CN105542022B

CN105542022B - 提高浒苔多糖生物活性的方法

Info

Publication number: CN105542022B
Application number: CN201510955842.7A
Authority: CN
Inventors: 周涛; 许杰
Original assignee: Zhejiang Gongshang University
Current assignee: Zhejiang Gongshang University
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-12-08
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: CN105542022A

Abstract

本发明公开了一种提高浒苔多糖生物活性的方法，包括以下步骤：将浒苔粗多糖(EP)通过氧化氢‑维生素C联合法进行降解，得到降解浒苔多糖(DEP)；以氯乙酸为羧甲基化试剂，与降解浒苔多糖反应制备羧甲基化浒苔多糖(CDEP)；在1‑乙基‑3‑(3‑二甲氨基丙基)碳二亚胺(EDC)存在下，CDEP与羟胺偶联，得到异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)。本发明的HCDEP具有较低分子量(30～13kDa)，其铁螯合容量为0.2～1.2mmol/g。本发明的HCDEP具有较高的体外抗氧化活性和抗菌活性。

Description

提高浒苔多糖生物活性的方法

技术领域

本发明属于化学化工技术领域，涉及一种通过对降解浒苔多糖进行异羟肟酸化修饰从而增强其生物活性的方法。

背景技术

浒苔是我国东南沿海的一种大型经济性绿藻，资源丰富，本身可以食用，并含有多种活性物质，如浒苔多糖，脂类色素，酚类等。据文献报道，浒苔多糖具有提高哺乳动物免疫力、降血脂、消炎抗菌以及抗氧化等生理功能。因此将浒苔开发成功能食品有很好的前景。浒苔水提多糖主要为水溶性的硫酸多糖，分子量大，生物活性相对较低。如果将其降解成分子量相对较小的产物，则由于游离出更多的活性基团，则可能会使其生物活性得到提高。另外，通过化学修饰在多糖分子中引入一些功能基也能使多糖的生物得到提高。已有文献报道了浒苔多糖的硫酸化、磷酸化和乙酰化修饰，经修饰之后的浒苔多糖的抗氧化活性显著提高；也有报道浒苔多糖经硒化后提高抗菌活性，但尚未有同时提高浒苔多糖抗菌和抗氧化活性的方法报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是一种能提高浒苔多糖的抗氧化、抗菌等生物活性的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种将降解的浒苔多糖进行异羟肟酸化修饰的方法；包括以下步骤：

(1)将浒苔粗多糖(EP)通过氧化氢-维生素C联合法进行降解。通过研究反应温度、维生素C以及过氧化氢浓度和反应时间对降解产物的总抗氧化能力的影响，得到最佳的降解反应条件。将水解液经浓缩、醇沉、离心、透析、冷冻干燥，得到粉末状的降解浒苔多糖(DEP)。

(2)以氯乙酸为羧甲基化试剂，与降解浒苔多糖反应制备羧甲基化浒苔多糖(CDEP)。研究反应温度、氯乙酸浓度和反应时间对产物的羧甲基取代度的影响，并通过响应面试验进一步优化反应条件。在经优化后的反应条件下得到羧甲基化浒苔多糖(CDEP)用于下一步反应。

(3)在1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺(EDC)存在下，CDEP与羟胺偶联，得到异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)。

本发明的方案具体如下，一种提高浒苔多糖生物活性的方法，包括以下步骤：

1)、降解：

将浒苔粗多糖(EP)溶于蒸馏水配成浓度为1～20mg/mL的浒苔粗多糖溶液，升温至30～50℃后分别加入过氧化氢和维生素C，直至过氧化氢和维生素C的终浓度均为6～12mmol/L(例如为9mmol/L)；然后保温搅拌进行降解反应2～4h，从而实现对浒苔粗多糖进行降解；

将所得的反应液浓缩至为原体积的1/2～1/4(约1/3)，得浓缩液；用4倍浓缩液体积的体积浓度为95％乙醇沉淀，于3～5℃静置10～12h(4℃、过夜)，离心(8000rpm,20min)，取沉淀用水进行复溶，所述沉淀与水的用量比为18～22mg/ml(例如约为20mg/ml)，用截留分子量为3500Da的透析袋透析46～50h(例如48h)，将所得的透析液冷冻干燥，得到降解浒苔多糖(DEP，为粉末状)；

备注说明：降解浒苔多糖(DEP)不具备抗菌活性；

2)、羧甲基化：

将0.3g的降解浒苔多糖(DEP，为粉末状)溶于12.5ml二甲基亚砜(DMSO)中，室温下搅拌1.5～2.5h；然后加入质量浓度20％氢氧化钠溶液5ml，于35～45℃搅拌2.5～3.5h，得反应液Ⅰ；

将氯乙酸溶于12.5ml二甲基亚砜(DMSO)和质量浓度20％氢氧化钠溶液5ml中，配制得浓度为2～6mol/L(较佳浓度为4mol/L)的氯乙酸溶液，作为反应液Ⅱ；将反应液Ⅱ与上述反应液Ⅰ等体积混合(注：从而使得到的反应液中氯乙酸终浓度为1～3mol/L，较佳为2mol/L)，然后于45～65℃反应2～6小时(较佳为55℃反应4小时)；

将所得的反应液冷却至室温，调节pH至中性(可用0.5mol/L的HCl进行调节pH，中性，即，pH＝7.0)，加水稀释(水与反应液的体积比约为1：1)，然后用3500Da的透析袋透析46～50h(例如48h)，将透析液浓缩至原体积的1/2～1/4(例如1/3)，冷冻干燥，得到即羧甲基化降解浒苔多糖(CDEP，即，白色粉末状的羧甲基化衍生物)；

3)、与羟胺偶联：

将羧甲基化降解浒苔多糖(CDEP)溶于蒸馏水中配制成浓度为1～3g/100ml(例如为2g/100ml)的羧甲基化降解浒苔多糖(CDEP)溶液，调节pH至4.0～4.5(用1.0N HCl溶液调节)，然后加入EDC·HCl，搅拌1.5～2.5h(例如2h)，再加入盐酸羟胺和4-二甲氨基吡啶(DMAP)，继续搅拌1.5～2.5h(例如2h)，调节pH至5.8～6.2(例如为6.0，用1.0N NaOH溶液调节)，室温搅拌1.5～2.5h(例如2h)，再调节pH至8.8～9.2(例如为9.0，用1.0N的NaOH溶液)，继续室温搅拌22～26h(例如24h)；EDC·HCl与羧甲基化降解浒苔多糖(CDEP)中羧甲基的摩尔比为1～4:3(较佳为1～1.2:3)，盐酸羟胺与EDC·HCl的摩尔比为5.5～6:1，4-二甲氨基吡啶(DMAP)的摩尔量为EDC·HCl的5～15.5％；

EDC·HCl代表1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐；

备注说明：CDEP中羧甲基的摩尔数由其羧甲基取代度(DS)计算得到；

将所得的反应液旋蒸浓缩至为原体积的1/2～1/4(例如1/3)，得浓缩液；用4倍浓缩液体积的体积浓度95％乙醇沉淀，于3～5℃静置10～12h(4℃、过夜)，离心(8000rpm，20min)取沉淀，用乙醇洗涤沉淀(洗3～5次)，用水复溶，所述沉淀与水的用量比为18～22mg/ml(例如20mg/ml)，用截留分子量为3500Da透析袋透析46～50h(例如48h)，将透析液浓缩至原体积的1/2～1/4(例如1/3，可利用旋转蒸发仪浓缩)，冷冻干燥，得到异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)。

该异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)为降解浒苔多糖的异羟肟酸化衍生物。

作为本发明的提高浒苔多糖生物活性的方法的改进：异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)具有较低分子量(30～13kDa)，其铁螯合容量为0.2～1.2mmol/g。

作为本发明的提高浒苔多糖生物活性的方法的进一步改进：

所述步骤1)、2)、3)中的冷冻干燥均是：于-45～-55℃冷冻干燥22～26小时(例如为于-50℃冷冻干燥24小时)。

在本发明中，室温一般是指10～30℃。

备注说明：本发明浒苔粗多糖按文献文献报道方法制备(Jie Xu,Li-Li Xu,Qin-Wei Zhou,Shu-Xian Hao,Tao Zhou,Hu-Jun Xie.Enhanced in vitro antioxidantactivity of polysaccharides from Enteromorpha Prolifera by enzymaticdegradation.Journal of Food Biochemistry.doi:10.1111/jfbc.12218)。浒苔粗多糖(EP)中总糖、糖醛酸、蛋白质、硫酸根的含量分别为49.2％、15.7％、0.8％和12.3％；用高效凝胶渗透层析法测得其多糖分子量为1480kDa。本发明的降解浒苔多糖(DEP)中总糖、糖醛酸、蛋白质、硫酸根的含量分别为51.9％、15.5％、0.65％和13.9％；多糖分子量为44kDa。组成分析表明DEP与EP相比，除分子量降低外，基本组成没有明显变化。

多糖的羧甲基的取代度：指每个单糖结构单元上连接的羧甲基的平均数。

本发明具有如下技术效果：

1.与未降解的浒苔粗糖(EP)和降解浒苔多糖(DEP)相比，本发明得到的异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)的体外抗氧化活性显著提高。

2.未降解的浒苔粗糖(EP)和降解浒苔多糖(DEP)没有显示出抗菌活性，本发明得到的HCDEP则对几种革兰氏阳性菌和阴性菌都显示出明显的抑制作用。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是由本发明实施例1-1得到的异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)与降解浒苔多糖(DEP)以及未降解多糖(EP)的DPPH自由基清除能力的测定结果。

图2是由本发明实施例1-1得到的异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)与降解浒苔多糖(DEP)以及未降解多糖(EP)的超氧阴离子自由基清除能力的测定结果。

图3是由本发明实施例1-1得到的异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)与降解浒苔多糖(DEP)以及未降解多糖(EP)的羟基自由基清除能力的测定结果。

图4是本发明实施例1-1得到的异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)与降解浒苔多糖(DEP)以及未降解多糖(EP)的总抗氧化能力的测定结果。

具体实施方式

实施例1-1、异羟肟酸化降解浒苔多糖的制备：

(1)称取1g浒苔粗多糖(EP)溶解于100mL蒸馏水中，30℃水浴加热，依次加入维生素C和过氧化氢，使得二者的终浓度均为9mmol/L，保温搅拌反应2h，将反应液浓缩(于60～70℃进行减压浓缩)至为原体积的1/3，用4倍浓缩液体积95％乙醇沉淀，4℃过夜，离心(8000rpm,20min)，取沉淀用水复溶(所述沉淀与水的用量比约为20mg/ml)，用截留分子量为3500Da的透析袋透析48h，将透析液冷冻干燥(于-50℃冷冻干燥24小时)，得到粉末状的降解浒苔多糖(DEP)。

(2)取0.3g的降解浒苔多糖(DEP)溶于12.5mL的DMSO中，室温搅拌2h，加入质量浓度20％的氢氧化钠溶液5mL，加热至40℃搅拌3h。取6.62g(0.07mol)的氯乙酸加入5mL的NaOH溶液(质量浓度20％)和12.5mL的DMSO中，溶解后加入到上述反应体系中，使得氯乙酸终浓度为2.0mol/L，在55℃反应4h，将反应液冷却至室温，用0.5mol/L的HCl调节pH至中性(即，pH＝7)，加水稀释(水与反应液的体积比约为1：1)，然后用3500Da的透析袋透析48h，将透析液浓缩(于60～70℃进行减压浓缩)至为原体积的1/3，冻干(于-50℃冷冻干燥24小时)，得到羧甲基化降解浒苔多糖(CDEP)，羧甲基的取代度为0.774。降解浒苔多糖的羧甲基化的成功用红外光谱和核磁共振碳谱得到确证。

(3)称取0.3g(含1.42mol羧甲基)羧甲基化衍生物(CDEP)溶于15mL蒸馏水中，用1.0N HCl溶液调节pH至4.3，加入0.1g(0.52mmol)EDC·^.HCl使羧基活化，搅拌2h，再加入0.2g(2.89mmol)盐酸羟胺，同时加入0.01g(0.08mmol)4-二甲氨基吡啶(DMAP)作为催化剂，继续搅拌2h，用1.0N NaOH溶液调节pH至6.0，室温搅拌2h，再用1.0N的NaOH溶液调节pH至9.0，继续室温搅拌24h，将反应液旋蒸浓缩为原体积的1/3，得浓缩液；用4倍浓缩液体积的浓度为95％乙醇沉淀，4℃静置过夜，离心(8000rpm，20min)取沉淀，用乙醇洗涤沉淀4次(每次洗涤时，用量约为5ml)，用水复溶(所述沉淀与水的用量比约为20mg/ml)，于3500Da透析48h，将透析液于旋转蒸发仪浓缩至原体积的1/3，-50℃冷冻干燥24h，得到异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)0.23g，测得其分子量为55.4kDa。异羟肟酸化降解浒苔多糖的结构用傅立叶红外光谱和核磁共振碳谱进行了确证；并用光谱滴定法测定了其铁螯合容量为0.417mmol/g(测定方法见实验1)。

实验1、

铁螯合容量的测定：取HCDEP 150mg，溶解于10mL 50mM的NH₄HCO₃缓冲液中，得到样品浓度为15mg/mL；取11份1.0mL的样品溶液分别移入到11个试管中，编号为1-11；然后向每个比色皿中分别加入0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0mL的铁标准溶液，待混合均匀后，而后加入缓冲液至3.5mL，混匀均匀、室温放置40min，用1号管调空白，在452nm处测定溶液的吸光度。随着加入的铁的增加，吸收值增加，当增加到一定浓度时，吸收值不再增加，表明此时异羟肟酸化降解浒苔多糖与铁的螯合已达到最大程度，据此计算多糖的最大量铁螯合容量。

实验2、

采用文献(Espin J C,Soler-Rivas C,Wichers H J,etal.Anthocyanin-basednatural colorants:a new source of antiradical activity for foodstuff[J].Journal Agricultural Food Chemistry,2000,48(5):1588-1592.)报道方法，将实施例1-1得到的异羟肟酸化降解浒苔多糖进行DPPH自由基清除能力的测试，并与降解多糖和未降解多糖进行比较。由图1可见，降解浒苔多糖经异羟肟酸化后，DPPH自由基清除能力得到显著提高。HCDEP、DEP和EP清除DPPH自由基的IC₅₀分别为2.67、8.25和14.49mg/mL。但HCDEP的清除DPPH自由基的活性仍小于维生素C。

实验3、

采用文献(徐艳，曲婷婷.甘草消除氧自由基的体外研究[J].食品研究与开发,2006,27(8)：63-65.Prasad N K,Yang B,Zhao M M,et al.Effects of high-pressuretreatment on the extraction yield,phenolic content and antioxidant activityof litchi(Litchi chinensisSonn.)fruit pericarp.International Journal of FoodScience and Technology,2009,44:960-966.)报道方法，将实施例1-1得到的异羟肟酸化降解浒苔多糖进行超氧阴离子自由基清除能力的测试，并与降解多糖和未降解多糖进行比较。由图2可见，异羟肟酸化降解浒苔多糖对超氧阴离子自由基的清除能力明显高于降解浒苔多糖和未降解多糖。HCDEP、DEP和EP清除超氧阴离子自由基的IC₅₀分别为3.29、4.93和5.91mg/mL。

实验4、

采用文献(Chen H W,Chen A H,Shao Y,etal.Studies on the antioxidantcapacity of zinc rich exopolysaccharide of cordyceps militaris[J].Food andFermentation Industries,2009,35(6):54-57.Deng C,Hu Z,Fu H T,Hu M H,etal.Chemical analysis and antioxidant activity in vitro of a β-D-glucanisolated from Dictyophora indusiata.International Journal of BiologicalMacromolecules,2012,51:70-75.)报道方法，将实施例1-1得到的异羟肟酸化降解浒苔多糖进行羟基自由基清除能力的测试，并与降解多糖和未降解多糖进行比较。由图3可见，异羟肟酸化降解浒苔多糖对羟基自由基的清除能力高于降解浒苔多糖和未降解多糖。HCDEP、DEP和EP清除羟基自由基的IC₅₀分别为0.73、2.47和6.22mg/mL。

实验5、

采用文献方法(Luo,J.；Li,L.；Kong,L.Preparative separation ofphenylpropenoid glycerides from the bulbs of Lilium lancifolium by high-speedcounter-current chromatography and evaluation of their antioxidant activities[J].Food Chem.,2012,131(3):1056-1062.)，将实施例1-1得到的异羟肟酸化降解浒苔多糖进行总抗氧化能力的测试，并与降解多糖和未降解多糖进行比较。由图4可见，异羟肟酸化降解浒苔多糖的总抗氧化能力高于降解浒苔多糖和未降解多糖。如浓度为5mg/ml时，HCDEP、DEP和EP的总抗氧化能力分别为2.56、0.59和0.41mM FeSO₄当量。

实验6-1、抑菌圈测定(牛津杯法)

选取埃希氏大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、绿脓杆菌和沙门氏菌五种常见的致病菌作受试菌，采用琼脂扩散法(Almuzara M,Limansky A,Ballerini V,etal.In vitro susceptibility of Achromobacter spp.isolates:comparison of diskdiffusion,Etest and agar dilution methods[J].International Journal ofAntimicrobial Agents,2010,35(1):68-71.)，通过测量抑菌圈直径评价异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)、降解浒苔多糖和未降解多糖的抑菌活性。由表1可见，按实施例1-1得到的异羟肟酸化降解浒苔多糖对五种菌都有显著的抑制作用，而降解多糖和未降解多糖在同样的浓度下没有抑菌作用。

表1、样品(10mg/mL)对五种受试菌种的抑菌圈实验结果

实验6-2、最低抑菌浓度(MIC)的测定

采用文献方法(徐波.新型聚合物铁螯合剂的合成及其在水产品保藏中的应用[D].浙江工商大学,2011.)，通过测定最低抑菌浓度对多糖样品的体外抗菌活性进行评价。结果表明，按实施例1-1得到的异羟肟酸化降解浒苔多糖(HCDEP)对绿脓杆菌和枯草芽孢杆菌的MIC值均为1mg/mL，相比于沙门氏菌和金黄色葡萄球菌和的MIC值2mg/mL高出了一倍，而埃希氏大肠杆菌的MIC值均为4mg/mL，表明HCDEP对绿脓杆菌和枯草芽孢杆菌的抑菌效果好于对沙门氏菌和金黄色葡萄球菌以及大肠杆菌的抑菌效果，这与抑菌圈实验结果是一致的。

对比例1、

按实施例1-1步骤3)方法，用二环已基碳二亚胺(DCC)代替EDC盐酸盐，摩尔量不变；其余步骤等同。得到产物0.21g，测得其铁螯合容量为0.262mmol/g。

对比例2、

按实施例1-1步骤3)方法，取消使用4-二甲氨基吡啶，其余步骤等同。得到产物0.21g，测得其铁螯合容量为0.310mmol/g。

对比例3、将实施例1-1步骤2)中的氢氧化钠的浓度由20％改成10％，体积量不变，其余等同于实施例1-1。

测得其铁螯合容量为0.329mmol/g。

对比例4、将实施例1-1步骤2)中的氢氧化钠的浓度由20％改成30％，体积量不变，其余等同于实施例1-1。

测得其铁螯合容量为0.341mmol/g。

对比例5、将实施例1-1步骤2)中的二甲基亚砜(DMSO)换成异丙醇，体积量不变，其余等同于实施例1-1。

测得其铁螯合容量为0.352mmol/g。

将对比例1～对比例5按照上述实验2～实验6所述方法进行检测，所得结果如下表2-表4所述。

表2.对比例1～对比例5得到的HCDEP(5mg/ml)的抗氧化活性

表3、对比例1～对比例5得到的HCDEP(10mg/ml)对4种受试菌种的抑菌圈实验结果

表4、对比例1～对比例5得到的HCDEP对4种受试菌种IC₅₀(mg/ml)

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.提高浒苔多糖生物活性的方法，其特征是包括以下步骤：

1)、降解：

将浒苔粗多糖溶于蒸馏水配成浓度为1～20mg/mL的浒苔粗多糖溶液，升温至30～50℃后分别加入过氧化氢和维生素C，直至过氧化氢和维生素C的终浓度均为6～12mmol/L；然后保温搅拌进行降解反应2～4h，从而实现对浒苔粗多糖进行降解；

将所得的反应液浓缩至为原体积的1/2～1/4，得浓缩液；用4倍浓缩液体积的体积浓度为95％乙醇沉淀，于3～5℃静置10～12h，离心，取沉淀用水进行复溶，所述沉淀与水的用量比为18～22mg/mL，用截留分子量为3500Da的透析袋透析46～50h，将所得的透析液冷冻干燥，得到降解浒苔多糖；

2)、羧甲基化：

将0.3g的降解浒苔多糖溶于12.5mL二甲基亚砜中，室温下搅拌1.5～2.5h；然后加入质量浓度20％氢氧化钠溶液5mL，于35～45℃搅拌2.5～3.5h，得反应液Ⅰ；

将氯乙酸溶于12.5mL二甲基亚砜和质量浓度20％氢氧化钠溶液5mL中，配制得浓度为2～6mol/L的氯乙酸溶液，作为反应液Ⅱ；将反应液Ⅱ与上述反应液Ⅰ等体积混合，然后于45～65℃反应2～6小时；

将所得的反应液冷却至室温，调节pH至中性，加水稀释，然后用3500Da的透析袋透析46～50h，将透析液浓缩至原体积的1/2～1/4，冷冻干燥，得到即羧甲基化降解浒苔多糖；

3)、与羟胺偶联：

将羧甲基化降解浒苔多糖溶于蒸馏水中配制成浓度为1～3g/100mL的羧甲基化降解浒苔多糖溶液，调节pH至4.0～4.5，然后加入EDC·HCl，搅拌1.5～2.5h，再加入盐酸羟胺和4-二甲氨基吡啶，继续搅拌1.5～2.5h，调节pH至5.8～6.2，室温搅拌1.5～2.5h，再调节pH至8.8～9.2，继续室温搅拌22～26h；EDC·HCl与羧甲基化降解浒苔多糖中羧甲基的摩尔比为1～4:3，盐酸羟胺与EDC·HCl的摩尔比为5.5～6:1，4-二甲氨基吡啶的摩尔量为EDC·HCl的5～15.5％；

EDC·HCl代表1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐；

将所得的反应液旋蒸浓缩至为原体积的1/2～1/4，得浓缩液；用4倍浓缩液体积的体积浓度95％乙醇沉淀，于3～5℃静置10～12h，离心取沉淀，用乙醇洗涤沉淀，用水复溶，所述沉淀与水的用量比为18～22mg/mL，用截留分子量为3500Da透析袋透析46～50h，将透析液浓缩至原体积的1/2～1/4，冷冻干燥，得到异羟肟酸化降解浒苔多糖。

2.根据权利要求1所述的提高浒苔多糖生物活性的方法，其特征是：异羟肟酸化降解浒苔多糖具有30～13kDa的较低分子量，其铁螯合容量为0.2～1.2mmol/g。

3.根据权利要求1或2所述的提高浒苔多糖生物活性的方法，其特征是：

所述步骤1)、2)、3)中的冷冻干燥均是：于-45～-55℃冷冻干燥22～26小时。