乌骨鸡黑色素的提取、降解及降解产物的分离与分析

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乌骨鸡(Gallus gallus domesticus Brisson)是江西省重要的地方资源。乌骨鸡体内含有丰富的黑色素,是其区别于其他普通鸡种的重要特征。现代科学研究表明,乌骨鸡黑色素具有抗氧化、抗诱变、清除自由基、抗衰老、增强免疫力等多种生物活性。但乌骨鸡黑色素活性机理及化学结构尚不明确,其主要原因是乌骨鸡黑色素不溶于水和几乎所有溶剂,仅溶于强碱溶液,直接研究乌骨鸡黑色素结构无论在方法还是技术上都有许多困难。本文采用氧化降解法对乌骨鸡黑色素进行控制性降解,断裂其聚合结构,获得可溶性降解产物。综合运用各种天然产物分离技术、现代波谱技术及研究方法对其进行分离、纯化和鉴定,揭示乌骨鸡黑色素的化学结构组成,获得乌骨鸡黑色素的结构信息,这不仅可为动物黑色素结构的研究提供重要的理论依据,还可为深入探讨乌骨鸡黑色素的作用机制、构效关系提供理论基础,为促进江西省乌骨鸡产业的发展,深入开发我国特有资源做出突出贡献。本文主要研究内容及结论概括如下:1、确立了“脱脂-酶解-酸解”三步法提取乌骨鸡黑色素。筛选了脱脂的最优条件:回流次数4次,回流时间1h,料液比1:2,此工艺条件下乌骨鸡油脂脱除率为7.5%。筛选了乌骨鸡黑色素的酸(盐酸)解最佳工艺条件:盐酸浓度2M,回流时间3h,固液比1:10,回流次数4次。2、采用透射电镜观察了“脱脂-酶解-酸解”三步法获得的乌骨鸡黑色素的外部形态特征,发现其成椭球形颗粒,形态完整,边缘清晰平滑,未出现被破坏的痕迹。与双酶-碱液法所获乌骨鸡黑色素相比更纯净;与酸法提取的乌骨鸡黑色素相比,形态特征基本相似。红外光谱提示乌骨鸡黑色素具有酰胺、脂肪族类结构。乌骨鸡黑色素中C(59.18%)、H(3.28%)、N(9.09%)三种元素的质量分数接近于合成真黑色素,但其S(1.79%)元素的含量高于合成真黑色素,又远低于脱黑色素,推测乌骨鸡黑色素是一类有别于真黑色素及脱黑色素的特殊黑色素。3、建立了H2O2控速降解法,使得降解反应比前人所用方法更温和,更可控。建立了乌骨鸡黑色素NaOH-H2O2降解法,与K2CO3-H2O2相比,减少了反应液中无机盐的含量,使后期降解产物的分离、纯化更简便。4、研究了降解产物在部分有机溶剂及水中的溶解特性,发现降解产物在水、甲醇、乙酸、吡啶、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃中溶解性良好,微溶于乙酸乙酯、丙酮、乙腈,几乎不溶于氯仿、二甲苯、石油醚。5、采用NaOH-H2O2降解法降解乌骨鸡黑色素,对不同降解时间、不同pH、不同H202用量所获降解产物进行紫外-可见吸收光谱及红外光谱分析,发现各降解产物紫外-可见吸收光谱无明显差异:仅pH为13、14降解产物在1300-1600cm-1吸收较强,其他不同条件降解产物红外图谱之间无明显差异。6、研究了不同因素对乌骨鸡黑色素降解率、降解产物分子量分布及得率的影响。结果显示降解时间、pH、H2O2用量对降解产物分子量分布无明显影响。随着降解时间的延长、pH的增加、H202用量的增加,乌骨鸡黑色素降解率会随之增加,三因素影响主次顺序为pH>降解时间>H202用量。随着降解时间的延长、H202用量的增加,降解产物得率先增加后减少,当pH及H202用量一定时,降解时间为12h时降解产物得率最大,为56%;当降解时间及pH一定时,H202用量为3.4%(以乌骨鸡黑色素重量计,m:v)时降解产物得率最大,为57.07%。7、采用乙腈超声溶解降解产物,利用N,O-双(三甲基硅基)三氟乙酰胺对溶解物进行硅烷化衍生,运用GC/MS对衍生产物进行了分离与鉴定,实验结果表明溶解物中存在丁二酸、己二酸、十六酸、十七酸等有机酸。8、采用溶剂分离法,用甲醇、乙醇、正丁醇、氯仿、丙酮、乙酸乙酯等有机溶剂对乌骨鸡黑色素降解产物进行分离,得到7个主要组分(分别为组分B-1、 B-2、B-3、B-4、D、F、G)。对组分进行化学成分预试实验,结果显示,除组分D外,各组分都含有有机酸、吲哚类衍生物或胺类物质;组分B-2、B-3及B-4含有氨基酸或胺或糖类物质;组分B-1及F中含有高级醇、酚、甾类及精油类化合物。9、对组分B-1、B-2、B-3、B-4、F、G进行Q-TOF/MS分析,结果表明各组分中化合物分子量均在900Da以下;通过与氨基酸及已知黑色素结构单元的分子量进行比对,发现90%以上的降解产物为非氨基酸含氮化合物,降解产物中未发现与目前科学界公认黑色素的结构单元,如PDCA、PDCA、TTCA等。10、考察了不同色谱柱及不同流动相对降解产物的分离效果。实验结果显示,色谱柱为强碱性阴离子柱,流动相为磷酸二氢钾-磷酸缓冲液时分离效果良好;色谱柱为C18柱,流动相为0.1%甲酸/水时分离效果良好。通过结晶分离法,选择60%乙醇为溶剂,温度为4℃时从组分D中得到结晶D-1,选择甲醇为溶剂,温度为室温时,从丹黄酰氯衍生样品中得到结晶L。11、采用元素分析、化学检验法、红外光谱及质谱鉴定结晶D-1的化学成分。元素分析结果显示其含有H(3.73%)、S(25.45%)元素,不含C、N元素。化学检验结果显示其能与BaCl2产生不溶于盐酸的白色沉淀,提示其含有S042-。红外光谱结果显示其在1116cm-1有一强吸收峰,与无水Na2SO4红外光谱吸收一致。其质谱图显示m/z:164.9244为[M+Na]+,提示其分子量为141.9346,接近Na2SO4分子量(141.9333)。综合以上信息确定结晶D-1为Na2SO4。因实验过程未涉及含S试剂,所以Na2SO4中S元素来自乌骨鸡黑色素结构中S元素。H202可氧化剂催化硫醚为亚砜及砜,亚砜及砜在高温环境下易氧化成硫酸盐,推测乌骨鸡黑色素中S元素是以硫醚的形式存在。12、运用Q-TOF/MS及核磁共振对结晶L进行分析,MS结果显示其分子量为250.09,核磁共振氢谱显示8个信号:88.428,8.320,8.150,7.630,7.617,7.596,7.242,为芳香核信号;82.813为((CH3)2N—-)信号;碳谱显示12个碳信号:δ151.85(C-1)、139.69(C-2)、129.79(C-3)、129.57(C-4)、129.25(C-5)、127.64(C-6)、126.90(C-7)、123.33(C-8)、119.82(C-9)、15.08(C-10)、44.73(C-11),确定其为丹磺酰胺。
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