富硒茶多糖的提取及其對運動疲勞恢復的影響

池愛平，李 虹，康琛喆，郭歡歡，張海猛，郭 飛，王一民

（陜西師范大學體育學院，陜西 西安 71011 9）

富硒茶多糖的提取及其對運動疲勞恢復的影響

池愛平，李 虹，康琛喆，郭歡歡，張海猛，郭 飛，王一民

（陜西師范大學體育學院，陜西 西安 71011 9）

目的：研究紫陽富硒茶多糖（selenium-rich tea polysaccharide，STP）的基本理化性質及其對小鼠游泳能力與疲勞恢復的影響。方法：采用水提醇沉法提取STP，對其基本成分含量、紫外和紅外光譜進行了檢測；同時建立了一個5 周的小鼠耐力運動模型，灌胃不同劑量的STP水溶液，測定了小鼠的游泳力竭時間，然后分別在小鼠在力竭運動即刻、運動后24 h恢復兩 種情況下取材，測定了血糖、血尿素氮、血乳酸的濃度以及肝糖原含量、肝谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）活性和丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量。結果：STP是一種含蛋白的硒多糖，對小鼠游泳 力竭時間有明顯的延長作用；對于小鼠的糖代謝能力具有調節作用，而且顯著提高小鼠肝組織的GSH-Px活性，降 低MDA的含量。結論：STP具有抗運動性疲勞的作用，其機理與其調節機體糖代謝和改善運動造成機體組織脂質過氧化作用有關。

富硒茶多糖；力竭運動；運動疲勞

目前關于耐力運動疲勞產生的機制有眾多理論支持：諸如能源物質消耗學說、自由基氧化學說、內環境穩定性失調學說、代謝產物堆積學說以及神經-內分泌-免疫網絡學說等[1]。所以，通過有針對性地補充外源性營養補劑或者藥物活性成分，來延緩或者緩解運動員運動疲勞的發生，是解決運動性疲勞的有效途徑之一。研究表明，許多植物的多糖成分具有改善運動性疲勞的作用，其作用機制大多與提高機體糖儲備以及提高機體免疫能力等方面有關，故多糖抗運動性疲勞方面的研究成為近幾年運動營養學領域研究一個熱點[2-4]。硒具有多種生理功能，它不僅是谷胱甘肽過氧化物酶活性中心的組成部分，還能夠維持機體的正常免疫功能[5]。硒是人體特別是運動員體內易缺乏的微量元素。多糖類物質目前被證明具有增強機體免疫、改善糖代謝以及抗氧化功能。研究發現硒多糖的生物活性普遍高于多糖和硒[6]，此外也有研究證明硒多糖具有明顯的調節糖、脂代謝的作用[7-8]。紫陽縣是我國高富硒地區之一，每年產2 200 t富硒茶，來源豐富但開發利用率低。紫陽富硒茶中的硒含量豐富，主要以有機態的形式與蛋白質或者多糖結合在一起[9]，是一種理想的補硒、補多糖的途徑。人們通過飲用富硒茶或者服用茶制品來達到多種保健目的，但至今未見富硒茶與運動相關的研發產品，甚至與運動相關的研究報道也極少，因此，本課題以耐力運動疲勞的特殊生理現象和富硒茶多糖的生物活性為研發的理論依據，在實驗中，采用水提醇沉法，提取了紫陽富硒茶多糖（selenium-rich tea polysaccharide，STP），建立了小鼠5 周的耐力運動模型，通過服用不同劑量的STP溶液，來檢測STP對小鼠耐力運動、行為學表現與疲勞恢復的影響程度，旨在為進一步開發運動補劑提供實 驗支持。

1 材料與方法

1.1 實驗動物、材料與試劑

實驗動物為健康昆明種雄性小鼠，2 月齡，體質量22～26 g，由陜西省交大醫學院實驗動物飼養中心購入，同時購入基礎飼料。

富硒茶由陜西省紫陽縣閩秦茶葉有限公司提供。

乙醇、三氯甲烷、丙酮、乙醚 天津化學試劑有限公司；過氧化氫、濃硫酸 西安化學試劑廠；以上試劑均為AR級；硒粉 西安順達化學試劑儀器公司；透析袋（Mw10 000） 北京鼎國生物技術有限責任公司。

1.2 儀器與設備

752B型分光光度計 上海第三分析儀器廠；U-3900/3900H紫外光譜儀 日立公司；Tensor27紅外光譜儀 德國布魯克公司；DD5低溫高速離心機 湖南凱達科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 STP的提取

圖1 STP提取流程圖Fig.1 Flow chart of STP extraction

STP的提取過程參照文獻[10]采用的水提醇沉法，并做改良，游離蛋白的去除采用Sevag法。流程圖見圖1。

1.3.2 STP主要成分測定

多糖含量的測定采用蒽酮-硫酸法[11]。硒含量測定采用紫外分光光度法[12]。蛋白質含量測定采用雙縮脲法[13]。

1.3.3 STP的紫外光譜采集

稱取STP 5 mg，配成0.5 mg/mL的溶液，以蒸餾水為對照，在紫外光譜儀190～600 nm波長區域內掃描。

1.3.4 STP的紅外光譜采集

稱取STP 3 mg，分別于400 mg干燥的KBr混勻，在瑪瑙研缽中研磨5 min，壓片，在紅外光譜儀上測定4 000～400 cm-1的紅外光譜。

1.3.5 實驗動物與模型建立

動物飼養室的溫度為12～18 ℃，相對濕度為43%～50%，光照隨同自然光變化。將小鼠隨機分為4 組：空白對照組（A組）、陽性對照組（B組）、STP低劑量組（C1組）和高劑量組（C2組），每組20 只。適應性飼養1周后進行實驗。

1.3.6 運動模型的建立

各組小鼠在塑料水池（長×寬×高為：80 cm×60 cm×50 cm，水溫30 ℃，水深40 cm）進行為期5周的游泳訓練，每周的周一至周六每晚8點進行90 min的尾部負重（負荷為體質量的5%）游泳訓練，周日休息，最后一周的周六訓練改為負重力竭游泳（力竭判斷的標準：以小鼠頭部沉入水中5 s不能浮出水面）。每次運動結束后進行灌胃：C1和C2組小鼠分別灌胃劑量為100 mg/（kg·d）和200 mg/（kg·d）的STP水溶液；A組小鼠灌胃等體積的生理鹽水；B組為陽性對照組，灌胃蔗糖水溶液，劑量參照文獻[14]為6 g/（kg·d）。灌胃時間為30 d。

1.3.7 血液與肝組織部分生化指標的測定

記錄小鼠力竭時間，力竭游泳結束后，立刻在每組小鼠中隨機選擇一半，進行采血處死取材。測定項目包括：血糖、血乳酸、血尿素氮的濃度；肝糖原、肝組織丙二醛（malondialdehyde，MDA）的含量以及肝組織谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）活性。每組剩余的一半小鼠恢復24 h后，進行采血處死取材，測定相同項目。測定均使用南京建成生物制劑公司生產的試劑盒，按照說明操作。

1.4 數據處理

數據用SPSS 10.0統計軟件進行分析，組間比較采用t檢驗進行比較，用±s表示。

2 結果與分析

2.1 STP的基本理化性質

采用水提醇沉法從1 000 g富硒茶原料中提取STP 39.7 g，得率為3.97%，與原料的主要成分對比結果見表1。

從表1中STP與茶原料的成分含量對比來看，總糖含量與硒含量明顯增加，蛋白質含量下降，原因主要是本實驗采用Sevag法除去了原料中游離蛋白。

圖2 STP的紫外光譜Fig.2 Ultraviolet spectrum of STP

紫外光譜圖（圖 2）顯示STP在280 nm左右有強吸收峰，表明STP含有結合蛋白，這與表1結果相一致，屬于蛋白多糖。紅外光譜圖（圖3）顯示：STP屬于典型的多糖結構，在3 438.22 cm-1處的吸收峰表示O—H伸縮振動，在1 639.09 cm-1處的吸收峰表示C=O或者O—CHO伸縮振動，在1 393.81 cm-1處的吸收峰表示C—H伸縮振動，在1 111.16 cm-1處的吸收峰表示C—O伸縮振動，在850.89 cm-1處的弱吸收峰表示STP含有少量α-D-吡喃糖，在887.89 cm-1處的弱吸收峰表示STP還含有少量β-D-吡喃糖。

圖3 STP的紅外光 譜Fig.3 Infrared spectrum of STP

圖4 小鼠力竭游泳時間對比（n=20）=20Fig.4 Comparison of swimming exhaustion time in mice (n = 20)

2.2 各組小鼠力竭游泳時間的比較由圖4可知，蔗糖組小鼠的 力竭時間與空白對照組相比較顯著延長（P＜0.05），STP高劑量組小鼠的力竭時間與空白對照組相比較極顯著延長（P＜0.01），說明蔗糖和高劑量的STP對小鼠的力竭疲勞的時間具 有延緩的作用，但二者之間沒有顯著性差別。

2.3 各組小鼠血液部分生化指標測定結果

表2 小鼠血液生化指標的比較（x±s，n=10）Table 2 Comparison of blood biochemical indexes in mice (x±s , n = 10)

由表2可知，從運動后即刻各組小鼠的血糖濃度比較來看，只有STP高劑量組顯著高于空白對照組（P＜0.05），運動后恢復24 h，各組之間小鼠的血糖濃度比較無顯著性差異，但與同組運動即刻相比較，均有顯著或極顯著地升高（P＜0.05，P＜0.01）。由于力竭運動的能量需求使小鼠的血糖濃度在運動時降低，在24 h恢復后，各組小鼠血糖恢復良好，但組間沒有顯著性差異，這與機體血糖動態平衡性有關系。在各組小鼠血尿素氮濃度的比較中，蔗糖組和STP高、低劑量組較空白對照組有不同程度的降低，說明這蔗糖和STP參與供能后，都能使小鼠的蛋白質分解代謝有明顯的節省現象。在同組恢復前后的對比中，除了空白對照組之外，其他各組小鼠血尿素氮都有顯著性的降低（P＜0.05）。組間血乳酸含量的對比中，蔗糖組和STP高、低劑量組小鼠在運動后即刻，都明顯比空白對照組小鼠的血乳酸含量低（P＜0.05）；而在同組之間的比較，運動恢復24 h比運動即刻，各組小鼠血乳酸濃度都極顯著性地降低（P＜0. 01）。說明血乳酸能在較短時間內恢復。

2.4 各組小鼠肝組織部分生化指標測定結果

表3 小鼠肝組織部分生化指標比較（x±s，n=10）Table 3 Comparison of liver tissue biochemical indexes in mice (x ±s,n=10)

由表3可知，運動后即刻組間肝糖原含量的對比，均沒有顯著性差異，這與力竭運動導致各組小鼠機體肝糖原耗盡有關。但在24 h的恢復后，各組小鼠肝糖原均有顯著性的恢復（P＜0.05），蔗糖組與STP高劑量組的恢復情況較空白對照組更明顯（P＜0.05）。在肝組織GSH-Px活性的對比中，不管是運動即刻組還是運動恢復組，STP組小鼠GSH-Px活性均不同程度高于空白對照組和陽性對照組（P＜0.05，P＜0.01），而同組相比較，小鼠GSH-Px活性均顯著性下降（P＜0.05）。同組MDA含量的對比中，各組小鼠運動恢復后比運動即刻的MDA含量均有顯著或極顯著地降低（P＜0.05，P＜0.01），但組間比較時，STP組在運動即刻時和恢復24 h后，MDA含量顯著低于空白對照組和蔗糖組（P＜0.05），這可能與STP提高了小鼠肝組織GSH-Px活性有關。

3 討論與結論

經過一系列的提取與純化，本實驗得到的富硒茶多糖的活性成分包括糖、結合蛋白和硒的含量都大幅度提高，結果證明富硒茶多糖是一種含硒蛋白多糖，其結構特點可能決定富硒茶多糖具有某些活性功能，這有待于進一步研究。

運動性疲勞是一個極其復雜的身體變化綜合反應過程。研究證明在長時間大強度運動中，糖原耗盡、血糖濃度降低、乳酸堆積都能誘發運動性疲勞的發生[15]。單糖與雙糖易被消化系統吸收，能夠迅速提高機體的糖原恢復與儲備，進而改善運動后疲勞的恢復。目前在運動性疲勞與補糖的研究中，蔗糖是主要的補糖種類之一[16-17]，故本實驗選用補充蔗糖作為陽性對照組。運動疲勞的產生還與氧化損傷、內環境改變、免疫機能下降以及機體保護性抑制等多重因素有關[1]，故在運動補劑的研究方面應予以多重因素考慮。多糖由于分子質量大，不易被消化系統吸收，但眾多研究證明，多糖可以改善腸道黏膜免疫系統，間接提高機體的免疫系統功能[18-20]。另外，也有研究證明一些多糖能夠改善機體運動造成的氧化損傷[21-22]。這說明，補充多糖對運動疲勞的作用機理，可能與其改善了機體的免疫功能和抗氧化能力有關。本實驗結果證實，高劑量的STP對小鼠的力竭疲勞的時間具有延緩的作用，與陽性對照組作用效果相似。但二者的作用途徑與機理可能不同。

本實驗選用3 個血液生化指標：血糖、血尿素氮、血乳酸，都能夠間接反映運動疲勞程度的血液生化指標[17]。實驗結果顯示血糖的變化不明顯，可能與血糖的動態平衡性有關。而血尿素氮是反映機體蛋白質代謝的一個指標，一般在長時間大強度運動時，糖原儲備不足的情況下，蛋白質參與代謝的程度增大，本實驗證明，補充蔗糖和STP后，對機體蛋白質代謝具有一定的節省作用。乳酸含量在另外一方面反映了糖進行無氧酵解的程度，也是反映機體有氧代謝能力的一個指標[23]。實驗結果表明，補充蔗糖和STP后，機體乳酸含量較對照組降低，說明蔗糖和STP促進了機體糖的有氧代謝能力。肝糖原儲備水平是反映機體的有氧代謝能力和疲勞程度的重要指標[24]。實驗結果表明，補充蔗糖和高劑量的STP后，對于肝糖原的恢復具有顯著的增強作用。

力竭運動會使機體自由基產生增多，抗氧化酶因受到自由基的傷害導致活性下降，使機體脂質過氧化的程度增加，其產物MDA可以反映組織的脂質過氧化的程度。GSH-Px是一種含硒蛋白，能夠清除脂類氫氧化物和有機氫過氧化物，減輕機體損傷，在氧化防御反應中起著關鍵作用，在一定程度上阻止機體脂質過氧化的程度[25-26]。實驗結果表明，服用STP后，不管在運動即刻還是在運動恢復后，小鼠肝組織中GSH-Px活性均顯著升高，而MDA含量顯著下降，這與STP中的硒有關，硒為機體合成GSH-Px提供了必要的材料，最終對于機體由于過度運動造成的脂質過氧化具有保護作用。雖然蔗糖和STP同樣具有延緩小鼠運動疲勞的作用，但STP在提高抗氧化酶的層面上，對機體組織的氧化損傷保護中，具有積極地意義。這也正是積極開發富硒茶多糖的目的所在。關于STP在免疫學層面上是否對運動性疲勞產生影響，有待于進一步證實。

[1] 鄧樹勛, 王健, 喬德才. 運動生理學[M]. 北京: 高等教育出版社, 2013: 233-235.

[2] CHI Aiping, TANG Liang, ZHANG Jing, et al. Chemical composition of three polysaccharides from Gynostemma pentaphyllum and their antioxidant activity in skeletal muscle of exercised mice[J]. International Journal of Sport Nutrition and Exercise Metabolism, 2012, 22(6): 479-485.

[3] CHI Aiping, CHEN Jingping, WANG Zhezhi, et al. Morphological and structural characterization of a polysaccharide from Gynostemma pentaphyllum Makino and its anti-exercise fatigue activity[J]. Carbohydrate Polymers, 2008, 74(4): 868-874.

[4] JUNG K, KIM I H, HAN D. Effect of medicinal plant extracts on forced swimming capacity in mice[J]. Journal of Ethnopharmacology, 2004, 93(1): 75-81.

[5] 張鈞, 張蘊琨. 運動營養學[M]. 北京: 高等教育出版社, 2012: 23-30.

[6] 焦子明. 紫陽富硒茶中硒的賦存形態研究及茶渣的開發利用[D]. 西安: 陜西師范大學, 2012: 9-10.

[7] 劉振鋒, 東方, 季宇彬, 等. 硒多糖藥理活性研究進展[J]. 北京聯合大學學報: 自然科學版, 2011, 25(4): 36-40.

[8] 方敏. 甲殼低聚糖硒的合成及其干預性糖尿病鼠模型形成的研究[D].衡陽: 南華大學, 2005: 17-36.

[9] 焦自明, 楊建雄, 張小飛, 等. 紫陽富硒茶中茶多糖、堿溶性茶蛋白結構形貌及硒賦存形態[J]. 陜西師范大學學報: 自然科學版, 2012, 40(1): 73-76.

[10] 何念武. 紫陽富硒綠茶茶多糖與茶多酚抗腫瘤藥理作用研究[D]. 西安: 陜西師范大學, 2012: 21-25.

[11] 劉曉涵, 陳永剛, 林勵, 等. 蒽酮硫酸法與苯酚硫酸法測定枸杞子中多糖含量的比較[J]. 食品科技, 2009, 34(9): 270-272.

[12] 周躍花, 楊菊香, 張娜. 紫外分光光度法測定紫陽富硒茶中的硒[J].西北農業學報, 2009, 18(4): 229-232.

[13] 王衛國, 吳強, 胡寶坤, 等. 幾種測定灰樹花多糖中蛋白質含量方法的比較研究[J]. 中國食用菌, 2002, 22(1): 27-30.

[14] 唐海軍, 周亮. 補糖和刺五加調節大鼠運動后糖代謝的研究[J]. 北京體育大學學報, 2009, 32(6): 51-53.

[15] 李良鳴, 楊則宜, 魏源, 等. 運動后前糖原和大糖原的恢復規律及其機制研究[J]. 體育科學, 2005, 25(7): 25-30.

[16] AOI W, NAITO Y, HANG L P, et al. Regular exercise prevents high-sucrose diet-induced fatty liver via improvement of hepatic lipid metabolism[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2011, 413(2): 330-335.

[17] JENTJENS R L, SHAW C, BIRTLES T, et al. Oxidation of combined ingestion of glucose and sucrose during exercise[J]. Metabolism, 2005, 54(5): 610-618.

[18] 姜帆. 五味子多糖的提取純化及其對腸道免疫功能的影響[D]. 哈爾濱: 東北農業大學, 2013: 33-47.

[19] 張立. 香菇多糖對小鼠腸道粘膜免疫系統T細胞亞群的影響[D]. 廣州: 廣州中醫藥大學, 2012: 14-53.

[20] CHE Yi, ZHANG Hui, WANG Yuanxing, et al. Acetylation and carboxymethylation of the polysaccharide from Ganoderma atrum and their antioxidant and immunomodulating activities[J]. Food Chemistry, 2014, 156: 279-288.

[21] ZHAO Zhonghui, ZHENG Xiaowei, FANG Fang. Ganoderma lucidum polysaccharides supplementation attenuates exercise -induced oxidative stress in skeletal muscle of mice[J]. Saudi Journal of Biological Sciences, 2014, 21(2): 119-123.

[22] JIANG Juan, GUO Yingjie, NIU Aijun. Extraction, characterization of Angelica sinensis polysaccharide and modulatory effect of the polysaccharide and Tai Chi exerciseon oxidative injury in middle-aged women subjects[J]. Carbohydrate Polymers, 2009, 77(2): 384-388.

[23] XU Chao, Lü Junli, LO Y M, et al. Effects of oat β-glucan on endurance exercise and its anti-fatigue properties in trained rats[J]. Carbohydrate Polymers, 2013, 92(2): 1159-1165.

[24] 于瀅, 秦華奇, 衣雪潔. 四君子湯和糖對過度訓練大鼠胃腸功能和糖貯備的影響[J]. 沈陽體育學院學報, 2012, 31(2): 79-85.

[25] 于揚, 魏景艷. 谷胱甘肽過氧化物酶及其合成機制[J]. 生物物理學報, 2013, 29(10): 724-737.

[26] YUAN Chengfu, WANG Changdong, BU Youquan, et al. Antioxidative and immunoprotective effects of Pyracantha fortuneana (Maxim.) Li polysaccharides in mice[J]. Immunology Letters, 2010, 133(1): 14-18.

Extraction of Polysaccharides from Selenium-Rich Tea and Their Influence on Fatigue and Recovery after Exercise

CHI Ai-ping, LI Hong, KANG Chen-zhe, GUO Huan-huan, ZHANG Hai-meng, GUO Fei, WANG Yi-min
(School of Sports, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China)

Objective: To evaluate the physical and chemical properties of polysaccharides from selenium-rich tea and the effects of these polysaccharides on swimming performance and recovery from swimming-induced fatigue in mice. Methods: The polysaccharides were extracted by using the method of water extraction and alcohol precipitation. The proximate composition and ultraviolet and infrared spectral characteristics of selenium-rich tea polysaccharides (STPs) were tested. At the same time, a 5-week endurance exercise model in mice was established, and the mice were given by oral gavage different doses of STPs. The swimming exhaustion time of mice was recorded and the concentrations of blood glucose, blood urea nitrogen (BUN), blood lactic acid (BLA) and the contents of hepatic glycogen and malonaldehyde (MDA) as well as the activity of hepatic glutathione peroxidase (GSH-Px) were measured immediately and at 24 h after exhaustive exercise. Results: STPs were Se-binding glycoproteins and could prolong the swimming exhaustion time, improve the carbohydrate metabolism, significantly increase the activity of GSH-Px and reduce the content of MDA in liver tissue of mice. Conclusion: STPs have an anti-fatigue effect in mice and the underlying mechanism is related to regulating the carbohydrate metabolism and improving tissue lipid peroxidation caused by excessive exercise.

selenium-rich tea polysaccharide (STP); exhaustive exercise; exercise-induced fatigue

G804.7

A

1002-6630（2014）13-0240-05

10.7506/spkx1002-6630-201413047

2014-04-11

中央高?；究蒲袠I務費專項資金項目（GK201402046）；陜西師范大學“211工程”項目（2010-93）；陜西師范大學體育學院青年教師科研基金項目（2013140）

池愛平（1972—），男，副教授，博士，研究方向為運動營養與健康。E-mail：chimu@snnu.edu.cn