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    鹿蹄橐吾多糖LW21的分離純化及其結(jié)構(gòu)分析

    2012-06-01 10:42:34劉春蘭徐桂云阿西娜
    食品科學(xué) 2012年11期
    關(guān)鍵詞:糖苷鍵分枝水溶性

    劉春蘭,杜 寧,徐桂云,黃 瀟,阿西娜

    (1.中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,北京 100081;2.中國科學(xué)院化學(xué)研究所, 北京 100080)

    鹿蹄橐吾多糖LW21的分離純化及其結(jié)構(gòu)分析

    劉春蘭1,杜 寧1,徐桂云2,黃 瀟1,阿西娜1

    (1.中央民族大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,北京 100081;2.中國科學(xué)院化學(xué)研究所, 北京 100080)

    目的:確定鹿蹄橐吾多糖LW21的結(jié)構(gòu),為探討鹿蹄橐吾多糖的藥理活性,合理利用鹿蹄橐吾這種植物資源提供依據(jù)。方法:水提取醇沉獲得鹿蹄橐吾水溶性粗多糖LW,經(jīng)酸性乙醇分級(jí)和DEAE-SephdexA-25純化得多糖LW21。紙層析、醋酸纖維薄膜電泳和Sepharose CL-4B柱層析進(jìn)行純度鑒定,LW21結(jié)構(gòu)分析采用高碘酸氧化、Smith降解、甲基化分析及IR、NMR、GC和GC-MS等方法。結(jié)果表明:LW21為均一多糖,相對(duì)分子質(zhì)量約為1.1×106。其單糖組成為鼠李糖(Rha)、阿拉伯糖(Ara)、甘露糖(Man)、葡萄糖(Glc)、半乳糖(Gal),物質(zhì)的量比為7.4:11.9:25.7:40.0:14.9。多糖LW21為有分枝結(jié)構(gòu),主鏈由Glc和Man構(gòu)成,其中其中Man主要以β(1→2)和β(1→6)糖苷鍵連接,β(1→2)糖苷鍵在3-O處和6-O處有分枝,β(1→6)糖苷鍵在2-O和4-O處有分枝,Glc也主要以β(1→2)及β(1→6)糖苷鍵連接,β(1→2)糖苷鍵在6-O處有分枝,β(1→6)糖苷鍵連接,在2-O處有分枝。分子支鏈由Ara、Rha、Gal構(gòu)成。末端殘基為Gal、Ara、Rha、Glc。結(jié)論:鹿蹄橐吾多糖LW21是一新結(jié)構(gòu)多糖,為首次從鹿蹄橐吾中分離得到。

    鹿蹄橐吾;多糖;甲基化分析;結(jié)構(gòu)分析

    橐吾屬 (Ligularia Cass.)為菊科(Compositae)千里光族,全屬約有130種。該屬藥用植物較多,許多種類的根及根莖作為藏藥、維藥和民間草藥使用,有很長的藥用歷史[1]。鹿蹄橐吾,別名滇紫菀,是菊科植物鹿蹄橐吾(Ligularia hodgsonii)的干燥全草,分布于我國四川東部、湖北、湖南等省。其根及根莖收入云南省藥品標(biāo)準(zhǔn),藥理研究表明醇溶物中具有祛痰鎮(zhèn)咳、殺菌消炎和抗腫瘤的活性[2-3]。鹿蹄橐吾的化學(xué)成分包括倍半萜類、生物堿、多羥基類小分子等[4]。劉春蘭等[5]對(duì)大黃橐吾水溶性多糖進(jìn)行了研究,證明其具有清除自由基的功能。目前國內(nèi)外對(duì)鹿蹄橐吾多糖結(jié)構(gòu)的研究還未見報(bào)道。多糖的多種生物活性與它的化學(xué)結(jié)構(gòu)密切相關(guān),活性多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)是其生物活性的基礎(chǔ)。因此本文選用鹿蹄橐吾為原料,對(duì)鹿蹄橐吾水溶性多糖提取、分離純化并測(cè)定其結(jié)構(gòu),為進(jìn)一步探討鹿蹄橐吾多糖的藥理活性,合理利用鹿蹄橐吾資源提供依據(jù)。

    1 材料與方法

    1.1 材料與試劑

    鹿蹄橐吾(Ligularia hodgsonii)全草,采自四川阿壩,由中國科學(xué)院植物研究所陳藝林研究員鑒定。

    NaBH4美國Sigma-Aldrich公司;DEAE-SephdexA-25、Sephrose CL-4B 瑞典Pharmacia公司;乙醇、乙醚、乙酸乙酯、醋酸、苯酚、高碘酸、碘甲烷、二甲基亞砜等均為分析純。

    1.2 儀器與設(shè)備

    DB-5MS石英毛細(xì)管(30m×0.25mm,0.25μm) 美國GE公司;FC-95A餾分自助收集器 上海青浦滬西儀器廠;8002型電熱恒溫水浴鍋 天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司;LD4-8型離心機(jī) 北京醫(yī)用離心機(jī);Qp2010A型氣相色譜質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用儀、Specord型紅外光譜儀日本島津公司;AVANCE400型超導(dǎo)核磁共振波譜儀 瑞士Bruker公司。

    1.3 方法

    1.3.1 鹿蹄橐吾粗多糖LW的提取[6]

    稱取5g干燥的鹿蹄橐吾,加入體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇回流脫脂后,按料液比1:12(m/V)在85℃水浴提取3h,再加入4倍體積的95%乙醇沉淀,靜置過夜,3000r/min離心10min,回收上清乙醇,沉淀用無水乙醇、乙醚洗滌后真空干燥后得粗品鹿蹄橐吾多糖LW。

    1.3.2 鹿蹄橐吾純化多糖LW21制備

    將粗多糖LW配成2g/100mL溶液,采用鏈酶蛋白酶與Sevag法聯(lián)合脫蛋白[7-8]。用pH2.5的酸性乙醇分級(jí)得LW2。LW2經(jīng)DEAE-Sephdex A-25(2.5cm×90cm)柱層析,用0.5mol/L NaCl溶液洗脫,流速0.75mL/min,每支試管接洗脫液2mL,苯酚-硫酸法顯色。根據(jù)苯酚-硫酸法檢測(cè)的結(jié)果合并收集相同峰位的組分,流水透析24h,去離子水透析24h,減壓濃縮至適當(dāng)體積,加入4倍體積的95%乙醇沉淀,常規(guī)干燥制備得多糖LW21。

    1.3.3 多糖LW21純度鑒定

    1.3.3.1 紙層析法[9-10]

    用新華1號(hào)中速濾紙(15cm×40cm)進(jìn)行層析,溶劑系統(tǒng)為乙酸乙酯-醋酸-水(體積比為4:1:1),苯胺-鄰苯二甲酸試劑顯色。

    1.3.3.2 醋酸纖維薄膜電泳法

    采用 0.025mol/L硼酸鹽為電極緩沖液(pH12.5),電壓250V,電泳時(shí)間30min,用0.5%甲苯胺藍(lán)乙醇溶液染色。

    1.3.3.3 柱層析法[10]

    取5mg多糖配成10mg/L溶液,取0.5mL Sephrose CL-4B(1.5cm×90cm)柱層析上樣,0.1mol/L NaCl溶液洗脫,流速0.45mL/min,每管收集2mL,根據(jù)苯酚-硫酸法測(cè)定多糖,繪制層析圖譜,觀察結(jié)果。

    1.3.4 鹿蹄橐吾水溶性多糖LW21的相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定

    用0.5mL水溶解5mg標(biāo)準(zhǔn)葡聚糖上樣,以Sepharose CL-4B(90cm×1.5cm)層析,0.1mol/L NaCl洗脫,流速為0.22mL/min,苯酚-硫酸法測(cè)多糖分布,用標(biāo)準(zhǔn)葡聚糖已知相對(duì)分子質(zhì)量的(MW分別為1.0×107、5.0×106、2.0×106、7.0×105、1.0×104)相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)數(shù)值為縱坐標(biāo),以洗脫體積(Ve)為橫坐標(biāo),繪制lgMw-Ve標(biāo)準(zhǔn)曲線[11-12]。

    同樣條件下測(cè)定LW21的洗脫體積,與標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)照,求出相對(duì)分子質(zhì)量。

    1.3.5 單糖組成分析

    取2mol/L H2SO4完全水解后進(jìn)行紙層析[13]。

    取1mg粗多糖,溶解于3mL三氟乙酸水溶液(2mol/L)中,120℃保溫1h,氮?dú)獬ト宜崴芤?。加入硼氫化鈉50mg氮?dú)饬鞅Wo(hù)酸水解,加吡啶4mL,90℃水浴10min,加4mL乙酸酐90℃水浴20min,乙?;蠘樱筮M(jìn)行GC分析[14-15]。

    GC條件:OV-210毛細(xì)管柱(30m×0.32mm,0.25μm);柱溫100℃升高到250℃,程序升溫5℃/min;載氣為氫氣;流速為1.5mL/s;檢測(cè)器:FID。

    1.3.6 LW21的結(jié)構(gòu)分析

    1.3.6.1 紅外光譜(IR)分析與核磁共振譜分析

    取1mg多糖LW21與10mg KBr研磨混合后壓片,紅外光譜儀在500~4000cm-1掃描[16]進(jìn)行IR分析。稱取10mg多糖LW21,溶于重水(D2O),進(jìn)行核磁共振波譜分析[17]。

    1.3.6.2 高碘酸氧化與Smith降解分析

    準(zhǔn)確稱取50mg樣品按文獻(xiàn)[19-20]進(jìn)行高碘酸氧化、Smith降解,透析。透析后對(duì)袋內(nèi)外產(chǎn)物GC分析。GC條件同1.3.5節(jié)。

    1.3.6.3 LW21的甲基化糖制備

    取6mg LW21,用二甲基亞砜、固體氫氧化鈉粉、碘甲烷按文獻(xiàn)[17]進(jìn)行甲基化,IR檢測(cè)確證甲基化完全后,將甲基化產(chǎn)物用4mol/L三氟乙酸,100℃水解4h,氮?dú)獯蹈?,?jīng)乙?;瞥梢阴;苌颷21-23],GC-MS定性和定量分析。

    GC條件:柱室初始溫度120℃,以5℃/min升至250℃,保持10min,檢測(cè)器和進(jìn)樣器均為250℃。載氣為氦氣,線速41cm/s。

    MS分析條件:EI源,離子源溫度250℃,離子化電勢(shì)70eV。

    樣品用二氯甲烷溶解直接進(jìn)樣。根據(jù)色譜的各峰面積計(jì)算各種連接方式的物質(zhì)的量比,根據(jù)各峰的保留時(shí)間和質(zhì)譜碎片峰,確定其連接方式。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 鹿蹄橐吾水溶性多糖的提取及分離純化

    鹿蹄橐吾經(jīng)水提醇沉后得粗多糖LW,提取率為4.78%。LW為灰白粉末狀固體,溶于水,不溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑。粗多糖經(jīng)分離純化得多糖LW21。LW21為淺棕色粉末狀,易溶于水,不溶于丙酮、乙醇等有機(jī)溶劑。

    2.2 鹿蹄橐吾水溶性多糖LW21的純度鑒定

    LW21經(jīng)Sephrose CL-4B柱層析,苯酚-硫酸法檢測(cè)得單一對(duì)稱峰(圖1),醋酸纖維薄膜電泳呈單一譜帶(圖2),紙層析呈單一斑點(diǎn)。說明LW21為相對(duì)分子質(zhì)量及極性均一的純化多糖[18]。用凝膠洗脫法與標(biāo)準(zhǔn)葡聚糖對(duì)照測(cè)LW21的相對(duì)分子質(zhì)量約為1.1×106。

    圖1 多糖LW21的Sepharose CL-4B柱層析譜圖Fig.1 Chromatogram of LW21 on Sepharose CL-4B

    圖2 多糖LW21的醋酸纖維薄膜電泳譜帶Fig.2 Cellulous acetate electrophoresis of LW21

    2.3 鹿蹄橐吾水溶性多糖LW21的組成分析

    LW21經(jīng)紙層析和氣相色譜GC分析結(jié)果見圖3。經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)譜圖(譜圖略)比較,結(jié)果表明,其單糖組成為:鼠李糖(Rha)、阿拉伯糖(Ara)、甘露糖(Man)、葡萄糖(Glc)、半乳糖(Gal),物質(zhì)的量比為7.4: 11.9: 25.7: 40.0: 14.9。LW21是由5種單糖殘基組成的雜多糖。

    圖3 多糖LW21的GC譜圖Fig.3 GC chromatogram of LW21

    2.4 鹿蹄橐吾水溶性多糖LW21的結(jié)構(gòu)分析

    2.4.1 鹿蹄橐吾水溶性多糖LW21的IR、NMR分析

    圖4 多糖LW21的紅外譜圖Fig.4 IR spectrum of LW21

    由圖4可知,在3417、2941、1100cm-1附近處出現(xiàn)多糖的特征吸收峰,1000cm-1附近有3個(gè)吸收峰,說明LW21可能含有吡喃環(huán)和呋喃環(huán)。890cm-1處的吸收峰說明多糖LW21有β型糖苷鍵。810cm-1處的吸收峰說明多糖LW21也有α型糖苷鍵[10,15-16]。

    圖5 LW21甲基化產(chǎn)物GC譜圖Fig.5 GC-MS of Chromatogram of LW21

    多糖LW21以AVANCE400型核磁共振譜分析儀測(cè)定1H NMR,由圖5可知,在1H NMR譜中δ4.8~5.5范圍有5個(gè)C1上質(zhì)子的信號(hào),化學(xué)位移δ值大于5.0的有1個(gè),小于5.0的有5個(gè),說明多糖LW21中存在α型和β型兩種[19],與紅外分析結(jié)果相符。

    2.4.2 高碘酸氧化和Smith降解

    LW21進(jìn)行高碘酸氧化,經(jīng)紫外光譜在223nm檢測(cè)反應(yīng)完全后,測(cè)得每摩爾己糖消耗0.99mol IO4-,大于釋放甲酸量(0.40mol)的2倍,表明其除1→末端及1→6糖基外,尚有可被高碘酸氧化但不產(chǎn)生甲酸的1→2或1→4糖基,即可氧化糖基占70.30%,不可氧化糖基占29.70%[20]。

    LW21經(jīng)Smith降解,對(duì)蒸餾水透析。袋內(nèi)、袋外產(chǎn)物進(jìn)行GC分析,結(jié)果如表1所示。

    表1 Smith降解結(jié)果分析Table 1 Smith degradation analysis

    由表1可知,袋內(nèi)上清和沉淀部分均檢出Gal和Man,袋外部分檢出赤蘚糖(Ery)和甘油(Gly)。根據(jù)高碘酸選擇性氧化的規(guī)則,說明多糖LW21中Gal和Man有不被高碘酸氧化的鍵型。袋外檢出赤蘚醇、甘油,說明多糖LW21中存在1→4、1→4,6、1→末端、1→2、1→6、1→2,6鍵型。

    2.5 LW21的甲基化及其產(chǎn)物分析

    為確定糖苷鍵的位置,對(duì)甲基化的多糖LW21經(jīng)水解、還原、乙酰化后的產(chǎn)物作氣相色譜-質(zhì)譜分析[21],結(jié)果列于表2。

    根據(jù)其衍生物的氣相色譜相對(duì)保留值和每個(gè)組分的質(zhì)譜圖可分析各組碎片峰,可確定甲基、乙酰基在衍生物分子上的位置,從而可確認(rèn)多糖中單糖組成和糖苷鍵連接位置[22]。

    由表1中LW21甲基化產(chǎn)物GC-MS分析可知,LW21單糖組成為Rha、Ara、Man、Glc、Gal,與PC和GC分析結(jié)果一致。含有β(1→2)糖苷鍵的Man的物質(zhì)的量比為15.0,在多糖LW21中所占比例最大,構(gòu)成多糖LW21的主鏈之一,且在3位和6位上有分支,由物質(zhì)的量比可計(jì)算出平均每15個(gè)糖殘基有7個(gè)分枝。含有β(1→6)糖苷鍵的Man的物質(zhì)的量比為14.0,也構(gòu)成主鏈,且在2位和4位上有分枝,由物質(zhì)的量比可計(jì)算出平均每2個(gè)糖殘基有1個(gè)分枝。含有β(1→2)糖苷鍵的Glc的物質(zhì)的量比為12.0,在多糖LW21中所占比例較大,構(gòu)成多糖LW21的主鏈之一,且在6位上有分支,由物質(zhì)的量比可計(jì)算出平均每3個(gè)糖殘基有2個(gè)分枝。含有β(1→6)糖苷鍵的Glc的物質(zhì)的量比為7.0,也構(gòu)成多糖LW21的主鏈之一,且在2位上有分枝,由物質(zhì)的量比可計(jì)算出平均每11個(gè)糖殘基有4個(gè)分枝。支鏈由Ara、Rha、Gal構(gòu)成,其中Ara以1→2,1→4或1→5連接,Rha以1→2,1→5連接,Gal以1→6,1→2,3或1→4, 6連接,與高碘酸氧化Smith降解時(shí)在袋內(nèi)未檢出Rha、Ara、Man,袋內(nèi)檢出Gal的分析結(jié)果一致。Gal、Ara、Rha、Glc都有一部分構(gòu)成分子的末端殘基[23]。

    表2 LW21甲基化產(chǎn)物的GC-MS分析Table 2 GC-MS analysis of methylated LW21

    3 結(jié) 論

    鹿蹄橐吾經(jīng)提取分離純化得均一多糖LW21,相對(duì)分子質(zhì)量約為1.1×106。經(jīng)高碘酸氧化、Smith降解、甲基化分析、IR分析、NMR波譜分析,結(jié)果均一致。證明LW21的基本結(jié)構(gòu)為Glc和Man構(gòu)成主鏈,其中Man主要以β(1→2)和β(1→6)糖苷鍵連接,β(1→2)糖苷鍵在3-O處和6-O處有分枝,β(1→6)糖苷鍵在2-O和4-O處有分枝;Glc也主要以β(1→2)及β(1→6)糖苷鍵連接,β(1→2)糖苷鍵在6-O處有分枝,β(1→6)糖苷鍵連接在2-O處有分枝。分子支鏈由Ara、Rha、Gal構(gòu)成,其中Ara以1→2、1→4或1→5連接,Rha以1→2、1→5連接,Gal 以1→6、1→2, 3或1→4, 6連接。末端殘基為Gal、Ara、Rha、Glc。LW21是多分支結(jié)構(gòu)復(fù)雜的中性多糖。

    鹿蹄橐吾多糖LW21為首次從四川天然鹿蹄橐吾中分離得到的均一多糖并測(cè)定其一級(jí)結(jié)構(gòu)。對(duì)于此多糖的構(gòu)效關(guān)系還有待于進(jìn)行后續(xù)工作。

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    Isolation, Purification and Structural Analysis of Water-Soluble Polysaccharide LW21from Ligularia hodgsonii

    LIU Chun-lan1,DU Ning1,XU Gui-yun2,HUANG Xiao1,A Xi-na1
    (1. College of Life and Environmental Science, Minzu University of China, Beijing 100081, China;2. Institute of Chemistry Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China)

    Objective: to isaolate, purify and structurally characterize a water-soluble polysaccharide from the whole herbs of Ligularia hodgsonii. Methods: crude polysaccharide named as LW was extracted from Ligularia hodgsonii. A ploysaccharide fraction named as LW21 was obtained after acidic ethanol fractionation and DEAE-Sephadex A-25 gel filtration. The purity of LW21 was identified by paper chromatography, Sepharose CL-4B chromatography and cellulous acetate electrophoresis, and its structure was analyzed by HIO4oxidation, Smith degradation, methylation, IR, NMR, GC and GC-MS. Results: LW21was a homogenous polysaccharide. LW21 was composed of rhamose (Rha), arabinose (Ara), mannose (Man), glucose (Glc) and galactose (Gal) with a molar ratio of 7.4: 11.9: 25.7: 40.0: 14.9. Its average molecular weight was 110 kD. Its main chain was made up of β-(1→2)-linked or β-(1→6)-linked Man, and β-(1→2)-linked orβ-(1→6)-linked Glc residues. The β-(1→2)-linked Man was substituted at 2-O and 4-O; β-(1→6)-linked Man was substituted at 3-O and 6-O; and β-(1→2)-linked Glc was substituted at 6-O; β-(1→6)-linked Gal was substituted at 2-O. The side chain was composed of Rha, Ara and Gal. The non-reduced end was composed of Gal, Ara, Rha and Glc. Conclusion: LW21 is a new polysaccharide isolated from Ligularia hodgsonii for the first time.

    Ligularia hodgsonii;polysaccharide;methylation analysis;structural analysis

    Q629

    A

    1002-6630(2012)11-0057-05

    2011-05-27

    中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(0910KYZY44);“111創(chuàng)新引智計(jì)劃”工程項(xiàng)目(B08044);中央民族大學(xué)“985”工程項(xiàng)目(MUC985-9)

    劉春蘭(1962—),女,教授,碩士,研究方向?yàn)槎嗵腔瘜W(xué)。E-mail:liuchunlan888@yahoo.com.cn

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