CN107033253B - 一种紫皮石斛多糖及其制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有免疫促进和降血糖活性的紫皮石斛多糖及其制备方法,通过水提、醇沉、复溶、干燥或水提、超滤、干燥等步骤制备紫皮石斛多糖,其特征:碘‑碘化钾试剂不显色,分子量为3×105-5×105Da,单糖组成主要为甘露糖、乙酰化甘露糖(Acetyl‑Man)并含少量葡萄糖(Glc)且甘露糖和葡萄糖组成比大于20:1,糖苷键主要为β‑1,4‑Manp和β‑1,4‑Glcp。该紫皮石斛多糖具有免疫促进和降血糖作用,可用于治疗免疫低下和高血糖相关产品的开发。
Description
技术领域
本发明属于医药化学领域,具体涉及一种紫皮石斛多糖及其制备方法,尤其涉及所述紫皮石斛多糖在免疫调节和降血糖活性方面的应用。
背景技术
紫皮石斛为双子叶植物药兰科植物齿瓣石斛Dendrobium devonianum Paxt.的干燥茎,具有益胃生津,滋阴清热等功效。紫皮石斛茎具节,稍肉质,叶革质,互生,因其茎在秋冬收获季节除去叶鞘膜后,表面多为紫色,生长在阳光较强的地方者,紫色更加明显,因此俗称紫皮石斛或紫皮兰。新鲜紫皮石斛的茎秆经修剪、烘干定型后加工成的螺旋团状颗粒称为紫皮枫斗。石斛的化学成分主要为多糖、生物碱、菲类、联苄类、酚酸类和黄酮类,另外还含有少量的微量元素以及氨基酸,可用于治疗白内障、糖尿病、关节炎、慢性咽炎、肿瘤等疾病。2015年版《中国药典》收载有铁皮石斛Dendrobium officinale和石斛(金钗石斛Dendrobium nobile、鼓槌石斛Dendrobium chrysotoxum、流苏石斛Dendrobiumfimbriatum等),其中铁皮石斛功效冠盖石斛之首,然其生长条件苛刻、自然繁殖能力低,生长缓慢,价格昂贵。紫皮石斛价格仅为铁皮石斛1/5-1/4,可谓物美价廉。但目前对于紫皮石斛多糖的研究还较少。
国内外提取石斛多糖有水提醇沉方法、溶剂萃取法、酶解提取、超声波提取等多种提取技术,例专利申请号为201510931074.1的专利公开了“一种提高紫皮石斛中多糖成分浸出率的方法”,将新鲜紫皮石斛洗净,干燥,切段,粉碎,料液比1:4-8水提,温度80-100℃,时间1-3h,提取3-4次,提取物浓缩、干燥得到目标产物。但其并未明确所得的紫皮石斛多糖的具体活性成分及结构特征,使得其应用进一步受到限制。再如专利申请号为201610611421.7的专利公开了“一种石斛多糖的提取方法”,将原料粉碎后加水经过高压浸泡,过滤浓缩提取液,将浓缩液加乙醇沉淀,真空干燥得到石斛多糖。然而,其采用的原料为铁皮石斛,其原材料成本高,并且该申请中同样并未明确所得的石斛多糖的具体活性成分及结构特征,使得其应用进一步受到限制。又如专利申请号为201610490394.2的专利公开了“铁皮石斛多糖在制备防治代谢综合征药物及保健品中的应用”,通过水提醇沉法提取,将铁皮石斛加水进行煎煮,合并多次煎煮所得的铁皮石斛药液,减压浓缩获得浸膏;再用乙醇沉淀并真空干燥即得铁皮石斛多糖。然而,其采用的原料为铁皮石斛,其原材料成本高,并且该申请中同样并未明确所得的石斛多糖的具体活性成分及结构特征,使得其应用进一步受到限制。虽然上述公开的文献中,均制备得到石斛多糖,但多数是针对原料成本较高的铁皮石斛进行的,并且均未进行结构特征分析与活性之间关系的研究,因而存在无法进一步研究或应用于市场的问题,严重影响了石斛多糖作为潜在的活性剂在药品、食品或保健品领域中的应用。鉴于此,研究一种原材料成本低、并且结构特征与活性明确的石斛多糖的制备方法与应用,是本发明亟待解决的问题。
发明内容
因此,本发明所要解决的技术问题在于,为了充分利用自然界中的资源,特别是原料价格低、生产成本低的资源,本发明对紫皮石斛进行研究,并进一步优化对其中含有的紫皮石斛多糖的提取方法,进一步明确提取的多糖的结构特征,并且进行活性的研究与探讨。进而,本发明提供了一种紫皮石斛多糖及其制备方法,以及其在免疫调节和降血糖活性的方面的应用。
本发明是通过如下方法实现的:以粉碎的紫皮石斛茎为原料,经过脱脂后,热水微波提取,3-4倍体积乙醇沉淀多糖,加水溶解沉淀物,冷冻干燥得到粗多糖,通过滤膜过滤分离,冷冻干燥,得到高纯度的紫皮石斛多糖。
本发明反复多次制备出的紫皮石斛多糖经过气相色谱法分析可知,其单糖组成为甘露糖、乙酰化甘露糖和葡萄糖,甘露糖和葡萄糖摩尔质量比为20~29:1。
本发明制备出的紫皮石斛多糖经甲基化、气相色谱-质谱法及核磁共振分析可知,其糖苷键为β-1,4-Manp和β-1,4-Glcp,比例为20~27:1。
本发明制备出的紫皮石斛多糖采用高效凝胶排阻色谱结合动态光散射分析可知,其分子量为1×105-10×105Da,主要分子量范围3×105-5×105Da。
因此,本发明提供一种紫皮石斛多糖,碘-碘化钾试剂显色阴性,分子量为1×105-10×105Da,主要分子量范围3×105-5×105Da;组成单糖主要为甘露糖、乙酰化甘露糖Acetyl-Man及少量葡萄糖Glc,且甘露糖和葡萄糖组成比大于20:1,糖苷键主要为β-1,4-Manp和β-1,4-Glcp。
本发明还提供了一种紫皮石斛多糖的制备方法,包括以下步骤:
1)将适当粉碎的新鲜或干燥紫皮石斛以75-85%乙醇回流脱脂;
2)将步骤1)脱脂后残渣加入水提取;
3)水提液加入3-4倍量乙醇醇沉;
4)沉淀物为紫皮石斛粗多糖;
5)紫皮石斛粗多糖配成水提液,采用截留分子量大于3000Da的超滤膜作超滤处理;弃滤液后反复超滤,直至滤液中基本无糖检出;
6)截留液冷冻干燥,得紫皮石斛多糖。
本发明还提供了一种紫皮石斛多糖的制备方法,包括以下步骤:
1)将适当粉碎的新鲜或干燥紫皮石斛加入水提取;
2)水提液采用截留分子量大于3000Da的超滤膜作超滤处理;弃滤液后反复超滤,直至滤液中基本无糖检出;
3)截留液冷冻干燥,得紫皮石斛多糖。
优选的,所述紫皮石斛多糖碘-碘化钾试剂显色阴性,分子量为1×105-10×105Da,主要分子量范围3×105-5×105Da;组成单糖主要为甘露糖、乙酰化甘露糖(Acetyl-Man)及少量葡萄糖(Glc),且甘露糖和葡萄糖组成比大于20:1,糖苷键主要为β-1,4-Manp和β-1,4-Glcp。
优选的,所述步骤4)中冷冻干燥条件为:温度-50~-70℃,绝对压强约为4~7帕。
优选的,所述步骤1)乙醇浓度80%。
优选的,所述步骤2)残渣与加入水的比例为1:25-1:35,优选1:30。
优选的,所述步骤3)乙醇浓度95%。
优选的,所述步骤5)中采用截留分子量为10000Da的超滤膜作超滤处理。
本发明还提供一种如上所述的紫皮石斛多糖在制备免疫调节药物中的应用。
本发明还提供一种如上所述的紫皮石斛多糖在制备提高机体免疫功能的食品和保健品方面的应用。
本发明还提供一种如上所述的紫皮石斛多糖在制备降血糖药物中的应用。
本发明还提供一种如上所述的紫皮石斛多糖在制备预防和治疗糖尿病的食品和保健品方面的应用。
本申请人经过长期研究发现,本发明制备出的紫皮石斛多糖具有促进鼠巨噬细胞Raw264.7释放NO的作用,同时能增强细胞的吞噬作用,并具有剂量依赖性。本发明制备出的紫皮石斛多糖具有降低血糖作用,并具有剂量依赖性。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
本发明以紫皮石斛茎为原料,其原料来源丰富,成本低,但具有丰富的药理价值。
通常采用水提醇沉得到的石斛多糖多含有大量淀粉,采用碘试验显色,本发明制备的紫皮石斛多糖经碘试验测试后不显色。
本发明制备的紫皮石斛多糖结构特征明确,应用气相色谱-质谱和核磁共振检测其单糖组成和糖苷键类型,高效凝胶排阻色谱-多角度激光联用检测其分子量及在溶液中的构象,并经药理研究证明此紫皮石斛多糖具有免疫调节和降血糖活性,为进一步研究开发多糖类药物或功能性食品提供了基础。
附图说明
图1是紫皮石斛多糖的单糖组成GC-MS图。
图2是紫皮石斛多糖的糖苷键类型GC-MS图。
图3是紫皮石斛多糖NMR图。
图4是紫皮石斛多糖的分子参数及构象分析HPSEC-MALLS-RI图谱。
图5是不同浓度紫皮石斛多糖的细胞活性(A)及对小鼠巨噬细胞NO分泌量(B)的影响柱状图。
图6是不同浓度紫皮石斛多糖对小鼠巨噬细胞吞噬能力影响柱状图(A)及流式细胞仪图谱(B)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明,但是本发明并不仅仅局限于这些实施例,这些实施例不以任何方式限制本发明的范围。本领域的技术人员在权利要求的范围内所做出的某些改变和调整也应该认为属于本发明范围。
若无特殊说明,所用实验方法为常规实验方法;所使用的试剂和材料等均可通过商业途径获得。
实施例1
紫皮石斛多糖的制备:
(1)紫皮石斛茎干燥、打粉,用80%乙醇回流脱脂,加入水使得料液比1:30,微波反应提取,微波功率800w,反应时间9min。
(2)水提液浓缩至一定体积,加入4倍体积95%乙醇沉淀,静置30min,4000g离心10min,保留沉淀,加水复溶,冷冻干燥得到粗多糖,提取率为28.3%。其中,冷冻干燥条件为:温度-50~-70℃,绝对压强约为4~7帕。
(3)将上述粗多糖加去离子水配成浓度为5-10mg/mL的溶液,超滤(截留分子量:>3kDa,Millipore,Billerica,MA,USA),弃超滤液,反复多次补水、超滤,采用苯酚-硫酸法跟踪检测滤液中糖含量,直至滤液中基本无糖检出,截留液冷冻干燥,得到纯化后的紫皮石斛多糖(DDP)。采用苯酚-硫酸法测定DDP糖含量为93.6%,采用碘-碘化钾无淀粉检出,采用间羟基联苯比色法无糖醛酸检出。其中,冷冻干燥条件为:温度-50~-70℃,绝对压强约为4~7帕。
实施例2
紫皮石斛多糖的制备:
将适当粉碎的新鲜或干燥紫皮石斛加入水提取,水提液采用截留分子量10000Da的超滤膜作超滤处理;弃滤液后反复多次补水、超滤,采用苯酚-硫酸法跟踪检测滤液中糖含量,直至滤液中基本无糖检出,截留液冷冻干燥,得到纯化后的紫皮石斛多糖(DDP),采用碘-碘化钾无淀粉检出,采用间羟基联苯比色法无糖醛酸检出。
实施例3
紫皮石斛多糖的鉴定:
(1)紫皮石斛多糖的单糖组成分析
采用气相色谱-质谱联用测定紫皮石斛多糖的单糖组成,取5mg紫皮石斛多糖样品加入1mL 2M TFA,于微波下水解,微波条件为:功率500W,微波时间4min,待冷却后,水解液于氮吹吹干,加入0.5mL吡啶(含20mg盐酸羟胺)90℃反应30min,后再加入0.5mL乙酸酐加热90℃ 30min,氮气吹干,1mL甲醇溶解后GC-MS测定。
GC-MS分析条件为:色谱柱Agilent 19091S-433,HP-5MS毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm);进样口温度250℃;载气为He气,柱流量1.0mL/min。进样方式:分流进样,分流比25:1,进样量1μL;柱温:程序升温:初始温度165℃,保持7min,以5℃/min的速率程序升温至185℃,保持5min,以4℃/min的速率程序升温至200℃,以20℃/min升至280℃。
其结果见图1,由图1紫皮石斛多糖的单糖组成GC-MS图中可知,该紫皮石斛多糖由甘露糖和葡萄糖两种单糖组成,其摩尔比为甘露糖:葡萄糖=20-29:1。
(2)紫皮石斛多糖的糖苷键类型分析
采用气相色谱-质谱联用和核磁共振测定紫皮石斛多糖的糖苷键类型,称取3mg紫皮石斛多糖,加入1mL无水DMSO,充分溶解。加入约20mg NaOH,置于常温超声溶解10min。再加入100μL CH3I,利用微波辅助甲基化,微波功率为200W,及微波下反应4min,冷却后利用透析管透析(分子截留量3500Da),再利用超滤离心管超滤浓缩(分子截留量3500Da)样品。加入TFA至终浓度2M,封管,微波辅助水解(500W,4min),反应结束后,氮吹干燥。加入1mL 2MNH4OH(1M NaBH4)还原,置于常温搅拌1h。加入50μL CH3COOH终止反应,氮吹干燥,加入200μL甲醇,和5μL CH3COOH干燥两次,最后加入200μL甲醇干燥。利用0.5mL吡啶和0.5mL乙酸酐进行乙酰化反应,90℃反应30min。反应后利用1mL水和1mLCH2Cl2萃取两次,收集CH2Cl2层,样品氮吹干燥,加入1mL甲醇复溶。
GC-MS分析条件为:色谱柱Agilent 19091S-433,HP-5MS毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μm);进样口温度250℃;载气为He气,柱流量1.0mL/min。进样方式:分流进样,分流比25:1,进样量1μL;柱温:程序升温:初始温度120℃,以5℃/min的速率程序升温至200℃,以8℃/min的速率程序升温至250℃,以20℃/min升至280℃。
其结果见图2,由图2紫皮石斛多糖的糖苷键类型GC-MS图中的甲基化结果可知,紫皮石斛多糖中主要糖苷键为1,4-Manp和1,4-Glcp,其比例为20-27:1,以及含有少量的t-Glcp。
称取20mg紫皮石斛多糖,反复利用0.5mL D2O充分溶解并冻干三次,最后利用0.5mL D2O充分溶解,于1H NMR和13C NMR分析。
其结果见图3,由图3紫皮石斛多糖的糖苷键类型NMR图中可知,具体见图3A/B,紫皮石斛多糖中主要糖苷键类型为β-D-Manp,乙酰化比例约为15-25%。
(3)紫皮石斛多糖的分子参数及构象分析
采用高效凝胶排阻色谱-多角度激光光散射法测定紫皮石斛多糖的分子参数以及在溶液中的链构象,称取约3mg紫皮石斛多糖,溶解于1.0mL 0.9%(w/v)的氯化钠水溶液中,HPLC-MALLS-RID-DAD检测条件:流动相为0.9%(w/v)的氯化钠水溶液;色谱柱柱温35℃;流速0.5mL/min;色谱柱TSK Gel G5000PWXL串联TSK Gel G3000PWXL;进样量100μL,并联用DAD检测样品UV吸收。
其结果参见图4,由图4的紫皮石斛多糖的分子参数及构象分析HPSEC-MALLS-RI图谱可知,紫皮石斛重均分子量Mw范围为1.0~10.0×105Da,主要为3.0-4.0×105Da,无紫外吸收,说明该多糖组分相对均一(图4A/B/C)。由构象分析公式<S2>z 1/2=kMw v计算,v值为0.38,可知该紫皮石斛多糖在0.9%NaCl溶液中呈球形(图4D)。
实施例4
紫皮石斛多糖的免疫活性测定
(1)细胞培养
RAW 264.7细胞购自美国标准菌库(ATCC),采用培养基DMEM,加10%胎牛血清,1%链/青霉素,37℃,5%CO2培养箱中培养。
(2)细胞活力检测
收集对数期细胞,调整细胞悬液浓度,96孔细胞培养板每孔加入100μL,铺板使待测细胞调密度至5000/孔。5%CO2,37℃孵育培养过夜,加入浓度梯度的药物,设3个复孔,同时设置空白对照组、LPS(0.4μg/mL)阳性药对照组。5%CO2,37℃孵育24h。每孔加入20μLMTT溶液(至终浓度1mg/mL),继续避光培养4h。终止培养,吸去孔内培养液。每孔加入100μL二甲基亚砜,避光低速振荡5-10分钟,使结晶物充分溶解。在酶联免疫检测仪OD 490nm处测量各孔的吸光值。
其结果参见图5,由图5不同浓度紫皮石斛多糖的细胞活性(A)的影响柱状图可知,紫皮石斛多糖在100-400μg/mL浓度下对RAW 264.7细胞无毒性(图5A)。
(3)NO释放测定
收集对数期细胞,调整细胞悬液浓度,96孔细胞培养板每孔加入100μL,铺板使待测细胞调密度至5×104/孔。5%CO2,37℃孵育培养过夜,加入浓度梯度的药物,设3个复孔,同时设置空白对照组、LPS(0.4μg/mL)阳性药对照组。5%CO2,37℃孵育24小时。离心细胞板300g,5分钟,收集细胞上清75μL,加入75μL Griess试剂室温反应15分钟。在酶联免疫检测仪OD540nm处测量各孔的吸光值。
其结果参见图5,由图5不同浓度紫皮石斛多糖对小鼠巨噬细胞NO分泌量(B)的影响柱状图可知,紫皮石斛多糖DDP在100-800μg/mL浓度下具有促进巨噬细胞释放NO的作用,并且具有浓度依赖性(图5B)。
(4)细胞吞噬功能检测
取对数生长期细胞(40×104/孔)于12孔板中,37℃孵育培养过夜,加入浓度梯度的紫皮石斛多糖DDP和LPS(0.4μg/mL)。5%CO2,37℃孵育18h。弃去原培养基药物,加入含FITC-dextran染液(终浓度0.1mg/mL)的培养基避光,继续培养1h。弃去培养基,然后用冷的PBS(含2%FBS)清洗4次去除未进入细胞的FITC-Dextran。流式细胞仪检测FITC平均荧光强度。
其结果参见图6,由图6不同浓度紫皮石斛多糖对小鼠巨噬细胞吞噬能力影响柱状图(A)及流式细胞仪图谱(B)可知,紫皮石斛多糖DDP在100-800μg/mL浓度下具有促进巨噬细胞吞噬能力的作用,并且具有浓度依赖性(图6)。
实施例5
紫皮石斛多糖的降血糖活性测定:取腹腔注射四氧嘧啶80mg/kg造模成功的60只小鼠随机分为糖尿病模型组、阳性对照组(消渴丸)、紫皮石斛多糖高、中、低剂量组,每组12只,编号。另随机抽取12只没有注射四氧嘧啶的小鼠作为空白对照组。阳性对照组(消渴丸1g/kg)、紫皮石斛多糖低(25mg/kg)、中(50mg/kg)、高剂量组(100mg/kg)按体质量灌胃给药,糖尿病模型组和空白对照组灌胃给予生理盐水0.1mL/10g。每天灌胃给药1次,连续15d。用血糖仪测定第5、10、15天禁食3h、灌胃5h后的血糖值。
结果见表1,表明:紫皮石斛多糖具有降低糖尿病小鼠高血糖作用,在给药15d后明显低于给药前水平(p<0.01);在给药15d后,紫皮石斛多糖高、中、低剂量组、阳性对照组与糖尿病模型组比较差异极显著(p<0.01)。
表1紫皮石斛多糖对糖尿病小鼠血糖影响(x±s)
注:—.不给药;
与糖尿病模型组比,*p<0.01;**p<0.01;
与给药前比,▲p<0.05;▲▲p<0.01。
显然,上述实施例中所示具体提取方法及参数仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (2)
1.一种紫皮石斛多糖在制备免疫调节药物中以及制备提高机体免疫功能的食品和保健品方面的应用,其特征在于:紫皮石斛多糖的碘-碘化钾试剂显色阴性,分子量为1×105-10×105Da,主要分子量范围3×105-5×105Da;组成单糖主要为甘露糖、乙酰化甘露糖Acetyl-Man及少量葡萄糖Glc,且甘露糖和葡萄糖组成比大于20:1,糖苷键主要为β-1,4-Manp和β-1,4-Glcp。
2.一种紫皮石斛多糖在制备降血糖药物中以及制备预防和治疗糖尿病的食品和保健品方面的应用,其特征在于:紫皮石斛多糖的碘-碘化钾试剂显色阴性,分子量为1×105-10×105Da,主要分子量范围3×105-5×105Da;组成单糖主要为甘露糖、乙酰化甘露糖Acetyl-Man及少量葡萄糖Glc,且甘露糖和葡萄糖组成比大于20:1,糖苷键主要为β-1,4-Manp和β-1,4-Glcp。
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GR01 | Patent grant | ||
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