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野生与低盐养殖线性硬毛藻多糖的提取分离及其理化性质比较研究



全 文 :第33卷第5期
2014年10月
中 国 海 洋 药 物
CHINESE JOURNAL OF MARINE DRUGS
Vol.33 No.5
October,2014
野生与低盐养殖线性硬毛藻多糖的提取分离
及其理化性质比较研究△

韩现伟,张玉倩,刘丽丽,祝贺,郎银芝,于广利*
(中国海洋大学海洋药物教育部重点实验室,山东省糖科学与糖工程重点实验室,
医药学院,山东 青岛266003)
摘 要:目的 从野生和低盐养殖线性硬毛藻(Chaetomorphalinum)中提取分离多糖并对其理化性质进行比较
分析。方法 以脱脂后的野生和低盐养殖线性硬毛藻为原料,依次经过冷水和热水提取,得到4种粗多糖
(WCLC、WCLH、CCLC和CCLH)。运用醋酸纤维素薄膜电泳(CAME)、高效凝胶渗透色谱-多角度激光散
射(HPGPC-MALLS)法、高效液相色谱法(HPLC)、红外光谱法(IR)和核磁共振氢谱(1 H-NMR)对其纯度、分
子量、单糖组成和结构特征进行分析。结果 粗多糖 WCLC、WCLH、CCLC和 CCLH 得率分别为2.3%,
14.3%,3.2%和26.3%;硫酸基含量分别为11.4%,13.0%,9.8%和11.3%;分子量分别为129.5,602.3,
62.85和484.2kDa。CAME和 HPGPC结果显示2种热水提多糖 WCLH和CCLH的纯度较高;HPLC分析
表明,野生藻和低盐养殖藻多糖中主要含有阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖,但后者中葡萄糖含量较高,WCLC中
氨基葡萄糖含量比CCLC的高;1 H-NMR分析表明,所有多糖中阿拉伯糖为β-构型,半乳糖为α-构型。结论
野生和低盐养殖线性硬毛藻多糖主要为硫酸阿拉伯半乳聚糖;低盐养殖线性硬毛藻多糖的硫酸基含量低于
野生线性硬毛藻,但其葡萄糖含量高于野生线性硬毛藻,表明低盐养殖后,不仅降低其硫酸基含量,而且也会
改变多糖中单糖比例。
关键词:线性硬毛藻;硫酸阿拉伯半乳聚糖;提取分离;理化性质比较
中图分类号:R931   文献标志码:A   文章编号:1002-3461(2014)05-031-06
Isolation,purification and physicochemical characteristics comparison
study of polysaccharides between wild and low salinity cultured green
seaweeds Chaetomorphalinum
HAN Xian-wei,ZHANG Yu-qian,LIU Li-li,ZHU He,LANG Yin-zhi,YU Guang-li*
(Key Laboratory of Marine Drugs,Ministry of Education;Shandong Provincial Key Laboratory of
Glycoscience and glycotechnology,School of Medicine and Pharmacy,Ocean University of China,
Qingdao 266003,China)
Abstract:Objective To extract and isolate polysaccharides from the wild and low salinity cultured green
seaweeds Chaetomorphalinum,and to compare their physicochemical characteristics.Methods The de-
lipided wild and low salinity cultured Chaetomorphalinumwas extracted with cold and hot water.Four
kinds of polysaccharides(named WCLC,WCLH,CCLC and CCLH)were obtained,respectively.Their
physicochemical characters,including purity,molecular weight,monosaccharide compositions and
* △基金项目:国家海洋局公益专项(201005024);国家科技支撑计划(2013BAB01B02)资助
 作者简介:韩现伟(1989-),女,硕士研究生,研究方向:糖化学。E-mail:hanxianwei1989@126.com
*通讯作者:于广利,男,教授,研究方向:糖化学与糖药物学。E-mail:glyu@ocu.edu.cn
  收稿日期:2014-05-05
DOI:10.13400/j.cnki.cjmd.2014.05.005
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structural features,were analyzed by celulose-acetate membrane electrophoresis(CAME),high per-
formance gel permeation chromatography multiangle laser light scatter(HPGPC-MALLS),high per-
formance liquid chromatography(HPLC),infrared spectroscopy(IR)and proton nuclear magnetic reso-
nance(1 H-NMR)spectroscopy techniques.Results The yields of the crude polysaccharides WCLC,
WCLH,CCLC and CCLH were 2.3%,14.3%,3.2%and 26.3%;their sulfate contents were 11.4%,
13.0%,9.8%and 11.3%;their molecular mass were 129.5,602.3,62.85and 484.2kDa,respective-
ly.The purity of the polysaccharides WCLH and CCLH extracted from hot water was higher.The
HPLC analysis data showed al polysaccharides were mainly composed of arabinose,galactose and glu-
cose,but the glucose content was apparently higher in the cultured alga than that of wild type,and the
glucosamine content of WCLC was higher than that of CCLC.The 1 H-NMR spectra showed arabinose
and galactose wereβandαconfiguration,respectively.Conclusion The wild and low salinity cultured
Chaetomorphalinumpolysaccharides were sulfated arabino galactan.The sulfate content in polysaccha-
ride of cultured Chaetomorphalinum was lower,but the glucose content was higher than that of wild
type,indicating that lowering salinity could not only reduce the sulfate content,but also change the
monosaccharide compositional ratios.
Key words:Chaetomorphalinum;sulfated arabino galactan;extraction and isolation;physicochemical
character comparison
  线性硬毛藻(Chaetomorphalinum)隶属于绿
藻门、刚毛藻目、刚毛藻科、硬毛藻属,广泛分布于
印度东南地区,主要应用于食品、动物饲料和农
业[1]。文献报道,线性硬毛藻用途广泛,其甲醇提
取物具有抗菌和抗氧化的作用[1],还可吸附水溶
液中的铜离子和锌离子[2],起到净化水质的作用。
虽然Percival等早在1979年发现线性硬毛藻中含
阿拉伯糖和半乳糖[3],但关于该藻多糖提取分离
及其理化性质的研究还未见报道。
本文以野生和低盐养殖线性硬毛藻为原料,
采用水提方法得到水溶性多糖,并对其理化性质
和单糖组成进行了比较分析,进一步采用红外光
谱和核磁共振氢谱对其结构进行表征。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
野生线性硬毛藻(Wild Chaetomorphalinum)
采于2013年3月威海荣成天鹅湖;低盐养殖线性
硬毛藻由中国海洋大学水产学院李景玉教授实验
室将野生线性硬毛藻在0.5%的海水(蒸馏水稀释
海水后,盐度计校正)中养殖1个月;藻种由李景
玉教授鉴定。甘露糖(Man)、葡萄糖胺(GlcN)、鼠
李糖(Rha)、葡萄糖醛酸(GlcA)、葡萄糖(Glc)、乳
糖(Gal)、木糖(Xyl)、阿拉伯糖(Ara)、岩藻糖
(Fuc)等,重水(99.9%)、氘代丙酮(99.9%)、Fol-
lin-酚试剂、阿利新蓝及标准牛血清白蛋白,美国
Sigma公司;乙腈(色谱纯)和甲醇(色谱纯),美国
Merck公司;其他试剂均为国产分析纯;Zorbax E-
clipse XDB-C18(4.6mm×250mm,5μm)柱,美国
Agilent公司;ShodexOHpak SB HQ 804(8.0mm×
300mm,10μm)柱和ShodexOHpak SB HQ 802.5
(8.0mm×300mm,6μm)柱,日本昭和电工;SH-
AC-1阴离子交换(4.6mm×250mm,13μm)柱,
青岛盛瀚色谱技术有限公司;醋酸纤维素薄膜
(7cm×9cm),北京六一仪器厂;Nicolet Nexus
470型红外光谱仪,美国 Thermo Electron公司;
UPC-900型 KTA purifier快速蛋白纯化系统,
美国GE公司;Agilent 1260型高效液相色谱仪,
美国Agilent公司;DAWN HELEOS II型十八角
度激光散射仪,美国 Wyatt公司;Elx808型酶标
仪,美国Bio-Tek公司;CIC100型离子色谱仪,青
岛盛瀚色谱技术有限公司;DYY-III型电泳槽,北
京六一仪器厂。
1.2 实验方法
1.2.1 粗多糖的提取分离
将野生与低盐养殖线性硬毛藻在45℃下烘
干、粉碎,然后于75℃下经85%乙醇脱脂后,室
温下用蒸馏水提取3次,每次3h,离心后合并上
5期 韩现伟,等:野生与低盐养殖线性硬毛藻多糖的提取分离及其理化性质比较研究 33 
清,经浓缩、醇沉、透析和干燥后,分别得到冷水提
取多糖 WCLC和CCLC;残渣继续在85℃热水中
搅拌提取3次,每次3h,同上操作,得到热水提取
多糖 WCLH和CCLH,经透析袋(MWCO 7000)
对蒸馏水透析48h,浓缩冻干[4]。
1.2.2 理化性质分析
总糖含量采用硫酸苯酚法测定[5],蛋白含量
采用Folin-酚法测定[6],硫酸根含量采用离子色谱
法测定[7]。
1.2.3 醋酸纤维素薄膜电泳分析
取10μL浓度为3mg·L
-1多糖样品水溶液
于加样槽中,用超级加样器移取0.5μL于薄膜上
点样,以0.47mol·L-1甲酸-0.1mol·L-1吡啶
(pH 3.0)为电泳缓冲液,设定电流7mA,电泳
20min。电泳结束后用0.5%(质量体积比)的阿
利新蓝染色20min,再以2%(体积比)的醋酸溶
液脱色[8]。
1.2.4 分子量分析
采用高效凝胶渗透色谱与多角度激光光散射
器联用(HPGPC-MALLS)法[9]进行分子量分析。
将样品用流动相配成3mg·mL-1溶液,色谱条
件:色谱柱:SBHQ 804色谱柱与SBHQ 802.5色
谱柱串联;流动相:0.1mol·L-1 Na2SO4溶液;流
速:0.6mL·min-1;柱温:35℃;进样量:100μL;
检测器:示差检测器与十八角度激光散射仪联用。
1.2.5 单糖组成分析
称取多糖样品1~2mg于安瓿瓶中,加入
1mL浓度为2mol·L-1的三氟乙酸,封口,110℃
水解6h。水解液用氮气吹干,采用PMP柱前衍
生方法[10]分析。色谱柱:Agilent XDB-C18色谱
柱;流速:1mL·min-1;流动相:0.1mol·L-1磷
酸盐缓冲液(pH 6.7)-乙腈(83∶17,体积比);进
样量:10μL;柱温:30℃;检测波长:245nm。
1.2.6 红外光谱分析
将测定样品用P2O5干燥48h,取1~2mg样
品经KBr压片,于400~4000cm-1范围内扫描,
记录红外光谱。
1.2.7 核磁共振氢谱分析
将60mg多糖样品溶解于0.2mol·L-1盐酸
中,75℃搅拌降解15min,用0.2mol·L-1的氢
氧化钠中和使pH 至7,加入4倍无水乙醇,醇沉
物用超纯水溶解后旋转蒸发至干,再加入0.5mL
重水,重复交换3次。最后,用0.5mL重水溶解
并转移至核磁管中,以氘代丙酮为内标在25℃下
测定1 H-NMR。
2 结果与讨论
2.1 多糖的提取及其含量分析
野生和低盐养殖线性硬毛藻经85%乙醇脱脂
后干燥后得到脱脂藻粉。藻粉分别经冷水和热水
提取,从野生和低盐养殖线性硬毛藻中分别得到
多糖 WCLC、WCLH 和CCLC和CCLH,它们的
得率和含量分析见表1。由表1可以看出,野生和
低盐养殖线性硬毛藻的热水提多糖得率均高于冷
水提多糖,其中二者的冷水提多糖得率相近,热水
提多糖得率以人工养殖线性硬毛藻较高;4种粗多
糖的糖含量和蛋白含量分别为56.2% ~72.3%
和2.4% ~15.9%,其中以 CCLH 的糖含量最
高、蛋白含量最低;4种粗多糖的硫酸根含量为
9.80%~13.0%,其中野生硬毛藻多糖的硫酸基
含量高于养殖硬毛藻,热水提多糖的硫酸基含量
高于冷水提多糖。
表1 野生和低盐养殖硬毛藻多糖得率及理化性质分析
Table 1 The yield and physicochemical characters analysis of polysaccharides extracted
from wild and low salinity cultured Chaetomorphalinum
多糖
Polysaccharides
得率a
Yield
糖含量b
Sugar content
蛋白含量c
Protein content
硫酸根含量
Sulfate content
WCLCd  2.30  56.2  6.6  11.4
WCLHe  14.3  62.1  6.3  13.0
CCLCd  3.20  68.3  15.9  9.80
CCLHe  26.3  72.3  2.4  11.3
  a:以脱脂藻粉计;a,based on defatted algae powder;b:以阿拉伯糖为标准品;b,based on arabinose;
  c:以牛血清白蛋白为标准品;c,based on bovine serum albumin;d:冷水提多糖;d,polysaccharides extracted with cool water;
  e:热水提多糖;e,polysaccharides extracted with hot water.
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2.2 纯度分析
  图1(左)1~4分别为 WCLC、WCLH、CCLC、
和CCLH的醋酸纤维素薄膜电泳(CAME)结果。
由图可见,4种多糖的Rf值存在差异,即所带电荷
密度不同,其中,热水提取多糖 WCLH 和CCLH
的电泳条带较窄,表明其电荷均一。采用高效凝
胶渗透色谱-多角度激光散射(HPGPC-MALLS)
法对4种多糖的分子量进行测定。由图1(右)及
表2可知,示差信号显示 WCLC中含有3个组分,
CCLC中有2个组分,表明冷水提取多糖 WCLC
和CCLC的纯度较低;热水提取多糖 WCLH 和
CCLH为单一对称峰形,并且其分子量的分布系
数D接近1,说明其纯度较高。
图1 4种多糖的醋酸纤维素薄膜电泳图(左)及其高效凝胶渗透色谱图(右)
Fig.1 CAME(left)and HPGPC(right)of four kinds polysaccharides
表2 4种多糖数均和重均分子量及分子量分布系数
Table 2 The number-average molecular weight(Mn),weight-average molecular weight(Mw)
and molecular weight distribution coefficient(D)of four polysaccharides
样品
Sample
WCLC
1  2  3
WCLH
CCLC
1  2
CCLH
Mn/kDa  948.1  123.2  37.40  579.7  47.04  52.65  441.4
Mw/kDa  1241  129.5  38.29  602.3  62.85  57.39  484.2
Da 1.309  1.050  1.024  1.039  1.336  1.090  1.097
      a,D= Mw/Mn.
2.3 单糖组成分析
对比野生与低盐养殖线性硬毛藻的冷水提取
多糖 WCLC和CCLC的单糖组成分析结果可知
(见图2,左),两者均主要含有 Glc、Gal、Ara。其
中,野生硬毛藻多糖中还含有GlcN、Rha、GalA和
GalN,单糖组成较复杂。从野生与低盐养殖线性
硬毛藻的热水提取多糖 WCLH 和CCLH 的单糖
组成分析结果可以(见图2,右)看出,两者主要含
有Ara和Gal,还含有少量的Glc、Xyl、Rha和Gl-
cA,且低盐养殖线性硬毛藻中Glc含量显著升高。
因此,海水盐度对线性硬毛藻多糖的单糖组成可能
有较大影响。
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图2 4种多糖的单糖组成分析高效液相色谱图
Fig.2 The HPLC chromatograms of monosaccharide composition analysis of four polysaccharides
2.4 红外光谱分析
由红外光谱图(见图3)可知,4种多糖在
3 425、2 934、1 655和1 250cm-1处均有吸收峰,
分别是糖环中O-H伸缩振动、C-H伸缩振动、C=
O伸缩振动和S=O的伸缩振动吸收峰;1 010~
1 100cm-1之间的3个特征吸收峰为吡喃糖环的
伸缩振动峰。Fernández等从松藻属中提取的硫
酸化吡喃型阿拉伯聚糖在855~830cm-1范围内
有小的吸收峰,推断阿拉伯糖为β构型
[11]。而红
外光谱结果显示野生与低盐养殖线性硬毛藻多糖
在828cm-1左右均有吸收峰,由此初步判断4种
多糖中的阿拉伯糖均为β构型。
图3 4种多糖的红外光谱图
Fig.3 The IR spectra of four polysaccharides
2.5 核磁共振氢谱分析
对纯度较高的热水提 取 多 糖 WCLH 和
CCLH进一步进行核磁共振氢谱分析,结果如图
所示(见图4)。由图可知,2种多糖的异头氢信号
均集中在δ5.0~5.4之间,且野生线性硬毛藻热
水提多糖 WCLH的异头氢信号更为复杂,表明该
区域的糖残基化学环境存在多样性,这可能与该
多糖有较多的硫酸基取代有关。已有文献报道,β-
L-吡喃-阿拉伯糖和α-D-吡喃-半乳糖的异头氢位
移大于5.0[11-13]。据此可以判断多糖中阿拉伯糖
为β-构型,半乳糖为α-构型。
36  中 国 海 洋 药 物 33卷
图4 WCLH(左)和CCLH(右)的核磁共振氢谱图
Fig.4 The 1 H-NMR spectra of WCLH (left)and CCLH(right)
3 结论
本文首次对野生和低盐养殖线性硬毛藻多糖
的理化性质进行了系统的研究,采用冷水和热水
提取得到4种粗多糖 WCLC、WCLH、CCLC和
CCLH。理化性质结果表明水环境含盐量影响线
性硬毛藻多糖中硫酸基的含量和单糖组成;
CAME 和 HPGPC 结 果 表 明 热 水 提 取 多 糖
WCLH和CCLH的纯度较高;单糖组成分析表明
养殖硬毛藻多糖的 Glc含量高于野生硬毛藻多
糖,而 WCLC中 GlcN的含量高于CCLC;IR和1
H-NMR结果表明该藻类多糖中的阿拉伯糖和半
乳糖分别为β和α构型。本文首次从野生和低盐
养殖线性硬毛藻中获得硫酸阿拉伯半乳聚糖,虽
然该多糖抗凝血活性较低,但具有良好的促进
BaF3细胞增殖的活性,其深入的构效关系研究正
在进行。
参考文献
[1] Senthilkumar P,Sudha S.Antioxidant and Antibacterial
Properties of Methanolic Extract of Green Seaweed Chaeto-
morpha linum From Gulf of Mannar:Southeast Coast of In-
dia[J].Jundishapur J Microbiol,2012,5(2):411-415.
[2] Ajabi L C,Chouba L.Biosorption of Cu2+and Zn2+from
aqueous solutions by dried marine green macroalga Chaeto-
morpha linum[J].J Environ Manage,2009,90(11):
3485-3489.
[3] Percival E.The polysaccharides of green,red and brown
seaweeds:their basic structure,biosynthesis and function
[J].British Phycological J,1979,14(2):103-117.
[4] Yu G,Yang B,Ren W,et al.A comparative analysis of
four kinds of polysaccharides purified from Furcelaria lum-
bricalis[J].J Ocean Univ China,2007,6(1):16-20.
[5] Dubois M,Giles K A,Hamilton J K,et al.Colorimetric
method for determination of sugars and related substances
[J].Anal Chem,1956,28(3):350-356.
[6] Lowry O H,Rosebrough N J,Farr A L,et al.Protein
measurement with the Folin phenol reagent[J].J Biol
Chem,1951,193(1):265-275.
[7] 马心英.利用离子色谱测定海带硫酸多糖中硫酸根的含量
[J].曲阜师范大学学报(自然科学版),2002,28(2):84-
86.
[8] 王皓,于广利,赵峡,等.污染肝素中多硫酸化硫酸软骨素的
分步醋酸纤维素薄膜电泳分析[J].分析化学,2009,37
(8):1147-1151.
[9] 李广生,赵峡,郝翠,等.不同方法对寡聚甘露糖醛酸铬配合
物分子量测定的影响[J].中国海洋药物,2014,33(1):6-
10.
[10] 张惟杰.糖复合物生化研究技术[M]杭州:浙江大学出版
社,1994:38-40.
[11] Fernández P V,Quintana I,Cerezo A S,et al.Anticoagu-
lant activity of a unique sulfated pyranosic(1→3)-β-L-ara-
binan through direct interaction with thrombin[J].J Biol
Chem,2013,288(1):223-233.
[12] 刘玉红,王凤山.核磁共振波谱法在多糖结构分析中的应
用[J].食品与药品,2007,9(08A):39-43.
[13] Sassaki G L,Guerrini M,Serrato R V,et al.Monosaccha-
ride composition of glycans based on Q-HSQC NMR[J].
Carbohyd Polym,2013.