合浦珠母貝糖胺聚糖的分離純化及理化性質分析

周小雙,王錦旭,楊賢慶,*,林婉玲,魏　涯

(1.中國水產科學研究院南海水產研究所,農業部水產品加工重點實驗室,國家水產品加工技術研發中心,廣東廣州 510300;2.上海海洋大學食品學院,上海 201306)

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合浦珠母貝糖胺聚糖的分離純化及理化性質分析

周小雙1,2,王錦旭1,楊賢慶1,*,林婉玲1,魏涯1

(1.中國水產科學研究院南海水產研究所,農業部水產品加工重點實驗室,國家水產品加工技術研發中心,廣東廣州 510300;2.上海海洋大學食品學院,上海 201306)

研究合浦珠母貝糖胺聚糖粗品經分離純化得到的精制品的理化性質,通過瓊脂糖凝膠電泳鑒定樣品分離情況,并對樣品進行紅外分析。經枯草桿菌蛋白酶與胰蛋白酶雙酶酶解提取糖胺聚糖粗制品后,將粗制品利用DEAE-52離子交換柱進行純化,純化時分別用0.5 mol/L NaAc(pH=6.0)和1.5 mol/L NaCl進行洗脫,得到精制品GAG1和GAG2。利用苯酚-硫酸法、Bradford法、明膠-氯化鋇法、Orcinol法、Wagner法、紅外光譜法分析GAG1和GAG2的理化性質。通過各實驗結果,可以初步猜測GAG1為肝素鈉,GAG2為硫酸軟骨素。

合浦珠母貝,糖胺聚糖,純化,理化性質

合浦珠母貝(Pinctadamartensii)是鶯蛤目鶯蛤科真珠蛤屬的一種,亦稱“馬氏珠母貝”。自我國成功開展其人工育苗,海水珍珠養殖業開始迅猛發展[1]。目前合浦珠母貝是我國海水養殖貝的主要種類[2]。近幾年合浦珠母貝的研究主要集中于遺傳育種、珍珠層結構、插核育珠等[3],而針對軟體部貝肉的研究不多。合浦珠母貝貝肉的每年產量很大,而且貝肉中含有多種活性成分如糖胺聚糖,如果對其加以研究利用,相信一定會有很好的應用前景。

糖胺聚糖(glycosaminoglycan),又稱氨基多糖、酸性粘多糖,是酸性多糖的一種,主要存在高等動物組織中。糖胺聚糖是由重復的二糖單位氨基己糖和己糖醛酸構成的長鏈多糖。目前已經確定的糖胺聚糖結構是硫酸軟骨素C(CSC)、硫酸軟骨素A(CSA)、透明質酸(HA)、硫酸皮膚素(DS)、硫酸角質素(KS)、肝素(HP)及硫酸乙酰肝素(HS)[4]。不同動物中糖胺聚糖存在差異,雖然已有學者對翡翠貽貝[5]、近江牡蠣[6]、波紋巴非蛤[7]、四角蛤蜊[8]等多種貝類糖胺聚糖進行了研究,但合浦珠母貝還沒有較全面的研究。

本實驗主要研究合浦珠母貝糖胺聚糖粗制品的分離純化及分析精制品的理化性質,觀察其結構特征,旨在進一步研究其生物活性并將其應用于保健品,高值化利用合浦珠母貝貝肉,促進珍珠產業的可持續發展。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

糖胺聚糖粗制品前期從合浦珠母貝的全臟器中通過酶解法提取,經1,9-二甲基亞甲基藍法檢測后保存備用;1,9-二甲基亞甲基藍購自Sigma;甘氨酸、NaCl、NaAc、氯仿、正丁醇、無水乙醇均為分析純,購自齊云生物科技。

Milli-Q超純水機、小型切向流超濾系統美國MILLIPORE;J26XP高速離心機美國貝克曼庫特;紫外可見分光光度計日本SHIMADZU;Alpha1-4冷凍干燥機德國Christ;GM-0.33B隔膜真空泵;TLJ-2型定時增力電動攪拌器姜堰市天力醫療器械有限公司;CBS-B程控多功能全自動部份收集器和BT-100SD定時電腦泵上海青浦滬西儀器廠;Powetpac@Basic基礎電泳儀美國Bio-rad;IRAffinity-1型紅外光譜儀島津SHINADZU。

1.2實驗方法

1.2.1糖胺聚糖粗制品分離純化

1.2.1.1DEAE-52填料的處理將DEAE-52填料在0.5 mol/L的NaOH溶液中浸泡30 min,用蒸餾水洗滌至中性;用0.5 mol/L 的HCl浸泡填料30 min,用蒸餾水洗滌至pH7.0;最后再用0.5 mol/L的NaOH溶液中浸泡30 min,用蒸餾水洗滌至pH7.0。向填料中加10倍體積的緩沖液(0.5 mol/L NaAc,pH6.0)浸泡過夜,傾倒出上層懸浮顆粒。緩慢攪拌均勻,通過玻璃棒引流將填料緩慢注入50 cm×4 cm的離子交換柱中,在灌注過程中可以將柱子與恒流泵連接使用0.5 mol/L NaAc(pH6.0)進行緩慢壓柱,然后不斷補充填料重復壓柱直到上方留有10 cm左右的空隙,最后用0.5 mol/L NaAc(pH6.0)洗滌柱子2個柱床體積,使柱子平衡[6]。

1.2.1.2分離柱:DEAE-52-纖維素離子交換柱(4 cm×50 cm)。流速:10 mL/h,180滴/管,每管5 mL。進樣量:50.0 mL,進樣濃度:30 mg/mL。檢測方法:1,9-二甲基亞甲基藍法[9-10],洗脫液:pH6.0的0.5 mol/L NaAc緩沖液和0.5、1.0、1.5、2.0 mol/L氯化鈉溶液各600 mL進行階段洗脫。通過繪制洗脫曲線,根據曲線峰型將構成同一峰的各管收集在一起,由此確定最佳洗脫液組合。將溶液收集后透析除鹽、超濾濃縮(截留分子量5 ku)、真空冷凍干燥。

1.2.2各成分測定總糖含量測定:苯酚-硫酸法(標準品為無水葡萄糖)[11];蛋白質含量測定:Bradford法(標準品為5 mg/mL蛋白溶液);糖醛酸含量的測定:Orcinol法(標準品為D-葡萄糖醛酸)[4];硫酸基含量的測定:明膠-氯化鋇法(標準品為無水硫酸鉀)[12];氨基己糖含量測定:Wagner法(標準品為氨基葡萄糖鹽酸鹽)[13]。

1.2.3瓊脂糖凝膠電泳以0.5%瓊脂糖溶液制成8.8 cm×6.5 cm膠板,緩沖系統為巴比妥鈉緩沖液(0.05 mol·L-1,pH8.5),恒壓80 V電泳,至指示劑(甲酚紅)距原點3.5 cm(約40 min)關閉電泳儀,取下膠板在固定液(0.1%十六烷基三甲基溴化銨)中固定60 min,將固定液回收,膠板于70 ℃烘干,0.1%甲苯胺藍溶液(用醋酸∶乙醇∶水=0.1∶5∶5,V/V 配制)染色2 h,用適量脫色液(醋酸∶乙醇∶水=0.1∶5∶5,V/V)進行脫色4 h后,再用去離子水洗至背景無色,通過觀察電泳圖中的譜帶分布情況,以此確定樣品分離純化的效果。

1.2.4紅外光譜分析采用溴化鉀壓片法,取一定量的干燥溴化鉀粉末進行研磨,取適量研磨后的粉末研制成透明薄片作為背景樣品,在剩余的溴化鉀粉末中加入約0.5 mg樣品進行研磨混合均勻后,同樣研制成透明薄片,在IRAffinity-1型紅外光譜儀中進行測定。紅外光譜儀測定參數:背景掃描次數32次;掃描范圍400～4000 cm-1;分辨率4.0 cm-1;檢測器:帶溫度控制系統的DLATGS檢測器。

2　結果與分析

2.1分離純化

利用1,9-二甲基亞甲基藍法測定雙號管中溶液的吸光度值,通過測定結果發現只有0.5 mol/L NaAc(pH6.0)及1.5 mol/L NaCl兩種洗脫液洗下的溶液中含有糖胺聚糖。在后面的純化實驗中只需使用這兩種洗脫液,洗脫曲線見圖1。根據曲線峰型收集樣品的各部位(峰1為GAG1,峰2為GAG2),將收集的洗脫液分別透析脫鹽、超濾濃縮、冷凍干燥。

圖1　DEAE-52梯度洗脫曲線Fig.1　DEAE-52 gradient elution curve

2.2各成分分析

2.2.1各指標分析方法標準曲線利用苯酚-硫酸法、Bradford法、Orcinol法、明膠-氯化鋇法、Wagner法分別測定樣品GAG1、GAG2中總糖、蛋白質、己糖醛酸、硫酸基、氨基己糖的含量,得線性回歸方程見表1。

表1　各分析方法的標準曲線

2.2.2各組分成分測定結果分離純化所得到的組分GAG1、GAG2的成分分析見表2,從結果可以看出GAG1、GAG2是聚陰離子多糖,其中的陰離子主要是己糖醛酸和硫酸基,GAG2中硫酸基含量高于GAG1,顯示GAG2具有較強的生物活性,對于樣品中可能存在的其他組分還有待進一步研究。對于樣品成分分析為研究結構、活性和綜合利用提供了必要信息。

表2　各組分成分分析結果(%)

2.3瓊脂糖電泳

不連續的瓊脂糖凝膠電泳在糖胺聚糖分離純化的過程中發揮重要作用,可用于區分可能發生的部分降解而造成的結構變化。本實驗采用堿性瓊脂糖凝膠電泳,酸性多糖可以泳動并特異性染色。合浦珠母貝糖胺聚糖為聚陰離子多糖,糖鏈上陰離子基團的類別、多少和連接位置的差別,都可能使它們在電泳中的遷移率不同,從而通過譜帶表現出來。圖2為樣品的瓊脂糖凝膠電泳圖,其中譜帶依次為GAG2、GAG1、糖胺聚糖粗品,糖胺聚糖粗品的電泳圖為兩個譜帶,GAG2與糖胺聚糖粗品快帶的電泳特性相同,GAG1與其慢帶的電泳特性相同,說明通過DEAE-52離子交換柱將粗品有效分離,其中GAG2染色較深,說明其酸性較大。

圖2　瓊脂糖凝膠電泳Fig.2　Agarose gel electrophoresis

2.4紅外光譜分析結果

GAG1在3419.80 cm-1處具有強寬吸收峰,說明含有-OH的O-H鍵和-N-H2的N-H鍵伸縮振動。2933.73 cm-1左右處具有弱的吸收峰,為有-CH或CH3的C-H鍵伸縮振動,說明含有糖類飽和C-H鍵;1651.07、1558.48 cm-1左右處具有強吸收峰,說明有-NHCOCH3-存在;1411.89 cm-1處具有強吸收峰,為羧基C=O對稱伸縮振動;1242.16 cm-1處有強吸收峰為S=O伸縮振動;1045.42 cm-1處強吸收峰為C-O伸縮振動;從圖譜的紅外吸收波數分析可知,以上描述均符合肝素鈉的光譜特征[14],可以初步猜測GAG1為肝素鈉。

圖3　GAG1的紅外光譜圖 Fig.3　IR spectrum of GAG1

GAG2在3410.15 cm-1處具有強寬吸收峰,說明含有-OH的O-H鍵和-N-H2的N-H鍵伸縮振動。2937.59 cm-1左右處具有弱的吸收峰,為有-CH或CH3的C-H鍵伸縮振動,說明含有糖類飽和C-H鍵;1658.78、1552.70 cm-1左右處具有強吸收峰,說明有-NHCOCH3-存在;1500～1250 cm-1之間有三個弱吸收峰;1242.16 cm-1處有強吸收峰為S=O伸縮振動;1049.28 cm-1處強吸收峰為C-O伸縮振動;從圖譜的紅外吸收波數分析可知,以上描述均符合硫酸軟骨素的光譜特征[15],可以初步猜測GAG2為硫酸軟骨素。

圖4　GAG2的紅外光譜圖Fig.4　IR spectrum of GAG2

3　結論

糖胺聚糖粗品經DEAE-52柱分離純化后得到兩個組分(GAG1、GAG2),GAG1、GAG2中都含有氨基己糖、己糖醛酸、硫酸基,其中GAG2的己糖醛酸、硫酸基的含量大于GAG1。通過瓊脂糖凝膠電泳鑒定發現經過純化后得到的兩個組分為均一成分,而且GAG2的酸性要大于GAG1。從紅外分析結果來看,GAG1、GAG2中含有-OH的O-H鍵、-N-H2的N-H鍵伸縮振動、-NHCOCH3-、S=O 伸縮振動等特征基團,這些都符合糖胺聚糖的結構特征,其中GAG2在1500～1250 cm-1之間有三個弱吸收峰。綜合以上數據,可以初步猜測GAG1為肝素鈉、GAG2為硫酸軟骨素。接下來的實驗可以對兩組分的結構進行進一步驗證研究,為后續的活性研究奠定基礎。

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Purification and physicochemical characteristics of glycosaminoglycan fromPinctadamartensii

ZHOU Xiao-shuang1,2,WANG Jin-xu1,YANG Xian-qing1,*,LIN Wan-ling1,WEI Ya1

(1.South China Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Key Laboratory of Aquatic Product Processing,Ministry of Agriculture,National R&D Center for Aquatic Product Processing,Guangzhou 510300,China;2.College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

This paper studied on purification and physicochemical characteristics of glycosaminoglycan fromPinctadamartensii. The separation of the samples was identified by agarose gel electrophoresis and analyzed by infrared spectroscopy. After glycosaminoglycan was achieved from the whole viscera ofPinctadamartensiivia enzymatic hydrolysis by pancreatin and neutral protease ofBacillussubtilis,the crude glycosaminoglycan was purified by DEAE-52 ion exchange column with 0.5 mol/L NaAc(pH=6.0)and 1.5 mol/L NaCl,then the purified product of glycosaminoglycan(GAG1and GAG2)were obtained. The physicochemical properties of the purified product were analyzed by the method of phenol-sulfuric acid,Bradford,Orcinol,Wagner,Infrared spectroscopy. The results showed that GAG1was heparin sodium and GAG2was chondroitin sulfate.

Pinctadamartensii;glycosaminoglycan;purification;physicochemical characteristics

2016-01-18

周小雙(1991-),女,碩士研究生,研究方向:水產品加工與質量安全,E-mail:zxiao_shuang@163.com。

楊賢慶(1963-),男,研究員,研究方向:水產品加工與質量安全,E-mail:yxqgd@163.com。

廣東省自然科學基金項目(2016A030313144);廣東省公益研究與能力建設專項(2014A020217009);廣東省海洋漁業科技與產業發展專項科技攻關與研發項目(A201501C08);中央級公益性科研院所基本科研業務費專項資金項目(2014TS25);農業部水產品加工重點實驗室開放基金項目(NYBJG201408)資助。

TS254.1

A

1002-0306(2016)16-0127-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.17