（微生物与生化药学专业论文）酶法降解阿拉伯胶制备l阿拉伯糖.pdf

浙江工业大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育 机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名洚诵日期御口年丁月冲日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 作者虢声伽期：蛑r - j 马妒日 导师签 期：口年岁月圹日 本文对从杭州、石家庄、黄岛等地采集的土样进行大规模筛选， 筛选到一株产阿拉伯胶降解酶酶活力较高的菌株，对其进一步分离纯 化后得到z h b 一3 0 6 菌株，酶活达到2 5 7 8u m l ，产酶发酵性能稳定。 该菌株在平板培养基上培养2 3d 可以形成菌落，菌落呈絮状突起， 菌丝白色质密，菌落粉白色，浅粉色至肉色，略带有紫色，孢子浅 褐色至黑色。从形态学分类来看，该菌株与镰刀菌( f u s a r i u m ) 非常 相似，其种有待于分子生物学方法进一步鉴定。 通过二次紫外诱变，酶活提高了1 8 5 。稳定性试验证明此菌株产 酶能力稳定，故以此突变株为菌种，进行进一步的研究。 通过单因素实验和正交试验，确定了其最佳的产酶培养基组成和 发酵条件。最佳培养基组成如下：阿拉伯胶2 5 ，玉米粉o 4 ，硫 酸铵o 9 ，k 2 h p 0 4o 1 5 ，m g s 0 4 7 h 2 00 0 5 ，k c l0 0 5 ， f e s 0 4 0 7 h 2 00 0 0 1 ，h 3 8 0 3o 0 0 1 ，p h6 ；培养条件为：接种量为9 ， 装液量为3 0m l 2 5 0m l ，摇床转速为2 0 0r m i n ，培养温度为3 0 。c ，产 酶发酵时间为4 8h 。经培养基组成及培养条件优化后测得的酶活力达 到2 31 5 8u m l ，比优化前提高了3 6 8 。发酵工艺条件的研究结果为 阿拉伯胶降解酶的深入研究、产业化生产及l 阿拉伯糖的开发应用奠 定了基础。 通过一系列实验，建立了h p l c e l s d 检测l - 5 可拉伯糖的方法，其 条件为：采用h y p e r s i ln h 2 ( 4 6m m 2 5 0 n m ，5g m ) 色谱柱，以乙腈 一水( 8 0 ：2 0 ) 为流动相，流速1m l m i n ；蒸发光散射检测器检测参数 浙江工业大学药学院2 0 1 0 年硕士毕业论文 为：漂移管温度10 0 ，氮气流速为2 5l m i n 。液相谱图显示l 阿拉伯 糖与其他糖分的分离效果良好；l - 5 可拉伯糖的线性回归方程的相关系 数为0 9 9 9 3 ，线性范围为0 1 0 2 5 - - 1 0 2 5 m g m l ；重复性实验r s d 为 2 0 3 ；回收率为9 8 7 。 通过单因素实验，确定最佳酶解阿拉伯胶制备l 阿拉伯糖的工艺 为：最适的酶解时间为9 0 m i n ，最适温度为5 0 ，转速为0r m i n ，最 适底物p h 4 0 ，o 3 阿拉伯胶溶液为最适底物浓度。该酶对阿拉伯胶底 物具有很好的专一性。采用最佳条件酶解后，以h p l c e l s d 方法测 定溶液中l 一阿拉伯糖的浓度为5 3 0 6m g l ，并由此计算得l 一阿拉伯糖 得率为5 9 8 。 关键词：阿拉伯胶，l 阿拉伯糖，筛选，发酵工艺 i i 浙江工业人学药学院2 0 10 年硕士毕业论文 p r e p a r a t l 0 no fl a r a b 烈o s ef r o mg u m a r a b i ch y d r 0 【y z e db ye n z y m e a bs t r a c t a ne f f e c t i v ee n z y m e p r o d u c i n gs t r a i nw h i c hc o u l dh y d r o l y z eg u m a r a b i cw a si s o l a t e df r o ms o i ls a m p l e so fh a n g z h o u ，s h i ji a z h u a n ga n d h u a n g d a o a f t e rf u r t h e rp u r i f i c a t i o n ，s t r a i nn a m e dz h b - 3 0 6w h i c he n z y m e a c t i v i t yr e a c h e d2 5 8 u m la n de n z y m ef e r m e n t a t i o np e r f o r m a n c es t a b i l i t y w a so b t a i n e d w h e ng r o w i n gi nt h ep l a t e ，t h es t r a i nc o u l dg r o wi n t o c o l o n i s ei n2 - 3d a y s m y c e l i u m sw e r ew h i t ea n dd e n s eo nt h ee a r l y c o l o n i e sw h i c hp r o t r u d e df l o c c u l e n t t h ec o l o ro fc o l o n i s ew e r ef r o mw h i t e ， p a l ep i n k ，i n c a r n a d i n et os l i g h t l yp u r p l e ；s p o r e sw e r ef r o ml i g h tb r o w n t o b l a c k t h es t r a i ni sv e r ys i m i l a rt of u s a r i u mm o r p h o l o g i c a l l y , t h es p e c i e s o fw h i c hn e e dm o l e c u l a r b i o l o g yi d e n t i f i c a t i o m u t a t i o nb r e e d i n gw a sa p p l i e dt oe n h a n c et h ea b i l i t yo fp r o d u c i n g a g a r a s eo ft h es t r a i nz h b 一3 0 6b yu l t r a v i o l e tm u t a t i o na n dt h ea c t i v i t yo f e n z y m e sw a si n c r e a s e db y18 5 t h ee x p e r i m e n t so fs i n g l ef a c t o r sa n do r t h o g o n a ld e s i g nw e r ec a r r i e d o u tt oo p t i m i z et h ec u l t u r em e d i u ma n dc u l t i v a t i o nc o n d i t i o n s a sar e s u l t ， t h eo p t i m a lm e d i u mc o m p o s i t i o nw a sa sf o l l o w s ：g u ma r a b i c2 5 ，c o r n f l o u ro 4 ，( n h 4 ) 2 s 0 4o 9 ，k 2 h p 0 4o 15 ，m g s 0 4 7 h 2 00 0 5 ，k c l 0 0 5 ，f e s 0 4 7 h 2 00 0 01 ，h s b 0 30 0 0 1 ，p hw a sa d j u s t e dt o6 0 t h e f e r m e n t a t i o nf o r e n z y m e sp r o d u c t i o n w a sc a r r i e do u ti n2 50 一m l e r l e n m e y e rf l a s k sc o n t a i n i n g30m l o fm e d i u mw i t hi n o c u l a t i o no f9 ( v v ) s e e d s ，i n c u b a t e da taa g i t a t i o ns p e e do f2 0 0r m i na n d3 0 。cf o ra b o u t 4 8h t h ee n z y m e sa c t i v i t yr e a c h e d2 31 58u m lu n d e rt h eo p t i m u m i i i 浙江工业大学药学院2 0 1 0 年硕士毕业论文 c o n d i t i o n sa n di tw a s36 8 h i g h e rt h a nt h a tb e f o r et h eo p t i m i z a t i o n f e r m e n t a t i o nr e s u l t sc o u l db ea p p l i e dt ot h ef u r t h e rs t u d ya n di n d u s t r i a l p r o d u c t i o no ft h i se n z y m e s ，a n d t h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f l a r a b i n o s e t h eh p l c e l s dd e t e c t i o nm e t h o do fl a r a b i n o s ew e r ee s t a b l i s h e d a f t e ras e r i e so fe x p e r i m e n t s d i f f e r e n tk i n d so fs u g a rc o u l db es e p a r a t e do n h y p e r s i ln h 2c o l u m nw i t ht h em o b i lp h a s eo fa c e t o n i t r i l e - w a t e r ( 8 0 ：2 0 ) a t af l o wr a t eo f1m l m i n t h ec o n d i t i o no fe v a p o r a t i v el i g h ts c a t t e r i n g d e t e c t o rw e r es e ta sf o l l o w i n g s ：t h et e m p e r a t u r eo fd r i f tt u b ew a s10 0 n i t r o g e ng a sw a su s e d a sc a r r i e rw i t ht h ef l o wr a t eo f2 5l m i n l a r a b i n o s ec o u l db es e p a r a t e df r o mo t h e rs a c c h a r i d e s t h ec o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n to fl i n e a rr e g r e s s i o ne q u a t i o nf o rl - a r a b i n o s ew a s0 9 9 9 3 t h e r e p r o d u c i b i l i t yw a s r s do f2 0 3 t h ea v e r a g er e c o v e r yw a s9 8 7 t h ee n z y m a t i cc o n d i t i o n so fd e g r a d i n gg u mr a b i ci n t ol a r a b i n o s eb y t h ee n z y m e sw e r ea l s os t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m a lt i m e ， t e m p e r a t u r ea n da g i t a t i o nr a t ef o re n z y m a t i cr e a c t i o nw e r e9 0m i n ，5 0 c a n do r m i nr e s p e c t i v e l y t h eo p t i m a ls u b s t r a t ew a so 3 ( w v ) g u ma r a b i c w h i c hp h 4 0 d e t e r m i n a t i o no fl - a r a b i n o s ea f t e rd i g e s t e dw i t ht h eb e s t c o n d i t i o n sb yu s i n gh p l c e l s dm e t h o d ，t h ec o n c e n t r a t i o nw a s5 3 0 6m g l ，a n dt h u sc a l c u l a t e dl a r a b i n o s ey i e l dw a s5 9 8 t h e r e f o r e ，i tw a s e s s e n t i a lt od os o m ef u r t h e rr e s e a r c h e so ne n z y m o l o g i c a lp r o p e r t i e so ft h e e n z y m e s k e yw o r d s ：g u ma r a b i c ，l a r a b i o n s e ，s c r e e n i n g ，f e r m e n t a t i o n c o n d i t i o n s i v 第一章绪论1 1 il 一阿拉伯糖简介1 1 1 1l - n 拉伯糖的理化性质1 1 1 2l 一阿拉伯糖的制备1 1 1 3l 一阿拉伯糖的纯化4 1 1 4l 一阿拉伯糖的功能5 1 i 5l 一阿拉伯糖的主要应用领域6 i 2 阿拉伯胶7 1 2 1 阿拉伯胶的简介7 1 2 2 阿拉伯胶的结构8 1 2 3 阿拉伯胶的性质8 1 2 4 阿拉伯胶的应用9 i 3 降解阿拉伯胶制备l 邛可拉伯糖1 0 1 4 本论文研究的目的、意义及主要研究内容1 l 第二章产阿拉伯胶酶菌株的分离和筛选1 3 2 1 引言1 3 2 2 材料与方法1 3 2 2 1 实验材料1 3 2 2 2 实验方法1 5 2 3 结果与分析1 7 2 3 1 产阿拉伯胶降解酶菌株的富集、分离与筛选1 7 2 3 2 菌种纯化1 8 2 3 3 菌种鉴定1 8 2 4 小结2 0 第三章产阿拉伯胶降解酶菌株的诱变与选育2 2 3 1 前言2 2 3 2 材料与方法2 2 3 2 1 实验材料2 2 一一一 浙江工业大学药学院2 0 1 0 年硕七毕业论文 3 2 2 实验方法2 3 3 3 结果与分析2 3 3 3 1 紫外诱变2 3 3 3 2 突变菌株传代稳定性试验2 5 3 4 小结2 6 第四章产阿拉伯胶降解酶菌株b y b - 2 0 9 1 5 0 5 f 产酶发酵工艺的研究2 7 4 1 前言2 7 4 2 材料与方法2 7 4 2 1 实验材料2 7 4 2 2 实验方法2 8 4 3 结果与分析2 9 4 3 1 种子液生长曲线的测定2 9 4 3 2 阿拉伯胶浓度对产酶的影响3 0 4 3 3 复合碳源对产酶的影响3 0 4 3 4 不同氮源对产酶的影响3 1 4 3 5 氮源浓度对产酶的影响3 2 4 3 6 微量元素对产酶的影响3 2 4 3 7 磷酸盐浓度对产酶的影响3 3 4 3 8 培养基正交试验3 4 4 3 9 发酵起始p h 值对产酶的影响3 5 4 3 1 0 接种量对产酶的影响3 5 4 3 1 l 摇瓶装液量对产酶的影响3 6 4 3 1 2 摇床转速对产酶的影响3 7 4 3 1 3 培养温度对产酶的影响3 7 4 3 1 4 产酶发酵过程曲线3 8 4 4 小结3 9 第五章l 一阿拉伯糖分析检测方法的建立4 0 5 1 前言4 0 5 2 材料与方法4 0 5 2 1 实验材料4 0 5 2 2 实验方法4 l 5 3 结果与分析4 2 5 3 1 检测器漂移管温度4 2 5 3 2 氮气流量4 2 i i 浙江工业大学药学院2 0 1 0 年硕士毕业论文 5 3 3 流动相比例4 2 5 3 4l 一阿拉伯糖含量的计算4 4 5 3 5 标准品的检测4 4 5 3 6 精密度实验4 5 5 3 7 重复性实验4 5 5 3 8 加样回收率实验4 5 5 3 9 酶解样品检测4 6 5 4 小结4 6 第六章酶解阿拉伯胶制备阿拉伯糖条件的研究4 8 6 1 引言4 8 6 2 材料与方法4 8 6 2 1 实验材料4 8 6 2 2 实验方法4 8 6 3 结果与分析4 9 6 3 1 酶解最适时间的确定4 9 6 3 2 酶解最适温度的确定5 0 6 3 3 酶解最佳摇瓶转速的确定5 l 6 3 4 酶解底物最适p h 的确定5 1 6 3 5 酶解最适底物浓度的确定5 2 6 3 6 酶解底物专一性研究5 2 6 4 小结5 4 结论与展望5 5 1 结论5 5 2 展望5 6 致谢6 2 附录作者在攻读硕士学位期间发表的论文6 3 i i i 浙江工业大学药学院2 0 1 0 年硕士毕业论文 1 1l 阿拉伯糖简介 第一章绪论 1 1 1l 阿拉伯糖的理化性质 l 阿拉伯糖属于戊醛糖，常以阿拉伯聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯糖基 半乳糖体及类似于高等植物半纤维的形式存在。 高纯度的l 阿拉伯糖为白色晶体，熔点1 5 9 1 6 0 ，相对密度1 6 2 5 ，比旋光 度+ 1 0 4 5 0 + 1 9 0 5 0 ，溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。甜味与蔗糖相近，而甜 度为蔗糖的5 0 。l 阿拉伯糖的结构式如图1 1 。 h 图l 一1l 一阿拉伯糖的结构 f i g 1 - 1t h es t r u c t u r eo f l - a r a b i n o s e 1 1 2l 阿拉伯糖的制备 目前，l 阿拉伯糖主要靠植物提取得到。植物组织大多由纤维素、半纤维素、 木质素等物质组成，其中半纤维素主要由l 邛可拉伯糖和d 木糖构成。另外还有酶 解法、合成法等。 1 1 2 1l 邛可拉伯糖的酸水解提取 传统的l 一阿拉伯糖的酸水解法一般是采用碱提取植物中的半纤维素，然后用 酸水解。如t s c h i e r s c hb 【1 】等早期发明的提取方法是：甜菜提取蔗糖后的滤渣，在 9 5 下先经碱提取3 0m i n ，过滤得阿拉伯聚糖，加酸同温度下水解1h ，中和到中 性，过滤得l 一阿拉伯糖溶液，再经色谱分离，加醇浓缩得晶体。j u h a n ia n t i l a t 2 j 等 先用强碱溶解提取蔗糖后的甜菜浆中的阿拉伯聚糖，调节p h 至中性，过滤后用强 酸水解，中和至中性得l - l ；f f 拉伯糖溶液，过滤后用色谱法分离出l 阿拉伯糖，用 阴阳离子交换树脂和吸附树脂纯化l 邛可拉伯糖溶液，浓缩，结晶得纯净的l 一阿拉 伯糖晶体。s h i g e m i ts uo h s a k i 【3 】等对色谱分离设备进行了改进，使水解后得到的 l 一阿拉伯糖和低聚糖混合溶液得以很好地分离，提高了l 一阿拉伯糖的收率。以上 酸水解制备l 一阿拉伯糖的方法最后都要经过色谱分离，分离难度相对较大。 i a nr o b e r t1 4 j 等的发明避免了使用色谱分离水解后的混合物，其提取l 一阿拉伯 糖的步骤如下：对甜菜渣滓进行碱处理，得到天然的阿拉伯聚糖提取物，通入二 氧化碳沉淀析出不溶性的盐，过滤，超滤除去杂质并浓缩提取物，酸水解纯净的 提取物得到l 一阿拉伯糖溶液，超滤并中和到中性，浓缩结晶得到纯净的l 一阿拉伯 糖晶体。l 一阿拉伯糖溶液可经阴离子交换树脂除去其中的阴离子，也可经聚合型 吸附树脂进行脱色，得到的晶体纯度可达9 7 9 9 。h i z u k u r i 【5 】等发明了选择性 酸水解植物纤维的办法，植物纤维在8 0 - 1 5 0 下，o 0 1 o 5 0m 酸浓度中水解1 0 3 6 0m i n ，得到了较高含量的l 阿拉伯糖，而其它单糖含量相对较少。 传统的方法虽然有了不断的改进，但是还存在着一些问题。首先，某些致癌 物质可能形成，使得不适合作为食品和药物使用；其次，一般要求在1 0 0 或者 更高的温度进行酸处理，这就要求有一种特殊的反应设备；再次，大量的盐会在 酸碱中和时生成，增加了后序分离纯化的工作，花费较大；最后，提取过l 一阿拉 伯糖的废液对环境也造成了影响。 1 1 2 2l 邛可拉伯糖的酶法提取 酶、微生物的引进使得l 一阿拉伯糖的提取得到了进一步拓展。h i r o m it a n a k a l 6 等用酶直接水解含有阿拉伯聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯糖基半乳糖体的物 质，反应完全后取悬浮液上层得至i j l - 阿拉伯糖，用色谱分离法纯化l 一阿拉伯糖。 酶可选择曲霉属霉菌的酶，其中黑曲霉菌的酶最佳。日本尤尼契卡公司开发成功 一种制备l - i i 可拉伯糖降解酶的工艺。在该新工艺中，控制温度在4 0 8 0 ，使变 性沉积物与水和酶相混合反应3 2 4h ，过滤，经活性炭和离子交换树脂纯化后蒸 发浓缩，制成l 一阿拉伯糖晶体。 比起酸水解，酶水解具有选择性强、后序处理相对简单、不影响目标产物的 产量、反应条件温和等优点。含l 一阿拉伯糖的植物组织水解后的初产物一般都含 有多种糖，对分离纯化技术要求高，一般采用阳离子交换树脂、硅藻土混合的离 子交换树脂、阴离子交换树脂、强酸性阳离子交换树脂、沸石分子筛、以磷酸二 氢钠浸渍过的胺基丙基键合的硅胶制成的高效薄层色谱板等分离提纯，操作复杂 2 浙江工业大学药学院2 0 1 0 年硕士毕业论文 且收效小，提取得到的l 邮可拉伯糖的产率很低，工业化难度大。 1 1 2 3l 阿拉伯糖的化学合成 k w a ns o ok i m 明等借用3 ，4 二氢h 吡喃对外消旋合成碳氢化合物进行了研 究，用3 ，4 一二氢h 吡喃经硒的羟基化反应合成了l 邛可拉伯糖和d 阿拉伯糖，反应 原理如图1 2 。 o o 秘 。o r 图l - 2 羟基化反应合成l 阿拉伯糖 f i g 1 - 2s y n t h e t i cl - a r a b i n o s eb yh y d r o x y l a t i o n 该方法借助合适的手性醇可用于合成各种单糖和二糖，但所用原料较贵、步 骤多。 z a k a r i aa h m e d l 8 l 等用便宜的核糖醇经两步反应制得l 一阿拉伯糖。先将核糖醇 氧化为l 一核酮糖，再借助l 一阿拉伯糖异构酶，使l 一核酮糖转化为l 一阿拉伯糖，不 需经色谱柱即可结晶得到l 一阿拉伯糖，反应过程如图1 - 3 。 c h j 。雌 砖itoho呻h 牛鞫 触! 錾舯 强o c a , o n 糍麓薛 。孵控能麓肄恂融h o 于_ t o o 时 罱芦篇= 兰h o 寸h 1 4 0 十h c a , o ho 砷h b 辕酎塘b 阿垃伯綮 图1 3 核糖醇法合成l 5 可拉伯糖 f i g 1 - 3s y n t h e s i sl - a r a b i n o s ef r o ml r i b o s ea l c o h o l 徘 徽 德 m 取文匕括 浙江工业大学药学院2 0 1 0 年硕士毕业论文 该过程相对简便且成本低，为生产l 一阿拉伯糖的可行方法。 g u n t e rw u l f f 与a c h i mh a n s e n 9 1 也合成了l 一阿拉伯糖，但同时生成了4 种l 一戊 醛糖，其中l 一阿拉伯糖的含量只有3 2 5 ，且分离困难、原料较贵，过程见图1 - 4 。 呱b c 秘o c l 缮删 b 棱麓 鲐瓤 l 阿缝懒藏 3 2 ， b 术綮 3 2 p 采苏糖 1 0 。， 图1 - 4 合成法制备l - n 拉伯糖 f i g 1 - 4s y n t h e t i co fl - a r a b i n o s e 综上所述，l 阿拉伯糖的制备方法有化学合成、酸解法、酶解法。化学合成 步骤多，工艺复杂，原材料昂贵。酸解法对反应设备的要求较高，同时产生的混 合糖成分复杂，进一步加大了后续的分离纯化工艺的难度。酶解法具有选择性强， 后序处理相对简单，反应条件温和等优点。目前，l 邛可拉伯糖主要是通过植物提 取获得，其中酶、微生物选择性分解含l - 5 可拉伯糖的植物组织及微生物选择性吸 收分解后的杂糖，更有利于l - 5 可拉伯糖的工业化生产。单纯的化学合成l 阿拉伯糖 往往步骤多，且原料较贵，生物化学方法的引入使得合成l 阿拉伯糖更有价值。 1 1 3l 阿拉伯糖的纯化 由于含l 阿拉伯糖的植物组织水解后的初产物一般都含有多种糖，对分离纯 化技术要求较高，一般采用阳离子交换树脂、硅藻土混合的离子交换树脂、阴离 子交换树脂、沸石分子筛、以磷酸二氢钠浸渍过的胺基丙基键合的硅胶制成的高 效薄层色谱板等分离提纯，操作复杂且收效小，提取得到的l 阿拉伯糖的产率很 低。冯亚青【l i 】等用两柱法从阿拉伯胶提取l 阿拉伯糖，粗l 邛可拉伯糖的混合物经 过第一色谱柱分离得到纯的鼠李糖与l 邛可拉伯糖和半乳糖的混合物，l 阿拉伯糖 4 浙江工业大学药学院2 0 1 0 年硕士毕业论文 和半乳糖的混合物经过第二个色谱柱分离得到纯度达9 6 - - 9 9 5 的阿拉伯糖。 色谱柱内填充物为硅胶、氧化铝、淀粉或纤维素。另外，利用生化的方法能使得 l 阿拉伯糖的后序分离工作得到丰富和改善。k u s a k a b e 1 2 】等从l 邛可拉伯糖和d 木 糖混合溶液中，用酵母选择性吸收d 木糖，从而得到l 邛可拉伯糖的纯净溶液。 m o r i m o t o 1 3 1 等用微生物吸收水解其它杂单糖，从而纯化l 邛可拉伯糖。b i l i k t l 4 1 等则 将阿拉伯糖和木糖的混合溶液与p 硝基苯胺反应，其中阿拉伯糖生成n p 硝基苯 阿糖胺，后水解得到了高纯度阿拉伯糖。 1 1 4l 阿拉伯糖的功能 l 阿拉伯糖有与蔗糖近似的甜味，却不会像蔗糖一样服用后会引起人体内血 糖浓度的增加。而蔗糖是通过存在于小肠黏膜的蔗糖酶分解成葡萄糖和果糖而被 人体吸收的。s e r ik l l5 】等通过实验证明，l 邛可拉伯糖可选择性的对肠道内蔗糖酶的 活性起非竞争性抑制作用。这可以使得试验小鼠的肠道对蔗糖的吸收明显减少， 小鼠血糖浓度也随之降低。而d 邛可拉伯糖和阿拉伯树胶二糖( a r a b i n o b i o s e ) 并无抑制 蔗糖酶的功效。s a n a ikb 6 使用1 4 c 标记的蔗糖进行试验，实验表明服用l 阿拉伯糖 的小鼠呼出的1 4 c 0 2 明显减少，并且在该类小鼠盲肠中发现了大量的未消化的1 4 c 标记的蔗糖，从而进一步证实了l 阿拉伯糖对蔗糖吸收的抑制作用。 除了能抑制蔗糖吸收外，使用l 邛可拉伯糖还可起到减肥的效果。在给小鼠连 续1 0 天服用的蔗糖0 3 0g 中添j j l l o - - - l gl 阿拉伯糖时，小鼠肝内脂肪生成酶的活 性与三酰甘油的含量都有了显著地降低。与此同时，小鼠表皮脂肪组织的重量下 降，并且血浆中的三酰甘油的含量和胰岛素的含量也发生了显著地下降1 1 7 j 。 h i z u k u r is 【1 8 】用进一步试验研究了l 5 可拉伯糖预防肥胖的原理，i i 】l 阿拉伯糖非竞 争性抑制了存在于小肠粘膜的微绒毛表面的麦芽糖酶等二糖分解酶，引起食用的 碳水化合物分解为葡萄糖或果糖的速度减缓，吸收减少，从而抑制了进食后血糖 值的急剧上升，并维持饱腹感，抑制食欲，达到减肥效果。 s e k i m ea 【1 9 】在年龄为8 ：蛩j 2 4 周的受到遗传性糖尿病困扰的o t s u k al o n g e v a n s t o k u s h i m a f a t t y 大鼠的饮食中，分别添加了1 5 的l 阿拉伯糖和2 0 的蔗糖。实 验中发现，大鼠在服用l 邛可拉伯糖后其i 型肌肉纤维的总量得到了增加而i i 型肌 肉纤维的总量大大减少。同时，肌肉内三酰甘油酯的含量和脂肪细胞大小都因为 服用了l - 5 可拉伯糖而减少。服用了l 邛可拉伯糖后大鼠的糖尿病症状明显得到了改 5 浙江工业大学药学院2 0 1 0 年硕士毕业论文 善。 上述研究同时也表明，与单纯摄取蔗糖情况相比较而言，如果在日常饮食的 蔗糖中添加3 左右的l 阿拉伯糖，就可以抑制约6 0 的蔗糖的吸收，从而可以达 到降低血糖、预防肥胖、改善糖尿病症状等多重功效 1 5 1 7 】。 1 1 5l 阿拉伯糖的主要应用领域 糖是人类生命代谢的主要能量来源。无论是传统的蔗糖，还是新兴的淀粉糖， 以及应人类健康需求而开发的糖醇甜味剂，如山梨醇、麦芽糖醇等，其单糖均为 葡萄糖、果糖或其衍生糖醇。由于它们的化学结构中都含有6 个碳原子，俗称六 碳糖。六碳糖热量高，并易引起糖尿病、心血管等疾患，在西方社会被认为是一 种“白色毒品”。 l 邛可拉伯糖属于五碳醛糖，是一种没有热量的天然合成的甜料，能抑制因摄 入蔗糖而导致的血糖升高，因此可以用于抑制肥胖、预防并治疗与高血糖相关的 疾病。l 阿拉伯糖还可以用作医药中间体、用于生化领域中细菌培养基的制备以 及香料合成等。 l 邛可拉伯糖作为一种低热量的甜味剂，已被美国食品药品监督局和日本厚生 省批准列入健康食品添加剂。美国医疗协会将其列入用做抗肥胖剂的营养补充剂 或非处方药，在日本厚生省的特定保健用食品清单中，l 邛可拉伯糖也被列入用于 调节血糖的专用特殊保健食品添加剂。 1 1 5 1l 邛可拉伯糖作为食品添加剂 l 阿拉伯糖作为一种健康食品添加剂，已被大量用于食品加工业中。t a n a k a 2 0 等报道了含有l 阿拉伯糖的酶处理物、减肥食品、糖尿病食品、水果汁、蔬菜汁 等的制造方法。食品的制造方法如下：选择含有阿拉伯聚糖、阿拉伯木聚糖或阿拉 伯半乳聚糖的天然物，用阿拉伯聚糖、阿拉伯木聚糖或阿拉伯半乳聚糖分解酶来 处理，即可生成含有l 阿拉伯糖和食物纤维的酶处理物，再将酶处理物混合到食 品中。果汁和蔬菜汁的制造方法如下：用酶来处理含有阿拉伯聚糖、阿拉伯木聚糖、 阿拉伯半乳聚糖的水果或蔬菜的榨汁残渣，然后将含有l 邛可拉伯糖的成分加入到 汁中。 1 1 5 2l 邛可拉伯糖作为医药中间体 l 阿拉伯糖可用于合成核昔类似物等抗病毒药物，如治疗白血病、癌症等的 6 浙江- t 业大学药学院2 0 1 0 年硕十毕业论文 化疗药物等。可以以l 阿拉伯糖为原料，合成2 脱氧一2 氟一5 一甲基- b l 一阿拉伯呋 喃糖基尿嘧啶( l f m a u ) ，l f m a u 是一种有效的抗乙肝病毒( h b v ) 和抗 e p s t e i n b a 玎病毒活性试剂【2 。据悉，目前全球共有5 种进入3 期临床试验的抗乙肝 新药，其中有2 种采用l 邛可拉伯糖为原料。它们分别是韩i 雪b u k w a n g 公司研制的新 药c l e v u d i n e ( l f m a u ，嘧啶核苷酸类似物) 和美国i d e n i x 帝s j 药公司开发的新药 t e l b i v u d i n e ( l 核苷类似物的一种) 。 l 核糖是重要的医药中间体，主要用于合成抗艾滋病、抗病毒、抗癌药物等。 而l 邛可拉伯糖作为一种重要的合成原料，在各种催化剂作用下，可有效合成l 核糖 f 2 2 】。j u m p a n e n 2 3 1 等以l 邛可拉伯糖为原料，以m 0 0 3 为催化剂，在9 5 下搅拌反应3 h 后反应液经高效液相色谱分析，l 核糖含量为1 9 1 ，反应转化率为6 1 o 。 1 1 5 3l 阿拉伯糖在其他领域中的应用 除此之外，l 邛可拉伯糖还广泛应用于其他领域。最近研究发现，l 阿拉伯糖的 反应型香精能产生柔和、丰富的香气风味。目前不少国外香精公司在尝试用l - 5 可 拉伯糖生产反应型香精。d a n i s c o 公司已有l 邛可拉伯糖c t 9 8 和l 阿拉伯糖糖浆两 种产品作为反应型香精的生产原料供应国际市场。 伦德斯博鲁夫【2 4 】等通过遗传工程的方法来改造真菌微生物以利用l 阿拉伯 糖，该方法鉴定了l 阿拉伯糖途径的未知基因，即l 阿拉伯糖醇4 。脱氢酶和l 木酮 糖还原酶的基因。f u j i i l 2 5 】等报道了一种糖尿病治疗药物，含有l 邛可拉伯糖和蔗糖。 除了制药，l 邛可拉伯糖还可用于制备适合糖尿病人食用的食品、饮料。 1 2 阿拉伯胶 1 2 i 阿拉伯胶的简介 阿拉伯胶是最为广泛应用的树胶，也是最古老的商品之一。早在四千年以前 古埃及人就已开始使用阿拉伯胶在他们的香料中，阿拉伯胶的名称也来源于因为 最早的贸易起源于阿拉伯世界。 在植物分类学上，阿拉伯树胶是来源于豆科( l e g u m i n o s a e ) 的金合欢树属 ( a c a c i a ) 的树干渗出物，经空气干燥后形成泪滴状大小不同的胶块。迄今为止发 现的金合欢树种类已达1 1 0 0 种之多，大多遍布于非洲、大洋洲及南美洲等热带及 亚热带地区：仅在澳洲就发现有7 2 9 种以上的金合欢树 2 6 j 。 7 浙江工业大学药学院2 0 1 0 年硕士毕业论文 金合欢属细分为6 大系列，1 5 个亚系列。大多数金合欢树种都能在特定条件下 分泌一定量的树胶，但商品化的阿拉伯胶则主要来源于非洲的金合欢树种。国际 上，将应用于食品及制药工业的阿拉伯胶的来源定义为“来源于豆科金合欢属的阿 拉伯胶树( a c a c i as e n e g a l 亿夕w i l l d ) 或与其接近树种的树干渗出的干固的胶状 物”。由此可知，阿拉伯胶实际上是这类a c a c i a 树胶的通称，因此也称为a c a c i ag u m 。 1 2 2 阿拉伯胶的结构 阿拉伯胶研究主要是以来源于阿拉伯胶树( a c a c i as e n e g a l ) 上分泌的胶体为 对象。实际上阿拉伯胶是一种含有钙、镁、钾等多种阳离子的弱酸性大分子多糖， 分子量大约为5 0 1 0 0 万，具有以阿拉伯半乳聚糖为主的，多支链的复杂分子结构。 用酸水解阿拉伯胶可获得d 半乳糖、l 邛可拉伯糖、l 鼠李糖和d 葡萄糖醛酸； 但从不同品种金合欢树获得的阿拉伯胶，单糖比例及理化指标都会有些差异【2 7 1 。 同一树种在不同的地理环境中所分泌的阿拉伯胶，甚至在同一树木不同的树干上 采集的阿拉伯胶，在某些理化指标上也会有微小的差别。 由于阿拉伯胶是多支链的结构，也没有发现在结构上有特殊的位点能与其它 物质形成刚性空间结构，因此阿拉伯胶大分子只有增稠作用；由于其支链众多， 同样的分子量在空间所占据的水化体积比较少，由此决定了阿拉伯胶的粘度比相 同分子量水平的其它线性大分子为低。 研究还表明阿拉伯胶结构的中央是p 1 3 键相连的半乳聚糖，l 鼠李糖主要分 布在结构的外表，鼠李糖的碳六位上是c h 3 而不是c o h 3 ，因此有非常良好的亲油 性。此外在结构上还连有2 左右的蛋白质，尽管这些蛋白物质与多糖在结构上的 连接位置仍不十分明确，但是在氨基酸的成分中，经脯氨酸的占有相当的比例口6 】。 1 2 3 阿拉伯胶的性质 天然阿拉伯胶块多为大小不一的泪珠状，略透明的琥珀色；精制胶粉则为白 色；无味可食。阿拉伯胶干粉非常稳定和可以长久储存。 ( 1 ) 溶解度：阿拉伯胶具有高度的水中溶解性及较低的溶液粘度，能很容易 地溶于冷热水，可配制成5 0 浓度的水溶液而仍具有流动性，这是其它亲水胶体 所不具备的特点之一。但不溶于乙醇等有机溶剂。 ( 2 ) 酸稳定性：因为阿拉伯胶结构上带有酸性基团，溶液的自然p h 值也呈弱 酸性，一般在浓度p h 4 5 ( 2 5 浓度) 。溶液的最大粘度约在p h 5 - 5 5 附近，但在p h 8 浙江工业大学药学院2 0 1 0 年硕士毕业论文 值在4 8 范围内变化对其阿拉伯胶性状影响不大，具有酸环境较稳定的特性。当p h 值低于3 时，结构上酸基的离子状态趋于减少，从而使得溶解度下降，粘度下降。 ( 3 ) 乳化稳定性：由于阿拉伯胶结构上带有部分蛋白物质及结构外表的鼠李 糖，使得阿拉伯胶有非常良好的亲水亲油性，是非常好的天然水包油型乳化稳定 剂。但不同来源树种的阿拉伯胶其乳化稳定效果有差别：一般规律，鼠李糖含量 高，含氮量高的胶体，其乳化稳定性能更好些。 ( 4 ) 热稳定性：一般性加热胶溶液不会引起胶得性质改变，但长时间高温加 热会使得胶体分子降解导致乳化性能下降。 1 2 4 阿拉伯胶的应用 阿拉伯胶