,天津农学院教授。E-mail:zpp613@163.com

收稿日期:2017-10-09

DOI:10.13652/j.issn.1003-5788.2018.02.010