大粒車前子多糖酸堿穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性研究

殷軍藝，聶少平*，林慧霞，李 昌，謝明勇

(南昌大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330047)

大粒車前子多糖酸堿穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性研究

殷軍藝，聶少平*，林慧霞，李 昌，謝明勇

(南昌大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330047)

探討大粒車前子多糖在不同條件下的穩(wěn)定性。從大粒車前子中提取、分離和純化得到均一多糖(Plantago asiatica L. polysaccharide，PLP)，考察PLP經(jīng)酸堿(HCl溶液或NaOH溶液)處理后其表觀黏度、粒度和單糖組成等方面的變化，并采用熱重-差熱同步分析儀(TG-DTA)考察PLP的熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明：酸堿處理對(duì)PLP表觀黏度、粒度和單糖組成等方面有一定影響。酸處理后(pH值約為2.7)，PLP表觀黏度和粒度增加，阿拉伯糖和木糖的物質(zhì)的量的比值變化不大；堿處理后(pH值約為11.4)，PLP表觀黏度和粒度減小，木糖比例有一定程度下降。PLP原液加熱后再冷卻，粒度增大。熱穩(wěn)定性分析表明PLP在250℃開(kāi)始發(fā)生降解，550℃基本結(jié)束。

大粒車前子；多糖；穩(wěn)定性

Abstract：In this study, the effect of acidic and alkaline treatments on the monosaccharide composition, apparent viscosity and granularity on a polysaccharide fraction (detected to contain a single component) purified from Plantago asiatica L. seeds.Meanwhile, the thermal stability of the polysaccharide fraction was analyzed using thermal gravity-differential thrermal analysis(TG-DTA). The results showed that acidic and alkaline treatments both had certain effect on the apparent viscosity and monosaccharide composition of the polysaccharide fraction. After acidic treatment (approximately pH 2.7), the apparent viscosity and average granularity diameter of the polysaccharide fraction both increased, but the xylose/arabinose molar ratio changed little.However, alkaline treatment (approximately pH 11.4) resulted in a decrease in apparent viscosity, average granularity diameter and xylose/arabinose molar ratio. Heating followed by cooling resulted in an increase in average granularity diameter. The TG-DSC analysis showed that the polysaccharide fraction began to degrade at 250 ℃ and the degradation ended at 550 ℃.

Key words：Plantago asiatica L. seeds；polysaccharide；stability

車前子為大粒車前(Plantago asiatica L.)或平車前(Plantag depressa Willd.)的干燥成熟種子[1]， 夏、秋二季種子成熟時(shí)采收果穗，曬干，搓出種子，除去雜質(zhì)。車前子被我國(guó)衛(wèi)生部列為可用于保健食品的物品，也是我國(guó)傳統(tǒng)中醫(yī)用藥之一。車前子多糖具有良好的潤(rùn)腸通便[2]、降血脂[3]、補(bǔ)體[4]、抑菌[5]等生物活性。近期研究表明，車前子多糖還具有良好免疫活性[6-7]。此外，車前子多糖還可以作為面包中谷蛋白替代品[8]，或者用于城市景觀設(shè)計(jì)、治理環(huán)境污染等[9-10]。

研究發(fā)現(xiàn)，多糖受熱會(huì)發(fā)生一定程度降解[11]；車前子膠(多糖)流變性也受到溫度和pH值等因素的影響[12]，但未進(jìn)行深入研究。本實(shí)驗(yàn)室已從大粒車前子中提取、分離和純化得到均一多糖組分(Plantago asiatica L. polysachanide，PLP)，現(xiàn)擬考察PLP在不同酸堿作用下，粒度、表觀黏度和單糖組成變化等，并考察PLP的熱穩(wěn)定性，以期為車前子和車前子多糖的基礎(chǔ)研究以及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大粒車前子 江西吉安。

SephacrylTMS-400 HR葡聚糖凝膠填料 Amersham Biosciences公司；D-半乳糖、鼠李糖、D-甘露糖、D-木糖、D-核糖、L-巖藻糖和D-阿拉伯糖 上海國(guó)藥試劑公司；葡萄糖、無(wú)水乙醇、丙酮、乙醚、氯仿、正丁醇、氯化鈉、鹽酸羥胺、吡啶等均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

6890N 型氣相色譜儀(GC) 美國(guó)Agilent公司；ALPHA 1-2冷凍干燥機(jī) 德國(guó)Martin Christ公司； TPYRIS DIAMOND同步熱分析儀 美國(guó)PE公司；Brookfield DVIII ULTRA程序流變儀、CPE-40轉(zhuǎn)子 美國(guó)Brookfield公司；PSSNICOMP 380 ZLS激光納米粒度測(cè)定儀 美國(guó)PSS公司；AL 104電子天平 上海梅特勒-托利多儀器公司；PHS-3B精密pH計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 PLP的制備

稱取干燥車前子100g加入80%乙醇浸泡24h，雙層濾布過(guò)濾后揮干乙醇。加500mL蒸餾水，沸水浴回流提取3h，離心分離后雙層濾布過(guò)濾，濾渣重復(fù)提取一次，合并濾液，真空濃縮。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.15%木瓜蛋白酶作用2h后，再用Sevag法脫蛋白，反復(fù)進(jìn)行3次至無(wú)蛋白層，然后用流動(dòng)自來(lái)水透析48h，蒸餾水透析24h，透析液真空濃縮。于4℃冰箱中醇沉過(guò)夜(80%乙醇)，離心分離，沉淀依次用無(wú)水乙醇、丙酮、乙醚各洗兩次，冷凍干燥得粗制車前子多糖(Plantago asiatica L. crude polysaccharide，PLCP)。

SephacrylTMS-400 HR(2.4cm ×60cm)葡聚糖凝膠層析柱分離純化PLCP。流動(dòng)相：0.15mol/L NaCl；流速：1.25mL/min，按4mL/管收集。苯酚-硫酸法跟蹤檢測(cè)多糖，繪制洗脫曲線，收集峰尖部分記為PLP，經(jīng)檢測(cè)為單一組分。

1.3.2 酸堿處理對(duì)PLP單糖組成的影響

取PLP溶液(2mg/mL)用0.1mol/L NaOH溶液或0.1mol/L HCl溶液分別調(diào)至酸性(pH2.72)或堿性(pH11.44)，作用3h后充分透析后凍干樣品。氣相分析單糖組成[13]。色譜柱：DB1701石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm，0.2μm)，固定液為SE-54；FID檢測(cè)器，載氣為N2。程序升溫：初始溫度170℃，保持2min，以10℃/min升至250℃，250℃維持20min；色譜柱溫度：250℃；進(jìn)樣口和檢測(cè)器溫度：250℃；進(jìn)樣量1μL，分流比20:1。

1.3.3 酸堿處理對(duì)PLP粒度的影響

用HCl溶液或NaOH溶液調(diào)節(jié)PLP溶液(2mg/mL)的pH值，激光粒度分布儀測(cè)定多糖粒度變化。

1.3.4 酸堿處理對(duì)PLP表觀黏度的影響

用HCl溶液或NaOH溶液調(diào)節(jié)PLP溶液(2mg/mL)的pH值，程序流變儀(轉(zhuǎn)子為CPE-40)測(cè)定流變性。

1.3.5 車前子多糖熱穩(wěn)定性分析

采用同步熱分析儀分析PLP粉末熱穩(wěn)定性。分析條件為：掃描溫度為30～700℃，升溫速度為20℃/min，N2流量為100mL/min。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸堿處理對(duì)PLP單糖組成影響

將衍生得到的糖腈乙酸酯進(jìn)行GC分析[13]，混合標(biāo)樣衍生物的氣相色譜圖見(jiàn)圖1。8種單糖衍生物除巖藻糖衍生物和阿拉伯糖衍生物沒(méi)有完全分離外，其他均得到較好地分離。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)單糖糖腈乙酸酯衍生物的GC圖Fig.1 GC chromatogram of aldoononitrile acetate derivatives of monosaccharide standards

表1 酸堿處理對(duì)PLP單糖組成的影響(±s，n=3)Table 1 Effect of acidic and alkaline treatments on the monosaccharide composition of the polysaccharide fraction from Plantago asiatica L. seeds(±s，n=3)

表1 酸堿處理對(duì)PLP單糖組成的影響(±s，n=3)Table 1 Effect of acidic and alkaline treatments on the monosaccharide composition of the polysaccharide fraction from Plantago asiatica L. seeds(±s，n=3)

項(xiàng)目 原液 pH2.72處理 pH11.44處理木糖與阿拉伯糖物質(zhì)的量比 1.84±0.05 1.88±0.03 1.50±0.05

PLP主要組成單糖為阿拉伯糖和木糖，因此本實(shí)驗(yàn)主要考察了酸堿處理對(duì)PLP中木糖和阿拉伯糖含量變化的影響。從表1看出，酸堿處理對(duì)PLP中的木糖與阿拉伯糖物質(zhì)的量比影響有所不同，在酸性條件下，兩者相對(duì)含量變化不大，但是在堿性條件下，阿拉伯糖相對(duì)含量升高，說(shuō)明堿性條件很有可能使PLP中木糖發(fā)生了降解。

2.2 酸堿及熱處理對(duì)PLP粒度的影響

表2 不同處理對(duì)PLP粒度的影響Table 2 Effect of acidic and alkaline treatments on the granularity of the polysaccharide fraction from Plantago asiatica L. seeds nm

由表2可知，由于PLP分散性差，即使在較低質(zhì)量濃度(1.09×10-2mg/mL)下，多糖粒度較大，所得到的粒度分布圖不對(duì)稱，有一定的波動(dòng)，測(cè)定結(jié)果仍不是很理想。但不同酸堿條件下PLP的粒度分布發(fā)生了一定改變，特別是當(dāng)pH值為11.46時(shí)，PLP粒度分布變化最大，主要集中在113.1～532.2nm。PLP原液加熱后再冷卻，粒度分布有一定變化，主要集中在720.3～3127.8nm，這可能是由于PLP中存在大量的羥基和羧基，在加熱條件下多糖原先聚集的分子解纏繞后發(fā)生伸展，使分子相互作用的位點(diǎn)增加，當(dāng)冷卻時(shí)這些分子又重新聚集，形成更大的聚集體[14]。

2.3 酸堿處理對(duì)PLP表觀黏度的影響

圖2 酸堿處理對(duì)PLP溶液表觀黏度的影響Fig.2 Effect of acidic and alkaline treatments on the apparent viscosity of solution of the polysaccharide fraction from Plantago asiatica L. seeds

由圖2可以看出，pH值對(duì)PLP溶液表觀黏度影響很大，基本上隨著溶液pH值的增加而降低。當(dāng)pH值為2.72時(shí)，溶液為黏稠狀，有著很高的表觀黏度；而在堿性條件(pH11.44)時(shí)，表觀黏度比原液(pH5.72)低，為各測(cè)定條件下最小。因此在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中主要考察PLP原液、酸性(pH2.7左右)和堿性(pH11.4左右)等條件下的穩(wěn)定性情況。PLP為一種陰離子多糖，糖醛酸含量為14.7%，原始溶液(2mg/mL)pH值為5.72。在酸性條件下，可能由于PLP的羧基被質(zhì)子化，減少了多糖分子間的排斥力，因此增加了多糖分子之間相互聚合的概率，導(dǎo)致表觀黏度上升。而當(dāng)在堿性條件時(shí)，PLP可能發(fā)生解聚或者羧基被解離，分子帶有較多的負(fù)電荷，產(chǎn)生較大的靜電排斥力，使之不易聚集，因而聚集體顯著減小，從而導(dǎo)致溶液黏度降低。

2.4 PLP熱穩(wěn)定性分析

利用同步熱分析儀測(cè)定PLP的熱特性，在30～700℃范圍內(nèi)程序升溫，考察PLP粉末熱穩(wěn)定性(圖3)。123.8℃之前，有輕微的失重現(xiàn)象(失重率為9.9%)，可能為干燥過(guò)程中殘留的水分或其他揮發(fā)性物質(zhì)揮發(fā)。隨著溫度上升，大約在250℃到350℃間，PLP粉末質(zhì)量急劇降低，至550℃時(shí)基本結(jié)束。在這一階段，當(dāng)溫度為288.6℃時(shí)，失重速率達(dá)到最大值為281.7μg/min，在這一附近，DTA曲線出現(xiàn)一個(gè)小峰，應(yīng)該為放熱峰，說(shuō)明PLP發(fā)生了降解，與文獻(xiàn)[15]報(bào)道較為一致。說(shuō)明PLP有著較好的熱穩(wěn)定性。

圖3 PLP熱分析曲線Fig.3 TG-DSC curve of the polysaccharide fraction from Plantago asiatica L. seeds

3 結(jié) 論

從大粒車前子中提取、分離和純化得到均一多糖PLP，考察PLP經(jīng)酸堿處理后其表觀黏度、粒度和單糖組成等方面的變化，并采用TG-DTA考察PLP熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明，酸堿處理對(duì)PLP表觀黏度、粒度和單糖組成等方面有一定影響。酸處理后(pH值約為2.7)，PLP表觀黏度，阿拉伯糖和木糖的物質(zhì)的量比變化不大；堿處理后(pH值約為11.4)，PLP表觀黏度和粒度減小，木糖比例有一定程度下降，但是堿處理對(duì)PLP單糖組成比例的改變，其具體方式和過(guò)程、對(duì)特定糖苷鍵作用降解機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。PLP原液加熱后再冷卻，粒度增大。熱穩(wěn)定性分析表明PLP在250℃開(kāi)始發(fā)生降解，550℃基本結(jié)束。

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pH and Thermal Stability of a Polysaccharide Fraction from Plantago asiatica L. Seeds

YIN Jun-yi，NIE Shao-ping*，LIN Hui-xia，LI Chang，XIE Ming-yong
(State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China)

O652.4；R284.2

A

1002-6630(2010)15-0001-03

2009-12-17

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20802032)；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目(200804030001)；

江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2008GZH 0050)；江西省教育廳2008年度科技計(jì)劃項(xiàng)目(GJJ08056)

殷軍藝(1986—)，男，博士研究生，研究方向?yàn)槭称坊瘜W(xué)與食品分析。E-mail：hongyu112233@163.com

*通信作者：聶少平(1978—)，男，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)與工程、食品營(yíng)養(yǎng)與安全及糖生物學(xué)。

E-mail：spnie@ncu.edu.cn