从Cordia myxa果实中提取、表征并制备基于生物活性多糖的纳米纤维，以探索其在伤口敷料领域的应用潜力

超声波辅助提取（USAE）与热水提取（HWE）用于从Cordia myxa果中提取多糖，USAE在蛋白质含量（0.8% vs 8.2%）、抗氧化性及流变学特性上更优。将USAE多糖与6% PVA共混电纺制备纳米纤维，具有高孔隙率（85.3±2.1）、热稳定性（Tg提升15%）及生物相容性，药物缓释时间达72小时，适用于伤口敷料。

　　

阿里雷扎·凯什瓦里（Alireza Keshvari）|雷扎·阿津（Reza Azin）|沙赫里亚尔·奥斯富里（Shahriar Osfouri）|萨桑·扎埃里（Sasan Zaeri）

伊朗布什尔波斯湾大学石油、天然气与石化工程学院化学工程系

摘要

本研究利用热水提取（HWE）和超声波辅助提取（USAE）方法，从Cordia myxa果实中提取多糖，并对其进行了表征和纳米纤维的制备。通过响应面方法优化了提取条件，结果显示HWE的提取率为8.93%，USAE的提取率为8.40%，这证明了USAE方法的效率更高且处理时间更短。尽管两种方法获得的多糖糖组成分相似，但USAE法制备的样品质量更优：不含蛋白质（而HWE法制备的样品含有8.2%的蛋白质），灰分含量更低（4.3%），抗氧化活性更强。此外，USAE法制备的多糖表观粘度更高，胶体稳定性更好（?71 mV vs. ?56 mV），表明其纯度和功能性更佳。因此选择USAE法制备的多糖用于纳米纤维的制备。纯多糖本身无法通过静电纺丝技术形成纤维，但与6%（w/v）的聚乙烯醇（PVA）混合后，即使在低多糖浓度（0.25–0.5%（w/v）下也能形成均匀无颗粒的纤维。这些纳米纤维具有高孔隙率、优异的热稳定性和经戊二醛处理后的强交联性能。它们还具有良好的吸水性和缓慢的降解特性，适合用于伤口敷料。抗氧化性和释放分析显示，0.25%浓度的纳米纤维在72小时内完全释放了活性成分，而0.5%浓度的纤维则表现出缓慢而持续的释放特性。使用L929成纤维细胞进行的细胞相容性和粘附性实验表明，这些纳米纤维无细胞毒性，并能促进细胞在含有多糖的基质上的生长。总体而言，超声波辅助提取结合PVA静电纺丝技术制备的纳米纤维具有抗氧化、生物相容性和热稳定性，具有广阔的伤口愈合应用前景。

引言

近年来，研究人员越来越关注天然资源以及合成化合物的可持续替代品，尤其是在食品[1]、制药[2]和化妆品[2]等行业。这一趋势源于人们对某些合成添加剂健康和安全问题的日益关注，以及对环保、可持续且环境影响最小的资源的日益需求[2,3]。来自植物、藻类和微生物的天然化合物因其潜在的替代作用而受到研究，可用于替代各种产品中的合成稳定剂、防腐剂、抗氧化剂和乳化剂。这种转变有助于提升消费者健康并促进可持续发展，因为天然资源通常是可生物降解的、可再生的，且对环境的危害较小。这一趋势也符合消费者对清洁、绿色、健康成分产品的偏好，为构建更可持续的未来做出了贡献[2]。

多糖是来自植物、真菌和藻类的天然生物聚合物，因其生物相容性和可生物降解性[4]以及抗炎、抗氧化和免疫调节等生物活性特性[5]而受到重视。与可能因持久性和毒性带来环境及健康问题的合成聚合物不同，天然多糖为食品、制药和生物医学应用提供了可再生且更健康的替代品[6]。Cordia myxa果实是多糖的丰富来源，因其治疗特性而被用于传统食品和医药中。该植物属于紫草科，自然分布于非洲、亚洲和美洲的温暖和热带地区[6]。C. myxa果实的提取物含有蛋白质、脂肪和碳水化合物，由于含有钾、钠、钙、铁和锌等矿物质，因此具有较高的能量和营养价值[6],[7],[8],[9]。从这种果实中提取的多糖胶和黏液因其流变学特性、抗氧化活性、抗炎作用和生物活性化合物而在食品、制药和纳米颗粒绿色合成领域引起了研究人员的极大兴趣[6],[7],[8],[9]。C. myxa的黏液和多糖胶已被用作改性剂[10]，以及在食品工业中生产可食用薄膜和涂层的生物聚合物[11],[12],[13]。此外，C. myxa果实的提取物还被用于开发多种药物递送系统，因其具有抗氧化、抗炎、抗菌和黏附特性，可用于制备透皮膜[14]、外用膏剂[15]、口服片剂[16]和负载型纳米纤维敷料[17,18]。

从C. myxa果实中提取多糖是影响其产量、成分和相关特性的关键步骤。人们已付出大量努力寻找高效的提取方法以实现高产量和良好效果。高提取产量指的是提取效率，而良好效果则指提取物作为具有抗菌和/或抗氧化特性的生物活性物质的潜力。虽然有多种从植物中提取多糖的方法，但每种方法对不同生物材料的提取效果各不相同。某些提取过程还可能改变提取多糖的质量[5,19]。C. myxa果实中的多糖已通过热水提取（HWE）[7,8]、索氏提取器（Soxhlet apparatus）[9]、超声波辅助提取（USAE）[6]和微波辅助提取（MAE）[20]等方法分离出来。尽管HWE方法耗时较长且效率较低，但由于操作简单且成本低廉，仍被广泛使用。相比之下，MAE和USAE方法所需时间和溶剂较少，但可能会破坏植物的生物活性成分[21],[22],[23],[24]。然而，提取过程需要仔细优化才能最大化产量，因为温度、pH值、水/固比、提取时间和微波或超声波功率等因素起着关键作用。

响应面方法（RSM）作为一种强大的统计工具，已被广泛用于优化和研究影响植物多糖提取的因素[25,26]。该方法允许通过较少的测试次数、时间和成本，同时研究多个变量及其相互作用[26],[27],[28],[29]。

静电纺丝技术是一种多功能且高效的方法，可用于制备直径在纳米级别、具有高孔隙率且结构特征与细胞外基质（ECM）相似的纳米纤维支架[30]。这些特性使得静电纺丝纳米纤维在伤口愈合方面具有很大潜力，因为它们能为细胞附着、增殖和营养交换提供理想的微环境[31]。

然而，许多天然多糖由于分子量低、链缠结不足和流变学特性不佳而难以通过静电纺丝技术形成纤维。一种常用的策略是将它们与可纺丝的合成载体聚合物混合。这种方法不仅促进了纤维的形成，还将多糖的有益生物活性（如抗氧化和抗菌特性）引入到最终的纳米纤维中。其中，聚乙烯醇（PVA）因其出色的静电纺丝性能、亲水性和生物相容性而被广泛使用，可用于制备均匀的纳米纤维垫[32],[33],[34]。同时，无针静电纺丝技术（如气泡纺丝、离心纺丝和多喷头纺丝）也受到越来越多的关注，这些技术可作为传统针基系统的替代方案，克服了堵塞和产量限制，特别是在处理高粘度生物聚合物溶液时[35],[36],[37],[38],[39],[40]。通过调整聚合物成分和浓度优化，仍然是制备均匀且功能性的多糖基纳米纤维的实用有效方法。

在此框架下，将C. myxa多糖与PVA结合使用，为开发兼具机械稳定性和治疗功能的生物活性纳米纤维敷料提供了有前景的途径。

本研究的主题是利用热水提取（HWE）和超声波辅助提取（USAE）从C. myxa果实中提取多糖，并通过响应面方法（RSM）优化提取过程。虽然HWE和USAE方法之前已被用于提取植物多糖，但本研究首次系统地比较了这两种方法在C. myxa上的应用，特别关注了它们的结构-功能关系。提取的多糖在物理化学、流变学和抗氧化特性方面进行了表征，以确定最佳提取方法。基于这些发现，使用优化后的USAE方法获得的多糖被加入到PVA溶液中并静电纺丝成纳米纤维垫。所得纳米纤维在形态、膨胀性、降解性、孔隙率、抗氧化能力和细胞相容性等方面进行了全面评估。这种综合方法不仅深入了解了C. myxa多糖的特性，还展示了它们作为先进伤口敷料材料生物活性成分的潜力。

材料

材料

2024年夏季，在伊朗南部布什尔省的达什特斯坦（Dashtestan）收集了成熟的C. myxa果实（图1）。为了进行植物鉴定，将植物样本（凭证编号1513）保存在位于伊朗布什尔的波斯湾医学历史博物馆标本馆中。果实经过清洗、消毒、去核后，在阴凉处晾干一周。然后将其研磨成细粉，通过40目筛网过滤，并在4°C下保存直至使用[19]。

多糖提取

表2和表3总结了在不同实验条件下，HWE和USAE方法获得的提取产量。HWE的提取产量范围为3.7%至9.5%，USAE的提取产量范围为3.1%至8.8%。

方差分析（ANOVA）（表4）证实了这两种提取方法的模型具有总体显著性（HWE：F = 38.6，p = 0.0005；USAE：F = 23.4，p = 0.0272）。决定系数（R2）分别为HWE的0.856和USAE的0.826，表明超过80%的响应变异可以由这些模型解释

结论

本研究全面展示了提取方法和配方参数如何影响Cordia myxa果实中多糖的结构、物理化学和功能特性及其在静电纺丝纳米纤维中的应用。尽管热水提取（HWE）和超声波辅助提取（USAE）的产量相当，但两种方法制备的多糖在纯度和功能性方面存在显著差异。USAE方法制备的多糖不含蛋白质

CRediT作者贡献声明

阿里雷扎·凯什瓦里（Alireza Keshvari）：撰写初稿、方法学设计、实验研究。雷扎·阿津（Reza Azin）：审稿与编辑、撰写初稿、资源准备、项目管理、概念构思。沙赫里亚尔·奥斯富里（Shahriar Osfouri）：审稿与编辑、验证、方法学设计、概念构思。萨桑·扎埃里（Sasan Zaeri）：审稿与编辑、数据可视化、验证、数据分析、概念构思。

利益冲突声明

作者声明与本文讨论的主题或材料无关，也没有任何组织或实体对其拥有财务或非财务利益。