擠壓超聲聯(lián)用提取的米糠多糖結(jié)構(gòu)研究

王　霞，崔曉彤，李凡姝，許　青，楊　柳，肖志剛，3（.沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院，遼寧沈陽　0034；.沈陽師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，遼寧沈陽　0034；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱　50030）

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擠壓超聲聯(lián)用提取的米糠多糖結(jié)構(gòu)研究

王霞1，崔曉彤2，李凡姝1，許青1，楊柳1，*肖志剛1，3
（1.沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院，遼寧沈陽110034；2.沈陽師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，遼寧沈陽110034；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

摘要：將米糠多糖粗液通過乙酸鋅－亞鐵氰化鉀法脫除蛋白質(zhì)得到的米糠多糖，用超濾技術(shù)分離純化得到抗氧化活性最為顯著的米糠多糖（RBS-Ⅱ）。采用高效液相凝膠滲透色譜法、光譜分析以及透射電鏡研究了RBS-Ⅱ的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，米糠多糖的分子量分布比較均勻；紅外光譜分析可知，多糖中存在α-糖苷鍵和β-糖苷鍵2種構(gòu)型，含有酸性基團(tuán)和蛋白質(zhì)基團(tuán)；通過透射電鏡觀察可知，多糖在水溶液中多個(gè)糖鏈纏繞成股，每條多糖鏈自身發(fā)生扭曲纏繞，進(jìn)而形成不同形狀的聚集體。

關(guān)鍵詞：米糠多糖；高效液相；光譜；透射電鏡；超濾

0　引言

我國是稻谷生產(chǎn)大國，稻谷碾白后的副產(chǎn)品——米糠，占稻谷總質(zhì)量的5%～7%，每年我國米糠的產(chǎn)量均超過1 000×104t［1-2］，所以有特別豐富的米糠資源。米糠中營養(yǎng)物質(zhì)比較豐富，但是絕大部分的米糠都被用作動物飼料，導(dǎo)致米糠資源未能得到合理的利用。雖然我國對米糠的加工利用率很低，但是世界上許多發(fā)達(dá)國家從上個(gè)世紀(jì)就開始了米糠的研究利用，并且研究技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)很高的水平，利用米糠生產(chǎn)一些價(jià)值較高的產(chǎn)品，如米糠蛋白、米糠油、米糠多肽、植酸、谷維素和功能性膳食纖維等［3］。

米糠中的營養(yǎng)成分——米糠多糖的研究比較廣泛，它主要由葡萄糖通過α- 1，6糖苷鍵連接而成的一種雜聚糖。日本學(xué)者在研究米糠時(shí)發(fā)現(xiàn)了一些功能活性，這些功能活性的主要成分就是米糠多糖，之后便有學(xué)者開始對米糠多糖進(jìn)行深入的研究［4］。米糠多糖有保健功能、顯著的生物活性和膳食纖維所具有的生理功能，而且米糠多糖在抗腫瘤、免疫增強(qiáng)、抗細(xì)菌感染、降血糖及降血脂等方面也具有較高的生物活性［5-8］，通過對米糠多糖進(jìn)一步的研究，以開拓米糠多糖應(yīng)用的新領(lǐng)域。

本文對超濾技術(shù)分離純化后的活性米糠多糖RBS-Ⅱ的結(jié)構(gòu)、組分和形貌特征進(jìn)行研究，為米糠多糖的深入研究及其應(yīng)用提供重要理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

通過擠壓超聲聯(lián)用，提取米糠多糖的最佳工藝參數(shù)制得米糠多糖粗液［9］，米糠多糖得率7.18%。將得到的米糠多糖粗液經(jīng)乙酸鋅-亞鐵氰化鉀法脫除蛋白質(zhì)，并通過超濾技術(shù)分離純化得到較高活性的米糠多糖RBS-Ⅱ［10］。

考馬斯亮藍(lán)G- 250，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；三氯乙酸，成都科龍化學(xué)試劑廠產(chǎn)品；Agilent 1100型高效液相色譜儀，America公司產(chǎn)品；GC- 2010型氣相色譜儀，日本島津公司產(chǎn)品；VERTEX型傅里葉紅外光譜儀，德國Bruker公司產(chǎn)品；JEM- 1200EX型透射電子顯微鏡，日本日立公司產(chǎn)品；TU- 1800型紫外可見分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司產(chǎn)品；DF110型電子分析天平，中國輕工機(jī)械總公司常熟衡器工業(yè)公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1米糠多糖RBS-Ⅱ純度的鑒定

多糖屬于大分子化合物，通常由不同分子量多糖組成。因此，多糖的純度并不是指單純的某一種物質(zhì)，而是在一定范圍內(nèi)的均一組分，即便是純品其純度也是不均一的［11］。

配置米糠多糖待測液，用0.45 μm微孔過濾膜過濾，取過濾液2 mL過Sephadex G- 100型柱，用水溶液洗脫，10 mL /管，用苯酚-硫酸法進(jìn)行跟蹤檢測，于波長490 nm下測得的吸光度對洗脫管數(shù)作圖，得到洗脫曲線。

1.2.2高效液相凝膠滲透色譜法測定米糠多糖分子量

米糠多糖溶解于流動相中，經(jīng)微孔過濾膜過濾后供進(jìn)樣。在測定過程中，選用TSK型和UltrahydrogelTMLinear型（300 mm×7.8 mm ID×2）色譜柱雙柱串聯(lián)，利用Waters- 2410型示差折光檢測器進(jìn)行檢測，測得流動相為0.1 mol/L的硝酸鈉，流速為0.9 mL/min，柱溫為45℃，進(jìn)樣量為20 μL，并且記錄樣品的色譜曲線。在相同條件下按照HPLC將7種相對分子量為1 800，4 600，21 400，41 100，133 800，2 000 000的標(biāo)準(zhǔn)Dextran相繼進(jìn)樣，并且記錄每種樣品的保留時(shí)間tR，然后以tR為橫坐標(biāo)、LgM為縱坐標(biāo)，畫出標(biāo)準(zhǔn)曲線。在相同的試驗(yàn)條件下得到樣品RBPS2a的色譜曲線，最后選用Millennium 2010（Waters）軟件分析該樣品的保留時(shí)間，最終得到了樣品的相對分子量［12］。

1.2.3多糖樣品中單糖組成分析

（1）多糖水解。稱取多糖樣品5 mg，加入3 mL 的2 mol/L三氯乙酸。120℃下水解4 h，取出，加入少量的甲醇，充氮?dú)庵翐]發(fā)蒸干，以除盡三氯乙酸，得到多糖水解物。

（2）單糖的乙?；?。分別在單糖標(biāo)準(zhǔn)品和多糖水解產(chǎn)物中，加入0.5 mL無水吡啶，2 mg的肌醇六乙酰酯，10 mg的鹽酸羥胺，90℃下水解30 min，取出后冷卻。在冷卻后的溶液中加入0.5 mL無水乙酸酐，90℃下進(jìn)行30 min乙?；?，得到多糖的糖腈乙酸酯衍生物經(jīng)微孔過濾膜過濾，濾液直接進(jìn)樣，進(jìn)行氣相色譜分析。

（3）色譜柱條件。色譜柱為石英毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm），載氣N2，流速1.2 mL/min，H230 mL/min，空氣300 mL/min；進(jìn)樣溫度280℃，F(xiàn)ID檢測器溫度260℃，柱溫150℃；升溫程序0 min→7℃/min→190℃，0 min→15℃/min→250℃，2 min，進(jìn)樣量0.5 μL［13-15］。

1.2.4光譜分析

（1）紫外可見光光譜分析。將制得的多糖樣品配成2 mg/mL的溶液，以蒸餾水作空白對照，于400～190 nm進(jìn)行全波長紫外掃描。取0.2 mL上述溶液，加入0.4 mL 5%苯酚和2 mL濃硫酸，以0.2 mL蒸餾水加0.4 mL 5%苯酚及2 mL濃硫酸為空白對照，于700～190 nm進(jìn)行全波段掃描［16］。

（2）紅外光譜分析。米糠多糖的黏度較大并且吸濕性特別強(qiáng)，無法在紅外光燈下與KBr進(jìn)行混合研磨。所以，首先要將多糖樣品配成2 mg/mL的溶液后進(jìn)行紅外光譜的掃描。方法見參考文獻(xiàn)［17］。

1.2.5形貌特征分析——透射電鏡（TEM）觀察

配置質(zhì)量濃度為0.01 mg/mL的樣品溶液，將其蘸在涂有碳膜的銅網(wǎng)上，靜置15 min，再用醋酸鈾染色15 min，避光放置25 min，在H- 7650型透射電子顯微鏡觀察拍照。

2　結(jié)果與分析

2.1米糠多糖RBS-Ⅱ純度的鑒定

米糠多糖RBS-Ⅱ經(jīng)Sephadex G- 100型凝膠柱層析，最終得到的洗脫曲線中并不是由單一對稱峰組成，從而證明RBS-Ⅱ不是單一組分。在洗脫曲線中也有一個(gè)相對主峰，說明米糠多糖的純度相對較高。

RBS-Ⅱ在Sephadex G- 100型層析柱上的色譜見圖1。

2.2多糖分子量的測定

圖1　RBS-Ⅱ在Sephadex G- 100型層析柱上的色譜

米糠多糖RBS-Ⅱ的相對分子量見表1。

表1　米糠多糖RBS-Ⅱ的相對分子量

在結(jié)構(gòu)分析之前需要對分離純化后活性組分RBS-Ⅱ的相對分子量做出鑒定，本研究采用高效液相凝膠滲透色譜法測定了RBS-Ⅱ的相對分子量，測得RBS-Ⅱ的數(shù)均分子量Mn為72 912 Da，重均分子量Mw為73 492 Da，多分散系數(shù)Mw/Mn為1.007。Mw/Mn值接近1.0，RBS-Ⅱ的Mw/Mn值為1.007，說明RBS-Ⅱ的相對分子量分布較均勻。

2.3多糖樣品中單糖組成分析

單糖標(biāo)樣的糖腈乙?；瘹庀嗌V見圖2，RBS-Ⅱ樣品單糖的糖腈乙?；瘹庀嗌V見圖3。

圖2　單糖標(biāo)樣的糖腈乙?；瘹庀嗌V

圖3　RBS-Ⅱ樣品單糖的糖腈乙?；瘹庀嗌V

本試驗(yàn)結(jié)果與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道米糠多糖的單糖組成木糖、阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖的摩爾比約為2∶4∶1∶4，有較大差別，這可能是由于米糠提取工藝不同。本試驗(yàn)采取擠壓聯(lián)合超聲提取米糠多糖，而文獻(xiàn)中采用熱水浸提法，擠壓和超聲等物理破碎作用使得單糖組成差別較大；本試驗(yàn)的原料采用東北地區(qū)的稻米副產(chǎn)物，而文獻(xiàn)中的原料采用華南地區(qū)的稻米副產(chǎn)物，水稻品種的差異也可能造成米糠中多糖的單糖組成有一定的差別。

2.4光譜分析

2.4.1紫外光譜分析

米糠多糖RBS-Ⅱ的紫外光譜見圖4，米糠多糖RBS-Ⅱ經(jīng)苯酚-硫酸顯色后的紫外光譜見圖5。

圖4　米糠多糖RBS-Ⅱ的紫外光譜

圖5　米糠多糖RBS-Ⅱ經(jīng)苯酚-硫酸顯色后的紫外光譜

由圖4所示，米糠多糖RBS-Ⅱ水溶液在190～400 nm波長范圍掃描，掃描光譜結(jié)果表明，在波長285 nm附近有弱吸收，說明RBS-Ⅱ中含有蛋白質(zhì)成分，在前面試驗(yàn)中米糠多糖中沒有游離蛋白質(zhì)的存在，所以可以判定，米糠多糖中含有一定量的多糖-蛋白質(zhì)結(jié)合物。而大量的研究證明，很多的糖蛋白在細(xì)胞表面有一定的識別作用，也存在抗原抗體的結(jié)合。如圖5所示，RBS-Ⅱ的水溶液在經(jīng)苯酚-硫酸溶液顯色后，在490 nm附近產(chǎn)生了強(qiáng)特征吸收峰，從而說明了該提取物是一種多糖。

2.4.2紅外光譜分析

米糠多糖RBS-Ⅱ的紅外光譜見圖6。

紅外光譜法（IR）是研究有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的一種極其重要方法，通常是根據(jù)多糖的特征吸收峰來鑒多糖的某些基團(tuán)。米糠多糖的紅外光譜研究發(fā)現(xiàn)，在3 400 cm-1出現(xiàn)的寬峰是多糖分子內(nèi)或分子間氫鍵O- H伸縮振動的表現(xiàn)；2 932 cm-1和1 839 cm-1出現(xiàn)的吸收峰分別是C- H伸縮振動和邊角振動引起的，以上吸收峰構(gòu)成了多糖的特征吸收峰。在1734cm-1附近為羧基的特征吸收峰，表明多糖中可能存在酸性基團(tuán)，含有一定量的糖醛酸，這與前面測定結(jié)果一致；在N- H變角振動區(qū)1 650～1 550 cm-1有明顯的蛋白質(zhì)吸收峰，表明該樣品是多糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物，與前面試驗(yàn)結(jié)果相符；在1 200～1 000 cm-1范圍內(nèi)2個(gè)吸收峰1 020 cm-1和1 161 cm-1是C- O伸縮振動引起的；在840 cm-1和890 cm-1附近有2個(gè)明顯的吸收峰，表明多糖中存在α-糖苷鍵和β-糖苷鍵2種構(gòu)型。

圖6　米糠多糖RBS-Ⅱ的紅外光譜

2.5形貌特征分析——透射電鏡（TEM）觀察

米糠多糖RBS-Ⅱ透射電鏡見圖7。

圖7　米糠多糖RBS-Ⅱ透射電鏡

圖7（a）顯示了米糠多糖分子螺旋盤繞的形貌。米糠多糖是大分子化合物，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，多糖分子鏈并非單個(gè)糖鏈，由于多糖中還含有糖醛酸，1個(gè)糖鏈上羧基負(fù)離子的強(qiáng)電負(fù)性氧原子或糖醛酸羧基會與另一個(gè)鏈上羥基易發(fā)生糖鏈間氫鍵的締合，從而會形成多個(gè)糖鏈纏繞成股的多糖鏈。同時(shí)，由于每個(gè)多糖分子內(nèi)部也可形成分子內(nèi)氫鍵，自身發(fā)生扭曲纏繞，進(jìn)而形成不同形狀的聚集體，每個(gè)聚集體單獨(dú)游離于溶液中。

圖7（b）顯示了在稀溶液中米糠多糖分子呈柏樹枝狀聚集態(tài)，因?yàn)槎喾肿踊蚍肿蛹瘓F(tuán)聚集成不同式樣的束會形成這種聚集的狀態(tài)，通常這種聚集狀態(tài)會有1個(gè)或幾個(gè)相對的向外輻射，這種結(jié)構(gòu)在多糖中具有普遍性，它是多糖在稀溶液中的四級結(jié)構(gòu)。

3　結(jié)論

分離純化后的米糠多糖純度不高，在進(jìn)行純度鑒定時(shí)，有2個(gè)較大的波峰，在紫外掃描也有蛋白質(zhì)的波峰，但考馬斯亮藍(lán)反應(yīng)為陰性，所以判定存在多糖-蛋白質(zhì)的絡(luò)合物。在紅外光譜掃描分析中，米糠多糖中存在α-糖苷鍵和β-糖苷鍵2種構(gòu)型，含有酸性基團(tuán)和蛋白質(zhì)基團(tuán)。通過透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，多糖在水溶液中多個(gè)糖鏈會纏繞成股形成多糖鏈，同時(shí)每條多糖鏈還會自身發(fā)生扭曲纏繞，進(jìn)而形成不同形狀的聚集體。

參考文獻(xiàn)：

［1］姚惠源，周素梅，王立，等.米糠與米糠蛋白質(zhì)的開發(fā)與利用［J］.無錫輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，21（3）：312-316.

［2］顧華孝.米糠的食用性和在保健功能食品上的應(yīng)用［J］.糧食與飼料工業(yè)，2001（5）：46-48.

［3］王世寬，郭春曉，任路遙，等.米糠的功能及其在食品中的應(yīng)用［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工，2007（1）：24-25.

［4］李傳普，丁升艷，陳安國.米糠多糖的開發(fā)及應(yīng)用［J］.飼料工業(yè)，2007，28（13）：55-57.

［5］青江誠一朗.米糠半纖維素［J］.日本釀協(xié)會志，1994，89：48-50.

［6］Tanigami Y，Kusumoto S，Nagao S，et al. Partial degradation and biological activities of an antitumor polysaccharide from rice bran［J］. Chemical & Pharmaceutical Bulletin，1991，39（7）：1 782-1 787.

［7］Yamagishi T，Tsuboi T，Kikuchi K，et al. Potent natural immunomodulator，rice water-soluble polysaccharide fractions with anticomplementary activity［J］. Cereal Chemistry，2003，80（1）：5-8.

［8］Takeo S，Kado H，Yamamoto H，et al. Studies on an antitumor polysaccharide RBS derived from rice bran. II. Preparation and general properties of RON，an active fraction of RBS［J］. Chemical & Pharmaceutical Bulletin，1988，36（9）：3 609-3 613.

［9］李杰，羅志剛，肖志剛，等.擠壓超聲聯(lián)用提取米糠多糖工藝優(yōu)化［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，44（3）：46-48.

［10］肖志剛，李杰，王鵬，等.擠壓超聲聯(lián)用提取的米糠多糖分離純化研究［J］.沈陽師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，33（1）：47-53.

［11］陳哲超，林宇野，謝必峰，等．復(fù)合酶解法提取香菇多糖蛋白的研究［J］．生物工程進(jìn)展，1995，15（1）：47-50．

［12］張瀟艷.米糠多糖的提取、純化及結(jié)構(gòu)研究［D］.無錫：江南大學(xué)，2008.

［13］歐陽臻，陳鈞，李永輝.桑葉多糖的分離純化及組成研究［J］.食品科學(xué)，2005，26（3）：181-184.

［14］Englyst H N，Quigley M E，Hudson C J．Determination of dietary fibre as non-starch polysaccharides with gas-liquid chromatographic，high-performation liquid chromatographic or spectrophotometric measurement of constituent sugars［J］．Analyst，1994，119：1 497-1 509．

［15］Mc Ginnis C D．Preparation of aldonoitrile acetates using N-methylimidazole as catalyst and solvent［J］．Carbohydrate Research，1982，108：284-292．

［16］劉貝貝.酸提菜籽餅粕多糖的研究［D］.武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

［17］王斌，萱垣昇，李杰芬.靈芝多糖對小鼠脾臟樹突狀細(xì)胞的增殖作用［J］.免疫學(xué)雜志，2006，22（3）：283-285.◇

Research on Structure of Rice Bran Polysaccharide by Extrusion in Conjunction with Ultrasound

WANG Xia1，CUI Xiaotong2，LI Fanshu1，XU Qing1，YANG Liu1，*XIAO Zhigang1，3
（1. College of Grain Science and Technology，Shenyang Normal University，Shenyang，Liaoning 110034，China；2. College of Chemistry and Chemical Engineering，Shenyang Normal University，Shenyang，Liaoning 110034，China；3. College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin，Heilongjiang 150030，China）

Abstract：In this paper，the crude rice bran polysaccharide as the material is studied that the removal of the rice bran polysaccharide protein in it by the method of zinc acetate- potassium ferrocyanide. And use high performance liquid gel permeation chromatography，spectroscopy and transmission electron microscopy to study the antioxidant activity of the most significant structural RBS-Ⅱ. The results show that the molecular weight of rice bran polysaccharide is more evenly distributed. Polysaccharides contain two conformations of α- glycoside bonds and β- glycoside bonds，respectively containing an acidic group and a protein group by infrared analysis. The experiment shows a plurality of sugar chains wound into strands in the aqueous solution，each polysaccharide chain wrapped and distorted，thereby formed aggregates of different shapes through a transmission electron microscope（TEM）.

Key words：rice bran polysaccharide；high performance liquid gel chromatography；spectrum；TEM；ultrafiltration technology

中圖分類號：TS210.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.16693/j.cnki.1671- 9646（X）.2016.04.034

文章編號：1671- 9646（2016）04b- 0016- 04

收稿日期：2016- 03- 21

基金項(xiàng)目：國家星火計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2015GA650007）；遼寧省“百千萬人才工程”資助項(xiàng)目（2013921038）；沈陽市科技創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目（F14- 104- 3- 00）。

作者簡介：王霞（1991—），女，在讀碩士，研究方向?yàn)樯锘ぁ?/p>

*通訊作者：肖志剛（1972—），男，博士，教授，研究方向?yàn)榧Z食油脂及植物蛋白工程。