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《江苏大学》 2007年
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条斑紫菜多糖提取及物理降解研究

周存山  
【摘要】:紫菜是中国重要的经济藻类,其多糖具有多重药理活性,提取工艺及增值化技术是影响紫菜多糖利用的关键问题。本研究以条斑紫菜为原料,探讨了紫菜多糖(PSPY)的制备技术、理化性质、及其超声降解和微波降解技术。主要研究工作与结论如下: (1)对条斑紫菜中蛋白质、脂肪、总糖等营养成分进行了测定。采用Plackett-Burman设计法,从9个相关因素中筛选出了影响条斑紫菜多糖提取率的主要影响因子,分别为浸提温度(P=0.0017),浸提时间(P=0.0043)和料液比(P=0.0180)。 (2)通过二次回归通用旋转组合设计对提取工艺进行研究,得到了多糖得率最高的萃取条件为料液比1.16:100(g/mL)、时间4.7h、温度100℃;多糖纯度最高的萃取条件为料液比1.16:100(g/mL)、时间1.3h、温度73.2℃。在试验范围内,影响紫菜多糖得率的顺序为温度>料液比>时间,对多糖纯度影响顺序为料液比>时间>温度。经试验验证,回归模型预测性良好。 (3)在得率优化条件下获得PSPY的得率19.5%,纯度94.5%,硫酸基含量7.2%,3,6-AG含量为12.3%,单糖组成为Gal、Xyl、Fuc、Ara,摩尔比为:46:2:1:1。水溶液中,25℃时特性粘度为3.38dL/g;PSPY等当点为7.15。抗肿瘤细胞研究发现,PSPY在低浓度时(<200μg/mL),对293细胞有一定的促进生长作用,而在浓度相对较高时(>200μg/mL),对293细胞有抑制作用;对SGC-7901和95D细胞有一定的抑制作用,在考察浓度范围内最大抑制达到20%;但对U937细胞有明显的促进生长作用,在浓度为1000μg/mL时,生长促进作用达到26.82%。抗氧化研究表明,PSPY清除超氧负离子EC_(50)=0.20mg/mL,清除羟基自由基EC_(50)=1.32mg/mL,同时都有较好的对数量效关系(r>0.95)。对PSPY进行分级分离获得三个均一性组分PSPY3、PSPY4和PSPY5,其分子量分别为2.2×10~5 Da、3.9×10~5Da和6.1×10Da,硫酸基含量分别为7.4%、10.5%和7.9%,单糖组成及摩尔比分别为:25.8(Gal):1.1(Ara):1(Fuc),27(Gal):1(Ara),PSPY5为Gal。 (4)通过超声降解研究,建立了相应的Mark-Houwink方程,单因素考察发现超声功率的增大及体系温度的增加均有利于PSPY超声降解作用增强;浓度的影响不是单调变化的,在0.75g/dL时降解较快。建立了不同温度下描述反应速率常数随反应时间变化的PSPY超声降解动力学方程,发现反应速率常数与反应时间之间呈显著的指数关系。以动力学方程为基础,通过Arrhenius方程,计算出PSPY超声降解反应的活化能为52.13kJ/mol。PSPY特性粘度与超声处理时间之间有指数关系,且从理论推导进行了验证。在结构方面,降解产物——超声降解后紫菜多糖(UD-PSPY)的分子量分布发生明显变化,向低分子量迁移,但红外光谱特征未出现变化。在抗肿瘤活性方面,UD-PSPY抗SGC-7901和U937肿瘤细胞效果极显著提高,而抗95D和293细胞效果没有明显变化;在抗氧化方面,UD-PSPY清除超氧负离子(UD-PSPY:EC_(50)=0.14mg/mL,PSPY:EC_(50)=0.20mg/mL)和清除羟基自由基(UD-PSPY:EC_(50)=0.59mg/mL,PSPY:EC_(50)=1.32mg/mL)有显著提高。 (5)从UD-PSPY中获得了三个均一性组分F2,F3和F4,分子量分别为2.1×10~5Da,3.1×10~5Da和4.0×10~5Da,硫酸基含量分别为7.6%,10.3%和11.7%,单糖组成均为Gal、Ara、Fuc,其摩尔比分别为:48.5:1.2:1、39.0:1.1:1和36.4:1.1:1。经红外光谱和核磁共振分析,结果其分子骨架中的重复结构单元分别为:F2为[G-A]和[G-L6S];F3为[G-A]、[G-L6S]和[G-A2M];F4为[G-A]、[G-L6S]和[G-A2 or 6M]。抗氧化研究发现,清除超氧负离子能力大小顺序为:F4>F3>F2>Vc;清除羟基自由基能力大小顺序为:F2>F3>F4>Mannitol;螯合能力大小顺序为:EDTA>F4>F3>F2;还原力大小顺序为:Vc>F2>F3>F4。从构效角度推测,在清除超氧负离子或螯合能力方面,多糖中的硫酸基含量可能起主要作用;在清除羟基自由基或还原力方面,多糖的分子量大小起主导作用。 (6)进行了PSPY的微波降解试验研究。发现该微波系统的响应时间约为4s,工作体积在20~40mL范围内,经t检验温度变化率没有显著差异。采用恒温比较法以美拉德反应(MR)作为模型反应对微波加热的非热效应进行了探讨,通过褐变程度、紫外可见光光谱、同步荧光光谱及GC-MS分析发现,在本实验条件下,微波加热具有非热效应,且可推测微波只加速了MR的进程,并没有改变其反应途径。PSPY微波降解试验表明,在考察实验范围内,微波本身对PSPY没有降解作用,但微波辅助H_2O_2降解PSPY有明显提高。随着H_2O_2添加量的增加,降解作用增强,但添加量为2%和4%之间的降解作用差异较小;随着微波功率的增大,微波辅助降解作用更加明显。PSPY微波降解试验同时证实了微波加热中存在一定的非热效应。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TQ461

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