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鸡枞菌[Termitomyces albuminosus(Berk.)Heim]为野生珍稀食用菌,在我国主要分布于西南和东南地区。该菌富含营养物质和生物活性物质,因此近年来关于其研究日益增多。多糖是鸡枞菌的主要活性成分之一,但目前对鸡枞菌多糖的研究主要集中于水溶性多糖的生理活性,却少见水溶性多糖分子结构以及非水溶性多糖结构和活性的相关报道。几丁质是食用菌非水溶性多糖的重要组成部分。传统甲壳动物几丁质在提取和应用方面存在诸多限制,而食用菌原料易得,提取几丁质条件更为温和,产物性质也更为稳定,因此食用菌几丁质有可能成为甲壳动物几丁质的替代产品。本文以贵州鸡枞菌子实体为研究对象,从中提取水溶性多糖WSP和非水溶性几丁质-葡聚糖复合物CGC,并从WSP中分离中性多糖组分NWSP以及从CGC中分离非水溶性葡聚糖ISP-3,采用多种方法分析四者的结构、性质和生理活性。
本文主要研究内容及结论如下:
1、在单因素实验和响应面法优化提取工艺的基础上,提取并纯化鸡枞菌子实体水溶性多糖WSP,采用气相色谱法、凝胶渗透色谱法、红外光谱法、刚果红实验、扫描电子显微镜等多种方法和仪器分析其结构,同时以还原力、DPPH自由基清除率、羟基自由基清除率和亚铁离子螯合率等为指标,考察WSP的体外抗氧化能力。提取温度、提取时间和液料比等三个因素对水溶性粗多糖得率均影响显著,影响最大的因素为提取温度。水溶性粗多糖的最佳提取条件为提取温度93℃、提取时间3h、液料比31∶1mL/g,该条件下粗多糖得率的理论值为15.21%。以优化条件提取并纯化后得到水溶性多糖WSP,得率为1.32%,其中总糖、水分、灰分、蛋白质含量分别为76.04%、6.69%、2.15%、4.92%。WSP主要由甘露糖、葡萄糖和半乳糖组成,摩尔比为8.72∶24.41∶1。WSP为非均质多糖,其中至少含有三个组分,数均分子量分别为303823、1767和844Da,其中高分子量组分为主要组分,而且WSP分子中可能含有吡喃糖环、β型糖苷键和螺旋结构。同时,在实验测试浓度范围内,WSP具有良好的DPPH自由基和羟基自由基清除能力以及亚铁离子螯合能力,清除率最高分别为73.38%、53.50%、86.07%。
2、将水溶性多糖WSP经离子交换柱层析进行组分分离,在利用琼脂糖凝胶柱层析法和凝胶渗透色谱法进行纯度鉴定的基础上,采用气相色谱法、红外光谱法、甲基化分析、一维和二维核磁共振波谱法、原子力显微镜等多种方法和仪器对均一组分进行结构鉴定,同时考察其体外抗氧化、免疫调节和抗肿瘤活性。WSP分离得到NWSP、ACWSP-1、ACWSP-2、ALWSP等四个组分,但仅有中性多糖组分NWSP为均一组分,并将其用于后续结构鉴定和活性分析。NWSP主要由岩藻糖和半乳糖构成,二者摩尔比为1∶3.09,数均分子量为9636Da,分子结构的重复单元为→2-α-L-Fucp-1→(6-α-D-Galp-1)3→。同时,NWSP分子不是单链结构,而是呈多链盘曲缠绕或连接成环的形态。在实验测试浓度范围内,NWSP具有较强的DPPH自由基清除能力,清除率最高为79.01%。但其还原力、羟基自由基清除能力和亚铁离子螯合能力相对较弱,吸光度或清除率最大值分别为0.55、35.42%、37.64%。同时,在实验测试浓度范围内,NWSP不能促进小鼠脾细胞增殖,因此NWSP可能不具有免疫活性。NWSP对人肝癌细胞Hep3B、结肠癌细胞SW480、乳腺癌细胞MCF-7增殖基本没有抑制作用,抑制率最高分别为10.57%、15.24%、7.40;对慢性髓源白血病细胞K562增殖具有微弱抑制作用,抑制率最高为24.13%。
3、将鸡枞菌子实体水提残渣经脱蛋白、脱盐、脱色处理后,提取具有较高纯度的几丁质-葡聚糖复合物CGC,采用元素分析法、气相色谱法、红外光谱法、X射线衍射光谱法、13C固体核磁共振波谱法、扫描电子显微镜、同步热分析仪等多种方法和仪器分析其结构和性质,同时以抗模拟胃液水解率、抗α-淀粉酶水解率以及益生菌增殖率等指标考察其益生元活性。CGC得率为13.46%,其中水分、蛋白质和灰分含量分别为3.99%、0.11%和1.31%,残余金属元素含量由多到少依次为钠、铁、钙、铝、镁等。CGC中葡聚糖和几丁质摩尔比为1∶1.17,几丁质含量较高,且CGC中氮元素含量为3.34%,由此计算得到几丁质含量为48.43%。CGC与虾壳几丁质在结构上具有相似性,几丁质的特征基团在CGC各相关谱图中均有所显示,几丁质构型为α型,但CGC与海带多糖的相似性不明显。经计算,CGC结晶度指数为64.81%,脱乙酰度为34.60%,二者分别低于和高于虾壳几丁质。CGC降解峰值温度和吸热峰焓变值分别为314.88℃和-55.31J/g,略低于虾壳几丁质,即CGC热稳定性弱于虾壳几丁质。此外,WSP和CGC对胃液和α-淀粉酶均具有一定抗性,但CGC抗性更强,水解度最高时分别仅为1.34%和1.01%。二者对两岐双歧杆菌、植物乳杆菌增殖具有一定促进作用,对粪肠球菌增殖具有显著促进作用,并能促进三种菌代谢产酸,因此二者均具有明显的益生元活性。
4、利用不同浓度的氢氧化钠、乙酸溶液从几丁质-葡聚糖复合物CGC中分离多种非水溶性葡聚糖组分,并采用气相色谱法、红外光谱法、甲基化分析、扫描电子显微镜、同步热分析仪等方法和仪器分析含量最高的组分ISP-3的结构和性质特点。非水溶性葡聚糖组分ISP-3主要由葡萄糖组成,并含有微量甘露糖、半乳糖以及少量未被完全分离的几丁质。该分子可能含有β型糖苷键,并且可能是主链主要由糖基→6-D-Glcp-1→构成,兼有→4-D-Glcp-1→和→4,6-D-Galp-1→,并在半乳糖基(→4,6-D-Galp-1→)处连有→3-D-Manp-1→支链的复杂多糖分子。此外,ISP-3热降解过程的起始温度、峰值温度和结束温度分别为284.18℃、325.93℃和355.75℃。
本文主要研究内容及结论如下:
1、在单因素实验和响应面法优化提取工艺的基础上,提取并纯化鸡枞菌子实体水溶性多糖WSP,采用气相色谱法、凝胶渗透色谱法、红外光谱法、刚果红实验、扫描电子显微镜等多种方法和仪器分析其结构,同时以还原力、DPPH自由基清除率、羟基自由基清除率和亚铁离子螯合率等为指标,考察WSP的体外抗氧化能力。提取温度、提取时间和液料比等三个因素对水溶性粗多糖得率均影响显著,影响最大的因素为提取温度。水溶性粗多糖的最佳提取条件为提取温度93℃、提取时间3h、液料比31∶1mL/g,该条件下粗多糖得率的理论值为15.21%。以优化条件提取并纯化后得到水溶性多糖WSP,得率为1.32%,其中总糖、水分、灰分、蛋白质含量分别为76.04%、6.69%、2.15%、4.92%。WSP主要由甘露糖、葡萄糖和半乳糖组成,摩尔比为8.72∶24.41∶1。WSP为非均质多糖,其中至少含有三个组分,数均分子量分别为303823、1767和844Da,其中高分子量组分为主要组分,而且WSP分子中可能含有吡喃糖环、β型糖苷键和螺旋结构。同时,在实验测试浓度范围内,WSP具有良好的DPPH自由基和羟基自由基清除能力以及亚铁离子螯合能力,清除率最高分别为73.38%、53.50%、86.07%。
2、将水溶性多糖WSP经离子交换柱层析进行组分分离,在利用琼脂糖凝胶柱层析法和凝胶渗透色谱法进行纯度鉴定的基础上,采用气相色谱法、红外光谱法、甲基化分析、一维和二维核磁共振波谱法、原子力显微镜等多种方法和仪器对均一组分进行结构鉴定,同时考察其体外抗氧化、免疫调节和抗肿瘤活性。WSP分离得到NWSP、ACWSP-1、ACWSP-2、ALWSP等四个组分,但仅有中性多糖组分NWSP为均一组分,并将其用于后续结构鉴定和活性分析。NWSP主要由岩藻糖和半乳糖构成,二者摩尔比为1∶3.09,数均分子量为9636Da,分子结构的重复单元为→2-α-L-Fucp-1→(6-α-D-Galp-1)3→。同时,NWSP分子不是单链结构,而是呈多链盘曲缠绕或连接成环的形态。在实验测试浓度范围内,NWSP具有较强的DPPH自由基清除能力,清除率最高为79.01%。但其还原力、羟基自由基清除能力和亚铁离子螯合能力相对较弱,吸光度或清除率最大值分别为0.55、35.42%、37.64%。同时,在实验测试浓度范围内,NWSP不能促进小鼠脾细胞增殖,因此NWSP可能不具有免疫活性。NWSP对人肝癌细胞Hep3B、结肠癌细胞SW480、乳腺癌细胞MCF-7增殖基本没有抑制作用,抑制率最高分别为10.57%、15.24%、7.40;对慢性髓源白血病细胞K562增殖具有微弱抑制作用,抑制率最高为24.13%。
3、将鸡枞菌子实体水提残渣经脱蛋白、脱盐、脱色处理后,提取具有较高纯度的几丁质-葡聚糖复合物CGC,采用元素分析法、气相色谱法、红外光谱法、X射线衍射光谱法、13C固体核磁共振波谱法、扫描电子显微镜、同步热分析仪等多种方法和仪器分析其结构和性质,同时以抗模拟胃液水解率、抗α-淀粉酶水解率以及益生菌增殖率等指标考察其益生元活性。CGC得率为13.46%,其中水分、蛋白质和灰分含量分别为3.99%、0.11%和1.31%,残余金属元素含量由多到少依次为钠、铁、钙、铝、镁等。CGC中葡聚糖和几丁质摩尔比为1∶1.17,几丁质含量较高,且CGC中氮元素含量为3.34%,由此计算得到几丁质含量为48.43%。CGC与虾壳几丁质在结构上具有相似性,几丁质的特征基团在CGC各相关谱图中均有所显示,几丁质构型为α型,但CGC与海带多糖的相似性不明显。经计算,CGC结晶度指数为64.81%,脱乙酰度为34.60%,二者分别低于和高于虾壳几丁质。CGC降解峰值温度和吸热峰焓变值分别为314.88℃和-55.31J/g,略低于虾壳几丁质,即CGC热稳定性弱于虾壳几丁质。此外,WSP和CGC对胃液和α-淀粉酶均具有一定抗性,但CGC抗性更强,水解度最高时分别仅为1.34%和1.01%。二者对两岐双歧杆菌、植物乳杆菌增殖具有一定促进作用,对粪肠球菌增殖具有显著促进作用,并能促进三种菌代谢产酸,因此二者均具有明显的益生元活性。
4、利用不同浓度的氢氧化钠、乙酸溶液从几丁质-葡聚糖复合物CGC中分离多种非水溶性葡聚糖组分,并采用气相色谱法、红外光谱法、甲基化分析、扫描电子显微镜、同步热分析仪等方法和仪器分析含量最高的组分ISP-3的结构和性质特点。非水溶性葡聚糖组分ISP-3主要由葡萄糖组成,并含有微量甘露糖、半乳糖以及少量未被完全分离的几丁质。该分子可能含有β型糖苷键,并且可能是主链主要由糖基→6-D-Glcp-1→构成,兼有→4-D-Glcp-1→和→4,6-D-Galp-1→,并在半乳糖基(→4,6-D-Galp-1→)处连有→3-D-Manp-1→支链的复杂多糖分子。此外,ISP-3热降解过程的起始温度、峰值温度和结束温度分别为284.18℃、325.93℃和355.75℃。