亚临界水萃取温度对香菇多糖化学结构、链构象转变及生物活性的影响研究

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多糖作为食品中天然的生物大分子物质,不仅具有较高的营养价值,而且能广泛参与细胞识别、细胞分化、信号转导和免疫应答等各种重要生命活动及生理过程的调节。多糖结构的多样性赋予其不同的功能和活性,而不同的加工方法对多糖的分子结构和溶液链构象均有显著影响。如何调控多糖的分子结构和溶液链构象制备出高活性多糖一直是各领域学者关注的热点。亚临界水萃取因其具有高效、无毒、环保和经济等优点,已在多糖萃取中展示出独特优势和良好的应用前景。但迄今亚临界水萃取多糖的研究仍停留在终端产物的结构和功能特性等宏观信息上,而萃取过程中微环境参数的改变对多糖化学结构、链构象及生物活性的变化规律等一系列基础信息的匮乏导致该技术发展相对滞后。基于此,本文拟以香菇多糖为研究对象,以亚临界水萃取微环境变化为切入点,通过物理、化学和生物学研究方法结合高分子稀溶液构象理论,研究亚临界水萃取温度对香菇多糖的化学结构、链构象转变及生物活性的影响,揭示其结构与生物活性随微环境变化而转变的规律,为利用亚临界水萃取来制备高活性多糖的研究奠定理论基础。主要研究内容和结果如下:(1)亚临界水萃取参数对香菇多糖提取过程的影响在单因素实验的基础上,以提取率为响应值,利用响应面实验优化得出亚临界水萃取香菇多糖的最佳工艺条件为:萃取温度150℃、萃取时间20 min、液料比30:1 mL/g,该条件下的最大提取率为12.01±0.27%,比传统方法提高了111.1%,并且不同萃取参数对提取率的贡献度大小为:萃取温度>萃取时间>液料比。多元逐步回归分析验证了萃取温度与提取率之间的关联更密切。皮尔森相关性分析表明,萃取温度与提取率之间的相关系数R=0.692,并且两者不相关的双侧检验值为0.002<0.01,呈显著正相关关系,而萃取时间和液料比与提取率之间无相关关系。最终确定温度是影响亚临界水萃取香菇多糖的最主要因素。(2)亚临界水萃取温度对香菇多糖化学结构的影响利用碱提法制备出分子量相对均一的香菇多糖,含量为98%,是一种不含单糖、多酚、糖醛酸、蛋白质、核酸等物质的白色絮状固体,可溶于水。以此多糖为对象,研究亚临界水萃取温度对香菇多糖化学结构的影响及其变化规律。结果表明,经100-160℃亚临界水萃取的香菇多糖均为β型葡聚糖,随着萃取温度的升高,多糖的Mw从7.799×105 Da逐渐降低至8.721×104 Da;各多糖均由β-1-D-Glcp、β-1,3-D-Glcp、β-1,6-D-Glcp、β-1,3,6-D-Glcp糖残基组成,并且随着萃取温度的升高,1→3或1→3,6糖残基的比例逐渐增加,而1→或1→6糖残基比例逐渐降低。(3)亚临界水萃取温度对香菇多糖溶液链构象转变的影响利用刚果红实验、粘度法、高分子稀溶液理论等对不同温度亚临界水萃取的香菇多糖的链构象转变规律进行研究。结果表明,刚果红特征反应及特性粘度[η]变化揭示出100-150℃亚临界水萃取的香菇多糖具有典型的三股螺旋链结构,而160℃萃取的香菇多糖不具有三股螺旋链构象。100-150℃亚临界水处理香菇多糖的特性粘度[η]与Mw依赖关系[η]=kMwα方程中,α指数在1.16-1.47之间,而160℃萃取香菇多糖的α指数为0.66。在<S2>z1/2与Mw的依赖关系<S2>z1/2=KMwa方程中,100-150℃亚临界水处理的香菇多糖a指数均大于0.6,而160℃条件下a指数为0.54。指数α和a表明,100-150℃萃取的香菇多糖为刚性链结构,而160℃处理的香菇多糖为柔顺性高分子。结合原子力显微镜和扫描电镜结果进一步证实,100-150℃处理的香菇多糖是具有三股螺旋构象的刚性链,160℃萃取的香菇多糖为柔顺高分子聚集体。最终确定150℃是亚临界水萃取过程中链构象转变的临界温度。(4)亚临界水萃取温度对香菇多糖生物活性的影响利用化学体系和体外细胞模型对不同温度亚临界水萃取的香菇多糖进行体外抗氧化活性、免疫调节活性和抗肿瘤活性的研究。结果表明,100-130℃亚临界水处理的香菇多糖具有更强的DPPH·、ABTS+·清除活性和还原能力,对H2O2诱导的RAW264.7细胞损伤表现出显著的预防作用(p<0.01),并显著提高胞内ROS水平和SOD活力(p<0.01),展现出较强的体外抗氧化活性。120-140℃亚临界水处理的香菇多糖能更高效地促进巨噬细胞RAW264.7的增殖及吞噬能力,并更有效地促进NO、TNF-α、IFN-γ、IL-2等细胞因子的释放(p<0.01),展现出更强的体外免疫调节活性;120-130℃亚临界水处理的香菇多糖能更好地抑制肿瘤细胞HepG2和MCF-7的增殖,表现出较高的体外抗肿瘤活性,但相对抑制率存在差异。(5)香菇多糖与大豆分离蛋白接枝物制备及其功能性质利用狭缝发散式超声辅助湿热处理制备香菇多糖(LNT)-大豆分离蛋白(SPI)接枝物,研究超声对其接枝物结构性质、功能特性及乳液稳定性的影响。结果表明,狭缝发散式超声显著提高了130℃亚临界水处理的LNT与SPI的糖基化效率,其中超声辅助湿热处理40 min制备的LNT-SPI接枝物的接枝度高达26.48%,较传统湿热法制备提高了1.91倍。超声辅助湿热法显著改变了LNT-SPI接枝物的二级结构、荧光强度、表面疏水性及表面形貌等结构特征,进而显著改善了接枝物的溶解性、起泡性、乳化性、热稳定性及表观粘度等功能特性(p<0.01)。此外,LNT-SPI接枝物的水包油乳液具有较强地抵抗环境应力(pH、热处理和离子强度)的稳定性。
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