菊芋是一种具有开发潜力的生态经济型植物,在我国是生产菊糖的原料之一。菊糖具有肠道益生素、促进矿物质吸收、抗氧化等多种生理功能,对菊糖的研究也引起了人们越来越多的关注。作为一种植物多糖,菊糖聚合度是影响其生理活性的重要因素,但由于菊糖单体间分子量相差较小,单一聚合度的菊糖制备困难,对此的研究也就鲜见报道。在本文中,为从产量和质量两方面提高菊糖生产的效率,我们研究了菊芋块茎整个生长过程中菊糖的含量、聚合度、生物活性的变化规律,并采用凝胶色谱、高效液相色谱(HPLC)、质谱(MS)等分离分析手段,成功纯化了一系列单一聚合度的菊糖,并初步研究了聚合度和生物活性之间的关系。主要研究内容及相关结论如下:首先通过对流动相、流速、色谱柱、标准品、标准曲线等检测条件的分析,最终确定了适用于菊糖分子量测定的高效凝胶过滤色谱(HPGFC)方法:为以超纯水作流动相,0.8 m L/min流速洗脱,Shodex OHpak SB-804HQ色谱柱检测,柱温控制在30℃,样品进样量为每次20μL,检测器为示差折光检测器(RID),采用Sigma-Aldrich公司生产的右旋糖酐标准品(分子量Mw分别为1000 Da、5000 Da、12000 Da、25000 Da和50000 Da),绘制二次标准曲线y=-2.405+1.827x–0.113x2,检测菊糖的相对分子质量。这一检测方法的确定为之后的研究提供了技术支持。研究了菊芋块茎中菊糖的含量、聚合度和活性在菊芋不同生长阶段的变化。我们采集了从开始生长到完全成熟的各个阶段的菊芋块茎样品,从中成功提取了菊糖。经分析发现,菊糖含量与聚合度的变化都与菊芋生长状态相关,且二者变化趋势类似,皆为先快速增大后略有降低。然后,考察了提取得到的不同聚合度菊糖的益生活性和抗氧化活性,结果表明,菊糖聚合度对其生物活性有非常重要的影响,二者基本呈负相关,即菊糖聚合度越小,活性越高。为进一步明确菊糖聚合度与其生物活性间的关系,需制备单一聚合度的菊糖。对比两种常用的凝胶填料对于菊糖的分离效果后,最终确定采用Bio-gel P-4和Bio-gel P-2凝胶两步法来分离菊糖,经HPLC和ESI-MS分析纯度及结构,最终成功分离得到了二聚到八聚的菊糖,纯度较好,最高可达98%。检测分离得到的7种特定聚合度的菊糖的益生活性,发现二聚菊糖活性最差,而三聚菊糖和四聚菊糖益生活性最佳,五聚之后寡糖益生活性减弱,但五聚菊糖到八聚菊糖间的益生活性变化不明显。此实验结果表明,除去二聚糖外,菊糖的生物活性与聚合度之间依然遵循“低聚合度活性高”的规律,三聚和四聚菊糖表现出最佳活性。本文对于菊芋生长过程中菊糖的含量、聚合度、活性变化的研究,为采用菊芋高效生产高活性天然菊糖提供了理论指导;同时,单一聚合度菊糖的成功分离以及其初步的活性研究,初步揭示了菊糖及其寡糖聚合度与生物活性之间可能的关系,为下一步的深入研究奠定了基础。