第8期(总第289期) 2012年8月 农产品加工・学刊 Academic Periodical of Farm Products Processing No.8 Aug. 文章编号:1671—9646(2012)08—0009—03 聚甘露糖醛酸和聚古罗糖醛酸的制备与鉴定 王浩贤, 许加超,付晓婷,高 昕 (中国海洋大学食品科学与工程学院,山东青岛266003) 摘要:褐藻胶经过稀HC1降解,pH值2.85分级获得2种聚糖粗品。通过dowex阴离子交换分离,浓度0.5~2.0 moI/L 的醋酸梯度洗脱提纯,即获得高纯度的聚甘露糖醛酸(PM)和聚古罗糖醛酸(PG)。采用高效液相色谱技术对其分 子量及纯度进行初步测定,利用核磁共振技术对其分子结构和纯度进行最终鉴定。由核磁共振图谱可得其结构保持 了M,G的原有结构,且制得的2种聚糖纯度均在95%以上。 关键词:聚甘露糖醛酸;聚古罗糖醛酸;离子交换;制备;鉴定 中图分类号:TQ28 文献标志码:A doi:10.3969/jissn.1671—9646(X).2012.08.002 The Preparation and Identification of Polymannuronic Acids and Polyguluronic Acids WANG Hao-xian,’XU Jia-chao,FU Xiao—ring,GAO Xin (College of Food Science and Technology,Ocean University of China,Qingdao,Shandong 266003,China) Abstract:Algin can be classiifed into two crude samples of glycan successively after degrading by dilute hydrochloric acid and radigng in pH 2.85.The polymannuronie acid(PM)and polyguluronic acid(PG)in high purity can be puriifed by the two crude samples of glycan through dowex anion exchange separation by gradient elution of 0.5-2.0 mol/I acetic acid.PM and PG’S molecular weights and purities are primarily detected by the high performance liquid chromatography technology.The final identiicatfion of PM and PG’S molecular structure and purities use the NMR technique.This separation method can keep the original stuctures of rM and G,whose purities are more than 95%. Key words:polymannuronic acids;polyguluronie acids;anion exchange;preparation;identiifcation 褐藻胶(algin)是一种来源于褐藻细胞壁的生 用酸法降解制备褐藻胶多聚糖(Dp=45~60)并对其 物直链多糖,由B—D一甘露糖醛酸(M)和 一L一 结构进行了表征。 古罗糖醛酸(C)通过1—4糖苷键连接而成,整个 1材料与方法 分子含有聚甘露糖醛酸片段(PM)、聚古罗糖醛酸片 段(PG)和聚甘露糖醛酸一古罗糖醛酸杂合段口_2l。 1.1材料与仪器 巨藻褐藻胶,青岛明月海藻集团有限公司提供; 研究表明 ,褐藻胶降解后,得到的低聚糖的生物 gama—aldrich公司提供; 活性显著的提高了,并可产生新的生物活性。褐藻 dowex强阴离子树脂,Si胶具有抗肿瘤[51、增强免疫161等活性,在化工、食品、 LGJ一12型冷冻干燥机,北京松源兴科技发展有限公 医药等领域应用广泛。但是由于藻种、藻生长环境、 司提供;Waters 52SAX型阴离子交换柱;TSK—gel 藻部位等因素的影响,褐藻胶的分子大小,MG的组 G3000 PWxl型色谱柱;葡聚糖系列标准品Dextran 成比等有很大的差别,这给具体研究M,G不同的 (分子量分别为4.32,12.6,60.6,1 10,289,521 kD), 功能带来很大不便l1.--。因此,最近的研究主要集中 中国计量科学研究院提供;1 100型高效液相色谱仪, 在降解褐藻胶以获得高纯度的M,G组分上。褐藻胶 安捷司提供;JNM——ECP600型核磁共振波普 用酶法降解,在聚糖非还原端形成不饱和双键 ;用氧 仪,日本理光公司提供。 化法降解,可使聚糖的还原端开环形成羧基 ;用酸 1.2聚甘露糖醛酸和聚古罗糖醛酸的粗提取【 法降解则能保持大分子固有的结构特征。本研究采 褐藻胶加水溶胀至2%(质量体积分数),调体 收稿日期:2012—03—26 基金项目:江苏省重大成果转化(BA2009088)。 作者简介:王浩贤(1986一),男,河北人,硕士,研究方向:水产品加工及贮藏。E—mail:wallghaoxian@gmail.eom。 为通讯作者:许加超(1963一),男,副教授,研究方向:海藻化学。E—mail:xujia@ouc.edu.ca。 l0 农产品加工・学刊 2012年第8期 系HC1浓度为0.5 m0l/L,100℃水解10 h;离心 换色谱柱后采用苯酚一硫酸法对收集管中的洗脱液 (转速4 000 r/min,时间10 min),沉淀用质量分数 的糖含量进行测定。8%的NaHCO 溶解,用浓度0.3 mol/L的稀HC1调 聚甘露糖醛酸洗脱液各管吸光度见图1。 pH值至2.85;经抽滤,得黄色清液和沉淀; 清液部分加入3倍体积的体积分数95%的乙 醇,离心(转速4 000 r/min,时间10 min),取沉 淀,以过量无水乙醇脱水,抽滤除去残余乙醇及水, 干燥得块状样品。样品溶于NaHCO 溶液中,调pH 值2.85,得到的上清液重复上述操作2次,便可得 0 9 O 8 0 7 0 6 倒0 5 。一4 O 3 到较高纯度的甘露糖醛酸粗品PM。 沉淀部分经抽滤除去酸液,加水稀释至6%,用 质量分数10%的NaOH溶液调pH值至7.0~8.0,使 沉淀物溶解,过滤后除去部分杂质及色素。滤液用 浓度0.3 moFL的HC1的溶液调pH值至2.85,得沉 淀,抽滤再次回收沉淀;再用质量分数10%的NaOH 溶液溶解沉淀,同上述方法重复2次,便可获得较 高纯度的古洛糖醛酸粗品PG。 1-3聚甘露糖醛酸和聚古罗糖醛酸的精制 称取0.4 g经沉淀分离得到的PM和PG粗品固 体粉末,加少量水使之溶解,滴加浓度0.1 mol/L的 NaOH溶液调pH值至8.0左右,静置0.5 h,加人活性 炭粉末除去色素,取上清液,超声波脱气10 min,样 品进柱。水解液进柱完成交换后,以浓度0.5~2.0 mol/L 的醋酸进行线性梯度洗脱(流速1 mL/min),洗脱液用 部份收集器收集。洗脱液用硫酸一苯酚法显色,于 波长485 nm处测定各管吸光度,以管数对吸光度作 图,收集PM和PG集中的组分。脱盐,冷冻干燥。 1.4分子量测定 将样品及已知分子质量的葡聚糖系列标准品通 过TSK—gel G3000 PWxl型色谱柱,流动相为 浓度0.2 mo/L的NaC1溶液(0.45 m玻璃砂芯过滤 装置过滤并脱气),柱温40℃,流速0.5 mL/min, 示差检测器(RID)检测,进样体积2O L【”】。 1.5纯度分析及结构表征 Waters 52SAX型阴离子交换柱(4.6 mm×250 mm; 流动相:含5%甲醇的0.02 mol/L KH PO 溶液,流速 为0.6 mL/min,检测波长为210 nm;检测温度为室 温,进样体积为20 L)进行纯度测定;将15 mg样 品溶于0.5 mL D:0中,冻干,重氢交换3次,于80 cc 下测定 H NMR谱 4】。 2结果与讨论 2.1聚甘露糖醛酸和聚古罗糖醛酸的酸解粗提及精制 褐藻酸盐经过HCI水解,再通过pH值和乙醇沉 淀初分离,得到聚甘露糖醛酸和聚古罗糖醛酸粗品, 经dowex强阴离子交换色谱柱交换进一步提纯,即 可获得高纯度的聚甘露糖醛酸和聚古罗糖醛酸精品。 其中,聚甘露糖醛酸在通过dowex强阴离子交 O 2 0】 O .0 1 管数/管 图1 聚甘露糖醛酸洗脱液各管吸光度 由图1可知,O~20管中糖含量很低,从第21管 开始,洗脱液的吸光度急剧上升,第40管后,糖含 量已接近于0,离子交换柱上结合的糖已被充分洗 脱。收集合并吸光度在最大吸收值一半以上的管中 的聚甘露糖醛酸,进行分子量及纯度测定。 聚古罗糖醛酸在通过dowex强阴离子交换色谱 柱后采用硫酸苯酚法对收集管中的洗脱液的糖含量 进行测定。 聚古罗糖醛酸洗脱液各管中糖含量吸光度见图2。 l 2 1 O O 8 。一6 督 O 4 O 2 O J 1I 2l jl 4l ,I 6l 7l 管数/管 图2聚古罗糖醛酸洗脱液各管中糖含量吸光度 由图2可知,0~11管中糖含量很低,从第1 1管 开始洗脱液的吸光度急剧上升,第31管后糖含量已 接近于0,离子交换柱上结合的糖已被充分洗脱。收 集合并吸光度在最大吸收值一半以上的管中的聚古 罗糖醛酸,进行分子量及纯度测定。 2.2分子量的测定 利用标准分子量的葡聚糖得出糖分子量对数 (1og Mw)对保留时间( )进行回归处理,得到线性 回归方程: log Mw=-0.407 1 t+1 0.254.R。=0.989 8. 标准分子量葡聚糖分子量标准曲线见图3。 分析显示,PM和PG均为对称单峰,PM和PG保 留时间分别15.174 min,PC的保留时间为15.286 min, 带入方程得PM,PG分子量分别为Mw(PM)= 1 1 930.66 Da(聚合度约60)和Mw(PG)=10 741.61 Da 2012年第8期 王浩贤,等:聚甘露糖醛酸和聚古罗糖醛酸的制备与鉴定 时州t/arin 图3标准分子量葡聚糖分子量标准曲线 (聚合度约54)。 2.3多聚糖结构及纯度分析 2.3.1多聚糖HPLC纯度测定 经精制后的聚甘露糖醛酸和聚古罗糖醛酸经 HPLC进行纯度分析。 聚甘露糖醛酸(a)和聚古罗糖醛酸(b)的 HPLC阴离子交换色谱见图4。 图4 聚甘露糖醛酸(a)和聚古罗糖醛酸(b)的 HPLC阴离子交换色谱 经离子交换色谱精制后的PM和PG片段经 HPLC阴离子交换色谱初步检测各自纯度,由HPLC 色谱图可知,聚甘露糖醛酸和聚古罗糖醛酸的HPLC 色谱图均呈现单峰且峰形对称,其中聚甘露糖醛酸 和聚古罗糖醛酸的保留时间分别为16.519 min和 18.328 min。由此可推断,聚甘露糖醛酸和聚古罗糖 醛酸经过dowex阴离子交换色谱后得以很好地纯化。 2.3.2纯度分析及结构表征 PM H—NMR图谱见图5,PG H—NMR图谱见图6。 55 5D 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 3.8 3.7 36 3.5 34 3.3 32 31 3D 29 2.8 图5 PM H—NMR图谱 H.5 52 51 5.0 49 48 477 46 4 5 44 43 42 41 40 39 3.9 377 3.6 35 3.4 图6 PG H—NMR图谱 由图5和图6可知,试验获得的PM和PG的纯 度可达到95%以上。其中,在PM的。H NMR图谱 中,4.62为碳H一1信号,4.O2为H一2信号峰,3.87 为H一4信号峰,3.74为H一3信号峰及3.73为H一5 信号峰,但在5.0处有微弱的G H一1信号峰的出现; 在PG的 H NMR图谱中,5.02为异头碳还原端H一1 信号,4.43为H一5信号峰,4.09为H一4信号峰, 3.97为H一3信号峰,3.89为H一2信号峰。以上PM, PG信号峰均与文献报道吻合_15]。 综上可得,经酸解及阴离子交换树脂制得的样 品确证为PM和PG,其分子保持了原褐藻胶大分子 的结构特征,且纯度均可达到95%以上。 参考文献: [1] 纪明侯.海藻化学[M].北京:科学出版社,1997. 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Renewable and Sustainable Energy Reviews,2006,1 0: 丙烷沸点低容易挥发,造成资源浪费和环境污染。 248-268. 从介电常数上来看,乙醚、苯、正己烷、四氢呋喃、 2] Guoqing Guan, Nozomi Sakurai, Katsuki Kusakabe. 1,2一环氧丙烷、1,4一二氧六环对甘油三酸酯的溶 【Synthesis of biodiesel from sunflower oil at room temperature 解性都比较好。实测的常温三元溶解性能结果显示, in the presence of various cosolvents『J1.Chemical 乙醚、苯、四氢呋喃、1,2一环氧丙烷三元溶解性能 Engineering Journal,2009,146(2):302—306. 较好,达到酯交换反应温度(60 oC)时,乙醇的三 [3】 Jon Van Gerpen.Biodiesel production and fuel quality[J/OL]. 元溶解性能颇好,而价格较溶剂中最低,有一定的 http://www.uiweb.uidaho.edu/bioenergy/BiodieselEd/publica—— tion/01.pdf. 比较竞争能力。 4】 李奕怀,吴富军,顾超,等.有机共溶剂中向日葵油制 (2)比较乙醇、乙醚、四氢呋喃、1,2一环氧丙 I备生物柴油的研究IJ1.江苏农业科学,2010(4): 烷4种溶剂和空白条件下对酯交换反应的影响。在 269—271. 溶剂同等添加量的条件下,乙醇共溶剂的转酯化产 [5】 刘冰,王承明,高培钧.甲基叔丁基醚作助溶剂合成生 率最高,达到35.7%,酯化率比空白高21.0%。本试 物柴油研究[J].现代商贸工业,2010(2):297—299. 验中乙醇以较低添加量可以得到较高的转酯化率。 【6] 廖李,黄凤洪,李文林,等.甲醇亿醇均相体系酯交换 这与岳鸥和Boocock等人使用的惰性共溶剂来增加相 制备生物柴油的研究【J].可冉生能源,2008,26(6): 界面的有效面积相比,乙醇在达到相同效果条件下, 25-29. 价格便宜外,添加量少。 [7】 廖李,程薇,王少华,等.超声波强化甲醇一乙醇混合 体系酯交换制备生物柴油[J].农产品加1一,2009(10): (3)溶剂乙醇有效性试验结果。当酰基受体为 】3一】6. 甲醇和乙醇的混合酯交换反应,比酰基受体是单一 a1.Fast one— 8】 Boocock D G B,Konar S K,Mao V,et的甲醇或乙醇的酯交换反应,反应速率上有明显的 【phase oil—rich proeesses for the preparation of vegetable oil 提高,反应20 min,甲醇与乙醇摩尔比3:1混合的 methyl esters【J].Biomass and Bioenery,1996,1g 1(1): 转化率比甲醇高7.0%,比乙醇高16.1%;而反应2 h 43-50. 后,最终的酯交换转化率并无变化,说明溶剂只能 【9] 岳鸥.油/甲醇/醚三元均相体系合成生物柴油的研究[D】. 有效提高反应的速率,并且添加乙醇后,在反应温 无锡:江南大学,2006. 3结论与讨论 ・+・・+・・+・・+”+・・+・・+・・+・・+・・+・・+・・+-・+・・+“+・・+・・+”—+一”—+一・・—+-一・・—_卜一・・— 一“——卜“——卜一——卜“—_.一”—_+一”——卜”—.+一”— 一一—.+一・ (上接第1 1页) FEBS Lett..1997。408(1):43-46. of uronic acid residues in alginic acid[J].Acta Chem Scand, 1967,21:691. 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