米邦塔仙人掌低聚糖的制备、结构表征及降血糖活性研究

作     者：陈汝海 

作者单位：贵州师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈华国

授予年度：2024年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：仙人掌多糖 仙人掌低聚糖 结构解析 生物活性 Meta分析 

摘      要：仙人掌(Opuntia)是一种药食两用植物,多糖是仙人掌的主要生物活性物质之一,展现出抗糖尿病、抗菌、抗炎、免疫调节和抗氧化等多种药理作用,具备巨大的开发利用潜力。然而,仙人掌多糖与其他多糖类物质类似,存在分子量较大、结构复杂等问题,这导致其不易被机体吸收,且其化学结构的精确解析亦存在技术挑战。这些问题限制了多糖类物质的高附加值开发与应用。相比之下,将多糖降解为低聚糖进行研究则具有显著优势。首先,低聚糖分子量较小,更易于被机体吸收利用。其次,低聚糖的结构相对简单,更便于进行化学结构的解析和修饰。此外,低聚糖还具备免疫调节、降血糖、降血脂等多种生物活性,可广泛应用于医药、保健品、食品等领域。因此,将多糖降解为低聚糖进行研究,不仅有助于解决多糖类物质的应用难题,还可为其高附加值开发提供新的途径和思路。在本研究中,我们基于课题组的前期研究基础,运用Meta分析和系统评价方法对仙人掌多糖的抗糖尿病作用及其机制进行了系统总结;以米邦塔仙人掌为原料制备了仙人掌多糖(*** Alta polysaccharide,OMP),并分析了其化学组成和评价了相关生物活性;以OMP为原料,基于α-葡萄糖苷酶抑制活性开展了仙人掌低聚糖(*** Alta oligosaccharide,OMO)的制备研究,并成功解析了优选出的高活性低聚糖的化学结构。以下是本研究的主要方法和结论概述。(1)仙人掌多糖的糖尿病保护作用及潜在机制研究采用Meta分析方法,对仙人掌多糖抗糖尿病的效应及潜在机制进行了系统评价,研究结果显示:仙人掌多糖能够显著改善糖尿病动物的血糖、体重、饮食量、饮水量、总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇,其作用机制可能是免疫调节、修复受损的胰腺β细胞、抑制氧化应激和细胞凋亡。回归分析和亚组分析表明,干预剂量、动物种类、持续时间和建模方法可能是异质性的来源。(2)仙人掌多糖的制备、化学组成分析和生物活性评价采用水提醇沉法成功制备了仙人掌粗多糖(OMP),并通过DEAE-52纤维素柱层析进一步分离得到OMP-1和OMP-2两种多糖组分。随后,对其进行了化学组成分析,表明:OMP的多糖含量为83.92±1.88%,蛋白质含量为0.35±0.1%,糖醛酸含量为10.37±0.13%。OMP-1的多糖含量为92.21±0.23%,蛋白质含量为0.07±0.03%,糖醛酸含量为0.67±0.42%。OMP-2的多糖含量为59.08±0.55%,蛋白质含量为0.20±0.13%,糖醛酸含量为14.97±1.51%。三种多糖组分均不含有生物碱和多酚。为3种多糖体外降血糖和抗氧化活性评价。表明:OMP-1表现出显著的α-葡萄糖苷酶抑制活性,当浓度为16 mg/m L时,其抑制活性高达97.01±0.94%。在α-葡萄糖苷酶抑制活性方面,OMP-1优于OMP-2和OMP。同时,这三种多糖也显示出一定的ɑ-淀粉酶抑制活性,其中OMP-1在16 mg/m L浓度下的抑制活性可达95.49±0.71%。在抗氧化能力方面,三种多糖均具有一定的ABTS、DPPH和羟基自由基清除能力。(3)基于α-葡萄糖苷酶抑制活性的仙人掌低聚糖制备经过人工胃酸、HCl以及三氟乙酸三种不同的酸解处理方式,OMP-1被降解为仙人掌低聚糖,并随后进行了α-葡萄糖苷酶抑制活性的测定。结果表明,采用三氟乙酸酸解后的产物OMO-1浓度为0.2 mg/m L时,其对α-葡萄糖苷酶的抑制活性最好。采用单因素试验和响应面设计进一步优化了酸解工艺条件,确定了基于α-葡萄糖苷酶抑制活性降解的最佳工艺条件为:酸解温度为70℃、酸解时间为2 h、酸用量为1 m L、酸浓度为0.5 mol/L。(4)仙人掌低聚糖的结构解析经过Sephadex G-25柱层析纯化后的OMO-1,其糖含量为99.21±0.08%,几乎不含蛋白质和糖醛酸含量。同时,OMO-1的分子量约为2613.61 Da。其单糖组成主要由葡萄糖、甘露糖和半乳糖构成,各单糖组分所占的百分比分别为:99.130%、0.155%和0.715%。红外光谱和NMR分析结果表明:OMO-1含α-构型和β-构型的糖苷键,OMO-1的结构是以→4)-α-D-Glcp-(1→和→4,6)-α-D-Glcp-(1→为主链,支链上连接→6)-α-D-Galp-(1→,α-D-Glcp-(1→,β-D-Glcp(1→。扫描电子显微镜下OMO-1呈现出规则且大小不一的光滑片块状结构,在高倍数下,OMO-1具有规则大小一致的孔状结构和致密结构。热重分析则表明,OMO-1在180℃之前主要失去自由水,而在220～400℃左右,OMO-1发生剧烈的热解。当温度超过400℃时,无机灰分开始分解,最终样品的残留量为15.95%。