亚麻籽胶经乳酸菌修饰后的分离、纯化、结构表征及其体外降血糖活性

《Food Bioscience》：Isolation, Purification, Structural Characterization, and In Vitro Hypoglycemic Activity of Flaxseed Gum Modified by lactic acid bacteria

亚麻籽胶经乳酸菌发酵改性后分离纯化出F-SDF2组分，其α-和β-糖苷键结构特征与抗α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶活性显著相关，浓度为0.5 mg/mL时抑制率分别达54.74%和29.93%。机制研究表明该组分通过激活AMPK/PI3K/AKT/GSK3β信号通路增强HepG2细胞葡萄糖摄取与合成能力，使HK和PK活性分别提升95.4%和47.6%，同时降低MDA和ROS水平，减少33.3%的细胞内甘油三酯。研究为功能性亚麻籽胶开发提供了结构-活性关联证据及代谢调控机制基础。

　　

刘佳宇|张梅|刘思琪|郭一琳|杨子豪|苗宗泽|蒋梦颖|吴丽萍|王松

中国哈尔滨东北农业大学食品学院

摘要

亚麻籽胶是一种特殊的异多糖，因其降血糖等生理活性而受到研究关注。然而，其不均衡的氨基酸组成和抗营养因子的存在限制了亚麻籽粉主要只能用作低价值饲料。在本研究中，通过乳酸菌发酵改性得到了亚麻籽胶，并分离纯化了四种组分。其中，F-SDF2在0.5 mg/mL浓度下对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制率分别达到了54.74%和29.93%。通过结构表征技术，阐明了改性亚麻籽胶的结构-活性关系。基于IR-HepG2细胞模型的研究表明，F-SDF2能够剂量依赖性地增强细胞葡萄糖消耗和糖原合成，并使己糖激酶（HK）和丙酮酸激酶（PK）的活性分别提高了95.4%和47.6%。此外，F-SDF2有效改善了胰岛素抵抗细胞的氧化应激状态，显著提高了超氧化物歧化酶（SOD）活性，同时降低了丙二醛（MDA）和活性氧（ROS）水平，在高浓度下还降低了细胞内甘油三酯（TG）含量33.3%。结果表明，改性亚麻籽胶可通过调节葡萄糖代谢关键酶的活性来改善细胞的氧化应激状态。此外，它还能通过激活AMPK/PI3K/AKT/GSK3β信号通路促进葡萄糖摄取，从而展现降血糖潜力。本研究为亚麻籽粉的高价值利用提供了理论基础和技术支持，并为开发新型功能性食品成分奠定了基础。

引言

亚麻籽胶是一种天然阴离子异多糖，主要存在于亚麻籽壳中，在溶液中呈现网状结构（Yan等人，2019年）。它具有增稠、乳化和凝胶化特性，广泛用于食品工业中作为稳定剂和膳食纤维添加剂。实验室提取的亚麻籽胶呈微黄色，主要是由于同时提取了木质素和多酚等天然色素化合物，加工过程中也可能受到美拉德反应的影响。这些杂质的存在阻碍了对其结构和生物活性的分析。在多糖的结构和生物活性分析中，需要先去除可能影响其结构和生物活性的杂质分子，然后进一步纯化以获得均匀的多糖。研究表明，亚麻籽胶具有多种生物活性，包括降血糖作用、调节胆固醇代谢、改善胰腺β细胞功能、调节脂质代谢、预防心血管疾病以及增强抗氧化能力（Pawase等人，2025年）。然而，目前的研究主要集中在亚麻籽胶的提取技术和食品加工应用上，对其结构-活性关系及具体降血糖机制的系统研究仍不足。

大量研究表明，亚麻籽胶干预可以显著降低胰岛素抵抗（IR）程度并提高胰岛素敏感性，显示出在糖尿病预防和治疗方面的巨大潜力（Liu等人，2025年）。升高的血糖水平会刺激胰腺β细胞分泌胰岛素，胰岛素通过血液运输到肝脏、骨骼肌和脂肪组织等靶组织。胰岛素与这些靶组织细胞膜上的胰岛素受体结合，触发特定的细胞内信号通路，从而增强葡萄糖的吸收和利用，发挥降血糖作用（Fang等人，2018年）。IRS/PI3K/AKT信号通路在调节葡萄糖和脂质代谢中起核心作用。Xiong等人证明Lactiplantibacillus plantarum B19能够显著激活PI3K/AKT/GSK3β信号通路（Xiong等人，2025年），为使用益生菌降低血糖提供了重要线索。

亚麻籽胶通过降低血糖水平、调节胆固醇代谢和改善胰岛素受体敏感性等机制，对葡萄糖和脂质代谢紊乱具有预防和改善作用。然而，其可溶性膳食纤维（SDF）组分的结构-活性关系，尤其是在微生物改性后的关系，以及它们对关键葡萄糖代谢信号通路的调节机制仍不明确。在微生物改性方面，基于先前研究的初步筛选，选择了Lactobacillus paracasei KLDS 82菌株（Wang等人，2024年），该菌株具有优异的纤维素酶活性，并能有效提高亚麻籽胶的提取产量和改善其理化性质。这些证据表明它特别适合用于改性亚麻籽胶以提高其功能性。因此，本研究旨在阐明微生物改性亚麻籽胶改善胰岛素抵抗（IR）的精确分子机制，重点关注AMPK/PI3K/AKT/GSK3β通路。我们假设改性多糖组分（F-SDF2）通过激活PI3K/AKT/GSK3β信号通路来增强葡萄糖摄取并改善HepG2细胞中的IR，这种生物活性与其特定的结构特征密切相关。为了验证这一假设，我们将首先分离纯化关键功能组分（F-SDF2）并表征其结构。随后，使用IR-HepG2细胞模型评估其降血糖效果，并研究其在调节AMPK/PI3K/AKT/GSK3β通路中的作用。研究结果有望为亚麻籽胶的高价值利用提供科学依据，并有助于开发新型基于多糖的代谢紊乱干预措施。

材料与试剂

亚麻籽粉购自山东华茂新材料有限公司。Lactobacillus paracasei KLDS 82菌株来自教育部乳品科学重点实验室的菌种库，其16S rRNA基因序列已存入GenBank数据库，登录号为PRJNA1072984。HepG2细胞及其专用培养基购自海英生物技术有限公司。重组人胰岛素购自上海。

F-SDF的分离与纯化

F-SDF依次用0、0.1、0.3和0.5 M NaCl溶液进行洗脱。通过绘制多糖含量的OD值与管号的图表构建了洗脱曲线（图1A）。收集0、0.1、0.3和0.5 M NaCl洗脱液，蒸发浓缩后进行透析和冻干，得到四种亚麻籽胶组分：F-SDFW（水洗脱组分）、F-SDF1（0.1 M NaCl洗脱组分）、F-SDF2（0.3 M NaCl洗脱组分）和F-SDF3（0.5 M NaCl洗脱组分）。

F-SDF组分的理化性质

结论

本研究分离纯化了乳酸菌改性的亚麻籽胶F-SDF2。F-SDF2是一种含有α-和β-糖苷键的吡喃糖多糖，相对分子量为3.396×10⁵ Da。其主要成分包括半乳胺盐酸盐、鼠李糖、阿拉伯糖、葡糖胺盐酸盐、葡萄糖、木糖、甘露糖和半乳糖醛酸，其中阿拉伯糖、木糖和半乳糖醛酸的比例较高。

作者贡献声明

刘佳宇：撰写初稿、软件使用、实验研究、数据分析。张梅：软件使用、方法设计、实验研究、数据分析、概念构建。杨子豪：实验研究、数据分析。刘思琪：撰写初稿、数据分析。郭一琳：数据可视化、实验研究。吴丽萍：结果验证、软件使用。王松：撰写、审稿与编辑、监督、资源获取、概念构建。苗宗泽：结果验证、软件使用。蒋梦颖：

未引用参考文献

Dhital等人，2015年；Liu等人，2025年；Wang等人，2019年；Wang等人，2024年；Zhang等人，2025年。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

数据获取

数据可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：32072190）、黑龙江省普通本科院校优秀青年教师基础研究支持计划（编号：YQJH2023180）、黑龙江省重点研发计划（创新基地（编号：JD2023SJ15）、国家自然科学青年基金（编号：31801518）和黑龙江省自然科学基金（编号：YQ2020C013）的支持。