基于光催化过氧化氢氧化反应的改性柑橘果胶制备及其结构与性能研究

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改性柑橘果胶(Modified Citrus Pectin,MCP)被证实具有降低癌症发生率和减少癌细胞转移的双重功效,以及抗氧化和免疫调节等功能,有望开发成为新型功能食品的主要原料和对抗癌症新药物的有效成分。本研究探讨了用紫外光催化过氧化氢氧化(UV+H2O2)法制备MCP系列产物,并对制备过程中的影响因素、产物结构、降解机理以及产物MCP的流变性质与生物活性进行了研究,主要内容与结果如下:(1)UV+H2O2法制备MCP的工艺与机理研究。确定了UV+H2O2法制备MCP的工艺路线:柑橘果胶分散在去离子水中,经过超声预处理、调节pH后,加入H2O2,紫外光照反应,撤除紫外终止反应,中和、透析、浓缩、醇沉回收、干燥,得到产物MCPUV+H2O2;单因素研究表明,H2O2用量决定了反应效率和产物的改性程度;反应溶液的pH不同会导致产物酯化度的显著差异。UV+H2O2法制备MCP的反应机理是一个以羟自由基主导的果胶主链和侧链同时产生的氧化降解反应,在酸性和中性条件下,果胶的降解机理以还原末端降解为主;在碱性条件下同时伴随皂化反应与β-消除降解。(2)MCP的结构表征与流变性质研究。GPC、FT-IR、1HNMR分析表明,MCPUV+H2O2的分子量从1223 kDa降低至约50 kDa,其保持着完整的果胶片段结构。流变实验表明,随着MCP的分子量降低,MCP的溶液由非牛顿流体趋向于牛顿流体。对MCP的凝胶性质研究表明,添加蔗糖和Ca2+均能使MCPpH4形成凝胶,MCPpH4与蔗糖和Ca2+形成的凝胶强度与其分子量成正比;MCPpH12和Ca2+形成的凝胶强度与分子量和酯化度均有关,且强度远远大于未改性的CP所形成的凝胶。(3)UV+H2O2与酶解两步法(UV+H2O2+En)制备低分子量改性柑橘果胶LMW-MCP。优化的酶解条件为:温度50℃、pH 3.5、果胶酶添加量1.4%、反应时间16 h。LMW-MCP的分子量范围为50 kDa4 kDa,产物回收率不低于50%。SEM观察显示,LMW-MCP不再是大分子聚集体,而是结构不规则的小分子片段。(4)改性柑橘果胶的纯化及其与凝集素结合能力初探。对UV+H2O2与UV+H2O2+En法制备的MCP粗品通过凝胶柱层析纯化,得到分子量范围为5 kDa-300 kDa的8个MCP片段。使用由鸡血红细胞和蓖麻凝集素(Ricinus communis agglutinin,RCA)构成的体系来体外评价MCP与凝集素结合的能力,结果表明:蓖麻凝集素的最小凝集浓度为6.25μg/m L,各MCP片段与RCA的结合能力与其分子量密切相关,平均分子量为6.1 kDa的MCP与RCA结合最强,其MIC值为25±3.0μg/m L,此结果显示该MCP片段具有抗癌和免疫调节活性的潜能。
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