HG型果胶的制备及其甲酯化分布研究

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同聚半乳糖醛酸(Homogalacturonan,HG)是一类存在于植物细胞壁中的果胶多糖,生物活性多样,应用领域广泛。HG型果胶是由半乳糖醛酸(Galp A)连接而成的线性多糖,Galp A的C-6位羧基可以被甲酯基取代,甲酯化度(DM)及甲酯基分布方式的差异是影响HG型果胶功能的主要原因。目前,对于HG型果胶中甲酯基的分布研究还缺乏有效的方法,且研究不够系统和深入,限制了对其构效关系的研究和相关产品的开发应用。本论文以不同植物来源的HG型果胶为研究对象,系统分析了这些HG型果胶的结构特征,并详细研究了甲酯化结构单元在HG型果胶中的分布模式。具体研究结果如下:采用热水煮提-乙醇沉淀、离子交换层析及凝胶层析等提取分离手段,从太子参、竹节参和三七等10种药用植物中分离制备了18种均一的HG型果胶。它们的分子量分布范围在10 k Da~60 k Da之间,单糖组成中Galp A的含量均在65%以上。比旋光度测定结果表明,这些HG型果胶均为右旋多糖,并且比旋光度与HG型果胶中的Galp A含量呈正相关。13C核磁共振波谱(13C-NMR)中均可明显观察到→4)-α-Galp A-(1→的特征信号峰,证明这些果胶分子中主要含有HG型果胶,同时在这些核磁共振图谱中均观察到不同强度的甲酯基的信号峰,说明这些HG分子被不同程度的甲酯化修饰;并未观察到明显的乙酰基的信号峰,说明上述HG型果胶乙酰化含量较低。为了测定HG型果胶的甲酯化度,综合评价了滴定法、红外光谱法(FT-IR)和高效液相法(HPLC)法测定DM的准确性和优缺点。由于滴定法测定DM所需的样品量较大,后续主要采用FT-IR和HPLC法测定了18种HG型果胶的DM。结果显示,这些HG型果胶的DM值范围为6%~40%,均为低酯化果胶(DM<50%)。两种方法测定同一种HG型果胶的DM时数值比较接近,无显著性差异。两种方法均利用少量的样品即可测定HG果胶的DM,FT-IR法测定DM操作较为简便,并且不对果胶结构造成破坏,样品回收后可重新利用,但当样品中含有较多的乙酰基时测定结果易受到影响;HPLC法测定HG果胶的DM较FT-IR法操作复杂,会破坏HG型果胶的结构,但当样品中含有乙酰基时可同时对乙酰化度进行测定。为了进一步分析HG果胶中甲酯基的分布模式,利用聚半乳糖醛酸内切酶(Endo-PG)降解HG型果胶获得寡聚半乳糖醛酸(OGA)结构单元。结合柱前荧光标记(邻氨基苯甲酰胺,2-AB)技术,建立亲水层析色谱—荧光检测器—电喷雾质谱(HILIC-FLR/ESI-MSn)的高效分析方法,对OGA结构单元进行在线分离、结构解析和含量测定,并建立HG型果胶酶解产物的指纹图谱。18种HG型果胶的酶解产物中共检测到21种OGA单体,不同HG型果胶的OGA单体数目与其DM值成正比,在7~21之间。这些OGA单体中Gal A的聚合度(DP)在1~10之间,所含甲酯基的数目为1~6个,甲酯基的取代数目随着单体聚合度的增大而增加。多级质谱分析结果表明,这些OGA单体中连续分布的甲酯基数目在2~5之间,两个不连续分布的甲酯基之间存在1~2个Galp A残基间隔,表明HG果胶中甲酯化并不存在密集分布的区域。定量分析结果显示,在不同的HG型果胶中,OGA单体含量随着甲酯基取代数目和聚合度的增大而降低;不含或含有一个甲酯基取代的OGA单体比例最高,它们占总OGA结构单元比例的54.8%~97.1%。根据HG型果胶的分子量、酶解产生的OGA结构单元中单体的种类和含量等参数,可对Endo-PG酶解后产生的OGA结构单元中单体的数目(Noligo)和甲酯化的OGA结构单元模块(Block)的数目(Nblock)进行计算。为了表征甲酯化结构单元在HG果胶中的分布模式,我们假设“Block”是平均分布的,并将“Block”之间的Galp A残基平均间隔数目定义为“AVE DPunesterified”,它是反应甲酯化结构单元分布规律的重要参数。根据上述参数对甲酯化结构单元在HG型果胶中可能的分布方式进行推算可知,18种HG型果胶中单酯化和双酯化的数量最多,表明它们中的甲酯化结构单元均为随机分布模式;且18种HG型果胶的“AVE DPunesterified”值随着DM值的增大而减小,表明甲酯化结构单元的分布间隔逐渐减小,在4~15之间。根据上述三个参数构建了不同DM果胶的结构模型,能够更加直观地反映具有不同DM的HG型果胶中甲酯化结构单元的分布规律。综上所述,本论文制备了不同植物来源的HG型果胶,对其进行整体结构表征及甲酯化度测定,并利用糖苷酶降解这些HG型果胶获得不同甲酯化的寡聚半乳糖醛酸结构单元,建立了寡聚半乳糖醛酸结构单元精细结构解析及甲酯化结构单元的分布规律的策略和方法,系统分析了18种HG型果胶甲酯化结构单元的分布特征。本研究结果丰富了HG型果胶的结构信息,为进一步的构效关系研究提供了理论基础,同时为HG型果胶的结构分析提供了新思路和新方法。
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