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我国薏苡仁资源主要品质及薏苡仁活性多糖的研究

吕峰

   本研究采集我国具有代表性区域分布的12个薏苡主产区的13种薏苡仁资源(其分布范围为北纬20°~48°),测定、分析其营养、保健与加工品质:并在此研究的基础上,以我省具有高直链淀粉特性的仙游金沙薏苡仁为原料,较为系统、全面地研究了其重要功能性成分——薏苡仁活性多糖(Coxian)的提取、分离与纯化工艺;探讨了Coxian的理化性质与分子结构特性、功能学特性。主要研究结果如下: (1)我国薏苡仁资源主要品质的研究 薏苡仁资源营养品质研究表明,薏苡仁营养较为齐全,13种薏苡仁营养成分的平均值为:蛋白质15.80%,脂肪5.49%,均高于米、面;碳水化合物63.05%,低于米、面;粗纤维和灰分分别为1.75%与1.68%。薏苡仁的Ca含量丰富,高于米、面;VB_1、VB_2、VB_6、Fe、Zn、Se平均含量与米、面相当。薏苡仁的谷氨酸(Glu)、亮氨酸(Leu)、含硫氨基酸(Met+Cys)平均含量丰富,均高于米、面;但赖氨酸(Lys)含量较低。以氨基酸评分(AAS)为标准,13个样品中,Lys为第一限制性氨基酸,第二限制性氨基酸随产地不同而异,云南产等8个样品为苏氨酸(Thy),四川产等5个样品为异亮氨酸(Ile),贵州产为缬氨酸(Val)。平均必需氨基酸与总氨基酸比值(EAA/TAA)、必需氨基酸与非必需氨基酸比值(EAA/NEA)值分别为35.86%、55.91%,平均必需氨基酸指数(EAAI)值58.91%。与FAO/WHO模式相比,薏苡仁蛋白质具有较好的氨基酸组成,属于较为优质的蛋白质。 保健与加工品质检测结果显示:薏苡仁是优良的药食同源经济作物,其含有丰富的薏苡仁酯、薏苡仁活性多糖(Coxian)、三萜类化合物,其平均值分别为:44.60 mg/g、59.03mg/g、22.83mg/g;薏苡仁属高淀粉质食物,其平均淀粉含量为56.42%,直链淀粉为4.78%。不同产地薏苡仁的保健、加工品质特性与品种、产地密切相关。 该研究填补了我国有关薏苡仁品质研究的不足,并为薏苡仁资源的合理开发利用提供重要的参考价值。 (2)薏苡仁活性多糖浸提动力学研究 采用热水浸提工艺,探讨了浸提温度(T)、料液比(R)、浸提液pH值对浸提过程中Coxian浓度变化影响的规律;通过对影响因素的研究,建立了浸提过程中Coxian饱和浓度C~*和饱和常数K_(sat)的经验溶解扩散模型。 ①在本研究条件下,T、R及浸提液pH值对浸提过程中Coxian饱和浓度C~*和饱和常数K_(sat)的影响极显著(p<0.01)。 ②通过二次通用旋转回归试验程序拟合得到T、R、pH值分别与C~*、K(sat)的回归模型为:C~*×10~3=47.2-1.17R-3.70T+75.38pH+0.054R~2+0.050T~2-6.38pH~2(A_(OD))K_(sat)×10~3=-1.13+5.27R+17.14T+222.4pH-0.027R~2-0.1T~2-12.73pH~2+0.017RT-0.1.7R pH(1/h) 两回归方程失拟不显著,回归显著(p<0.01),可用于预测和控制Coxian在浸提过程中的溶解扩散规律。 (3)薏苡仁活性多糖脱蛋白工艺的优化 酶解法对Coxian脱蛋白的效果较Sevag法、三氯乙酸法的好;采用通用旋转组合试验设计方案,获得Coxian酶法脱蛋白的动力学方程,并优化其工艺参数组合:最佳的酶解温度、酶解液的pH值为0水平,即X_1=45℃;X_2=7.0;木瓜蛋白酶的适宜添加量X_3=5000μ/g:在此条件下,Coxian的蛋白脱除率最高,为80.12%;此外,在酶解脱蛋白基础上,结合一次的Sevag法,即可将Coxian中的杂质蛋白基本脱除。 (4)薏苡仁活性多糖理化性质与分子结构的研究 经Sephadex G-75凝胶色谱分离、纯化的Coixan,为乳白色絮状粉末固体,属水溶性、酸偏中性多糖,pH6.8;Coixan在100℃范围内的耐热稳定性较好;在常规食品加工pH范围内,Coixan的耐酸稳定性比耐碱稳定性好,但强酸碱条件下,则酸性条件对其影响更大。Coixan与硫酸—苯酚反应呈棕褐色,与蒽酮反应呈暗绿色;与I_2-KI、FeCl_3、硫酸一咔唑、斐林试剂、考马斯亮蓝反应均呈阴性。经HPGPC与紫外光谱进行分析,鉴定Coixan为单一级分,且为不含有核酸、蛋白质的纯多糖化合物;确定其分子量为2993D;比旋光度「a」~(20)_D=+155°(0.151,H2O),特性粘度[n]=0.313。 采用XRD、IR、NMR、AFM解析分子结构与形貌。XRD图谱显示,Coxian的分子颗粒属非晶态:IR及~1H-NMR分析数据表明,Coxian为非硫酸的杂聚多糖,分子中含有乙酰氨基;其构成单糖可能包括有α-D-吡喃木糖、α-D-吡喃葡萄糖、β-D-吡喃半乳糖、β-D-吡喃甘露糖、β-L-吡喃阿拉伯糖;Coxian糖苷链中存在β构型糖苷键。AFM的分子形貌图像提示,Coixan分子在溶液中具有良好的分散性能,其分子链在水溶液呈规则圆球状(火焰状)突起的螺旋或线性结构,直径约为40.0nm-50.0nm,高约为0.880nm-1.551nm。 (5)薏苡仁活性多糖的体外抗氧化活性 分别以Coxian纯品和粗品为受试物,进行自由基的清除和抑制脂质过氧化实验。利用Fenton反应体系、邻苯三酚自氧化体系、DPPH·体系与FRAP法分别检测Coxian对·OH、O_2~-·和DPPH·的清除效果与还原能力;以Ferrozine为Fe~(2+)的光度试剂,观察Coxian螯合金属离子的能力。结果表明:Coxian是良好的质子(H·)供体,具有清除多种自由基的性能,同时还具备了一定的金属螯合能力,并且以Coxian纯品对O_2~-·的清除效果最为显著。提示Coxian是一种多效的自由基和金属离子的抑制剂,具有研制开发成抗自由基保健食品的良好前景。 (6)薏苡仁活性多糖抗氧化及免疫调节的动物试验 以ICR清洁级小鼠为研究对象,腹腔注射CCl_4造模。以V_E为阳性对照,给药组(Coxian纯品低、中、高剂量(250mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg)和Coxian粗品低、中、高剂量(250mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg)分别先经灌胃28d进行预防。以全血SOD与GSH-Px活性、GSH浓度、血清T-AOC(总抗氧化能力)反映小鼠抗氧化功能的改变;观察肝脏GOT、GPT活力单位、MDA(丙二醛)含量和肝脏指数变化。结果表明:与模型组相比,Coxian可显著增强小鼠SOD、GSH-Px活性,有效防止CCl_4对肝脏组织的伤害,明显抑制肝细胞GOT、GPT水平与MDA含量的异常上升。其效果均呈现明显的量-效关系,且以Coxian纯品的效果为好。 环磷酰胺建立免疫抑制小鼠模型,以生理盐水为正常对照,采用Coxian纯品对小鼠免疫器官指数、半数溶血值(HC_(50))、抗体生成细胞、腹腔巨噬细胞吞噬指数及淋巴细胞增殖反应的调节效果试验,观察其对免疫系统的影响。结果显示:Coxian能显著抑制免疫功能低下小鼠的脾赃指数和胸腺指数的缩小;增强巨噬细胞吞噬指数及淋巴细胞增殖反应;提高血清HC_(50),纠正免疫功能紊乱现象。 动物试验证明Coxian能显著增强小鼠的抗氧化功能,有效解除CCl_4肝中毒效应,并对免疫抑制模型小鼠有较好的免疫功能恢复作用。其机制可能与Coxian是良好的质子(H·)供体,具有清除多种自由基的性能,并可提高机体的抗氧化酶活性和GSH浓度,对抗脂质过氧化反应有有关。……   
[关键词]:薏苡仁资源;品质;薏苡活性仁多糖;浸提动力学;分子结构特性;抗氧化与免疫调节活性
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:福建农林大学2008年