玉米皮多糖的組成及結構

張艷榮，劉相陽，于 君，王大為

(吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118)

玉米皮多糖的組成及結構

張艷榮，劉相陽，于 君，王大為*

(吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130118)

采用紫外光譜、紙層析及比色等分析方法對分離純化制得的玉米皮多糖A-1(CSPA-1)、A-2(CSPA-2)、B(CSPB)的總糖含量、單糖組成及基本結構進行初步研究。結果表明：CSPA-1、CSPA-2和CSPB皆為白色粉末，其中CSPB微溶于水，其他易溶于水，不溶于高濃度的有機溶劑，不含蛋白質和淀粉，均含有糖醛酸。CSPA-1總糖含量為99.3%，糖醛酸含量為16.6%，糖基組成為葡萄糖、木糖及阿拉伯糖，可能還含有微量鼠李糖；CSPA-2總糖含量為93.4%，糖醛酸含量為21.7%，糖基組成為葡萄糖、木糖、阿拉伯糖及鼠李糖；CSPB總糖含量為83.3%，糖醛酸含量為6.82%，糖基組成為葡萄糖、木糖及阿拉伯糖。高碘酸氧化分析表明：CSPA-1中1→2糖苷鍵或1→4糖苷鍵殘基比例為25%，1→6糖苷鍵殘基比例為3%；CSPA-2中1→2糖苷鍵或1→4糖苷鍵殘基比例為25.7%，1→6糖苷鍵殘基比例為3%；CSPB中1→2糖苷鍵或1→4糖苷鍵殘基比例為34.1%，1→6糖苷鍵殘基比例為1%。

玉米皮；多糖；單糖；結構

玉米是世界主要的糧油、化工原料之一，也是我國的主要農作物之一。目前玉米精深加工主要是玉米淀粉的生產及其利用，而占玉米籽粒的15%左右的玉米皮，主要成分為半纖維素、纖維素及木質素，是生產食用或藥用植物活性多糖的良好原料，但由于缺乏相關基礎理論研究，目前未得到充分利用，絕大多數用于飼料的生產或廢棄，造成食物資源的浪費。玉米皮多糖是玉米皮纖維的進一步加工產物，其水溶性及加工性能優于玉米皮纖維[1]。多糖的單糖組成及結構與其功效具有明顯的相關性[2-4]，本研究對提取、分離及純化后的玉米皮多糖(corn spermoderm polysaccharide，CSP)進行總糖含量、單糖組成及結構特點等進行研究[5]，為進一步研究其在保健食品開發中應用，玉米皮膳食纖維及玉米皮多糖的質量評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米皮 長春大成新資源集團有限公司提供。玉米皮多糖玉米皮多糖A-1(CSPA-1)、A-2(CSPA-2)、B(CSPB)均由吉林農業大學糧油植物蛋白工程實驗室自制，其中CSPA-1的相對分子質量為186170，CSPA-2的相對分子質量為103885，CSPB的相對分子質量為146887[5]。

十六烷基三甲基溴化銨、硼酸、乙二醇 北京化工廠；氯化鋇 北京東方德教育科技有限公司；高碘酸鈉 北京(中西泰安)技術服務有限公司；無水乙醇、可溶性淀粉 天津市北方天醫化學試劑廠；碘化鉀 天津市光復精細化工研究所；無水乙二胺 天津市北晨方正試劑廠；葡萄糖醛酸、硼酸鈉 上海滬峰生物科技有限公司；硼氫化鈉 上海艾銳化工有限公司；考馬斯亮藍G-250 中國惠市生化試劑有限公司；苯胺、二苯胺 遼寧鑫宇化工商貿公司；硅膠G 青島海洋化工有限公司； Dextran T10、T40、T70、T500 美國Sigma公司；Sephadex G-75葡聚糖凝膠、Sephadex G-100葡聚糖凝膠、藍色葡聚糖 瑞典Pharmacia公司。

1.2 儀器與設備

GB1302電子精密天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；CT15RT高速冷凍離心機 上海天美生化儀器設備工程有限公司；RE-52AA旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠；HA121-50-02型超臨界萃取裝置 江蘇南通華安超臨界萃取有限公司；NN-J993型微波爐 日本松下電器產業株式會社；層析柱 上海精密科學儀器有限公司；BSZ-160F型自動收集器 上海精科實業有限公司；UV2300紫外-可見光分光光度計、CT15RT高速冷凍離心機 上海天美生化儀器設備工程有限公司；85-2型恒溫磁力攪拌器 上海南匯電訊器材廠；101-2E電熱鼓風干燥器 上海實驗儀器有限公司；透析袋(分子截留量10000) 美國Sigma公司；SHB-B95A型循環水式多用真空泵 鄭州長城科貿有限公司。

1.3 方法

1.3.1 多糖含量測定[6-7]

采用苯酚-硫酸法測定玉米皮多糖A-1(CSPA-1)、A-2(CSPA-2)、B(CSPB)的總糖含量。分別吸取0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8mL質量濃度為0.04mg/mL的標準葡萄糖溶液于試管中，各加入蒸餾水補至2.0mL，加入6%苯酚溶液1mL及濃硫酸5mL，振蕩搖勻，室溫靜置30min后于490nm波長處測定光密度，以2.0mL蒸餾水作為空白。

樣品測定：以葡萄糖含量(μg/mL)為橫坐標，光密度值為縱坐標作標準曲線。取4mg/mL粗多糖溶液1.0mL于試管中，按上述步驟操作，測定光密度，以標準曲線計算多糖含量。苯酚-硫酸法葡萄糖標準曲線回歸方程為y=0.0074x+0.0036(R2=0.9993)。

1.3.2 多糖中糖醛酸含量的測定[2]

精確稱取葡萄糖醛酸100mg，置于100mL容量瓶中，加入飽和硼酸鈉溶液定容，搖勻后精確量取2.5mL，置于50mL容量瓶中，加入飽和硼酸鈉溶液稀釋至刻度，搖勻。此時每1mL溶液含葡萄糖醛酸50μg。分別量取葡萄糖醛酸溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL，分別置于試管中，依次加入飽和硼酸鈉溶液至1.0mL，搖勻，置冰水浴中冷卻，然后緩緩滴加0.025mol/L硼酸鈉-硫酸溶液5.0mL，置沸水浴加熱20min(中間振搖一次)，迅速冷卻，加0.2%咔唑-無水乙醇溶液0.2mL，搖勻，置沸水浴中20min(中間振搖一次)，冷卻至室溫。于530nm波長處測光密度，以0管為空白，橫坐標為葡萄糖醛酸微克數，縱坐標為光密度值，計算回歸方程得y=0.0103x-0.0105(R2=0.9974)。

樣品測定：吸取用飽和硼酸鈉配制的多糖樣品液1.0mL(50μg/mL)，按上述步驟操作，測光密度，根據標準曲線計算葡萄糖醛酸的含量。

1.3.3 紫外光譜分析[8]

將柱層析后多糖樣品少許溶解在少量的蒸餾水中，配成0.5mg/mL的多糖溶液，在波長200～500nm處掃描，檢測其在260nm及280nm波長處有無蛋白及核酸吸收峰。

1.3.4 紙層析[9-11]

中速濾紙(3.5cm×30cm)，點樣量為0.5mg/mL多糖溶液20μL，展開劑為正丙醇:濃氨水:水，其體積比60:45:5，飽和2h，室溫展開6h，用苯胺-鄰苯二甲酸顯色劑染色，吹干后105℃烘烤10min至斑點出現。

1.3.5 比旋光度的測定[8]

將樣品溶于重蒸水，用100mm試管，20℃條件下鈉光測定其旋光度。按公式(1)計算出比旋度[α]：

式中： 為測得的旋光度(°)；ρ為溶液的質量濃度(g/mL)；L為試管的長度(dm)。

將多糖樣品配制成近似半飽和溶液，置于電磁攪拌器上，在攪拌下滴加乙醇，使乙醇體積分數為30%，離心得到沉淀。上清液中繼續滴加乙醇，使溶液中乙醇體積分數達60%，再經離心得沉淀，最后上清液中加入乙醇使體積分數為80%，離心得沉淀。前后3次沉淀，分別經干燥后在相同條件下測定其水溶液的比旋光度。

1.3.6 單糖組成分析[2,10-11]

準確稱取0.2g多糖樣品于具塞試管中，加入0.2mol/L硫酸溶液10mL，110℃水解8h。冷卻后加入碳酸鋇中和至中性，離心過濾除去硫酸鋇沉淀，得多糖水解物。用毛細管將多糖樣品水解物及單糖標準品(10mg/mL)在硅膠板上點樣，點樣直徑為2mm，點間距離1.5mm，點樣后自然晾干。展開劑為氯仿-甲醇(體積比為60:40)，上行法展開至距板頂端1cm處取出，前沿用鉛筆做一記號，在60℃烘箱中烘干。將顯色劑苯胺-二苯胺-磷酸溶液均勻地噴灑在薄板上，置于85℃烘箱中烘烤30min后即可顯色。

1.3.7 相鄰單糖基連接方式分析[2,8,10-11]

分別取CSPA-1、CSPA-2和CSPB各25mg，用少量蒸餾水溶解，加入濃度為30mmol/L的高碘酸鈉定容至25mL容量瓶中，置于4℃冰箱中進行反應，間或振搖，于0、4、28、52、76、100h…間隔時間取樣，每次0.1mL，蒸餾水稀釋250倍后，使用紫外分光光度計在223nm波長處測定吸光度，直至吸光度基本穩定。由此吸光度根據標準曲線計算高碘酸的消耗量。同時加入乙二醇消耗過量的高碘酸以終止反應，放置20min，取2mL反應液，以酚酞為指示劑，用濃度為0.01mol/L的NaOH溶液滴定檢測甲酸的生成量。

高碘酸鈉消耗量標準曲線的繪制：配制30mmol/L的高碘酸鈉溶液100mL，分別吸取1、0.5、1.0、1.5、2.0、4.0mL的高碘酸鈉溶液于試管中，各加入蒸餾水補至4.0mL，取混合液0.5mL置于100mL容量瓶中用蒸餾水稀釋至刻度，在223nm波長處測吸光度，以混合后溶液中的高碘酸鈉的濃度(mmol/L)為橫坐標，以吸光度為縱坐標，得高碘酸鈉消耗量標準曲線。

2 結果與分析

2.1 多糖含量及糖醛酸含量測定結果

玉米皮多糖含量及糖醛酸含量，結果見表1。

表1 玉米皮多糖總糖含量分析Table 1 Total sugar content of CSP

2.2 比旋光度測定結果

表2 不同體積分數乙醇沉淀玉米皮多糖的比旋光度Table 2 Specific rotatory power of CSP precipitated with different concentrations of ethanol

采用比旋光度法測定玉米皮多糖3個組分的比旋光度，結果如表2所示。不同分子質量多糖具有不同的比旋度，同時在不同體積分數的乙醇中具有不同溶解度，分子質量大的多糖較分子質量小的多糖溶解度小。某一特定體積分數的乙醇往往只析出一定范圍分子質量的均一多糖。已知比旋度作為均一分子質量多糖的特征指數，其值也是唯一的(即均一多糖對應唯一的比旋度)。所以，如果不同體積分數的乙醇中沉淀出的多糖，若比旋度相同，則證明它們是相同的均一組分。由旋光測定可知CSPA-1、CSPA-2及CSPB都是均一的多糖組分，其比旋光度分別為+53.2、+102.8及+61.0。

2.3 多糖純度鑒定

圖1 CSPA-1的紫外-可見光譜掃描Fig.1 Ultraviolet-visible spectrogram of CSPA-1

圖2 CSPA-2的紫外-可見光譜掃描Fig.2 Ultraviolet-visible spectra of CSPA-2

圖3 CSPB的紫外-可見光譜掃描Fig.3 Ultraviolet-visible spectra of CSPB

由圖1～3可知，3個多糖組分在260nm及280nm波長處均無核酸和蛋白質的特征吸收峰，表明多糖組分中蛋白質脫除效果較好，已得到純化的多糖組分；CSPA-1、CSPA-2及CSPB紙層析結果均呈現單一斑點，其Rf值分別為0.87、0.64及0.78。通過紫外光譜、紙層析和旋光度測定證明CSPA-1、CSPA-2及CSPB均為均一性多糖。

CSPA-1、CSPA-2和CSPB均為白色粉末，其中CSPB微溶于冷水，易溶于熱水，其他都易溶于水；不溶于高濃度的有機溶劑如丙酮、乙醚、乙醇和甲醇等；與考馬斯亮藍反應為陰性，說明其不含有蛋白質；與苯酚-硫酸反應為陽性，說明玉米皮多糖具有糖的通性。與碘-碘化鉀呈陰性反應，表明其不含淀粉；與三氯化鐵呈陰性反應，表明不含多酚類物質；與硫酸咔唑反應呈陽性，表明其含有糖醛酸。

2.4 單糖組成分析結果

圖4 CSPA-1層析圖Fig.4 Chromatographic profile of CSPA-1

圖4 CSPA-1水解產物的薄層層析結果表明：CSPA-1由葡萄糖(灰綠色)、木糖(亮藍色)及阿拉伯糖(亮藍色)組成，可能還含有微量鼠李糖(黃棕色)。如果以葡萄糖的Rf值為1，則它們的相對Rf值之比為1:1.48:1.10。CSPA-2水解產物的薄層層析結果表明 ，CSPA-2由葡萄糖(灰綠色)、木糖(亮藍色)、阿拉伯糖(亮藍色)及鼠李糖(黃棕色)組成。如果以葡萄糖的Rf值為1，則它們的相對Rf值之比為1:1.89:1.23:0.69。CSPB水解產物的薄層層析結果表明，CSPB由葡萄糖(灰綠色)、木糖(亮藍色)及阿拉伯糖(亮藍色)組成。如果以葡萄糖的Rf值為1，則它們的相對Rf值之比為1:1.78:1.56。

2.5 相鄰單糖基連接方式分析結果

2.5.1 CSPA-1的高碘酸氧化結果

25mg CSPA-1經高碘酸氧化172h后，在223nm波長處檢測溶液吸光度達到穩定，吸光度由1.167下降到0.628，代入高碘酸鈉濃度回歸方程y = 10.732x-0.0177 (R2= 0.999)，可計算得每摩爾己糖消耗0.31mol高碘酸，同時生成0.03mol的甲酸，表明其中1→6糖苷鍵連接殘基占3%，尚有可被高碘酸氧化但不產生甲酸的1→2糖苷鍵或者1→4糖苷鍵殘基占25%，可氧化殘基占28%，不可氧化殘基占72%。

2.5.2 CSPA-2的高碘酸氧化結果

25mg CSPA-2經高碘酸氧化172h后，在223nm波長處檢測溶液吸光度達到穩定，吸光度由1.161下降到0.708，代入高碘酸鈉濃度回歸方程y = 10.732x-0.0177 (R2= 0.999)，可計算得每摩爾己糖消耗0.263mol高碘酸，同時生成0.03mol的甲酸，表明其中1→6糖苷鍵連接殘基占3%，尚有可被高碘酸氧化但不產生甲酸的1→2糖苷鍵或者1→4糖苷鍵殘基占25.7%，可氧化殘基占28.7%，不可氧化殘基占71.3%。

2.5.3 CSPB的高碘酸氧化結果

25mgCSPB經高碘酸氧化196h后，在223nm波長處檢測溶液吸光度達到穩定，吸光度由1.226下降到0.606，代入高碘酸鈉濃度回歸方程y = 10.732x-0.0177(R2= 0.999)，可計算得每摩爾己糖消耗0.361mol高碘酸，同時生成0.01mol的甲酸，表明其中1→6糖苷鍵連接殘基占1%，尚有可被高碘酸氧化但不產生甲酸的1→2糖苷鍵或者1→4糖苷鍵殘基占34.1%，可氧化殘基占35.1%，不可氧化殘基占64.9%。

3 討 論

一種多糖只能由一種或幾種單糖聚合而成，糖基化的方式及糖苷鍵連接方式不同，多糖結構的多樣性導致多糖的性質的多樣性[12]。玉米皮多糖具有復雜的組成(CSPA-1、CSPA-2及CSPB)預示其具有復雜的構效關系。目前對香菇多糖、銀耳多糖等食用菌多糖及大豆皮膳食纖維的單糖組成及糖苷鍵連接方式研究較多[12-14]，而對玉米皮多糖單糖組成及糖苷鍵連接方式的研究未見報道。玉米皮多糖CSPA-1、CSPA-2具有1→4糖苷鍵連接阿拉伯糖及鼠李糖，易溶于水，不溶于高濃度的有機溶劑，不含淀粉，使其呈現出類似果膠樣膠黏特性，預示其具有較大的吸水及持水特性，可用于面包面團改良劑的生產原料[15]。玉米皮多糖單糖組成及結構的多樣性為其在功能食品或保健食品的應用提供了基本保證[3,16]。

[1]張艷榮, 王大為, 祝威. 高品質玉米膳食纖維生產工藝的研究[J]. 食品科學, 2004, 25(9): 213-217.

[2]肖朱洋. 多糖的結構分析與構效關系[J]. 海峽藥學, 2007, 19(3): 98-100.

[3]諸葛健, 趙振鋒, 方慧英. 功能性多糖的構效關系[J]. 無錫輕工大學學報, 2002, 21(2): 208-210.

[4]李鳳玲, 何金環. 植物多糖的結構與分離純化技術研究進展[J]. 植物生理科學, 2008, 24(10): 276-279.

[5]張艷榮, 于君, 劉相陽, 等. 玉米皮多糖提取、分離純化及相對分子量的測定[J]. 食品科學, 2010, 31(10):16-19.

[6]李建武, 蕭能, 余瑞元, 等. 生物化學實驗原理和方法[M]. 北京: 北京大學出版社, 1994: 168-l70.

[7]郭振楚. 糖類化學[M]. 北京: 化學工業出版社, 2005: 59-88.

[8]陳曉青, 蔣新宇, 劉佳佳. 中草藥成分分離分析技術與方法[M]. 北京: 化學工業出版社, 2006: 206-227.

[9]趙亞華, 高向陽. 生物化學試驗技術教程[M]. 廣州: 華南理工大學出版社, 2000: 23-25.

[10]陳來同. 生化工藝學[M]. 北京: 科學出版社, 2004: 58-70; 381-387.

[11]盛龍生, 何麗一 , 徐連連, 等. 藥物分析[M]. 北京: 化學工業出版社, 2003: 81-204.

[12]毛跟年, 許牡丹. 功能食品生理特性與檢測技術[M]. 北京: 化學工業出版社, 2005: 33-58: 103-124.

[13]石雪萍. 植物多糖研究進展[J]. 糧食與油脂, 2005(8): 8-10.

[14]金征宇, 顧正彪. 碳水化合物化學: 原理與應用[M]. 北京: 化學工業出社, 2008: 229-252.

[15]鄭建仙. 低能量食品[M]. 北京: 中國輕工業出版社, 2001: 11-31.

[16]董群, 方積年. 多糖在醫藥領域中的應用[J]. 中國藥學雜志, 2001, 36(10): 649-651.

Monosaccharide Component and Structure of Polysaccharides from Corn Spermoderm

ZHANG Yan-rong，LIU Xiang-yang，YU Jun，WANG Da-wei*
(College of Food Science and Engineering, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)

The total polysaccharide content, monosaccharide component and structure of three factions of polysaccharides from corn spermoderm, CSPA-1, CSPA-2 and CSPB, were measured through the ultraviolet-visible spectrogram, paper chromatography and polarimetric analysis testing in this preliminary study. CSPA-1, CSPA-2 and CSPB all were white powder, and CSPB was only slightly soluble in water, while CSPA-1and CSPA-2 completely soluble. They all were insoluble in high concentrations of organic solvent and did not contain any protein or starch but glucuronic acid. Total polysaccharide content of CSPA-1 was 99.3%, and glucuronic acid content 16.6%. The monosaccharide unit of CSPA-1 was identified as glucose, xylose and arabinose, and possibly rhamnos. Total polysaccharide content of CSPA-2 was 93.4%, and glucuronic acid was 21.7%. The monosaccharide unit of CSPA-2 was identified as glucose, xylose, arabinose and rhamnose. Total polysaccharide content of CSPB was 83.3%, with glucuronic acid being 6.82%. The monosaccharide unit of CSPB was identified as glucose, xylose, and arabinose. Periodate oxidation analysis showed that CSPA-1 had 1→2 linked or 1→4 linked (25%) and 1→6 linked (3%); CSPA-2 was 1→2 linked or 1→4 linked (25.7%) and 1→6 linked (3%); CSPB was 1→2 linked or 1→4 linked (34.1%) and 1→6 linked (1%).

corn spermoderm；polysaccharide；monosaccharide；structure

S513

A

1002-6630(2011)03-0064-04

2010-08-02

國家“863”計劃項目(2007AA10Z336)

張艷榮(1965—)，女，教授，博士，研究方向為糧食、油脂與植物蛋白工程。E-mail：xcpyfzx@163.com

*通信作者：王大為(1960—)，男，教授，博士，研究方向為糧食、油脂與植物蛋白工程及功能食品。E-mail：xcpyfzx@163.com