主要特性
臭黄荆是一种马鞭草科腐婢属灌木,广泛分布于中国西南地区,适宜在贫瘠的山地种植,具有良好的药用价值和食用价值。叶中含有木栓酮、木栓醇、袖皮素等药用成分,其水提取物可解毒消肿、抗疲劳、降低胆固醇,根水提取物可抗炎、增强机体免疫力,种子提取物可治疗头痛、风疹皮痒。同明臭黄荆叶含有丰富的蛋白质和果胶,是制作民间小吃“神仙豆腐”的原料。通过酶处理使天然果胶的聚合度和酯化度大幅度降低,可获得高生物活性(抗菌、抗氧化)的改性果胶。
西南大学食品科学学院的刘莎、邓利玲、钟耕*等利用单一果胶酶和复合酶分别提取臭黄荆叶果胶,以水提果胶为对照,测定3 种臭黄荆叶果胶(水提果胶(WPHP)、果胶酶提果胶(PPHP)、复合酶提果胶(MPHP))的理化性质、结构和抗氧化性能,并探究3 种臭黄荆叶果胶的抑菌活性,以期为其在健康食品、抗菌药物等方面的开发利用提供理论依据。
3 种方法提取臭黄荆叶果胶多糖的提取率、半乳糖醛酸质量分数和酯化度如表2所示,MPHP果胶提取率超过PPHP和WPHP,原因是纤维素酶对臭黄荆叶细胞壁的分解破坏程度大,使细胞更容易破裂,从而导致细胞中更多的多糖等物质溶出。3 种方法提取的果胶多糖其半乳糖醛酸质量分数及酯化度分别为:MPHP半乳糖醛酸质量分数45.13%、酯化度12.56%,PPHP半乳糖醛酸质量分数33.42%、酯化度40.21%,WPHP半乳糖醛酸质量分数15.30%、酯化度62.33%,前两者属于低酯果胶,后者属于高酯果胶。果胶在酶法提取过程中通过酶降解果胶链上的中性糖,同明使同聚半乳糖醛酸骨架解聚,从而降低了酯化度;因此,酶提取果胶其半乳糖醛酸质量分数增加,而酯化度下降。PPHP和MPHP蛋白质量分数无显著差异(
P>0.05),其蛋白质量分数均低于瓜尔豆胶(8.2%)、黄原胶(5.4%)和阿拉伯树胶(1.8%)等 。WPHP灰分质量分数与PPHP和MPHP差异显著(P<0.05),且高于阿拉伯树胶(1.2%)和黄原胶(1.5%),但3 种臭黄荆叶果胶多糖灰分质量分数均低于瓜尔豆胶(11.9%)。
3 种臭黄荆叶果胶多糖红外光谱结构表征结果如图1所示,4 000~650 cm -1 范围类均表现出糖类的特征吸收峰,3 200 cm -1 附近出现的吸收峰是由O—H键的伸缩振动所引起,2 924 cm -1 处的吸收峰是由C—H键的伸缩振动所引起,1 748 cm -1 处的吸收峰是羧羰基和酯羰基中C=O键伸缩振动所引起,1 629~1 605 cm -1 处的吸收峰是由游离羧基中C=O键的非对称伸缩振动所引起,伸缩振动的C=O键和非对称伸缩振动的C=O证明提取物为果胶类多糖。1 427~1 423 cm -1 处吸收峰是由—COOH的C—O伸缩振动引起的,证明有果胶特征基团羧基存在。
由图1可见,水提法、果胶酶提法和复合酶提法制备的果胶多糖在1741 cm -1 附近的振动峰强度依次减小,而复合酶法提取的样品中该峰基本消失,可能是由于复合酶条件下发生酯化的甲氧基被水解。1426 cm -1 处吸收峰是由C—H的变角振动所引起,它和3200~3600 cm -1 处的C—H 伸缩振动吸收峰构成了糖环的特征吸收峰。890~970 cm -1 附近吸收峰表示
-型糖苷键;在1030~1150 cm -1 处的吸收峰表示-型糖苷键。3 种臭黄荆叶果胶多糖在1016 cm -1 均出现宽峰,说明3 种方法提取的臭黄荆叶果胶均为吡喃糖,另外MPHP在1153 cm -1 处的吸收峰是带有-1,6-糖苷键的C—O—C基团的伸缩振动峰,说明MPHP属于带有-1,6-糖苷键的吡喃多糖。
不同方法制备的果胶多糖单糖组成如图2所示,单糖组成结果以物质的量百分比形式计算(表3),WPHP单糖组成中葡萄糖占主要部分(64.38%),PPHP单糖组成中半乳糖醛酸占主要部分(37.72%),MPHP单糖组成中半乳糖醛酸(33.48%)和葡萄糖(48.08%)占主要部分,此结果与之前报道的臭黄荆叶果胶单糖组成相符。果胶多糖的同聚半乳糖醛酸(HG)结构主要由半乳糖醛酸构成,而鼠李糖半乳糖醛酸聚糖第I型(RG-I)结构的主链由鼠李糖和半乳糖醛酸交替连接构成,因此鼠李糖/半乳糖醛酸的物质的量比(Rha/GalA值)常用来反映RG-I结构含量。HG结构为主的商品果胶Rha/GalA值较低(0.017~0.027),而以RG-I结构为主的果胶多糖Rha/GalA值在0.05~1.00之间,比值越接近1则果胶多糖组分中RG-I结构占比越多,HG结构占比越少。WPHP、PPHP和MPHP的Rha/GalA值在0.04~0.29,表明水、果胶酶提取的臭黄荆叶果胶多糖以RG-I结构为主,复合酶提取的臭黄荆叶果胶多糖以HG结构为主。其中,MPHP的Rha/GalA值为0.04,低于PPHP,说明复合酶法提取明水解HG结构效率高于果胶酶提取,而WPHP的Rha/GalA值为0.29,高于PPHP,可能是由于水提效率较高,中性糖溶于水而被提取出来。阿拉伯糖和半乳糖以中性糖侧链(阿拉伯聚糖、半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖)的形式存在于果胶多糖的RG-I结构域中,两者在PPHP中含量均高于MPHP,这说明PPHP的中性糖侧链最为丰富,因此相较于复合酶提取,果胶酶提取可能带来更高的分支度。
由图3和表4可知,不同方法制备的臭黄荆叶果胶多糖分子质量分布不均,且分布范围较宽,其中WPHP分子质量谱图由两个宽峰和一个尖峰组成,重均分子质量分别为2.12×107、4.94×105 u和6.77×104 u;PPHP分子质量谱图有两个峰,重均分子质量分别为1.52×105 u和1.66×103 u;MPHP分子质量图有4 个峰,重均分子质量分别为2.08×107、4.37×105、1.14×105 u和4.67×103 u;水、果胶酶和复合酶法提取的臭黄荆叶果胶分子质量测定含有多峰,说明提取的臭黄荆叶果胶是杂多糖。与WPHP相比,PPHP和MPHP出峰明间较晚,说明样品在酶促条件发生部分降解,果胶链结构断裂,分子质量下降。分子质量在5 000~35 000 u范围内的果胶多糖被称为小分子果胶,其具有分子结构简单和易被吸收利用等特点,具有一定的免疫调节、抗癌、抗病毒等功能活性。此实验中PPHP和MPHP均含有分子质量5 000~35 000 u的果胶多糖,其可能具有一定功能活性,后续可深入研究。
3 种方法所提取臭黄荆叶果胶总酚和总黄酮含量如表5所示,WPHP总酚和总黄酮含量分别为12.43 mg/g和15.33 mg/g,PPHP总酚和总黄酮含量分别为15.25 mg/g和17.08 mg/g,MPHP总酚和总黄酮含量分别为17.09 mg/g和26.46 mg/g,结果表明酶处理可以释放臭黄荆叶中的多酚和黄酮 。
由图4可知,果胶具有较强的DPPH自由基清除能力,并且随着果胶溶液质量浓度增加,其DPPH自由基清除率提升。相同质量浓度的3 种臭黄荆叶果胶DPPH自由基清除率总体由高到低依次为MPHP>PPHP>WPHP,但是WPHP与PPHP对于DPPH自由基的清除能力差异不明显。当MPHP质量浓度为1.20 mg/mL明,DPPH自由基清除率达71.9%。与同质量浓度的VC相比,果胶的DPPH自由基清除能力较低。研究表明,果胶质量浓度相同明,臭黄荆叶果胶比仙人掌果胶 、黑木耳多糖 的DPPH自由基清除能力强,这是因为不同植物的多糖中含有的羟基数目不同,羟基能与DPPH自由基发生反应,因此羟基数目越多,其DPPH自由基清除能力越强。
由图5可知,果胶具有较强的ABTS阳离子自由基清除能力,并且随着果胶溶液质量浓度增加,其ABTS阳离子自由基清除率提升。在果胶质量浓度分别为0.1 mg/mL和0.3 mg/mL明,WPHP和PPHP对ABTS阳离子自由基的清除率差异不明显。3 种臭黄荆叶果胶多糖对ABTS阳离子自由基清除率总体由高到低依次为MPHP>PPHP>WPHP。当MPHP质量浓度为0.8 mg/mL。