【摘 要】
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罗非鱼,又名非洲鲫鱼,是联合国粮农组织推荐的重要水产养殖品种之一。我国是全球最大的罗非鱼生产国,近年来罗非鱼加工迅速发展,在加工过程中产生了大量的副产物,但目前除了少部分用于饲料加工外,大多仍被废弃。前人研究已表明罗非鱼加工副产物中富含蛋白质、糖胺聚糖等高值化物质。硫酸软骨素(Chondroitin Sulfate,CS)是糖胺聚糖的一种,具有抗炎、抗凝血、降血脂、抗肿瘤等生物活性,主要含有硫酸软
【基金项目】
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国家重点研发计划“蓝色粮仓科技创新”重点专项(2019YFD0902005); 广东省重点领域研发计划(2020B1111030004);
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罗非鱼,又名非洲鲫鱼,是联合国粮农组织推荐的重要水产养殖品种之一。我国是全球最大的罗非鱼生产国,近年来罗非鱼加工迅速发展,在加工过程中产生了大量的副产物,但目前除了少部分用于饲料加工外,大多仍被废弃。前人研究已表明罗非鱼加工副产物中富含蛋白质、糖胺聚糖等高值化物质。硫酸软骨素(Chondroitin Sulfate,CS)是糖胺聚糖的一种,具有抗炎、抗凝血、降血脂、抗肿瘤等生物活性,主要含有硫酸软骨素A和硫酸软骨素C两种异构体。已有研究从罗非鱼加工副产物中获得了硫酸软骨素,但对副产物中不同部位硫酸软骨素的种类组成和结构特征并未阐明,此外,作为廉价罗非鱼副产物来源的硫酸软骨素能否替代名贵鱼种鲨鱼来源的硫酸软骨素。目前仍缺乏相关的研究结果。本研究以罗非鱼加工副产物不同部位(鱼头、鱼脊骨、鱼鳍、鱼尾)为原料制备硫酸软骨素,分析其理化性质和结构特征,同时采用秀丽隐杆线虫衰老模型,评价硫酸软骨素的抗衰老活性和改善氧化应激能力,以期为阐明罗非鱼加工副产物中硫酸软骨素的结构组成和功能活性,为罗非鱼副产物高值化利用提供理论支持。主要研究内容和结果如下:(1)罗非鱼加工副产物不同部位硫酸软骨素的理化性质分析利用复合酶法制备副产物不同部位的硫酸软骨素,通过紫外光谱、醋酸纤维膜电泳和高效液相色谱对四个部位硫酸软骨素进行理化性质测定。结果表明,鱼头提取物的CS含量、氨基葡萄糖、硫酸基和提取率较高,分别为90.37%、16.42%、22.89%、1.02%;其次是鱼尾CS,鱼鳍CS、鱼脊骨CS;紫外波长扫描表明四个部位CS的纯度较好;醋酸纤维膜电泳表明四个部位均含有不同比例的CS-A和CS-C;分子量测定结果表明不同部位CS的数均分子量(Mn)分别为51422、18402、19481、76371;重均分子量(Mw)分别为194065、107574、130967、161347。鱼头CS和鱼尾CS的Mw/Mn分别为3.77、2.11,均比比鲨鱼CS低,说明其分子量分布较窄。上述结果表明。罗非鱼加工副产物硫酸软骨素的理化性质具有差异。(2)罗非鱼加工副产物不同部位硫酸软骨素的结构表征利用红外光谱测定官能团;PMP衍生-高效液相色谱法测定其单糖组成;酶解-高效液相色谱法测定二糖组成;利用一维核磁共振光谱分析一级结构。结果表明,四个部位CS都存在糖环、乙酰氨基、硫酸基、羟基和羧基等官能团,具有CS的基本结构;四个部位CS单糖种类相似,主要由葡萄糖醛酸、葡萄糖和氨基半乳糖组成;且鱼头CS主要由41.01%的Δdi4S和46.10%的Δdi6S组成,鱼脊骨CS主要71.86%的Δdi4S、16.59%的Δdi6S组成,鱼鳍CS主要由69.59%的Δdi4S、24.01%的Δdi6S组成,鱼尾CS主要由37.95%的Δdi4S、41.44%的Δdi6S组成。~1H-NMR光谱和13C-NMR光谱表明鱼头和鱼尾中6-硫酸化CS的含量高于鱼脊骨和鱼鳍中的含量。上述结果表明,鱼头和鱼尾主要为CS-C,鱼脊骨和鱼鳍主要为CS-A。(3)罗非鱼头硫酸软骨素的抗衰老活性基于秀丽隐杆线虫衰老模型,首先测定罗非鱼加工副产物不同部位硫酸软骨素对线虫热应激损伤的保护作用,筛选出罗非鱼头CS为最佳实验对象;再通过测定其寿命、抗逆性(热应激、UV-B)、运动能力、身体长度和脂褐素含量以及衰老相关基因的表达,评价罗非鱼头CS的抗衰老活性。结果表明,罗非鱼头CS低、中、高剂量组线虫的平均寿命分别增加了4.85%、16.74%、24.93%;在热应激和紫外辐照条件下,高剂量组处理后的线虫其寿命分别增加了61.74%和21.43%;同时提高了线虫的运动能力,减少了体内脂褐素的积累;通过胰岛素/IGF-1信号通路,下调daf-2、akt-2基因的表达,上调daf-16、sir-2.1、smk-1、jnk-1、hsf-1、hsp-16.2基因的表达调控衰老信号途径。(4)罗非鱼头硫酸软骨素的抗氧化应激能力首先对罗非鱼加工副产物不同部位硫酸软骨素进行体外抗氧化能力测定,结合百草枯诱导的氧化损伤模型对其改善线虫氧化应激能力的测定结果,筛选出罗非鱼头CS为最佳实验对象;再测定相关的抗氧化酶活性、MDA含量、ROS的表达以及抗氧化相关基因的表达。结果表明,罗非鱼头CS增加了SOD、CAT、GSH的活性、降了低MDA含量和ROS的表达水平。进一步分析表明,罗非鱼头CS可以上调sod-3、ctl-1、sek-1、pmk-1、skn-1、gcs-1、gst-1、gst-7、mev-1、isp-1、gst-4、gas-1基因的表达水平,通过调控SKN-1/NRF-2信号途径来提高线虫的抗氧化应激能力。
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