β-葡萄糖苷酶水解對(duì)遼東楤木嫩芽皂苷理化性質(zhì)的影響*

顏廷才，張旋，斯琴，孟憲軍

(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)，110161)

遼東楤木(Aralia elata(Miq)Seem)屬于五加科楤木屬植物，又名龍牙楤木、刺嫩芽、樹龍牙等，主要分布在我國(guó)東北部，俄羅斯、日本、朝鮮等地。遼東楤木嫩芽營(yíng)養(yǎng)豐富、口感好，屬山野菜中之珍品，號(hào)稱“天下第一山珍”［1］。遼東楤木嫩芽還含有較高的皂苷、醛類物質(zhì)、生物堿、揮發(fā)油、膽堿、香豆精、鞣質(zhì)、豆甾醇及β-谷甾醇等藥用成分，有消炎、利尿、強(qiáng)心、免疫和防癌等醫(yī)療保健作用［2-3］。由于皂苷的藥效廣泛而且顯著，近年來(lái)皂苷成為有機(jī)化學(xué)、天然產(chǎn)物化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)的研究熱點(diǎn)［4］。遼東楤木嫩芽總皂苷的含量大約是人參皂苷含量的3倍，含量雖然高，但活性比人參皂苷小，并且遼東楤木嫩芽皂苷種類繁多，具體是哪一組分活性更高，目前沒(méi)有研究，這限制了遼東楤木嫩芽皂苷的應(yīng)用［5］。目前遼東楤木嫩芽皂苷研究方向主要集中在遼東楤木嫩芽新皂苷種類的發(fā)現(xiàn)上，而對(duì)于遼東楤木嫩芽皂苷活性改進(jìn)方面未見到相關(guān)報(bào)道。相關(guān)研究表明:β-葡萄糖苷酶等水解人參皂苷得到高抗癌活性的皂苷單體［6］，酸催化水解法、乙酞解法、降解水解法、光解法、堿裂解法和酶水解法等［7］也可以提高皂苷活性，這為提高遼東楤木嫩芽皂苷生物活性提供了理論依據(jù)與方向。本研究旨在通過(guò)β-葡萄糖苷酶水解遼東楤木嫩芽皂苷原料，探索β-葡萄糖苷酶水解后皂苷基本理化性質(zhì)的變化，并采用紅外與紫外檢測(cè)來(lái)證實(shí)皂苷分子變化，希望找到提高遼東楤木嫩芽皂苷生物活性的方法，為擴(kuò)大遼東楤木嫩芽皂苷應(yīng)用提供一定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

遼東楤木嫩芽皂苷粗品，由本實(shí)驗(yàn)室自制;齊墩果酸對(duì)照品(批號(hào):110709-200304，供定性分析和含量測(cè)定用)，中國(guó)藥品生物制品檢定所;層析用硅膠，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;β-葡萄糖苷酶為分析純，Sigma公司;甲醇為分析醇、乙腈為色譜純，Sigma公司;娃哈哈飲用純凈水。

1.2 儀器

SBA—100數(shù)控計(jì)滴自動(dòng)收集器，青浦滬西儀器廠;玻璃層析柱，華美試驗(yàn)儀器廠;RE—52型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，博通儀器廠;HL—2S恒流泵，青浦滬西儀器廠;DEF真空干燥箱，上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司;KQ-100DB型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司;FT-IR200型傅立葉變換紅外光譜儀，THERMO公司;TDL-5000B型離心機(jī)，安亭儀器廠;微量進(jìn)樣器(25 μL)，安亭微量進(jìn)樣器廠;UNICUV-4802H紫外可見分光光度計(jì)，上海分析儀器廠;FA2004電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 硅膠柱分離遼東楤木嫩芽皂苷組分

樣品膠制備:稱取經(jīng)過(guò)純化的β-葡萄糖苷酶酶解前后遼東楤木嫩芽皂苷樣品各500 mg和4 g過(guò)60～100目篩的硅膠，分別放入研缽中研磨，倒入5 mL甲醇攪拌，遼東楤木嫩芽皂苷被硅膠吸附。

濕法裝柱:使用前硅膠G于110℃活化1 h。先用一小塊脫脂棉堵住柱底，將30 g過(guò)200～300目篩的硅膠在甲醇溶劑中充分溶脹后除去氣泡，將硅膠的糊狀物慢慢陸續(xù)不斷地倒入層析住中至距柱頂約10 cm，放置過(guò)夜，使硅膠沉降，保持展開劑界面高于硅膠界面。沉降完畢把樣品膠緩慢的倒入柱上端［8］，保持交界面平整。

洗脫:硅膠柱裝好后用甲醇洗脫，按時(shí)間30 min收集一份分別收集，共收集6份樣品，分別經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)、真空干燥得到不同組分的固體粉末，按照時(shí)間先后分別命名1～6，酶解后為E1～E6。

1.3.2 高效液相色譜檢測(cè)定樣品中齊墩果酸含量

儀器:美國(guó) Waters1525 Binary HPLC Pump，Waters2487 Dual λ Absorbance Detector，Waters Breeze 色譜工作站;色譜柱:Eclipes XDB-C18(4.6mm×150mm，5 μm)。

進(jìn)樣量:10 μL(樣品濃度1 mg/mL);流動(dòng)相:乙腈∶水(體積比85∶15);流速:1.0 mL/min;檢測(cè)器波長(zhǎng):215 nm;溫度為30℃;數(shù)據(jù)處理:外標(biāo)法峰面積定量［9］。

樣品預(yù)處理:樣品各10 mg用1 mL 1 mol/L的H2SO4水解后再用Na2CO3中和蒸干后，分別溶于10 mL甲醇中，進(jìn)樣時(shí)用0.45 μm濾膜過(guò)濾。

1.3.3 對(duì)羥基自由基的清除作用

水楊酸法［10］:按照 Smirnof(1989)的方法，(1)羥自由基的產(chǎn)生:在10 mL刻度具塞試管中加入10 mmol/L水楊酸0.5mL，0.4 mmol/L pH 7.4的磷酸緩沖液 3 mL，3.8 mmol/L Fe(Ⅱ)的 EDTA溶液 0.5 mL，加入4 mmol/L的H2O21 mL啟動(dòng)反應(yīng)，于25℃恒溫水浴中放置90 min。

(2)羥自由基的測(cè)定:加6 mol/L HCl結(jié)束反應(yīng)，再加入0.5 g NaCl，滴加去離子水至6 mL刻度處，混勻。加入冷的乙醚4 mL，充分混勻，靜置后移取上層乙醚3 mL于10 mL刻度離心管中，將離心管置于40℃恒溫水浴中，將乙醚蒸發(fā)至干，加入0.15 mL 10%三氯乙酸，0.25 mL 10%鎢酸鈉，0.25 mL 0.5%NaNO2，放置5 min后，加入0.25 mL 1 mol/L KOH，滴加去離子水至4 mL，混勻，于510 nm處測(cè)定其吸光度A0，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

(3)OH·清除率的測(cè)定:在(1)的體系中加入清除劑，按(2)的方法測(cè)定吸光度AS，按下式計(jì)算:

1.3.4 對(duì)O2-·自由基的清除作用

鄰苯三酚法［11］:取 pH 8.2的 Tris-HCl-EDTA 緩沖液于4.5 mL比色管中，于25℃恒溫10 min，再加入25℃恒溫的45 mmol/L的鄰苯三酚溶液10 μL，混勻后迅速倒入1 cm石英比色杯，于325 nm下每隔30 s測(cè)1次光密度值，共測(cè)定4 min，求出鄰苯三酚自氧化速率ΔA0，同時(shí)用鹽酸作空白試驗(yàn)。在上述體系中加入鄰苯三酚之前加一定體積的皂苷溶液，混勻于325 nm下測(cè)其光密度變化ΔAS，計(jì)算清除率。

1.3.5 遼東楤木嫩芽皂苷紫外光譜的測(cè)定

取經(jīng)真空干燥的β-葡萄糖苷酶酶解前后遼東楤木嫩芽皂苷各10 mg用甲醇溶解，配制成濃度1 mg/mL的溶液，用UNICUV-4802H紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定其紫外光譜吸收的特點(diǎn)［12］。

1.3.6 遼東楤木嫩芽皂苷紅外光譜測(cè)定

取經(jīng)真空干燥的β-葡萄糖苷酶酶解前后遼東楤木嫩芽皂苷各2 mg與干燥KBr100 mg，磨碎混勻后30 MPa下壓片，用FT-IR200型傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)定其紅外光譜吸收特點(diǎn)［13］。詳細(xì)圖譜檢索所用的圖譜庫(kù)為:奧爾德利希凝相樣品庫(kù)、奧爾德利希氣相樣品庫(kù)、喬治亞州罪犯實(shí)驗(yàn)室樣品庫(kù)、無(wú)角聚合體樣品庫(kù)、拉曼有機(jī)樣品庫(kù)、Sigma生物樣品庫(kù)［14］。

2 結(jié)果與分析

2.1 β-葡萄糖苷酶酶解對(duì)遼東楤木嫩芽皂苷感官指標(biāo)影響

遼東楤木嫩芽皂苷經(jīng)提純和干燥以后，形成了紅棕色的粉末，在陽(yáng)光下有明顯的反光現(xiàn)象，說(shuō)明有晶體存在。聞起來(lái)有香甜的焦糖味道，在空氣中容易吸濕，溶液為紅褐色，溶解度較小，易溶解于熱水和酸性溶液中，溶液黏稠而有甜味，攪拌容易產(chǎn)生泡沫。經(jīng)過(guò)β-葡萄糖苷酶酶解后遼東楤木嫩芽皂苷，顏色明顯變淺，為淺黃色粉末，無(wú)明顯晶體，反光性能差，無(wú)明顯吸濕性，溶解速度較快且溶解度較大，溶液黏稠度下降，有清新的清涼味略帶甜味，攪拌產(chǎn)生豐富的泡沫。主要感官指標(biāo)比較如表1。分析原因可能是由于遼東楤木嫩芽皂苷主要是由三萜酸類皂苷元與單糖連接形成皂苷，遼東楤木嫩芽皂苷含有豐富的單糖，在濃度或者溫度較高情況下，單糖會(huì)有部分聚合［15］，所以會(huì)有較深的焦糖顏色和風(fēng)味，糖含量高，溶液黏稠，不容易溶解。經(jīng)過(guò)β-葡萄糖苷酶酶解后遼東楤木嫩芽皂苷的葡萄糖被水解掉，分子明顯縮小，顏色變淺，黏性變小，溶解速度提高;由于分子變小，糖組分減少，揮發(fā)程度提高，所以刺激氣味變強(qiáng)烈，甜味降低。

表1 β-葡萄糖苷酶酶解對(duì)遼東楤木嫩芽皂苷主要感官指標(biāo)影響Table 1 Effect of hydrolyzation of β-glucosidase on main sensory indexs of aralosides

2.2 β-葡萄糖苷酶酶解對(duì)遼東楤木嫩芽皂苷組分分離的影響

遼東楤木嫩芽皂苷6個(gè)樣品組分，干燥后的樣品均為棕紅色粉末，有特殊的香氣味，有反光顯現(xiàn)，有晶體出現(xiàn)，遇到冷水變黏稠漿狀，溶解比較慢，能夠溶于水，水溶液為淡褐色，有刺激性的氣味并帶有香甜味。6組分的質(zhì)量比例為:34.3%、21.1%、16.9%、15.1%、7.9%、4.7%。按色譜條件定量測(cè)定，6個(gè)樣品的齊墩果酸含量分別為45.6%、36.1%、31.4%、10.7%、26.6%、25.5%，遼東楤木嫩芽總皂苷里的齊墩果酸含量為33.5%，可見，遼東楤木嫩芽總皂苷與6個(gè)組分皂苷內(nèi)齊墩果酸含量還都是很豐富的［16］。

同樣收集經(jīng)β-葡萄糖苷酶酶解后遼東楤木嫩芽皂苷6個(gè)組分，按照時(shí)間先后分別命名E1～E6，干燥后的樣品也均為有色粉末，E1樣品顏色有點(diǎn)暗綠，樣品E2、E3顏色為淺黃，后面3個(gè)樣品為深棕褐色粉末，都有強(qiáng)烈的特殊的香氣味，前3個(gè)屬于清淡味道，后3個(gè)樣品有香甜味道;都有更大的晶體和大晶體反光顯現(xiàn)，比酶解前更容易溶于冷水，水溶液為黏稠漿狀，但比酶解前黏度下降，水溶液顏色是更淡的褐色，刺激性的氣味比酶解前更強(qiáng)烈并帶有微弱香甜味。β-葡萄糖苷酶酶解后E1～E6各組分的質(zhì)量比例為:34.8%、24%、11.8%、11.3%、8.1%、10%，齊墩果酸含量分別為50.6%、40.1%、34.9%、11.9%、29.5%、28.3%，β-葡萄糖苷酶酶解后遼東楤木嫩芽總皂苷里的齊墩果酸含量為37.2%，含量提高。

2.3 β-葡萄糖苷酶酶解對(duì)遼東楤木嫩芽皂苷OH·清除的影響

由圖1、2中可知，皂苷溶液在較低濃度時(shí)對(duì)OH·就有一定的清除作用，濃度為0.25 mg/mL時(shí)清除率達(dá)到50.65%，隨著溶液濃度的增大其清除自由基的能力逐漸增強(qiáng)，皂苷濃度達(dá)到1.00 mg/mL對(duì)OH·的清除率達(dá)到76.75%，而經(jīng)β-葡萄糖苷酶酶解后皂苷對(duì)OH·的清除率明顯提高，濃度為1.00 mg/mL時(shí)清除率達(dá)到82.49%?？梢?，羥基自由基的清除效果與皂苷的濃度呈顯著正相關(guān)性，β-葡萄糖苷酶酶解可顯著提高皂苷羥基自由基的清除效果［17］。

圖1 刺嫩芽皂苷對(duì)羥基自由基的清除Fig.1 The·OH radical scavenging activity of aralosides

圖2 刺嫩芽皂苷對(duì)羥基自由基的清除Fig.2 The·OH radical scavenging activity of hydrolyzed aralosides

2.4 β-葡萄糖苷酶酶解對(duì)遼東楤木嫩芽皂苷O2-·清除的影響

由圖3和圖4可知，皂苷溶液在較低濃度時(shí)對(duì)O2-·就有一定的清除作用，濃度為0.5 mg/mL時(shí)的清除率就達(dá)到46.35%，隨著溶液濃度的增大其清除自由基的能力逐漸增強(qiáng)，皂苷濃度達(dá)到1.00 mg/mL的清除率達(dá)到79.46%，而經(jīng)β-葡萄糖苷酶酶解后皂苷對(duì)氧自由基的清除率明顯提高，濃度為1.00 mg/mL時(shí)清除率達(dá)到82.26%?？梢?，氧自由基的清除效果與皂苷的濃度呈顯著正相關(guān)性［18］，β-葡萄糖苷酶酶解可顯著提高皂苷氧自由基的清除效果。

圖3 刺嫩芽皂苷對(duì)O2-·的清除Fig.3 The O2-radical scavenging activity of aralosides

圖4 刺嫩芽皂苷對(duì)O2-·的清除Fig.4 The O2-radical scavenging activity of hydrolyzed aralosides

2.5 β-葡萄糖苷酶酶解對(duì)遼東楤木嫩芽皂苷紫外吸收的影響

由圖5可以看到，遼東楤木嫩芽總皂苷的紫外吸收?qǐng)D譜里有6個(gè)比較明顯的吸收峰，其中在299 nm處的吸收峰最大，吸光值達(dá)到0.95，說(shuō)明遼東楤木嫩芽總皂苷里含有多個(gè)皂苷單體，分子比較大［19］。

由圖6可以看到，β-葡萄糖苷酶酶解后遼東楤木嫩芽總皂苷的紫外吸收明顯向低波長(zhǎng)靠近，有5個(gè)比較明顯的吸收峰，其中在236 nm處的吸收峰最大，說(shuō)明β-葡萄糖苷酶能夠酶解總皂苷，水解下葡萄糖分子，使皂苷單體分子明顯變小，單體數(shù)量減少。

2.6 β-葡萄糖苷酶酶解對(duì)遼東楤木嫩芽皂苷紅外吸收的影響

由圖7可以看到，遼東楤木嫩芽總皂苷分別在波數(shù)為3 373、1 075與2 939、1 388處有明顯吸收，經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)圖譜分析可以判斷所對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)分別為脂肪族伯醇、脂肪烴［20］;經(jīng)詳細(xì)圖譜檢索，此圖譜與異麥芽糖的匹配度達(dá)到48.27，與β-D-半乳糖的匹配度達(dá)到47.10，說(shuō)明總皂苷含有帶羥基的長(zhǎng)碳鏈、異麥芽糖和β-D-半乳糖。

圖5 遼東楤木嫩芽總皂苷的紫外掃描圖Fig.5 The ultraviolet scan chart of the aralosides

圖6 酶解后遼東楤木嫩芽總皂苷的紫外掃描圖Fig.6 The ultraviolet scan chart of the hydrolyzed aralosides

由圖8可以看到，β-葡萄糖苷酶酶解后遼東楤木嫩芽總皂苷分別在波數(shù)為3 300、1 609、750與2 931、1 416及3 397、1 076處有明顯吸收，經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)圖譜分析可以判斷所對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)分別為脂肪族伯胺、脂肪烴、脂肪族仲醇，脂肪族羧酸，不飽和脂肪酸［21］;經(jīng)詳細(xì)圖譜檢索，此圖譜與異麥芽糖的匹配度達(dá)到53.27，與β-D-半乳糖的匹配度達(dá)到53.52，與β-D-苯基葡糖苷的匹配度達(dá)到44.89，說(shuō)明總皂苷含有帶羥基或氨基的長(zhǎng)碳鏈、異麥芽糖、β-D-苯基葡糖苷和β-D-半乳糖成分，這證明β-葡萄糖苷酶水解掉部分單糖，裸露出了羧基與長(zhǎng)的碳鏈［22］。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)β-葡萄糖苷酶酶解后遼東楤木嫩芽皂苷分子中的葡萄糖被水解掉，分子明顯縮小，顏色變淺，溶解速度明顯提高，溶液黏稠度下降，糖組分減少，甜味降低，焦糖風(fēng)味消失，由于分子變小，揮發(fā)程度提高，刺激氣味變強(qiáng)烈。

圖7 遼東楤木嫩芽總皂苷的紅外掃描圖Fig.7 The infrared scan chart of the aralosides

圖8 酶解后遼東楤木嫩芽總皂苷的紅外掃描圖Fig.8 The infrared scan chart of the overall hydrolyzed aralosides

經(jīng)過(guò)硅膠柱分離后的遼東楤木嫩芽皂苷6個(gè)樣品干燥后的感官特征與總皂苷類似，6組分的質(zhì)量比例為:34.3%、21.1%、16.9%、15.1%、7.9%、4.7%，齊墩果酸含量分別為 45.6%、36.1%、31.4%、10.7%、26.6%、25.5%，遼東楤木嫩芽總皂苷齊墩果酸含量為33.5%。經(jīng)β-葡萄糖苷酶酶解后遼東楤木嫩芽皂苷6個(gè)樣品為有色粉末，E1樣品為暗綠色，樣品E2、E3為淺黃色，味道清淡，后面3個(gè)樣品為深棕褐色粉末，味道香甜，都有強(qiáng)烈的特殊香氣味;都有更大的晶體和大晶體反光顯現(xiàn)，比酶解前更容易溶于冷水，水溶液為黏稠漿狀，但黏度下降;質(zhì)量比例為:34.8%、24%、11.8%、11.3%、8.1%、10%，齊墩果酸含量分別為 50.6%、40.1%、34.9%、11.9%、29.5%、28.3%，酶解后遼東楤木嫩芽總皂苷里的齊墩果酸含量為37.2%。

皂苷溶液在較低濃度時(shí)對(duì)OH·與O2-·就有一定的清除作用，隨著溶液濃度的增大其清除自由基的能力逐漸增強(qiáng)，羥基自由基與氧自由基的清除效果與皂苷的濃度呈顯著正相關(guān)性，β-葡萄糖苷酶酶解可顯著提高皂苷羥基自由基的清除效果。

紫外吸收?qǐng)D譜表明:遼東楤木嫩芽總皂苷經(jīng)β-葡萄糖苷酶酶解后最大吸收峰從299 nm處降低到236 nm處，紫外吸收明顯向低波長(zhǎng)靠近，紫外吸收峰減少1個(gè)。證明β-葡萄糖苷酶水解掉部分單糖，使皂苷單體分子明顯變小，單體數(shù)量減少。

紅外光譜研究表明:遼東楤木嫩芽總皂苷經(jīng)β-葡萄糖苷酶酶解后，在3個(gè)波數(shù)處有了明顯吸收，經(jīng)過(guò)基礎(chǔ)圖譜分析可以判斷所對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)分別為脂肪族伯胺、脂肪族羧酸，不飽和脂肪酸;經(jīng)詳細(xì)圖譜檢索，結(jié)構(gòu)多了β-D-半乳糖成分，證明了β-葡萄糖苷酶水解掉部分葡萄糖，裸露出了β-D-半乳糖、羧基與長(zhǎng)的碳鏈。

試驗(yàn)證明，β-葡萄糖苷酶水解掉遼東楤木嫩芽總皂苷分子中部分葡萄糖，改變其物理化學(xué)特性，提高其清除自由基能力，這為提高遼東楤木嫩芽總皂苷活性提供參考。

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