鐵皮石斛多糖分子量測(cè)定及其影響因素分析

黃俊彬,黃丹丹,陳歡歡,李運(yùn)容,魏 剛

(廣州中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院,廣東廣州 510006)

鐵皮石斛多糖分子量測(cè)定及其影響因素分析

黃俊彬,黃丹丹,陳歡歡,李運(yùn)容,魏 剛*

(廣州中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院,廣東廣州 510006)

目的:研究了鐵皮石斛多糖的分子量及其主要的影響因素。方法:對(duì)鐵皮石斛多糖進(jìn)行了三次重復(fù)的提取分離,經(jīng)過纖維素凝膠樹脂DEAE-52和葡聚糖凝膠Sephacryl S-300柱進(jìn)行純化,得到一個(gè)多糖片段WDOPA并采用高效凝膠滲透色譜法進(jìn)行多次的分子量測(cè)定。采用單因素比較的方法,分別用加熱和超聲的手段處理鐵皮石斛多糖,考察不同的加熱溫度、時(shí)間及不同的超聲功率、時(shí)間對(duì)鐵皮石斛多糖分子量的影響。結(jié)果:該WDOPA的分子量為776054 u,RSD在10%以內(nèi),加熱的溫度及時(shí)間對(duì)多糖分子量的影響不明顯,而超聲功率、超聲時(shí)間的不同對(duì)鐵皮石斛多糖分子量影響較大,隨著超聲功率的加大及時(shí)間的延長(zhǎng),分子量逐漸變小。結(jié)論:該實(shí)驗(yàn)方法可用于測(cè)定多糖,且超聲可用于改變鐵皮石斛多糖的分子量,應(yīng)用于篩選不同分子量的多糖片段。

超聲降解,高效凝膠滲透色譜法,鐵皮石斛,多糖,分子量

鐵皮石斛作為石斛中的佳品,在現(xiàn)代研究中發(fā)現(xiàn),其具有良好的抗氧化[1]、抗腫瘤[2]、降低血糖[3]以及提高機(jī)體免疫力[4]等作用。根據(jù)現(xiàn)在的植物化學(xué)成分及藥理學(xué)分析,石斛的主要的活性成分為石斛多糖,且含量十分豐富[5],但由于提取、分離的方法不同,現(xiàn)有的文獻(xiàn)中石斛多糖的分子量差異較大,從一百多萬到幾千的分子量都有[6],而不同的分子量片段的石斛多糖,活性的差異也較大[7]?？赡苡绊懙椒肿恿看笮〉囊蛩赜刑崛　⒎蛛x及純化的方法,溫度和時(shí)間等[8]。纖維素凝膠樹脂和葡聚糖凝膠柱為常用的分離純化方法[9]。

超聲提取法作為一種簡(jiǎn)單高效的提取方式,在多糖的溶解過程中經(jīng)常被采用,很多研究報(bào)道了超聲提取法可以明顯提高多糖的提取效率[10],但超聲的方法是否會(huì)改變石斛多糖的結(jié)構(gòu)及生物活性具有一定的不確定性,因此,探討超聲對(duì)石斛多糖的分子量是否有影響將對(duì)石斛多糖的研究具有重要的參考意義。

基于此,本研究對(duì)鐵皮石斛多糖進(jìn)行了三個(gè)批次的分離純化及多次的分子量測(cè)定,并探討超聲的時(shí)間、功率以及加熱的溫度及時(shí)間對(duì)鐵皮石斛多糖分子量的影響,以期可以得到一種可行的方法來獲取不同分子量的石斛多糖片段,本實(shí)驗(yàn)首次進(jìn)行了多次的重復(fù)性提取及測(cè)定來確定其分子量范圍,且得到了一個(gè)分子量范圍較為穩(wěn)定的多糖片段WDOPA,對(duì)石斛產(chǎn)業(yè)的開發(fā)利用具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鐵皮石斛鮮條 批號(hào)20140412,購(gòu)于淘寶店,經(jīng)廣州中醫(yī)藥大學(xué)魏剛研究員鑒定為鐵皮石斛。

葡聚糖T系列(5000 u,批號(hào)00269;11000 u,批號(hào)00270;80000 u,批號(hào)00892;15000 u,批號(hào)00893;273000 u,批號(hào)00894;667000 u,批號(hào)00896) 美國(guó)sigma公司;DEAE纖維素DE-52 上海源葉生物科技有限公司;Sephacryl S-300 High Resolution GE公司。

純凈水 華潤(rùn)怡寶食品飲料(深圳)有限公司;石油醚 天津市百世化工有限公司;濃硫酸 廣州市東紅化工廠;苯酚 天津市永大化學(xué)試劑有限公司;無水乙醇、三氯甲烷、正丁醇、乙酸銨等 天津市大茂化工試劑廠 均為分析純。

LC-20AT型高效液相色譜儀 日本島津公司;蒸發(fā)光散射檢測(cè)器ELSD 6000 廣州萬譜儀器有限公司;AB204-N型精密電子天平 梅特勒-托利多(Mettler Toledo)公司;KQ-400KDE型高功率數(shù)控超聲波清洗儀 昆山市超聲儀器有限公司;電熱套TC-15套式恒溫器 新華市醫(yī)療器械廠;TD-5-A離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;SCIENTZ-10N冷凍干燥機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司;中壓層析柱(3.5 cm×55 cm)、中壓層析柱(1.6 cm×80 cm)、HL-2D恒流泵、BS-100A自動(dòng)部分收集器 上海滬西儀器分析有限公司;PL1149-1840凝膠色譜柱(Agilent,PL aquagel-OH MIXED-H 8 μm,300 mm×7.5 mm)、PL1149-6800保護(hù)柱(Agilent,PL aquagel-OH Guard 8 μm,50 mm×7.5 mm) 美國(guó)安捷倫公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 鐵皮石斛粗多糖的提取制備 取鮮品鐵皮石斛洗凈泥沙,切碎,60 ℃烘干后打粉,過一號(hào)篩。精密稱取10 g鐵皮石斛粉末,置于1000 mL的圓底燒瓶中,加入石油醚100 mL,加熱回流2 h,取出,放冷,濾過,棄去濾液,濾渣烘干后重新置于1000 mL的圓底燒瓶中,加入80%的乙醇加熱回流2 h,取出放冷,濾過,棄去濾液。濾渣重新加入圓底燒瓶,加入純凈水300 mL,加熱回流提取2 h,重復(fù)提取三遍,提取液4000 r/min離心10 min除去藥渣,抽濾,合并濾液,減壓濃縮至合適的體積,放冷,并邊攪拌邊緩慢的加入四倍體積的無水乙醇醇沉,得到白色絮狀的多糖沉淀,并置于4 ℃冰箱過夜。4000 r/min離心10 min得到多糖,置于60 ℃烘箱烘干。將多糖重新溶解至合適的體積,置于分液漏斗中,根據(jù)樣品和sevag試劑(三氯甲烷∶正丁醇=4∶1)的體積比為4∶1的比例,緩慢加入sevag試劑,振蕩5 min,靜置后棄去下層溶液,并離心,5000 r/min,離心15 min,重復(fù)三次除去多糖溶液中的蛋白。最后,將上層溶液移出,重新加入四倍體積的無水乙醇醇沉,4000 r/min離心10 min得到多糖,置于60 ℃烘箱烘干,得到粗多糖,稱重為2.2 g。按以上全部流程重復(fù)提取三份鐵皮石斛樣品,分別得到三個(gè)批次的鐵皮石斛粗多糖YN1、YN2、YN3。密封干燥保存,備用。

1.2.2 鐵皮石斛多糖進(jìn)行纖維素凝膠樹脂DEAE-52洗脫純化 取300 mg的粗多糖加入10 mL的蒸餾水溶解,待溶解完全后經(jīng)0.45 μm的微孔濾膜過濾以備上樣。上樣量為300 mg/10 mL,流速為1 mL/min,采用純水洗脫,用自動(dòng)收集器每10 min收集一管,并根據(jù)《中國(guó)藥典》的苯酚硫酸法[11]在λmax=488 nm處測(cè)定其吸光度,并繪制洗脫曲線,根據(jù)洗脫曲線收集洗脫液,濃縮,冷凍干燥,得到多糖。三個(gè)批次的粗多糖分別上樣。

1.2.3 鐵皮石斛多糖進(jìn)行葡聚糖凝膠Sephacryl S-300洗脫純化 將上述1.2.2得到的多糖取100 mg重新溶解于5 mL水中,待溶解完全后經(jīng)0.45 μm的微孔濾膜過濾以備上樣。上樣量為100 mg/5 mL,流速為0.5 mL/min,采用0.2 mol/L的NaCl溶液洗脫,用自動(dòng)收集器每10 min收集一管,并根據(jù)《中國(guó)藥典》的苯酚硫酸法測(cè)定在λmax=488 nm處其吸光度,并繪制洗脫曲線,根據(jù)洗脫曲線收集洗脫液,濃縮,透析,冷凍干燥,得到多糖片段WDOPA。三個(gè)批次的多糖分別上樣。

1.2.4 加熱溫度及時(shí)間對(duì)鐵皮石斛多糖分子量的影響 分別精密稱取粗多糖樣品5 mg共9份,再分別加入2 mL的蒸餾水,振蕩使其充分溶解。9份樣品依次編號(hào)為62,64,66;82,84,86;102,104,106三組,分別表示在60 ℃的水浴中加熱2、4、6 h;80 ℃的水浴中加熱2、4、6 h;100 ℃的水浴中加熱2、4、6 h。樣品加熱完之后,冷卻,用0.22 μm的水系微孔濾膜過濾,轉(zhuǎn)移至液相瓶中,即得供試品溶液。

1.2.5 超聲功率及時(shí)間對(duì)鐵皮石斛多糖分子量的影響 分別精密稱取粗多糖樣品5 mg共12份,再分別加入2 mL的蒸餾水,振蕩使其充分溶解。12份樣品依次編號(hào)為11,12,13,14;21,22,23,24;31,32,33,34;三組,使用KQ-400KDE型高功率數(shù)控超聲(功率4000 W),分別表示在40%的功率下超聲降解0.5,1,2,4 h;70%的功率下超聲降解0.5、1、2、4 h;100%的功率下超聲降解0.5、1、2、4 h;降解完成之后,用0.22 μm的水系微孔濾膜過濾,轉(zhuǎn)移至液相瓶中,即得供試品溶液。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

該實(shí)驗(yàn)采用了重復(fù)三遍的方法分別進(jìn)行測(cè)定,采用單因素方法比較超聲及加熱對(duì)鐵皮石斛多糖分子量的影響,結(jié)果以平均值及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的方式表示,計(jì)算結(jié)果根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線lgMw-RT推算其分子量。

2 結(jié)果與討論

2.1 三個(gè)批次的鐵皮石斛多糖DEAE-52洗脫曲線

三個(gè)批次YN1、YN2、YN3多糖的DEAE-52吸光度測(cè)定圖1所示:可以看出,各個(gè)批次的DEAE-52洗脫曲線基本相似,只是吸光度的大小有所差異,代表洗脫下來的多糖含量的高低不同,而有吸收的范圍是基本一致的,可以用于確定大致需要的洗脫時(shí)間。分別按其主要吸光度范圍合并相應(yīng)管數(shù)的多糖溶液,濃縮,干燥。

圖1 三個(gè)批次的DEAE-52洗脫曲線Fig.1 The elution curves for three batches of DEAE-52

2.2 三個(gè)批次的鐵皮石斛多糖Sephacryl S-300洗脫曲線

三個(gè)批次YN1、YN2、YN3多糖的Sephacryl S-300吸光度測(cè)定圖2所示:三個(gè)批次的Sephacryl S-300洗脫曲線基本相似,而吸光度的大小存在差異,有吸收的管數(shù)存在細(xì)微的差別,故分別收集吸光度較大且共有的第一個(gè)峰的管數(shù),即第21～45管的多糖溶液,合并,濃縮,透析,干燥。

圖2 三個(gè)批次的Sephacryl S-300洗脫曲線Fig.2 The elution curves for three batches of Sephacryl S-300

2.3 高效凝膠滲透色譜法測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線

在多糖分子量的測(cè)定中,本實(shí)驗(yàn)采用了高效凝膠滲透色譜法(HPGPC)測(cè)定多糖的分子量,它具有快速、分辨率高,重現(xiàn)性好的特點(diǎn)[12-13]。分別稱取已知分子量的葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)品(5000,11000,80000,150000,273000,667000 u)各10 mg溶解于2 mL的純凈水中,待完全溶解后經(jīng)微孔濾膜過濾,采用高效液相色譜儀和蒸發(fā)光散射檢測(cè)器,進(jìn)樣量為5 μL,安捷倫凝膠色譜柱(Agilent,PL aquagel-OH MIXED-H 8 μm,300 mm×7.5 mm)與保護(hù)柱(Agilent,PL aquagel-OH Guard 8 μm,50 mm×7.5 mm)串聯(lián),流動(dòng)相為20 mmol/L乙酸銨溶液,流速為0.5 mL/min,柱溫箱40 ℃,漂移管110 ℃,氣體流速2.0,增益1。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間及分子量,做出lgMw-RT標(biāo)準(zhǔn)曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下,六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間依次如下為19.97、19.40、17.50、17.00、16.66、16.12 min。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間及分子量,做出lgMw-RT標(biāo)準(zhǔn)曲線。如圖3所示,y=-0.5258x+14.191,r=0.9959,表明線性關(guān)系良好。

圖3 lgMw-RT標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 The standard curve lgMw-RT

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)

取葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)品(11000 u)供試品按2.3的液相條件,連續(xù)進(jìn)樣5次,根據(jù)其保留時(shí)間,計(jì)算其RSD。五次保留時(shí)間如下:19.40、19.390、19.37、19.42、19.39 min。根據(jù)lgMw-RT標(biāo)準(zhǔn)曲線,經(jīng)計(jì)算,五次的平均分子量為9744 u,其RSD為2.3%,說明其精密度良好。

2.5 重復(fù)性實(shí)驗(yàn)

精密稱取5份粗多糖樣品各5 mg,再分別加入2 mL的純凈水,振蕩使其充分溶解,用0.22 μm的水系微孔濾膜過濾,轉(zhuǎn)移至液相瓶中,即得供試品溶液。將五份供試品按2.3的液相色譜條件分別進(jìn)樣,根據(jù)其保留時(shí)間,計(jì)算其RSD。五次樣品的保留時(shí)間依次如下:15.08,15.03,15.03,15.03,15.07 min。根據(jù)lgMw-RT標(biāo)準(zhǔn)曲線,經(jīng)計(jì)算,五次的平均分子量為1958855 u,其RSD為2.7%,說明其重復(fù)性良好。

2.6 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

取編號(hào)31供試品放于4 ℃的冰箱中保存,分別于0,2,6,12,24 h后按2.3的液相條件進(jìn)樣,根據(jù)其保留時(shí)間,計(jì)算其RSD。五次進(jìn)樣的保留時(shí)間依次如下:16.28,16.34,16.33,16.32,16.31 min。根據(jù)lgMw-RT標(biāo)準(zhǔn)曲線,經(jīng)計(jì)算,五次的平均分子量為416913 u,其RSD為2.8%,說明其樣品的穩(wěn)定性良好。

2.7 三個(gè)批次的鐵皮石斛多糖片段的分子量測(cè)定

按照步驟2.3的液相色譜方法,依次將三個(gè)批次的鐵皮石斛多糖WDOPA片段進(jìn)行分子量測(cè)定,根據(jù)其樣品保留時(shí)間及l(fā)gMw-RT標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算各自的分子量。并將這三個(gè)批次的樣品送外檢,結(jié)合兩組數(shù)據(jù),其計(jì)算結(jié)果如表1所示,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見,由本課題組自己測(cè)定的三個(gè)批次的多糖的分子量分別為757623,851008,706703 u;平均分子量為771778 u,RSD為9.5%,外檢的分子量數(shù)據(jù)為751703,838119,751169 u,平均分子量為780330 u,RSD為6.4%,兩組數(shù)據(jù)的平均分子量為776054 u,RSD為7.3%。本實(shí)驗(yàn)不僅獲得了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的鐵皮石斛多糖片段WDOPA,可以為多糖藥理方面的研究提供一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

表1 三個(gè)批次的WDOPA多糖分子量(u)Table 1 The molecular weight of three batches of WDOPA polysaccharide(u)

2.8 加熱溫度及時(shí)間對(duì)鐵皮石斛多糖分子量的影響

按照步驟2.3的液相色譜方法,依次將樣品進(jìn)樣測(cè)定保留時(shí)間,再根據(jù)lgMw-RT標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算各自的分子量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及圖譜如表2和圖4所示;從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn),加熱的溫度及時(shí)間對(duì)鐵皮石斛多糖的分子量影響不是很大,隨著長(zhǎng)時(shí)間的加熱及溫度的提高,鐵皮石斛多糖的分子量有微小的變小,但趨勢(shì)不明顯。

表2 加熱溫度及加熱時(shí)間對(duì)分子量的影響Table 2 The effects of heating temperature and heating time dealing on the molecular weight

圖3 lgMw-RT標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 The standard curve lgMw-RT

2.9 超聲功率及時(shí)間對(duì)鐵皮石斛多糖分子量的影響

圖4 加熱組HPGPC液相圖譜Fig.4 The HPGPC chromatography of the heating group

圖5 40%超聲功率的HPGPC液相圖譜Fig.5 The HPGPC chromatography under 40% ultrasonic power

按照步驟1.2.2的液相方法,依次將樣品進(jìn)樣測(cè)定保留時(shí)間,再根據(jù)lgMw-RT標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算各自的分子量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及圖譜如表3和圖5～圖7所示;從結(jié)果中我們可以發(fā)現(xiàn):超聲的功率及時(shí)間對(duì)鐵皮石斛多糖的分子量影響明顯,隨著超聲功率的加大及超聲時(shí)間的加長(zhǎng),鐵皮石斛多糖的分子量逐漸減小,即超聲功率越大,分子量越少,超聲時(shí)間越長(zhǎng),分子量越小。且當(dāng)多糖分子量降低到一定程度后,下降得趨勢(shì)逐漸變緩。

表3 超聲功率及超聲時(shí)間對(duì)分子量的影響Table 3 The effect of ultrasonic power and ultrasonic time dealing on molecular weight

圖6 70%超聲功率的HPGPC液相圖譜Fig.6 The HPGPC chromatography under 70% ultrasonic power

圖7 100%超聲功率的HPGPC液相圖譜Fig.7 The HPGPC chromatography under 100% ultrasonic power

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)主要采用高效凝膠滲透色譜法測(cè)定鐵皮石斛的多糖分子量,液相條件為20 mmol/L的乙酸銨單溶劑測(cè)定,只需通過計(jì)算保留時(shí)間推算其分子量。實(shí)驗(yàn)操作主要為加熱及超聲等單因素考察,簡(jiǎn)單易行,重現(xiàn)性較好。由結(jié)果表明,本實(shí)驗(yàn)得到的WDOPA多糖片段具有較高的穩(wěn)定性,其分子量為78萬左右,在10%的誤差范圍之內(nèi)。且加熱和超聲均能影響鐵皮石斛多糖分子量,但超聲的作用效果更為明顯。因此,加熱和超聲降解的方法可運(yùn)用于得到分子量較小的鐵皮石斛多糖片段。

在現(xiàn)在的鐵皮石斛產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中,鐵皮石斛類產(chǎn)品的開發(fā)是一個(gè)熱點(diǎn)。大分子的多糖不僅溶解度較低,且活性并不是很明顯。通過降低鐵皮石斛多糖的分子量,可以明顯改善石斛多糖的溶解度,有利于解決石斛飲料及酒劑的這一工藝難題,并明顯改善鐵皮石斛多糖的藥用價(jià)值,這對(duì)鐵皮石斛保健品的開發(fā)具有很大的應(yīng)用價(jià)值。本實(shí)驗(yàn)過程中獲得了多個(gè)不同分子量的多糖片段,但其結(jié)構(gòu)及藥理活性是否存在差異,還有待進(jìn)一步的研究。

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Determination of molecular weight ofDendrobiumofficinalepolysaccharides and its influencing factors

HUANG Jun-bin,HUANG Dan-dan,CHEN Huan-huan,LI Yun-rong,WEI Gang*

(School of Chinese Materia Medica,Guangzhou University of Chinese Medicine,Guangdong 510006,China)

Objective:In this study,the molecular weight of the polysaccharide fromDendrobiumofficinalewas detected and its main influence factors were discussed. Method:The polysaccharide of theDendrobiumofficinalewas obtained through extraction and isolation process. And the purified polysaccharide fraction named WDOPA was obtained using DEAE cellulose and sephadex gel Sephacryl S-300 column. The HPGPC method was performed to determine its molecular weight. The processing method for the polysaccharide fromDendrobiumofficinalewas heating and ultrasonic dealing. The influence factors such as heating temperature,heating time,ultrasonic power and duration time were investigated by single factor. Results:The molecular weight of WDOPA was 776054 u,RSD was within 10%. The heating temperature and time did not have significant effects on the molecular weight of the polysaccharide while the ultrasonic dealing had. As the ultrasonic power and duration time increased,the molecular weight of the polysaccharide decreased. Conclusion:This experimental method could be used for the detection of the molecular weight of the polysaccharide. Ultrasonic dealing would change the molecular weight of the polysaccharide fromDendrobiumofficinlae,this could be applied in produce polysaccharide with different molecular weight.

ultrasonic;High Performance Gel Permeation Chromatography(HPGPC);Dendrobiumofficinale;polysaccharide;molecular weight

2016-10-08

黃俊彬(1991-)，男，碩士研究生，研究方向：創(chuàng)新中藥研究與指紋圖譜分析，E-mail：492818673@qq.com。

*通訊作者:魏剛(1969-)，男，本科，研究員，研究方向：創(chuàng)新中藥研究與指紋圖譜分析，E-mail：weigang021@163.com。

廣東省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013B060400022)。

TS201.1

A

1002-0306(2017)07-0081-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.007