黄芪多糖纯化和硫酸酯化及红外光谱分析.doc

黄芪多糖纯化和硫酸酯化及红外光谱分析 杜晋平，贾陈忠，薛翼鹏，张文杰，李宏全 （山西农业大学动物科技学院，山西太谷； 长江大学，动物科学学院；化学与环境工程学院，湖北荆州） 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，聚酰胺柱或大孔树脂柱对黄芪多糖进行纯化，使用去离子水或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。 关键词：黄芪多糖；柱纯化；硫酸酯化修饰；红外光谱 ：A：0439114（15）010154-05 ：4 with ， （，；，） bstrct：，.Traw，withwasfeasible.DhadCcan ：； ： 基金项目：山西省科技攻关项目（）；山西农业大学博士后基金项目（） 作者简介：杜晋平（），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）（电子信箱） ；通信作者，李宏全（），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）495539372qq。 药用黄芪为豆科植物蒙古黄芪（）或膜荚黄芪（）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。黄芪多糖（，）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，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。 材料与方法 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，规格为黄芪多糖，棕黄色细粉末。 主要试剂 葡萄糖（）、葡聚糖（）、无水乙醇（）、蒽酮（）、浓硫酸（）、铝粉、碳酸氢钠（）、聚酰胺树脂和大孔树脂（劲凯树脂有限公司，武汉）。 主要仪器 紫外分光光度计（型，上海精密科学仪器有限公司）、控温搅拌水浴锅（型，金坛市医疗仪器厂）、冷冻干燥器（型，武汉玉立奥博科技发展有限公司）、红外光谱仪（型，赛默飞世尔科技公司）、透析袋（型，上海绿鸟科技发展有限公司）等。 测定方法 黄芪多糖粗提样品中多糖含量的测定 ）对照溶液配制：精确称取葡萄糖和葡聚糖各，用去离子水溶解定容至，其浓度为。 ）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、，按杨莉等6介绍的蒽酮浓硫酸比色法操作，显色后，于处测吸光度值，以为纵坐标，溶液中对照的量（）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，葡聚糖回归方程为，。 ）样品中多糖含量的测定：精确称取干燥（）的多糖粗提样品，加去离子水，过滤，收集滤液。取滤液，按上述的蒽酮浓硫酸比色法操作显色后，于处测定吸光度值，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。 黄芪多糖工艺的纯化 ）聚酰胺树脂柱（简称聚酰胺柱，下同）预处理。取聚酰胺以乙醇浸泡，不断搅拌，除去气泡后装入柱中。用倍体积的乙醇洗脱，洗至洗脱液透明并在蒸干后无残渣（或极少残渣）。再依次用.0倍体积水溶液、倍体积的去离子水、.0倍体积的醋酸水溶液洗脱，最后用去离子水洗脱至中性，备用。 参照王淑萍等的方法进行工艺纯化。称取黄芪多糖粗提样品，用去离子水溶解，上处理好的聚酰胺柱（柱体积为），上柱流速，吸附，分别用去离子水、和的乙醇洗脱，洗脱流速。洗脱液蒸干、称重。洗脱物加水溶解分别定容在容量瓶中。分别吸取上述溶液于容量瓶，按“”配制标准曲线的方法处理样品，在处测定吸光度值。 ）用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。 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，搅拌使之充分冷却。用滴液漏斗缓慢加入氯磺酸，约滴加完毕，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（预干燥），迅速将三颈烧瓶移入沸水浴中，恒温搅拌左右，冷至室温。将反应液加入约倍体积的无水乙醇静置沉淀以上，析出沉淀。沉淀溶于去离子水，装入透析袋，自来水透析，去离子水透析，透析中每左右换水次。过滤，滤液冻干得到黄芪多糖硫酸酯（，）。 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范围内扫描测定红外光谱。 统计分析 采用对以葡萄糖和葡聚糖为标准的黄芪多糖含量进行分析；采用法对黄芪多糖的纯化（过柱效果）进行显著性检验。 结果与分析 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（）、葡聚糖（）。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。 黄芪多糖纯化结果 聚酰胺柱和大孔树脂柱对黄芪多糖的纯化效果见表和表。由表和表可知，分别以葡萄糖和葡聚糖为标准时，利用聚酰胺柱和大孔树脂柱对黄芪多糖进行纯化，均以去离子水、乙醇或乙醇洗脱效果为好，三者间差异不显著。乙醇和乙醇的洗脱效果低于前三者，且差异显著，尤以乙醇洗脱效果最差。 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所示。由图可知，在的波数范围内，黄芪多糖的粗提物于、处有明显的吸收峰，为糖类化合物的一般吸收峰。过聚酰胺柱和大孔树脂柱的纯化多糖吸收峰较为接近，除后者在附近有特征吸收峰外，其余各峰范围基本一致（37830、）。黄芪多糖硫酸酯的红外吸收光谱在及，与粗提物和纯化样品相似，但在9和处出现了特有的吸收峰。 小结与讨论 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，需煮沸才能达到显色高峰，且测得糖值低，为浓硫酸法的；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，加入蒽酮后沸水浴可充分显色，在沸水浴效果均较好，显色后到间吸光度值都很稳定。因此本研究中，参照杨莉等的方法，加入蒽酮浓硫酸后沸水浴，然后混匀静置开始比色。 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波长，而采用蒽酮浓硫酸法选择波长；王淑萍等用苯酚浓硫酸法测定黄芪多糖含量，采用波长；王黎明等11用蒽酮-浓硫酸法选择675nm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。本试验中，通过范围内扫描，测得的最大吸收波长为。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。 黄芪多糖纯化 刘星堦等3采用粗多糖乙醇沉淀，然后过柱，最后透析的方法得到纯化多糖；吴丽等4将黄芪多糖脱蛋白沉淀物过纤维素层析，然后透析，得到黄芪多糖；朱晓霞等5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。 聚酰胺和大孔树脂对黄芪多糖均有比较好的纯化效果。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。 吴丽等4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（，），因此没有进行粗蛋白去除。 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。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。 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。本试验中种样品间为氢键的伸缩振动吸收；虽理论上为氢键振动吸收，但结合前人的研究分析6，应为次甲基的伸缩振动，是糖类的特征吸收峰；间一般为非对称伸缩振动，其中对黄芪多糖来说，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；同时，与前人的研究中黄芪多糖对照的红外光谱（黄芪多糖的特征吸收峰为、）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，左右的吸收是伸缩振动，左右的吸收是的拉伸振动；冯秀梅等研究表明，黄芪多糖硫酸酯在和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，9和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、羟丙基环糊精、羟乙基环糊精、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。 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；利用聚酰胺柱或大孔树脂柱对黄芪多糖进行纯化，用去离子水或以下的乙醇作为洗脱剂均可取得较好的效果，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。 参考文献： 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西北药学杂志，（）： 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分子科学学报，（）： 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中兽医医学杂志，xx，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食品科学，（）： 5闫巧娟，韩鲁佳，江正强纤维素酶法提取黄芪多糖中草药，（）： 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中国医药工业杂志，（）： 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中国医科大学学报，（）： 8钱宾宾.多糖化学修饰方法探究科技创新导报，xx（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食品科学，（）： 10林炎坤常用的几种蒽酮比色定糖法的比较和改进植物生理学通讯，（）： 11王黎明，夏文