决明子水溶性多糖的精细结构、构象特征及其流变行为研究

决明子(Semen Cassia)是豆科决明(Cassia obtusifolia L.)或小决明(Cassia tora L.)(一年生草本植物)的干燥成熟种子,是国家卫生部首批公布的药食同源物质之一,始载于《神农本草经》,被列为上品。我国江南一带用决明子的嫩苗当菜食,民间也常将其泡茶饮用。经烘烤后,决明子具有浓郁的咖啡香味,印度人将其作为咖啡替代品。决明子是江西省的道地中药材,在吉安市遂川一带盛产,不仅具有降血脂、降血压、保肝和通便等作用,而且具有增强机体免疫力、抑菌、抗氧化和保护神经系统等作用。多糖是决明子的主要成分之一,但国内外有关决明子多糖结构及其性质的研究报道相对较少。因此,本文以决明子多糖为研究对象,采用水提醇沉法提取决明子多糖并对其进行分离和纯化,然后综合应用化学和现代仪器分析技术对决明子多糖的化学结构和溶液构象进行表征,并采用动静态流变技术对决明子多糖的流变性质进行研究,以期为决明子多糖的开发与应用提供相关的理论依据。其主要研究结果总结如下:(1)采用水提醇沉和有机试剂洗涤的方法从决明子中制备得到决明子水溶性精多糖CP,并采用分级醇沉的方式对CP进行分离纯化,得到30%乙醇醇沉组分CP-30和40%乙醇醇沉组分CP-40。应用高效凝胶色谱(HPGPC)对CP、CP-30和CP-40的相对重均分子量进行分析,结果显示,CP中存在两个不同分子质量的级分(Peak I和Peak II),其相对重均分子量分别为9.23×105和1.03×105Da。CP-30的相对重均分子量为9.25×105 Da,与CP中Peak I的相对重均分子量相近。CP-40的相对重均分子量为0.94×105 Da,与CP中Peak II的相对重均分子量相近。以上结果表明,分级醇沉法可初步将CP分离得到CP-30和CP-40两个组分。单糖组成及红外谱图分析结果表明,CP和CP-30主要含有半乳糖和甘露糖,而CP-40中含有大量木聚糖。实验进一步考察了CP、CP-30和CP-40的免疫调节活性,结果显示,CP、CP-30和CP-40均具有免疫调节活性,而三者的免疫调节活性存在一定差异,这可能与他们结构的差异性有关。(2)采用甲基化结合GC-MS技术,分析了CP-30的糖苷键组成。通过解析CP-30的1D/2D NMR谱图,对CP-30中主要糖残基的化学位移进行了归属,获得了CP-30的结构信息。结果显示,CP-30为中性半乳甘露聚糖,其主链由β-1,4-linked-Manp组成,支链T-Galp通过α-1,6-糖苷键连接于主链之上,CP-30可能的一级结构如下:(3)采用甘露聚糖酶酶解的方式对CP-40进行了纯化,成功去除了高分子量干扰物质,且未对木聚糖结构造成破坏,获得了纯度较高、均一性较好的组分CP-40-M。应用糖醛酸还原、甲基化等化学方法,结合HPAEC、GC-MS和NMR等仪器分析技术,对CP-40-M的一级结构进行了解析。结果显示,CP-40-M的相对重均分子量为1.02×105 Da,木糖与葡萄糖醛酸含量的比值(X/G)为4.62。CP-40-M为葡萄糖醛酸木聚糖,以β-1,4-linked-Xylp为主链,在某些木糖糖残基上,T-Glcp A通过α-1,2-糖苷键形成侧链。这是首次在决明子水溶性多糖中分离纯化出具有葡萄糖醛酸木聚糖结构的多糖组分。CP-40-M可能的重复结构单元如下:(4)首次采用尺寸排阻色谱-多检测器联用技术(SEC-MALS)和动静态光散射技术(DLS/SLS)系统分析了CP-30的溶液构象。DLS/SLS结果表明,0.6 M Na NO3溶液为CP-30的良溶剂。SEC-MALS结果显示,CP-30溶液的特征参数ρ为1.80,Mark-Houwink方程指数α为0.59,构象参数ν分别为0.51(z vs Mw)和0.52(Rh vs Mw),表明CP-30为无规线团链构象。依据蠕虫状圆筒链模型及相关方程,计算得到CP-30的持续长度(Lp)为5.3 nm,单位围长摩尔质量(ML)为356.6 nm-1,特征比为24.0,表明CP-30在0.1 M Na NO3溶液中呈密度较高的无规线团链构象。应用扫描电镜,对CP-30表面形貌进行分析,观察到CP-30为线型聚集体,这一结果与光散射分析结果一致。(5)应用静态流变和动态流变技术对CP-30的流变性质进行了系统探讨。静态流变实验结果显示,浓度较高的CP-30溶液(>1.0%,w/v)表现出剪切稀化的现象,其表观黏度随蔗糖添加量的增加而增大,温度、p H值、乳糖和盐对CP-30溶液表观黏度的影响较小。动态流变实验结果表明,CP-30为非凝胶型多糖。实验将CP-30与半乳甘露聚糖型商品化食用胶的基本理化性质、静态和动态流变性质、形貌特征以及热稳定性进行对比分析。结果显示,不同提取和纯化方式获得的半乳甘露聚糖(CP-30和商品化决明胶CG),其总糖含量、单糖组成、重均分子量和特性黏度均有较大差异。半乳甘露聚糖型食用胶的特性黏度与多糖重均分子量和甘露糖与半乳糖之比(M/G)有关,多糖重均分子量越大,特性黏度越大;多糖M/G越高,特性黏度越大。CP-30与商品化食用胶均为线型聚集体,静态和动态流变性质相似,而热稳定性略有不同。(6)应用动态流变技术,研究了CP-30与κ-卡拉胶的协同作用。实验结果表明,当CP-30与κ-卡拉胶的比例为20:80时,可获得协同增效作用最强的复配体系。实验进一步考察了小分子糖、盐和p H值对复配体系凝胶性质的影响。结果显示,不同类型小分子糖对复配体系凝胶性质的影响不同,可以通过小分子糖的种类及其浓度的选择来改善复配体系的凝胶性质。盐溶液在一定浓度范围内可有效增强复配体系的弹性,而过高浓度的盐溶液会使复配体系产生脱液收缩现象,导致弹性降低。p H值在5.0～8.0范围内,复配体系的凝胶性质较为稳定,故应将体系的p H值维持在5.0～8.0之间。