魔芋葡甘露聚糖分子量及其生物活性的关系

1、魔芋葡甘露聚糖的降解及分子量魔芋葡甘露聚糖的降解及分子量 大小与其生物活性的关系大小与其生物活性的关系 报告内容报告内容 魔芋葡甘露聚糖结构简介魔芋葡甘露聚糖结构简介 魔芋葡甘露聚糖的物理化学性质魔芋葡甘露聚糖的物理化学性质 多糖的降解的研究进展多糖的降解的研究进展 魔芋葡甘露聚糖的生物活性魔芋葡甘露聚糖的生物活性 1 1、KGMKGM的结构简介的结构简介 魔芋葡甘露聚糖魔芋葡甘露聚糖( KGM) ( KGM) 是从魔芋块茎中提取的多糖是从魔芋块茎中提取的多糖, , 由由-D-D-葡萄糖和葡萄糖和-D-D-甘露糖以甘露糖以23 23 或或11.16 11.16 的摩的摩 尔比以尔比以- 1 ,

2、4 - 1 ,4 糖苷键结合构成糖苷键结合构成, ,在主链甘露糖的在主链甘露糖的C3 C3 位上存在着通过位上存在着通过-1 ,3 -1 ,3 键结合的支链结构键结合的支链结构。 1 1、KGMKGM的结构简介的结构简介 a 玉米淀粉玉米淀粉 (1200) b 红薯淀粉红薯淀粉(1200) 由图可以看出由图可以看出, , 魔芋淀粉魔芋淀粉 粒最小，粒径范围粒最小，粒径范围 1 1 9m9m，平均为，平均为 5m5m。玉米。玉米 淀粉颗粒的平均粒径最大淀粉颗粒的平均粒径最大, , 平均为平均为 14 m,14 m,其次为红其次为红 薯淀粉薯淀粉, ,淀粉颗粒的大小和淀粉颗粒的大小和 形状取决于其

3、来源。形状取决于其来源。 C 魔芋淀粉魔芋淀粉(2000) 2 2、KGMKGM的物理化学性质的物理化学性质 （1 1）增稠性）增稠性 魔芋葡甘聚糖分子量大、水合能力强和不带电荷等特性决定了它优魔芋葡甘聚糖分子量大、水合能力强和不带电荷等特性决定了它优 良的增稠性质。良的增稠性质。 在在1%1%黄原胶溶液黄原胶溶液 中加中加0.02%0.02% 0.03%0.03%的魔芋精的魔芋精 粉，粘度可增加粉，粘度可增加 2 23 3倍。倍。 研究了研究了KGMKGM和豌豆淀和豌豆淀 粉复配体系的结构，粉复配体系的结构， 热力学行为和理化特热力学行为和理化特 性，结果显示高分子性，结果显示高分子 淀粉和

4、淀粉和KGMKGM间能形成间能形成 强烈的氢键，从而使强烈的氢键，从而使 淀粉与淀粉与KGMKGM间有良好间有良好 的混合性。的混合性。 在增稠剂总量为在增稠剂总量为 5%5%时，时，4.5%4.5%变性变性 玉米淀粉和玉米淀粉和0.5%0.5% 魔芋精粉糊化后魔芋精粉糊化后 的粘度比的粘度比5%5%变性变性 玉米淀粉的粘度玉米淀粉的粘度 高出高出4.64.68.68.6 ThomasThomas NishinariNishinari Chen 2 2、KGMKGM的物理化学性质的物理化学性质 （2 2）、流变性）、流变性 2 2、KGMKGM的物理化学性质的物理化学性质 （3 3）凝胶性）凝

5、胶性 凝胶机理：在碱性加热条件下，魔芋葡甘聚凝胶机理：在碱性加热条件下，魔芋葡甘聚 糖链上由乙酸与糖残基上羟基形成的酯键发生水糖链上由乙酸与糖残基上羟基形成的酯键发生水 解，即脱去乙酰基。葡甘聚糖变为裸状，分子间解，即脱去乙酰基。葡甘聚糖变为裸状，分子间 则形成氢键而产生部分结构结晶作用，以这种结则形成氢键而产生部分结构结晶作用，以这种结 晶为结节点形成了网状结构体，即凝胶晶为结节点形成了网状结构体，即凝胶 3、多糖的降解、多糖的降解 （Chua MChua M）魔芋葡甘露聚糖具有）魔芋葡甘露聚糖具有 很高的分子量很高的分子量200, 000Da200, 000Da 2, 000, 000 D

6、a2, 000, 000 Da平均一般为平均一般为 1, 000, 000Da1, 000, 000Da，这使得，这使得KGMKGM的的 粘度很高粘度很高 若直接注入体内也有较若直接注入体内也有较 大毒性，极大的限制了大毒性，极大的限制了 多糖的应多糖的应用用 未降解的多糖分子量大、分子未降解的多糖分子量大、分子 体积大、水溶性差，不利于体积大、水溶性差，不利于 生物吸收在体内发挥生物活性生物吸收在体内发挥生物活性 摩尔质量与多糖的溶解度和粘度密摩尔质量与多糖的溶解度和粘度密 切相关，对于某些高粘度的多糖可切相关，对于某些高粘度的多糖可 采用降低摩尔质量的方法，改善其采用降低摩尔质量的方法，改

7、善其 溶解性和流变学特性，降低粘度，溶解性和流变学特性，降低粘度， 但保证其基本结构单元不变，但保证其基本结构单元不变， 从而提高和保持活性，促进应用从而提高和保持活性，促进应用 多糖为什多糖为什 么要降解么要降解 3 3、多糖的降解、多糖的降解 （1）化学降解）化学降解 庞杰庞杰20042004用悬浮法和湿法制用悬浮法和湿法制 备氧化魔芋葡甘聚糖备氧化魔芋葡甘聚糖O-KGM O-KGM 采用采用DSC XRD SEM IR DSC XRD SEM IR 量子量子 化学计算等方法对化学计算等方法对O-KGMO-KGM的的 结构进行预测和表征结果分结构进行预测和表征结果分 析表明氧化主要发生在糖

8、残析表明氧化主要发生在糖残 基的基的C(2)C(2)及及C(3)C(3)位，位，O-KGMO-KGM 的特性粘度降至的特性粘度降至272.9 272.9 cm3/g cm3/g 约为改性前的约为改性前的1/7 1/7 玻玻 璃化温度及晶体熔融温度分璃化温度及晶体熔融温度分 别为别为61.5 61.5 和和149.36 149.36 同时结同时结 晶度略有增加。晶度略有增加。 OhyayOhyay，和，和K.lharaK.lhara采用高碘采用高碘 酸盐酸盐/ /次氯酸盐氧化系统制次氯酸盐氧化系统制 备得到了葡甘露聚糖的备得到了葡甘露聚糖的 双梭酸衍生物，该衍生物的双梭酸衍生物，该衍生物的 数均

9、分子量数均分子量(Mn)(Mn)降低到约降低到约 2.0 x102.0 x104 4，该衍生物还显示，该衍生物还显示 了很好的水溶性了很好的水溶性 与酶降解特性，体外实验显与酶降解特性，体外实验显 示该氧化产物对巨噬细胞有示该氧化产物对巨噬细胞有 明显的刺激作用，并且比其明显的刺激作用，并且比其 他一些多糖衍他一些多糖衍 生物具有更好的生物活性。生物具有更好的生物活性。 缺点：缺点：产物分离提产物分离提 纯困难，生产成本纯困难，生产成本 高，污染严重高，污染严重。 3 3、多糖的降解、多糖的降解 （2）物理方法）物理方法 ChengCheng等人等人采用超声波辅助采用超声波辅助 过氧化氢氧化降

10、解异枝麒麟过氧化氢氧化降解异枝麒麟 菜硫酸多糖，并测定各多糖菜硫酸多糖，并测定各多糖 样品的相对分子质量为样品的相对分子质量为 5,00040,0005,00040,000，其硫酸基含，其硫酸基含 量均在量均在 18% 18%以上。证明该方以上。证明该方 法适合于制备相对低分子质法适合于制备相对低分子质 量、高水溶性多糖，并且后量、高水溶性多糖，并且后 期处理简单、能较好地保持期处理简单、能较好地保持 多糖中的硫酸基。多糖中的硫酸基。 李治等用李治等用射线照射射线照射 壳聚糖使之发生辐射降解壳聚糖使之发生辐射降解 ，红外光谱分析表明，在，红外光谱分析表明，在 射线的照射下，壳聚糖射线的照射下，

11、壳聚糖 主链上的主链上的-( 1, 4)-( 1, 4)糖苷糖苷 键发生断裂，导致分子量键发生断裂，导致分子量 下降，辐射降解过程中没下降，辐射降解过程中没 有产生羰基，也没有使壳有产生羰基，也没有使壳 聚糖发生交联，形成支链聚糖发生交联，形成支链 或网状结构。或网状结构。 超声降解超声降解法优点表现为节省能源和法优点表现为节省能源和 时间、简化操作程序、减少有机溶时间、简化操作程序、减少有机溶 剂使用、提高反应速率和显著降低剂使用、提高反应速率和显著降低 化学反应产生的废弃物对环境造成化学反应产生的废弃物对环境造成 的危害等，但是该法突出的缺点是的危害等，但是该法突出的缺点是 收率太低，导致

12、生产成本过高，要收率太低，导致生产成本过高，要 实现工业化还有待于进一步的研究。实现工业化还有待于进一步的研究。 辐射降解辐射降解是无需添加物的固是无需添加物的固 相反应，成本低，反应易控，相反应，成本低，反应易控， 无污染，产品品质高，降解无污染，产品品质高，降解 后壳聚糖的生物相容性不受后壳聚糖的生物相容性不受 影响，具有广阔的发展前景影响，具有广阔的发展前景 3 3、多糖的降解、多糖的降解 (Shimahara)等从发芽的魔芋块茎中提取得粗等从发芽的魔芋块茎中提取得粗-甘露甘露 聚糖酶水解魔芋葡甘聚糖得到的产物主要有：聚糖酶水解魔芋葡甘聚糖得到的产物主要有：M-M，G-M， G-G，M-

13、M-M，G-M-M-M，M-G-M，G-G-M， M-M-M-M，G-M-M-G，G-G-M-M，M-M-M-M-M， G-M-M-M-M (Takahashi1988)等以等以 Streptomyces sp.合成的合成的-甘甘 露聚糖酶水解魔芋葡甘露聚糖，得到四种不含支链的低聚糖，露聚糖酶水解魔芋葡甘露聚糖，得到四种不含支链的低聚糖， 分别为：分别为：G-M，G-M-M，G-G-M，G-G-M-M。 (Kusakabe1984)等以等以 PenicillUm purpurogenum No.618 合成的纯化胞外合成的纯化胞外-甘露聚糖酶水解魔芋葡甘露聚糖，甘露聚糖酶水解魔芋葡甘露聚糖，

14、得到的低聚糖成分包括：得到的低聚糖成分包括：M-M，G-M，G-M-M，M-G-M， G-G-M，M-G-M-M，M-G-G-M。 可见产物比可见产物比 较多，但几较多，但几 乎不含支链乎不含支链 的产物。的产物。 G G 代表葡萄糖代表葡萄糖 M M 代表甘露糖代表甘露糖 （3）生物方法）生物方法 3、多糖的降解、多糖的降解 与化学降解相比，酶降解反应条件温和，不与化学降解相比，酶降解反应条件温和，不 需要加入大量的反应试剂，降解速度快，克服了需要加入大量的反应试剂，降解速度快，克服了 化学降解产品分子量分布宽、均一性差的缺点，化学降解产品分子量分布宽、均一性差的缺点， 是一种较为理想的降解

15、方法。但酶对周围环境很是一种较为理想的降解方法。但酶对周围环境很 敏感，溶液中各种因素，如温度、氢离子浓度、敏感，溶液中各种因素，如温度、氢离子浓度、 酶浓度、底物浓度等都能显著地影响酶的催化反酶浓度、底物浓度等都能显著地影响酶的催化反 应速度，甚至使酶失去催化能力。应速度，甚至使酶失去催化能力。 4、KGM的生物活性的生物活性 KGM对脂代谢的影响对脂代谢的影响 TC-总胆固醇总胆固醇, HDL-C-高密度脂蛋白胆固醇高密度脂蛋白胆固醇, LDL-C-低密度脂蛋白胆固醇低密度脂蛋白胆固醇, TG-甘油三脂，甘油三脂， 4、KGM的生物活性的生物活性 黄承钰、张茂玉等人研究了魔芋食品对不同程度

16、糖尿病人糖代谢的黄承钰、张茂玉等人研究了魔芋食品对不同程度糖尿病人糖代谢的 影响，血糖起始水平较高者实验末相应指标降低较多影响，血糖起始水平较高者实验末相应指标降低较多, 反之则降低反之则降低 较少较少, 这说显魔芋食品对这说显魔芋食品对型糖尿病患者有降低血糖的效果型糖尿病患者有降低血糖的效果, 而对于而对于 糖耐量降低者只有调节控制的作用。糖耐量降低者只有调节控制的作用。 FBG-空腹血糖空腹血糖, PBG-餐后血糖餐后血糖 4、KGM的生物活性的生物活性 图图1 1、正常大、正常大 鼠肝组织鼠肝组织 HE HE 200200 图图2 2、高胆固醇组、高胆固醇组, 8, 8 周，肝小叶周，肝

17、小叶 周边带周边带 肝细胞体积增大肝细胞体积增大, , 灶灶 性坏死，胞浆内性坏死，胞浆内 大量细小空泡大量细小空泡, , 酷似酷似 泡沫细胞泡沫细胞HE HE 200200 图图4 4、5%5%魔芋精粉魔芋精粉 组组, 4周，肝细胞周，肝细胞 内脂肪空泡数量内脂肪空泡数量 减少减少, 脂变程度减脂变程度减 轻轻, 可见肝窦状隙可见肝窦状隙 HE HE 200200 图图5 5、5%5%魔芋精粉魔芋精粉 组组,8周，肝脂变周，肝脂变 明显减轻明显减轻, 周边带周边带 少数肝细胞胞桨少数肝细胞胞桨 内有细小空泡内有细小空泡 HE HE 200200 图图3 3、高胆固醇组、高胆固醇组, , 12

18、12周，重度肝脂变周，重度肝脂变, , 胞浆内脂滴融合成胞浆内脂滴融合成 大泡大泡 图图6、 10% 10%魔芋精粉魔芋精粉 组组, 12周，肝脂变逐周，肝脂变逐 渐消失渐消失, 与正常组无与正常组无 明显差异明显差异 4、KGM的生物活性的生物活性 KGM对矿物质代谢的影响对矿物质代谢的影响 Company name Hou等报道等报道,KGM 对大鼠对大鼠 Ca、Fe、Zn、Cu 四种元素的四种元素的 粪排出量及血清、股骨含量无粪排出量及血清、股骨含量无 影响。人体试验也未见对影响。人体试验也未见对Zn、 Fe、Ca吸收的影响。吸收的影响。 James等已发现细胞壁等已发现细胞壁 结构中的

19、糖醛酸可能与结构中的糖醛酸可能与 钙的吸收有关钙的吸收有关, 表明膳食表明膳食 纤维也能影响钙的吸收。纤维也能影响钙的吸收。 Mchale等在成人膳食等在成人膳食 中加入中加入10g纤维素或纤维素或 20g半纤维素半纤维素, 均能均能 明显抑制钙的吸收。明显抑制钙的吸收。 大多数研究都大多数研究都 属于短期实验属于短期实验 Walker61等认为若作较长等认为若作较长 时期的研究时期的研究(超过超过4周周) ，钙的，钙的 平衡由于适应可恢复到正常。平衡由于适应可恢复到正常。 Behall62等的研究就证实纤等的研究就证实纤 维素、经甲基纤维素、刺槐维素、经甲基纤维素、刺槐 豆胶、刺梧桐树胶四种

20、纤维对豆胶、刺梧桐树胶四种纤维对 钙的吸收无影响。钙的吸收无影响。 4、KGM的生物活性的生物活性 李春美以四氧嘧啶诱导糖尿病小鼠为实验模型李春美以四氧嘧啶诱导糖尿病小鼠为实验模型, , 研究了不同分子研究了不同分子 链段的魔芋葡甘露聚糖对小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬功能的作用。链段的魔芋葡甘露聚糖对小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬功能的作用。 4、KGM的生物活性的生物活性 抑菌率抑菌率% KGMS-磺酰化魔芋葡甘聚糖磺酰化魔芋葡甘聚糖 KGMS-6分子量分子量7.85105 KGMS-4分子量分子量2.61105 KGMS-2分子量分子量1.76105 5-Fu对照组对照组 高山俊等对不同分子量的高山俊等

21、对不同分子量的KGMS的抗肿瘤性研究表明多糖分子量的抗肿瘤性研究表明多糖分子量 对其抗肿瘤活性有一定影响，对其抗肿瘤活性有一定影响，KGMS 的高活性区域在的高活性区域在100 000300 000之间。这与之间。这与Takemasa等得出的多糖在分子量为等得出的多糖在分子量为100 000200 000时生物活性最强的结论一致时生物活性最强的结论一致 参考文献参考文献 v1 谭博文.酶法制备魔芋飞粉淀粉及其性质研究D.西北农林科技大学,2010 v2SHIMAHARA H, SUZUKI H, SUGIYAMA N, et al. Partial purification of -manna

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