第一论文网免费提供农学毕业论文论文范文,农学毕业论文论文格式模板下载

黄芪多糖纯化和硫酸酯化及红外光谱分析

  • 投稿Adam
  • 更新时间2015-09-22
  • 阅读量1346次
  • 评分4
  • 71
  • 0

杜晋平1,2a,贾陈忠2b,薛翼鹏1,张文杰1,李宏全1

(1.山西农业大学动物科技学院,山西 太谷 030801;

2.长江大学,a.动物科学学院;b.化学与环境工程学院,湖北 荆州 434023)

摘要:以黄芪多糖粗提物为样品,采用蒽酮-浓硫酸比色法测定其多糖含量,并利用聚酰胺柱和AB-8大孔树脂柱进行纯化,采用不同洗脱剂洗脱;用氯磺酸-吡啶法对黄芪多糖进行硫酸酯化;红外光谱分析黄芪多糖粗提物、纯化样及硫酸酯样品,研究黄芪多糖粗提物的纯化和硫酸化并对其红外光谱进行分析。结果表明,聚酰胺柱或AB-8大孔树脂柱对黄芪多糖进行纯化,使用去离子水或30%以下的乙醇作为洗脱剂均可取得较好的效果;氯磺酸-吡啶法可以对黄芪多糖进行硫酸酯化。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 :黄芪多糖;柱纯化;硫酸酯化修饰;红外光谱

中图分类号:R282文献标识码:A文章编号:0439-8114(2015)01-0154-05

DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.01.040

Purification and Sulfating of Radix Astragali Polysacharides and

Analysis with Infrared Spectroscopy

DU Jin-ping1,2a,JIA Chen-zhong2b,XUE Yi-peng1,ZHANG Wen-jie1,LI Hong-quan1

(1. College of Animal Science and Veterinary Medicine, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi, China;2a. College of Animal Science;2b. College of Chemical and Environmental Engineering, Yangtze University, Jingzhou 434023, Hubei, China)

Abstrct: Using radix astragali polysaccharides as material, the contents of polysaccharides were determined by anthrone-sulfuric acid colorimetric method and purified using polyamide or AB-8 macro-porous resin column chromatography. The polysaccharides were eluted with deionization water and different concentration ethanol. Radix astragali polysaccharides were sulfated by chlorosulfonic acid pyridine method. The raw extract, purified and sulfated samples of radix astragali polysaccharides were all analyzed with infrared spectroscopy technology. Results showed that purification of radix astragali polysaccharides using these procedures mentioned above was feasible. Deionized water or 30% following ethanol as eluants had good effects. Chlorosulfonic acid-pyridine method can be used to sulfate radix astragali polysaccharides.

Key words: radix astragali polysaccharides; purified with column chromatography; sulfated modification; infrared spectroscopy

收稿日期:2014-05-29

基金项目:山西省科技攻关项目(2010311047);山西农业大学博士后基金项目(614144)

作者简介:杜晋平(1974-),男,山西乡宁人,副教授,博士,主要从事动物营养与免疫方面的研究,(电话)15572093782(电子信箱)

djping740920@sohu.com;通信作者,李宏全(1963-),男,教授,博士,博士生导师,主要从事中药调节动物免疫功能及分子机制研究,

(电子信箱)495539372@qq.com。

药用黄芪为豆科植物蒙古黄芪(Astragalus mongholicus Bunge)或膜荚黄芪(A.membranceus Bunge)的干燥根,其味甘,性微凉,具有补气升阳、益卫固表、利尿脱毒等功效[1]。黄芪多糖(Astragalus polysacharides,APS)是黄芪中重要的天然有效成分,是黄芪药理作用中起决定性因素的一类大分子化合物,具有促进抗体生成、抗菌、抗病毒、防衰老及调节血糖等作用[2],广泛应用于中医临床及动物免疫增效剂[3],对黄芪多糖的研究引起了人们极大的关注。

黄芪中所含化学成分较多,包括多糖、甙类、氨基酸、黄酮和微量元素等[4]。不同来源的黄芪原料(即使是相同黄芪原料),提取和分离过程的差异都可能造成产物的不同。为了有效探讨黄芪中多糖的作用效果,需要纯度较高的黄芪多糖来进行研究,前人对黄芪多糖的提取和纯化工艺进行了诸多研究[5,6]。

研究表明,一些天然多糖经过硫酸酯化得到了用途更为广泛的多糖衍生物[7]。多糖经过硫酸酯化修饰后,除了能获得抗病毒活性外,还可产生其他生物学活性[8]。利用硫酸酯化这种修饰方式来增加多糖的生理活性已经成为当前开发药品和保健功能食品的重要手段之一[9]。本试验利用红外光谱法对黄芪多糖硫酸酯化前后的光谱图进行比较,以期通过多糖硫酸酯键的特征吸收峰,得到多糖硫酸酯化的位置,为硫酸酯化修饰的黄芪多糖结构和功能间的关系提供依据。在借鉴前人研究的基础上,对黄芪多糖粗提品进行不同纯化方法的比较,为黄芪多糖功能的研究提供材料。

1 材料与方法

1.1 材料

黄芪提取物,购自陕西永源生物技术有限公司,由豆科植物蒙古黄芪的干燥根提取,编号YYS-015,规格为黄芪多糖≥50%,棕黄色细粉末。

1.2 主要试剂

葡萄糖(AR)、葡聚糖(AR)、无水乙醇(AR)、蒽酮(CP)、浓硫酸(CP)、铝粉、碳酸氢钠(AR)、聚酰胺树脂和AB-8大孔树脂(劲凯树脂有限公司,武汉)。

1.3 主要仪器

紫外分光光度计(UV755B型,上海精密科学仪器有限公司)、控温搅拌水浴锅(DK-8D型,金坛市医疗仪器厂)、冷冻干燥器(LGJ型,武汉玉立奥博科技发展有限公司)、红外光谱仪(NicolET 6700型,赛默飞世尔科技公司)、透析袋(45-1000型,上海绿鸟科技发展有限公司)等。

1.4 测定方法

1.4.1 黄芪多糖粗提样品中多糖含量的测定

1)对照溶液配制:精确称取葡萄糖和葡聚糖各10 mg,用去离子水溶解定容至100 mL,其浓度为0.1 mg/mL。

2)标准曲线绘制和回归方程计算:分别精确量取葡萄糖或葡聚糖对照溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL,按杨莉等[6]介绍的蒽酮-浓硫酸比色法操作,显色60 min后,于625 nm处测吸光度值A,以A为纵坐标,溶液中对照的量W(mg)为横坐标,绘制标准曲线,并进行多项式预测回归,得到葡萄糖回归方程为A=28.63W2+6.434W,R2=0.991 9,葡聚糖回归方程为A=23.08W2+2.812W,R2=0.997 1。

3)样品中多糖含量的测定:精确称取20~30 mg干燥(65 ℃)的多糖粗提样品,加去离子水100 mL,过滤,收集滤液。取滤液0.5 mL,按上述的蒽酮-浓硫酸比色法操作显色后,于625 nm处测定吸光度值,由标准曲线查出样品的多糖含量,或者由回归方程计算样品中黄芪多糖的含量。

1.4.2 黄芪多糖工艺的纯化

1)聚酰胺树脂柱(简称聚酰胺柱,下同)预处理。取聚酰胺以90%~95%乙醇浸泡,不断搅拌,除去气泡后装入柱中。用3~4倍体积的90%~95%乙醇洗脱,洗至洗脱液透明并在蒸干后无残渣(或极少残渣)。再依次用2.0~2.5倍体积5%NaOH水溶液、1倍体积的去离子水、2.0~2.5倍体积的10%醋酸水溶液洗脱,最后用去离子水洗脱至pH中性,备用。

参照王淑萍等[2]的方法进行工艺纯化。称取1.0 g黄芪多糖粗提样品,用去离子水溶解,上处理好的聚酰胺柱(柱体积为100 mL),上柱流速2 mL/min,吸附12 h,分别用200 mL去离子水、10%、30%、50%和70%的乙醇洗脱,洗脱流速2 mL/min。洗脱液蒸干、称重。洗脱物加水溶解分别定容在250 mL容量瓶中。分别吸取上述溶液0.2 mL于10 mL容量瓶,按“1.4.1”配制标准曲线的方法处理样品,在625 nm处测定吸光度值。

2)用AB-8大孔树脂柱替换聚酰胺柱,其他操作一样,进行黄芪多糖纯化工艺的研究。

1.4.3 黄芪多糖硫酸化及冻干粉制备 采用氯磺酸-吡啶法[7]。将附有冷凝管和搅拌装置的三颈烧瓶置于冰水中,加入吡啶25 mL,搅拌使之充分冷却。用滴液漏斗缓慢加入氯磺酸2.5 mL,约30 min滴加完毕,烧瓶中出现大量淡黄色固体(需在通风橱中进行,小心氯磺酸加入后喷溅)。然后加入黄芪多糖粗提样品0.4 g(65 ℃预干燥),迅速将三颈烧瓶移入沸水浴中,恒温搅拌1 h左右,冷至室温。将反应液加入约3倍体积的无水乙醇静置沉淀24 h以上,析出沉淀。沉淀溶于去离子水,装入透析袋,自来水透析48 h,去离子水透析24 h,透析中每3 h左右换水1次。过滤,滤液冻干得到黄芪多糖硫酸酯(Astragalus polysacharin sulfate, APSS)。

1.4.4 红外光谱检测 将黄芪多糖粗提样、纯化样、硫酸酯样冻干至无水的粉末状态,在红外光谱仪上利用反射法在4 000~4 00 cm-1范围内扫描测定红外光谱。

1.5 统计分析

采用t-test对以葡萄糖和葡聚糖为标准的黄芪多糖含量进行分析;采用LSD法对黄芪多糖的纯化(过柱效果)进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 黄芪粗提样品中多糖含量测定结果

分别以葡萄糖和葡聚糖为标准时,粗提样品中黄芪多糖的含量为葡萄糖(52.7±2.4)%、葡聚糖(50.3±3.8)%。以葡萄糖为标准测得的含量高于以葡聚糖为标准的含量,但二者差异不显著。

2.2 黄芪多糖纯化结果

聚酰胺柱和AB-8大孔树脂柱对黄芪多糖的纯化效果见表1和表2。由表1和表2可知,分别以葡萄糖和葡聚糖为标准时,利用聚酰胺柱和AB-8大孔树脂柱对黄芪多糖进行纯化,均以去离子水、10%乙醇或30%乙醇洗脱效果为好,三者间差异不显著。50%乙醇和70%乙醇的洗脱效果低于前三者,且差异显著,尤以70%乙醇洗脱效果最差。

2.3 红外光谱检测

黄芪多糖粗提物、多糖纯化、多糖硫酸酯样品的红外光谱如图1所示。由图1可知,在4 000~400 cm-1的波数范围内,黄芪多糖的粗提物于3 301、2 893、1 605、1 362、1 024、843、676 cm-1处有明显的吸收峰,为糖类化合物的一般吸收峰。过聚酰胺柱和AB-8大孔树脂柱的纯化多糖吸收峰较为接近,除后者在709~688 cm-1附近有特征吸收峰外,其余各峰范围基本一致(3 378~3 330 cm-1、1 635~1 621 cm-1、1 351~1 340 cm-1、1 023 cm-1)。黄芪多糖硫酸酯的红外吸收光谱在4 000~1 641 cm-1及759~692 cm-1,与粗提物和纯化样品相似,但在1 249~1 150 cm-1和940 cm-1处出现了特有的吸收峰。

3 小结与讨论

3.1 黄芪多糖含量测定

蒽酮比色法是目前常用的定糖方法。林炎坤[10]比较了蒽酮-稀硫酸外加热法、蒽酮-浓硫酸外加热法、蒽酮-硫酸水合热法3种方法的定糖效果,指出稀硫酸法由于系统中硫酸比例较小,脱水反应困难,需煮沸10 min才能达到显色高峰,且测得糖值低,为浓硫酸法的78%~82%;蒽酮-硫酸水合热法虽不需外加热,但反应系统中水和硫酸的比例很关键,且该法不适合对阿拉伯糖的测定,另外木糖、核糖等戊糖可能也不适于该方法;蒽酮-浓硫酸法反应体系中硫酸比例高,脱水作用强烈,加入蒽酮后沸水浴2~3 min可充分显色,在沸水浴10~15 min效果均较好,显色后30 min到3 h间吸光度值都很稳定。因此本研究中,参照杨莉等[6]的方法,加入蒽酮-浓硫酸后沸水浴2 min,然后混匀静置60 min开始比色。

比色测定时选择最大吸收所在波长为测定波长。杨莉等[6]测定黄芪多糖含量时,采用苯酚-浓硫酸法选择490 nm波长,而采用蒽酮-浓硫酸法选择625 nm波长;王淑萍等[2]用苯酚-浓硫酸法测定黄芪多糖含量,采用490 nm波长;王黎明等[11]用蒽酮-浓硫酸法选择675 nm波长测定茶多糖含量;黄皓等[12]用蒽酮-硫酸法测定魔芋葡甘寡糖时最大吸收波长为620 nm。本试验中,通过400~800 nm范围内扫描,测得的最大吸收波长为625 nm。在蒽酮-浓硫酸作用下,葡聚糖与葡萄糖发生相同的颜色反应。因此,在测定多糖含量时以葡萄糖或葡聚糖为标准参照物有相同的效果。

3.2 黄芪多糖纯化

刘星堦等[13]采用粗多糖乙醇沉淀,然后过Sephadex G-50柱,最后透析的方法得到纯化多糖;吴丽等[14]将黄芪多糖脱蛋白沉淀物过DEAE-纤维素层析,然后透析,得到黄芪多糖;朱晓霞等[15]综述了多糖纯化的方法,这些研究从不同方面介绍了黄芪多糖纯化的方法和优缺点,对后来研究提供了参考

聚酰胺和AB-8大孔树脂对黄芪多糖均有比较好的纯化效果[2]。聚酰胺是化学吸附原理的氢键吸附,而大孔树脂是物理吸附。对于样品的细分或纯化,较多采用聚酰胺柱,粗粉一般用大孔树脂进行分段,二者的选择要根据所纯化的组分性质来定。本试验中采取聚酰胺柱和AB-8大孔树脂柱,同时以去离子水和乙醇进行洗脱,得到了黄芪多糖纯化的较适宜条件,特别是以去离子水作为洗脱剂,多糖的纯度可达90.8%。

吴丽等[14]的研究中,黄芪多糖先经脱除蛋白,然后再过柱纯化。本试验所用黄芪多糖是由生产厂家提供的粗提品,经测定粗蛋白含量较低,且多糖含量较高(CP<0.2%,APS>50%),因此没有进行粗蛋白去除。

3.3 黄芪多糖硫酸化

多糖的化学修饰方法很多,如硫酸化、烷基化、乙酰化、硒化、羧甲基化、硬脂酰化等[8]。利用糖残基上的羧基、羟基、氨基等基团,运用化学方法进行修饰,可能会提高多糖的活性,现已成为糖药物化学研究的一个重要分支。通过化学方法对多糖分子进行改性,使其具有更多的生物活性或者强化已有的生物活性,能够更广泛地应用于临床。

多糖硫酸化常用的方法有:浓硫酸法、三氧化硫-吡啶法、氯磺酸-吡啶法。氯磺酸-吡啶法因产物回收方便、收率较高,被较多采用[8]。多糖经硫酸酯化后,易与蛋白质特定的结构域结合,从而改变其构象,影响其生物活性和功能,使其具有明显的抗病毒、抗肿瘤、抗艾滋病、增强免疫和抗凝血等活性[9]。本试验通过氯磺酸-吡啶法获得了黄芪多糖硫酸酯,为后续的研究提供了材料。

3.4 红外光谱测定

特征吸收峰物质的红外光谱是其分子结构的反映,光谱图中的吸收峰与分子中各基团或键的振动形式相对应。通过比较大量已知化合物的红外光谱,从中总结出各种基团或键的吸收规律。本试验中4种样品3 378~3 301 cm-1间为氢键的伸缩振动吸收;2 893 cm-1虽理论上为氢键振动吸收,但结合前人的研究分析[16],应为次甲基的C-H伸缩振动,是糖类的特征吸收峰;1 641~1 340 cm-1间一般为C=O非对称伸缩振动,其中对黄芪多糖来说,1 626 cm-1附近会有其多糖的水合振动吸收峰,这可作为黄芪多糖简单的鉴别标准[17];同时,与前人的研究[15]中黄芪多糖对照的红外光谱(黄芪多糖的特征吸收峰为3 378、2 927、1 626、1 417、1 050 cm-1)比较分析,可知本试验中的红外光谱与对照基本一致。

根据朱玉婷等[9]的研究表明,1 261 cm-1左右的吸收是S=O伸缩振动,808 cm-1左右的吸收是C-O-S的拉伸振动;冯秀梅等[7]研究表明,黄芪多糖硫酸酯在1 254.5 cm-1和818.0 cm-1处有硫酸酯键的特征吸收。本试验的多糖硫酸酯化样品的红外光谱中可以看出,1 249 cm-1和940 cm-1处的吸收应该是黄芪多糖上的羟基被硫酸基取代形成的多糖硫酸酯键振动所产生。说明本试验成功获得了黄芪多糖硫酸酯。

除上述不同波数处的特征吸收外,红外光谱也能为物质成分分析提供有用的信息。将本试验的红外光谱图与系统自带谱库进行匹配,发现粗提物、纯化及硫酸酯化样品中均含有葡萄糖、羟丙基-β-环糊精、羟乙基-β-环糊精、异麦芽糖等糖类化合物,这为黄芪多糖的化学组成的分析提供了重要参考。

3.5 小结

本试验中采用蒽酮-浓硫酸比色法测定黄芪粗提物中多糖含量时,以葡萄糖或葡聚糖为标准,结果二者没有显著差异;利用聚酰胺柱或AB-8大孔树脂柱对黄芪多糖进行纯化,用去离子水或30%以下的乙醇作为洗脱剂均可取得较好的效果,50%以上乙醇洗脱则效果较差;红外光谱分析显示,氯磺酸-吡啶法可以对黄芪多糖进行硫酸酯化,为深入研究黄芪中多糖的优化提纯和硫酸化位点提供了依据。

致谢:本试验得到长江大学动物科学学院肖立新老师和化学与环境工程学院邹华老师的帮助,在此表示感谢。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献

[1] 刘卫东,王兰英,任建国,等.黄芪多糖的化学组成和提取方法研究进展[J].西北药学杂志,2010,25(2):151-153.

[2] 王淑萍,李晓静,张桂珍.黄芪多糖提取分离纯化工艺的优化研究[J].分子科学学报,2008,24(1):60-64.

[3] 李宏全,赵万国,吕小虎.动物免疫增效剂黄芪多糖化学组分及结构分析[J]. 中兽医医学杂志,2008,27(5):6-9.

[4] 闫巧娟,韩鲁佳,江正强,等.黄芪多糖的分子量分布[J].食品科学,2004,25(8):27-30.

[5] 闫巧娟,韩鲁佳,江正强.纤维素酶法提取黄芪多糖[J].中草药, 2005,35(12):1804-1807.

[6] 杨 莉,王志华,陶健生.黄芪中黄芪多糖含量测定方法的比较[J].中国医药工业杂志,2005,25(9):562-563.

[7] 冯秀梅,陈邦银,张汉萍.黄芪多糖硫酸酯的合成及其抗病毒活性研究[J].中国医科大学学报,2002,33(2):146-148.

[8] 钱宾宾.多糖化学修饰方法探究[J]. 科技创新导报,2012(8):137.

[9] 朱玉婷,谭 姚,莫开菊.硫酸酯化修饰葛仙米多糖工艺研究[J].食品科学,2011,32(24):46-48.

[10] 林炎坤.常用的几种蒽酮比色定糖法的比较和改进[J].植物生理学通讯,1989(24):53-55.

[11] 王黎明,夏文水.蒽酮-硫酸法测定茶多糖含量的研究[J].食品科学,2005,26(7):185-188.

[12] 黄 皓,干 信.魔芋葡甘寡糖硫酸酯的分离纯化与理化分析[J].食品科学,2007,28(2):30-33.

[13] 刘星堦,王美英,吴厚生,等.黄芪多糖的分离及其免疫活性的研究[J].天然产物研究与开发,1994,6(1):23-31.

[14] 吴 丽,刘婷婷,梁剑锋,等.黄芪多糖的分离和纯化[J].食品与药品,2007,9(4):62-65.

[15] 朱晓霞,罗学刚.多糖提取与纯化技术应用进展[J].食品研究与开发,2007,28(3):186-189.

[16] 李晓旭.黄芪多糖理化性质及毒性实验研究[D].山西太谷:山西农业大学,2008.

[17] 赵玉从,李利红.黄芪多糖和掺伪黄芪多糖的红外光谱鉴别[J].中国兽医杂志,2011,47(6):71-72.

(责任编辑 赵 娟)