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燕麦中β-葡聚糖的化学结构、溶液行为及降血糖作用的机制研究

汪海波

  燕麦β-葡聚糖以其多种生理活性而引起人们的关注,近期研究发现多糖的高级结构、溶液中的聚集行为对其生物活性和药理作用的影响更为重要。本文拟以我国产燕麦为研究对象,在系统研究燕麦β-葡聚糖定量测定方法、分离纯化、理化特性和一级结构的基础上,利用原子力显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、动态激光光散射和圆二色谱等生物大分子和高分子物理的近代最新技术和现代分离、分析手段与药理实验方法,着重探讨和表征了燕麦β-葡聚糖分子的链形态、聚集态结构、溶液行为和三维链构象,较为系统的研究了β-葡聚糖的降血糖作用及其机制,试图揭示多糖的立体构象和溶液中的聚集态结构与其生物活性的关系,探讨可借鉴的思路和方法。主要研究结果如下:1.燕麦β-葡聚糖定量测定方法的研究针对目前β-葡聚糖测定方法的不足之处,对现有荧光分析测定法进行了改进。以荧光增白剂Calcofluor为荧光探针,在荧光光度计上测定β-葡聚糖和Calcoflour配合物的荧光强度。最佳反应条件为:激发波长340nm,发射波长420nm,溶液pH10,避光反应5min。该方法测定的线性范围8.0~46.0μg/mL,r=0.997,RSD=0.59%,平均回收率100.02%(RSD=0.19%),反应介质的pH在7~12范围,盐离子浓度为1%~3%,单糖、淀粉和蛋白质存在对燕麦β-葡聚糖测定均无影响。在此基础上,采用改进的方法,首次测定了我国主要燕麦产区的8个燕麦品种中β-葡聚糖的含量和分布,结果表明,β-葡聚糖在燕麦麸皮中的含量(4.53%~7.98%)远高于燕麦胚乳(0.51%~1.42%),8个燕麦品种中总β-葡聚糖含量范围为2.68%~3.87%,其中水溶性β-葡聚糖占主要部分,仅有少部分是水难溶性β-葡聚糖。2.燕麦β-葡聚糖的分离纯化与一级结构表征以水作提取溶剂,经多次沉淀和多次柱层析分离纯化得到燕麦β-葡聚糖的相对均一级分Oglu-1。通过纸层析、高效液相色谱、紫外光谱、红外光谱、核磁共振氢谱和碳谱分析,证实该多糖为β-D-均聚线型葡聚糖,糖基之间通过β-D-(1→3)和(1→4)糖苷键连接,二者之比为2.1∶1。激光光散射测定多糖的重均相对分子质量为4.49×10~5。3.燕麦p一葡聚糖溶液行为和聚集态结构研究利用动态激光光散射、原子力显微镜、圆二色谱、激光粒度分析、X一射线衍射技术、扫描电镜观察和DSC等现代分析手段较系统的研究了燕麦p一葡聚糖Oglu一1的分子链形态、溶液构象,并首次通过专一性荧光增白剂与p一葡聚糖结合,在激光扫描共聚焦显微镜下直接观察了燕麦p一葡聚糖在溶液中的三维聚集态形貌。结果表明,燕麦p一葡聚糖2个级分oglu一1‘一、Oglu一2的相对分子质量多分散系数分别为1.320和1.678,均方根旋转半径分别为60.5nm和sl.snm,确立了Oglu一1多糖水溶液中的Mark一Houwink方程,表示为:[。]=0.1 6lMwo‘85,可见燕麦葡聚糖在溶液中以半柔顺性线型链存在,随后建立的均方根旋转半径-相对分子质量关系模型也进一步证实了Oglu一1分子在溶液中的形态为半柔顺性线型高分子链。研究表明,溶液的pH、尿素、DMSO、荧光染料、温度等外界环境因素及p一葡聚糖浓度、相对分子质量和多糖的结构均可改变其溶液状态下的分子链构象、非对称性及分子间的聚集行为。原子力显微镜直接观察到了燕麦日一葡聚糖为无支链的线型高分子,并表明荧光染料Calcofluor可促进燕麦多糖分子的聚集。采用X一射线衍射、扫描电镜观察和DSC技术研究了燕麦日一葡聚糖固体的结晶性能和热特性。研究表明,冷冻干燥制备得到的燕麦p一葡聚糖固体中存在结晶区,X一射线衍射测定其结晶度为27%,DSC测定其放热峰的起始温度、峰值温度和终点温度分别为32.5℃、85.8℃和172.5℃。以上结果国内外目前尚未见文献报道。4.燕麦p一葡聚糖流变学性能研究在国内外学者初步研究的基础上,采用动态流变仪测定动态粘度和计算机拟合牛顿幂律曲线方程的方法系统研究了燕麦日一葡聚糖的流体力学性能。结果表明,当燕麦p一葡聚糖的浓度为0.1%、0.3%、0.5%和1%时,对应的流动指数n分别为0.998、0.954、0.917和0.842,说明葡聚糖浓度由低至高变化时,其流动性能具有从理想流体向假塑性流体变化的趋势,且葡聚糖相对分子质量越高、剪切速率越低,则这种变化更为明显。环境因素如,温度、离子强度、pH、硼砂和尿素等也影响p一葡聚糖溶液的流动性能。在研究燕麦葡聚糖流动性能的基础上,还利用物性测定仪进一步研究了高浓度状态下燕麦p一葡聚糖的凝胶特性。结果表明,燕麦旦一葡聚糖凝胶结构的形成受p一葡聚糖浓度和相对分子质量的影响,只有在燕麦卜葡聚糖相对分子质量大于4.49只105、浓度高于5%的条件下时方可形成凝胶结构。尿素、硼砂、盐、pH、DMSo等因素对p一葡聚糖凝胶的质构性能有明显影响。硼砂广低浓度的盐和尿素对凝胶质构有增强作用,而碱性条件和DMSO溶剂则不利于高强度葡聚糖凝胶结构的形成。以上研究结果对燕麦旦一葡聚糖在食品增稠及食品凝胶等领域的应用具有重要意义。5.燕麦p一葡聚糖降血糖效果及其作用机制研究针对目前还缺乏高纯度燕麦p一葡聚糖降糖?……   
[关键词]:燕麦β-葡聚糖;结构表征;溶液行为;聚集态结构;流变学性能;降血糖作用及机制;圆二色谱;原子力显微镜
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:华中农业大学2004年