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第 2 8卷 第 6期 2 0 0 9年 1 1月 食 品 与 生 物 技 术 学 报 J o u r na l o f Fo o d S c i e n c e a nd Bi 0 t e c hn o l o g y Vo1 2 8 NO 6 Nov 20 09 文 章 编 号 : 1 6 7 3 1 6 8 9 ( 2 0 0 9 ) 0 6 0 7 8 1 0 5 海带生物有机活性碘的提取 、 分离 纯化和结构验证测定 迟 玉森 , 庄桂 东, 黄 国清 , 张凤 , 李凤梅 ( 青 岛农 业大 学 食 品科学 与工程 学院 , 山东 青 岛 2 6 6 1 0 9 ) 、 摘 要 :分 离提取 纯化 海带 中的有特殊 补碘 功效 的有机 活性 碘 , 确 定其 结构 , 为科 学补 碘提供 正 确 依据 。方 法步骤是 : 水浸提后 , 超微 过 滤 除去 大分 子 杂质 ; 等 电 沉淀 富 集有 机 活性 碘 ; 活性 炭 柱 特 异性 吸 附分 离后 , 纸 层析 分 离单体 组分 ; 获得 的单体 组分 经过 熔点 测 定、 质谱 分 析 、 红 外 光谱 分析 , 并与 D I T( 3 , 5 - 二碘酪氨 酸 ) 标 准品 对比 , 确 定其结 构 。结果发现 , 海带浸提 过程 中, 存在 三碘 ( 无 机 碘 、 有机碘 、 总碘) 溶 出平衡 曲线 , 5 O 5 5浸 提 温度 下 , 浸 提 周期 1 0 1 2 h最 为 合理 ; p H 5 0 5 3的等 电沉淀 , 可 以富集 7 9 的 海带 有机 碘 ; 纸层 析 , 得 到 8 0 mg海 带有机 活性 碘 纯品 ; 熔 点 测 定结 果 , 该品 的熔点 为( 3 2 3 2 ) , 与 D I T标 准品 的( 3 2 3 1 5 ) 接近 ; 海带 中有特 殊补碘 功 效 的 有机 活性碘 质谱 分析 、 红外光谱 分析 结果 , 与 D I T标 准品分 析结构 吻合 , 确 定这种 活性碘 为 3 , 5 一 二 碘 酪 氨 酸 。 关 键词 :海 带 ;活性碘 ;有机碘 中图分类 号 : TS 2 5 4 5 8 文献标 识码 :A Ex t r a c t i o n,Pu r i f i c a t i o n,a n d S t r u c t u r a l I d e nt i f i c a t i o n o f a n Or g a ni c Ac t i v e I o d i d e f r o m Ke l p CH I Yu s he n, ZH UANG Gui d on g,H UANG Guo qi ng,ZH ANG Fe n g。LI Fe ng m e i ( Co l l e g e o f F o o d S c ie n c e a n d E n g i n e e r i n g,Qi n g d a o Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y ,Qi n g d a o 2 6 6 1 0 9, Ch i n a ) Ab s t r a c t : Th e t a r g e t o f t hi s man us c r i pt wa s t o e xt r a c t ,pu r i f y a n d i d e n t i f y a n o r g a n i c i o d i de wi t h t he i o di n e s u pp 1 e me n t a t i o n a c t i v i t y f r om ke l p Th e ma xi m u m y i e l ds o f o r g a n i c i o di ne a n d t o t a l i o d i ne we r e ob t a i ne d wh e n t he k e l p wa s e xt r a c t e d i n 5 0 5 5 f or 1 0 1 2 h a n d t h e n 7 9 o f o r g a n i c i o di n e wa s r e c o v e r e d f r o m ke l p i n t h e i s o e l e e t r i c p r e c i p i t a t i o n i n p H 5 0 5 3 At l as t 。 8 0 m g p ur e or g a n i c a c t i v e i o di de wa s a c q u i r e d t hr ou g h pa pe r c hr o ma t o g r a p hy By c o mpa r e d wi t h t h a t o f t h e s t a nd a r d ma t e r i a l a nd d e t e r mi n e d by ma s s c h r oma t o gr a m a n d i nf r a r e d s p e c t r o g r a m , t he pu r i f i e d c o mpo un d wi t h i od i n e c o mpl e me nt i ng f u nc t i o n wa s i d e n t i f i e d a s 3 ,5 - di i od o 一 1 一 t y r o s i ne ( DI T) Ke y wo r d s :k e l p,a c t i v e i od i d e,or ga n i c i od i d e 收稿 日期 : 2 0 0 8 1 2 1 9 基 金项 目 :山 东省 科 技 攻 关项 目( 2 0 0 5 1 3 5 ) 作者简介 : 迟玉森( 1 9 6 2 一 ) , 男 山东龙 口人, T学博士 , 教授 , 主要从事海洋活性物质研究 。 Ema i l : s d c h i y u s e n 1 6 3 c o rn 7 8 2 食品 与 生 物技 术 学报 第 2 8卷 碘是一 种 人体 必 需 的 微量 元 素 r 1 , 人 体 不 可 或缺 , 但 是需 要 量 极小 , 每 人 每年 大 约需 要 5 6 mg 。 碘缺乏 时, 机体会 出现一系列 的障碍 , 但是不慎过 量摄 人容 易发生 中毒 。近一 二年 内 , 国 内发 生 多起 补 碘 过量 的 中毒 事 件 , 在社 会 引起 极 度 的 恐 慌 , 使 得人 们谈 碘 色 变 。海 带 是 一 种 药 食 同源 的食 品原 料 , 是 地 球 上含 碘 最 高 的生 物 , 干 海 带 含碘 量 高 达 2 4 0 0 7 2 0 0 mg k g _ 4 , 千百年来 , 人们将其作为 一 种 蔬菜 长期食 用 。在 长期 的 实践 中 , 人 们 发 现沿 海 大量食 用海带 的居 民 , 其 摄碘 量 为 高碘 地 区 居 民 的 1 6 6 7 倍 , 却 不 患 高碘 甲 肿 ; 山东 省 长 岛县 的居 民每人 每 年 由海 带 中摄 取 的 碘 至少 为 3 0 0 0 0 mg , 为正常量 的 5 5 6倍 , 千 百 年 来 却从 无 中毒 出现 ;甚 至在 3年 自然 灾 害 期 间 , 几 乎 天 天 以海 带 为 主食 , 也 未 出现任何 中毒 现象 。这些 事 实 , 启发 我 们 进 一 步去 思 考 、 探 索 和 大胆 地 推 测 : 海 带 中除 了 含 有 一 般 意 义 上 的 无 机 碘 之 外 , 还 含 有 一 种 特 殊 形 式 的 碘 , 这种 特殊形 式 的碘 , 对 于实 现 科 学补 碘 、 消 除 碘 缺 乏病 , 具有重 要意 义 。 S wi n g l e 于 1 9 2 2年发 现 , 3 , 5 一 二 碘酪 氨酸 ( 缩写 DI T) 在蝌 蚪变 青蛙 的变态 过程 中 , 具 有 非凡 的 生理 作 用 , 被 称 为 “ 活 性 碘 ( Ac t i v e I o d i n e ) , , E 6 3 。笔 者 研 究发 现 , D I T在 动物 体 内 的代谢 形 式 , 与经 典 的“ 离 子代谢 理 论 ” 阐 述 的 不 同 , 是 以分 子 形 式 参 与 代 谢 。并 且发 现 , 海 带 中不 仅 存 在 无 机 碘 , 而 且 还 存在 有机碘 。这 些有 机 碘在 动物 的补 碘 实验 中 , 表 现 出非常 高的补 碘效 率 和 安全 性 : 无 机碘 超 出 常 规 用量 2 0倍 后 , 在 动物 身 上 就表 现 出毒 性 , 而 海 带 中 的有 机碘超 出 常规 用量 1 0 0倍 , 依 然 没有 表 现 出 毒 性 。为 了进一 步弄 清海 带 中的有 机 碘 , 有效 地 开 发 利用 海带 资源 , 实现 科 学 、 安 全补碘 , 笔 者对 海 带 中 有机 碘 的提 取 、 分 离 纯 化 工 艺 进 行 了研 究 , 并 对 纯 化 后的海 带有 机碘进 行 了结构分 析 。 1 材 料 与 方 法 1 1材料 与试剂 海带 , 山东长岛经济开发有 限公司提供 ; 盐酸、 Na OH、 无水 乙醇 、 磷 酸 、 苯 酚 、 甲醇 、 乙 酸 、 戊 醇 , 均 为 AR级;吡 啶、 茚 三酮 , 均为生 化试 剂; 酪氨 酸 ( Ty r ) , 纯 度 9 8 ,S i g ma公 司标 准 品 ; 3 , 5 一 二 碘 酪氨酸 ( D I T) , 纯度 9 8 , S i g ma公 司标 准 品 。 1 2仪 器与设 备 层 析缸 ; 国产 新 华 1号 层 析 滤 纸 , 面 积 大 小 为 7 S c m2 5 c m; 超 微 过 滤 装 置 ; 日本 OP 一 1 0 0 0 A 质谱仪 , 电 子 能 量 7 O e V;B i o R a d F T S红 外 光 谱 仪 , 溴化 钾压 片 ; WRS 一 1 B数 字熔点 仪 ; F T I R 2 0 0型 红 外光 谱仪 。 1 3 方法 1 3 1提取 纯化 工 艺与 测 定流 程 海 带 活 性 碘 的 提 取路 线见 图 1 。 海 带 取 液 超 滤 液 浓 缩 液 薰 寒 豢 一 靛 鋈 翟 纸 析 一荤 棰 銎 分 = = 谱 定 L一熔点 测定- _ J 图 1 提 取 路 线 Fi g 1 Fl o w c h ar t 化学成 分 的分 离 大致 可 以分 为 组分 提 取 、 组 分 分离 和单体 分离 3 个 阶段 , 也 可 以根 据 预试 验 的结 果灵 活运用 。 1 3 2海带 活性碘 的提取 、 分 离 海带 活性碘 的提 取 : 海 带所 含 碘 成 分具 有 良好 的水溶性 , 以 5 0 5 5 净化 热 水 , 对 选取 的海 带原 料 进行控 温浸 提 1 2 h 。 超滤 去杂 : 用相 对 分 子 质 量 为 3 0 0 0的 超滤 膜 组 件对 提取 液进行 超 滤 , 去 除提 取 液 中 含有 的 褐 藻 胶 等大分 子物 质 。 组分 等 电分离 : 调超 滤液 的 p H 5 0 5 3 , 离心 分 离沉 淀 , 得 到等 电富集 物 。 等 电 沉 淀 后 体 系 中 结 合 碘 的 测 定 : 等 电 沉 淀 后 , 分 别测定 上 清液 和 沉淀 中的 总碘 、 无 机 碘 量 , 并 计 算结 合碘 总量 。 1 3 3 富集 组分 的进 一 步分 离 有 资料 报道 , 3 , 5 一 二碘 酪 氨 酸就 是 一 种 活性 碘 。活 性 炭 对 酪 氨 酸 等 带有 苯环 的氨基 酸 类化 合 物 , 有 特殊 的吸 附 与洗 脱 能力 。参 考有关 资 料 , 利 用 活性 炭柱 处 理海 带 提 取液的等电富集 物, 把海带生物活性碘和酪氨 酸, 与 其它 等 电点 附 近 的氨 基 酸分 离 , 进 一步 纯 化 浓 缩 活 性碘 。 活性炭 柱 处 理 : 取 活性 炭 用 水 浸 泡 后 装 柱 , 通 入 2倍体 积 2 mo l L Na OH, 水 洗 至 中性 ; 再 通 人 2 倍体积 2 mo | L HC ! , 水洗至中性。 分离 : 富集 后 的等 电沉 淀 物 , 用 稀 盐 酸 配 成 体 积分 数 5 1 5 9 6 的 上 柱液 , 进 样 体 积 流量 1 mL rai n , 5 mi n后 以每分 钟 增加 0 5 流 量 梯 度进 样 通 人炭 柱 。适量 水平 衡后 , 通入 含 乙醇 的 1 mo l L氨 水 , 洗 脱体 积 流 量 为 4 mL mi n , 5 mi n后 以每分 钟 增 加 2 5 流量 梯度 洗 脱 。收 集 p a u l y反 应 阳性 部 第 6期 迟 玉森 等 : 海 带生物有机 活性碘 的提 取 、 分 离、 纯化 和结构 验证 测定 7 8 3 分 , 即为与 其 它 氨基 酸 分 开 的含 酪 氨 酸 、 D I T 的洗 脱液 , 浓缩备 用 。 1 3 4 纯化 海 带活性碘 D I T的单 向纸层 析 炭柱 分离 后 得 到 的是 含酪 氨 酸 与 DI T 的混 合 液 , 采用制备 型 的纸层 析 色谱法 , 进 一 步分 离 纯 化 , 以获 得用 于结构测定 的单体 。 采用表 1 所列 不 同展 开剂体 系的试 剂 。 表 1 不 同展开剂体 系 Ta b 1 De v e l op i n g s o l v e nt s t e s t e d 序 号 展 开 剂 p H 6 8磷酸缓冲液一 酚( 体积 比 2: 8 ) p H 1 2 0的磷酸缓 冲液 饱和酚 正丁醇一 甲醇一 水( 体积 比 6:1: 1 ) 正 丁 醇一 乙酸 一 乙 醇一 水 ( 体 积 比 8:2:2:5 ) 戊 醇一 吡啶 水 ( 体 积 比 3 5:3 5: 3 0 ) 分 别 以不 同 展开 剂 体 系 , 采 用上 行 层 析 , 对 被 展开样 品展开一定 距 离后 取下 吹 干 , 茚三 酮 显迹 检 查结果 , 层 析温 度为 ( 2 2 4 ) 。选 择 分 离 效 果 较 好的溶剂 系统 , 作 为纯化 D I T 的单 向层析 展开剂 。 将待 分离 的样 品 溶 于 1 mo l I 的盐 酸 中 , 在 滤 纸一端 反复点样 , 以选 好 的溶 剂 系统 为展 开 剂上 行 展 开 。与标 样对 照 , 得 一 个紫 外 检色 带 。将 标记 色 带 剪下 , 用 1 too l I 盐酸 洗脱 后 , 过滤 真空 浓缩 至 干 , 即得纯 化 的样 品 , 判断 纯度 情 况 , 以便 确 定可 否 进 行下 面的测定 。 1 3 5 活性 碘 的结 构鉴 定 纯化 的海 带有 机碘 样 品 , 分别用 质谱仪 和红 外 光谱 仪测 定 其结 构 。即分 别 采用红外 光谱法 和 质谱 法 。直接 进 样 , 将 活性 碘 试样 点置 于进样杆 顶 端 的进样 器 上 , 直 接 进 入质 谱 仪 的离子 源中 , 样 品直接 汽化 。 2 结 果 与 讨 论 2 1 “ 三碘 ” 曲线 活性碘 提取周 期 的确 定 海带 中含有无机 碘 和有 机碘 两 种碘 , 要提 取 的 活性 碘属 于 有 机碘 范 畴 。无 机 碘 与 有 机 碘 溶 出 速 度不 一样 , 因此 提取 体 系 中的无 机 碘 、 有 机 碘 、 总碘 含量 随时间发 生变化 。见 图 2 。 由图 2可见 , 浸 提初 期 , 无机 碘 迅速 溶 出, 含量 迅速 升高 , 2 h后无机 碘含 量 曲线 达最 高点 , 总 碘含 量也达 最高点 ; 随着 时 间 的延 长 , 由于 I 被 水 中溶 解的 0 等 氧化 为 I 而 升华 。 无 机 碘 含量 下 降 , 总碘 含量 随之 下降 , 5 h降至最 低 。 有机 碘 的溶 出 随时 间逐 渐 增 加 。5 h后 , 溶 出 l 0 0 、曲 吕 5 0 回 唧 姆 整 0 O 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 时 间 h 图 2 浸 提 液 中“ 三 碘 ” ( 总碘 、 无机 碘 、 有 机 结 合 碘 ) 随 时 间变 化 曲线 Fi g 2 Ch a ng e o f t h e a mo un t o f t ot al i o d i n e, i n or g a ni c i - od i n e a n d o r g a ni c i od i ne i n l i q u i d wi t h t h e t i m e 量超 过 无 机 碘 的 升 华 量 , 总 碘 量 又 趋 缓 慢 上 升 。 1 0 h后 , 溶 液 中无机 碘 降至 很低 , 有机 碘 浸 出接 近 平衡 , 含量几 乎不再 增加 , 因而浸 提周期定 为 1 2 h 。 2 2等 电沉淀 、 富集有机 结合碘 等 电沉 淀的 目的 , 是 使 与酪 氨 酸结 合 的碘 化 酪 氨酸 以及等 电点 相 近 的 其它 氨 基 酸 ( 如 酪氨 酸 等 ) 沉淀析 出 , 从 而与体 系 中的其它组分 分离 开来 。 表 2是体 系中沉淀 物与上 清液 中有机 碘与无 机 碘含量 的测定结果 。结果表 明 , 大部分结合碘 富集于 沉淀物之 中, 有机活性碘 由等 电沉淀而得 以富集 。 表 2 上清液中有机碘 与无机碘含量的测定结果 Ta b 2 Con t e nt s o f t o t a l a nd i n o r g a ni c i o d i d e i n t h e s u p e r n a t a n t 2 3 纸 层析 2 3 1 展 开 剂 体 系的 选 取 选 用 5种 展 开 剂 系 统 , 在 纸 层 析 上 对 几 种 氨 基 酸 的 分 离 效 果 进 行 考 察 。结果 发现 5种展 开剂 的分离 效 果均 比较理 想 , 两种氨 基酸层析 R 值见 表 3 。层析 结果见 图 3 。 表 3 T y r和 DI T在 各 种 展 开 剂 的 Rf 值 Tab 3 Rf v a l u e s o f Ty r an d DI T i n di f f e r e n t de v e l o pi n g s o l v e nt s 7 8 4 食品 与 生 物技术 学报 第 2 8卷 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) 图 3各 种 展 开 剂 的层 析 结 果 Fi g 3 Pa pe r c hr o ma t o g r ams o f DI T a n d Ty r i n di f f e r e nt d e v e l o p i n g s o l ut i o n s 由图表可 知 , 5种展 开剂对 两 种氨 基 酸 的分离 , 斑 点 圆整 清楚 , 组 分间 尺r 值 均大 于 0 0 5 , 基本 符 合 理 想展开 剂 的各 项 条件 。特 别 是其 中的 、 溶剂 系统 , 层 析 速度 非 常 快 , 因此 选 择 这 两个 系统 作 进 一 步考 察 , 发 现 这 两 种 展 开 系 统 , 只 要 展 开 层 达 1 0 c m, 就可 以将两 种组 分 明显 分 开 , 此 时二 者 的展 开时间分别为 : 层析剂 为 4 5 rai n , 而层 析剂 为 9 5 mi n , 因此选 用层 析剂 为理想 的展 开剂 系统 。 2 3 2纸 层 析 纯 化 用 l 6张单 向纸 层 析 的展 开 图谱 , 通 过 层 析 展 开 和 分 离 提 纯 , 得 到活 性 碘 纯 品 8 0 mg。 2 4活 性碘 的结构 鉴定 2 4 1 熔点 测定 结果海 带 活性 碘 样 品外 观 为淡 黄 色粉末, 与从美 国 S i g ma 公 司购 得 的标 准 品 DI T 几乎 一 样 。 数 次 测 定 结 果 表 明 熔 点 为 ( 3 2 3 2 ) o C, 与 平 行 测 定 的 D I T 标 准 品 的 熔 点 ( 3 2 3 1 5 ) 非 常接 近 , 且 熔 点 变 动 范 围很 小 , 表 明 样 品 比较 纯 , 可以用 于进行 结构 分析 。见 表 4 。 表 4 海 带活性碘样 品与 D I T标准 品熔点测定结 果 Ta b 4 M e l t i ng po i n t s o f t h e ac t i v e i o di de a nd t he DI T s t a nd 2 4 2 质谱测定 活性碘样 品的质谱数据见表 5 , 其 特征 碎片 的相 对丰度 列 于表 6 。 表 5 海带活性碘的 质谱测定数据 Ta b 5 MS r e s n l t s o f t he b i oa c t i v e i o d i n e 相嘉 挛 簋 量 离 子 丰 度 相 对 分 子 质 量 相丰 度 同 度 相 对 分 子 质 量 相 对 丰 度 1 - 41 0 2 1 8 5 5 0 10 4 0 2 4 9 5 8 0 42 0 2 2 8 7 3 O 10 5 0 7 3 2 9 2 40 43 O 2 7 1 0 92 0 1 06 0 6 5 2 5 7 30 44 0 1 4 2 5 6 5 0 0 1 07 0 5 0 2 O 0 90 45 O 1 6 6 2 0 0 1 0 8 0 2 0 8 1 6 0 46 0 4 9 1 9 5 6 0 1 09 0 2 7 1 0 7 4 0 5 0 0 5 7 2 2 5 7 0 l2 7 0 6 5 2 6 1 2O 51 O 9 9 3 9 40 0 12 8 0 9 6 3 8 1 OO 52 O 3 6 l 4 3 9O 1 31 0 1 1 4 4 0 0 53 O 9 5 3 7 7 3O 13 3 0 1 4 5 6 7 0 54 O 1 O 4 O 5 O 1 3 4 0 2 6 1 0 4 60 55 0 1 7 6 7 4 0 1 3 5 0 1 1 4 4 40 57 0 3 4 1 3 4 80 1 3 6 0 1 7 6 8 90 61 O 1 1 4 4 5 0 1 9 4 0 1 6 6 4 00 6 2 O 2 3 9 1 O 0 231 0 1 1 4 37 0 6 3 0 2 9 11 6 40 23 2 0 8 7 34 6 00 6 6 O 1 2 4 91 0 2 33 0 3 2 7 13 0 30 0 6 7 0 1 9 7 4 60 2 3 4 0 6 7 26 58 O 68 O 1 3 5 O7 O 25 4 0 4 1 16 21 0 第 6期 迟 玉森等 : 海带 生物有机 活性碘 的提取 、 分 离、 纯化 和结构验 证测 定 7 8 5 续 表 5 相嘉 擘 量 离 子 丰 度 相 对 分 子 质 量 相 对 丰 度 相 对 分 子 质 量 相 对 丰 度 7 4 o 3 9 6 1 5 8 1 o o 26 o o 1 1 4 3 9O 75 o 7 4 29 45 O 26l _ o 2 8 1 1 2 00 76 O 6 o 24 o5 o 26 2 0 1 3 5 2 4 O 77 O 7 7 3 0 58 O 35 9 0 1 O 0 0 3 98 9 00 7 8 o 5 1 2O 4 4o 3 60 0 3 O2 1 2O 4 O0 7 9 o 2 4 9 6 3 o 3 61 0 2 3 9 1 8 O 8 o o 1 9 7 6 2 O 3 87 0 1 1 4 42 0 8 2 O 1 3 5 3 4O 3 88 0 4 0 l 5 9 4 0 8 9 o 1 4 5 7 6 O 4 33 0 4 6 1 8 3 7 0 表 6 海 带活 性 碘 特 征 碎 片 的相 对 丰 度 Ta b 6 Re l a t i v e a b un d an c e of v a r i ou s f r a g me nt s o f t h e a c t i v e i o di ne 2 4 3 红 外 光 谱 测 定 I R( KBr ) c m : 1 7 0 2 , 1 6 8 3( C一 ( ) ), 3 2 5 1 - 3 1 8 3 ( NH) , l 6 2 0 , 1 5 l 0( 苯 参考文献( Re f e r e n c e s ) : 环 ) 。 2 4 4综合f - 4 断 海 带 活 性 碘样 品 的 MS ( 质谱 ) 与 I R( 红 外 光 谱 ) 测 定 结 果 , 以 及 熔 点 测 定 结 果 ( 3 2 3 2 ) , 与 化合 物 3 , 5 - DI I OD O I 一 T YRO S I NE 完全 吻合 , 因此可 以确定 海带 中的活 性碘 即为 3 , 5 一 二碘 酪氨 酸 。分 子式 为 : C 。 H。 I NO 。 ; 化 学 结 构 式 为 : T HO CH2 CH( NH2 ) COOH 1 高福成 。 迟玉森新 型海洋食品 M 北京 : 中国轻工业出版社 , l 9 9 8 : 5

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