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茶多糖

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茶多糖
概述 理化性质 组成成分 结构分类 结构分析方法 制备方法 纯度测定 药理作用 应用
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茶多糖
茶多糖 性质
茶多糖 用途与合成方法
概述茶多糖(Tea Polysaccharides ,TPS)是茶叶中一类与蛋白质结合在一起的酸性多糖或一种酸性糖蛋白,实名应称茶活性多糖,主要成分有葡萄糖、阿拉伯糖、核糖、半乳糖、甘露糖、木糖及果糖等,具有降血糖、降血脂、提高机体免疫力、抗凝血、抗血栓、耐缺氧、抗紫外线、 抗X射线辐射等药理作用,是一种极具应用和开发前景的天然产物,既可应用于药品和保健品的开发,如“茶多糖口服液”、“复方硒茶多糖”、“茶多糖泡腾片”、“茶多糖胶囊”等初级茶多糖保健产品,又可作为食品添加剂和饲料添加剂,同时还可作为日化用品、化妆品产品开发的新功能成分,如茶脂多糖紧致面膜,以及作为啤酒酿造的辅料。
理化性质茶多糖是一种水溶性的复合多糖,产品的外观呈淡褐色,热水中溶解度约76%, 不溶于高浓度的乙醇 、丙酮 、乙酸乙酯 、正丁醇等有机溶剂, 无毒, 对热稳定性较差 ,随干燥温度增加而色泽变深。在热的作用下,糖类物质将产生降解。碱性条件下,茶多糖水溶液颜色加深,碱性提高而加剧,并有丝状沉淀产生;pH值低于5.0 时, 茶多糖中糖类发生降解能通过半透膜 。
组成成分茶多糖由茶叶中的糖类、蛋白质和果胶等物质组成, 茶新梢的粗老叶中含量较高。从分离纯化后的茶多糖的紫外吸收图谱能表明茶多糖中存在蛋白质,即茶多糖中多糖与蛋白质呈紧密结合态。纯化后茶多糖中糖蛋白含量88.93%,可与多种金属元素络合。茶多糖的单糖组成是以半乳糖、葡萄糖和阿拉伯糖为主,还有木糖和甘露糖等。
结构分类1.一级结构
茶多糖的一级结构是指糖基的组成、糖基排列顺序、相邻糖基的连接方式 、异头碳构型以及糖链有无分支 、分支的位置与长短等。
2.高级结构
茶多糖的高级结构是在一级结构的基础上, 各侧链通过非共价键相互作用结合而形成的复杂结构(构象), 其结构层次可分为二级结构 、三级结构和四级结构。茶多糖的二级结构, 通常指茶多糖骨架的形状, 即茶多糖骨架链内以氢键结合的各种聚合体。二级结构只关系到茶多糖分子中主链的构象, 不涉及侧链的空间排布。在茶多糖链中, 糖环的几何形状几乎是硬性的, 各个单糖残基绕糖苷键旋转而相对定位,可决定茶多糖的整体构象。茶多糖链一级结构的重复单位中的羟基、羧基等之间的非共价相互作用, 导致糖链进一步卷曲或折叠,或者是两链双螺旋排列而形成的空间构象 , 即茶多糖的三级结构。茶多糖的四级结构, 是指相同或不同多糖链的协同结合而形成的聚集体, 也即亚单位现象。茶多糖的内部基团又相互作用, 因其不同氢键的形成而构成特定的高级结构 。
结构分析方法1.物理方法
(1)GC 和GC —MS 联用法 :将待测样品制备成硅烷衍生物和乙酰化衍生物等, 用来测出多糖的组成及各单糖之间的摩尔比。此法要求所测样品具有一定的挥发性。
(2)核磁共振光谱 (NM R)法:用于确定多糖结构半糖苷键的构型以及重复结构中单糖的数目。一般用HNMR图测定简单多糖, CNMR测定复杂的多糖, 因为后者的化学位移较宽些。
(3)紫外光谱法 :在 260 ~ 280nm 处用于检测多糖中是否含有蛋白质、 核酸 、 多肽类 。
(4)红外光谱法 :用于确定吡喃糖的糖苷键构型及其他官能团 。
2.化学方法
(1)酸水解法:该方法应用最多, 可分为完全水解法和部分酸水解法, 用于鉴定多糖中单糖组分或多糖中的低聚糖。
(2)其他化学方法 :过碘酸氧化 、 Smith 降解、 甲基化反应 、 碱降解等化学降解法 , 用于多糖结构中糖苷键的构型 、 单糖之间的连接部位的确定等。
制备方法1.提取方法
(1)单独提取法:
①超滤法:
将原料粉碎 , 用温水浸提 ,水提液超滤后取截留液用乙醇沉淀 ,将沉淀物冷冻干燥后即得到茶多糖提取物 , 工艺流程图如下:
单独提取法工艺流程图
图1为单独提取法工艺流程图
②醇沉淀法:
将原料粉碎 ,用温水浸提 , 将水提液进行浓缩 。浓缩液用乙醇沉淀 , 沉淀物加水制成水溶液 , 再用乙醇沉淀 。将沉淀物进行冷冻干燥 , 得到茶多糖提取物 。工艺流程图如下:
醇沉淀法工艺流程图
图2为醇沉淀法工艺流程图
③十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB)沉淀法:
将原料粉碎 , 用温 水浸提 , 将水提液进 行浓缩 。浓 缩液用浓 度 5%CTAB沉淀 ,得到的沉淀物用浓度 20%Na Cl溶解 , 再用乙醇沉淀 。将沉淀物进行冷冻干燥 ,得到茶多糖提取物 。工艺流程图如下:
CTAB沉淀法工艺流程图
图3为CTAB沉淀法工艺流程图
④乙醇提取法:
将原料粉碎 , 用乙醇浸泡回流 2 ~ 3次 , 取滤渣用沸水提取 3次 。过滤 , 将提取液进行浓缩 、脱脂 、脱蛋白 、脱色等处理后 , 用乙醇沉淀 2次 。取滤渣精制 、干燥 , 得到茶多糖提取物 。工艺流程图如下:
乙醇提取法工艺流程图
图4为乙醇提取法工艺流程图
(2)综合提取法
①水浸提法:
将原料粉碎后 , 用沸水浸提 2次 , 再进行离心 、除渣 。提取液用氯仿萃取 ,萃取后的水层再用乙酸乙酯萃取 。水层用乙醇进行醇析后 , 离心 、取滤渣 , 滤渣精制 、干燥后 ,得到茶多糖 。工艺流程图如下:
水浸提法工艺流程图
图5为水浸提法工艺流程图
②乙醇浸提法:
将原料粉碎后 ,用乙醇浸提 , 滤渣用酸性乙醇提取 , 得到的滤液用丙酮分离 。再经精制干燥 , 得到茶多糖 。工艺流程图如下:
乙醇浸提法工艺流程图
图6为乙醇浸提法工艺流程图
2.分离方法
粗多糖分离纯化的一般步骤为“脱蛋白→脱色→分级,或者分离( 初步分级) →脱蛋白→脱色→进一步分级”,并且脱蛋白和脱色顺序可以颠倒,组分分级可以多种方法联合应用。
(1)脱蛋白
一般常用的脱蛋白法有 Sevag 法、三氟三氯乙烷法和三氯乙酸法。Sevag 法的条件较为温和,可避免多糖的降解,缺点是一次只能除去少量蛋白质,需要多次反复才能去除尽,多糖常因多次除蛋白处理而损失。三氟三氯乙烷法效率较高,但因其易挥发,不宜大量应用。三氯乙酸法脱蛋白效果较好,但此法较为剧烈,会引起某些多糖的降解,使得率降低,并且据报道该法还会影响茶多糖的活性。但因其操作简便、适用性较强,目前此法在茶多糖脱蛋白中应用较广。
(2)脱色
常用的脱色方法主要有物理吸附法和氧化法,其中物理吸附法包括活性炭脱色法和大孔吸附树脂法,而氧化法包括双氧水脱色法以及离子交换法中的纤维素柱层析脱色。活性炭脱色法主要原理是依靠范德华力将色素吸附到活性炭表面,活性炭的颗粒愈小,其表面积愈大,吸附能力愈强,粗茶多糖的脱色效果愈好。但活性炭脱色样品损失较大,对于从动植物中提取的天然多糖,由于本身含量量就不高,所以一般不用活性炭脱色法处理。大孔吸附树脂法脱色效果虽好,但操作繁琐,树脂易污染,成本较高。纤维素柱层析脱色法是近年新发展起来的一种脱色方法,不仅具有脱色作用,而且可以去除茶多糖粗提物中的残余茶多酚,对茶多糖进行初步分级,但其适合于处理量小、黏性小、色素含量较小的体系,否则易造成纤维素填料污染,再生困难,并且纤维素填料成本较高,生产周期较长。纤维素柱层析一般选用DEAE做交换剂,适合分离各种酸性多糖、中性多糖和粘多糖,吸附力随多糖分子中酸性基团的增加而增加。双氧水脱色法的脱色原理是依赖双氧水在水溶液中电离出的过氧化氢根离子HO2-去进攻色素的结果。
3.纯化方法
(1)分部沉淀法
不同多糖在不同浓度的低级醇或酮中具有不同溶解度,按比例由小到大加入这些醇或酮(常用的是甲醇、乙醇和丙酮)分部沉淀。此方法适宜于分离各种溶解度相差较大和不同分子量的多糖。
(2)季胺盐沉淀法
根据长链季胺盐能与酸性多糖成盐形成水不镕性化合物,可分离酸性及中性多糖。常用的季胺盐是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)及其碱(CTA-OH)和十六烷基毗吡啶(CPC).实验时必须严格控制多糖混合物的PH值小于8及无硼砂存在,否则中性多糖也会沉淀出来.一般地说,酸性强或分子量大的酸性多糖首先沉淀出来。
(3)膜分离法
利用多糖大分子物质不能透过半透膜的性质,使之与其它小分子物质分开。就是将多糖提取液装入半透膜的透析袋中,对蒸馏水进行透析,除掉多酚类、小分子低聚糖等物质。超滤法是使用一种特制的薄膜对溶液中各种溶质分子进行选择性过滤。不同的超滤膜具有允许不同分子量和形状的物质通过的性质,多糖溶液通过各种已知的超滤膜就熊达到分离。
(4)纤维素阴离子交换剂校层析
常用的交换剂为DEAE—纤维素。此法适合于分离各种酸性、中性多糖和粘多糖。在pH6时,酸性多糖能吸附于交换剂上,中性多糖不吸附,然后用pH相同但离子强度不同的缓冲液将酸性强弱不同的酸性多糖分别洗脱下来,但如果柱为碱性,则中性多糖也能吸附。吸附力一般随多糖分子中酸性基团的增加而增加。
(5)凝胶柱层析
凝胶柱层析是根据多糖分子的大小和形状不同进行分离。常用的凝胶有葡聚糖凝胶(Sephadex)及琼脂糖凝胶 (Sepharose)。茶多糖分离时多选用 SephadexG-50~100 型,工作范围 在 相 对 分 子 量 为500~2×105。一般先用SephadexG-50 以分离相对分子量在1万以下的各组分,然后选用 SephadexG-150~200 以达到进一步纯化的目的。展层剂为各种浓度的盐溶液及缓冲液,一般用1mol/LNaCl。
纯度测定茶多糖的纯度标准不能用通常化合物的纯度标准来衡量,茶多糖的纯度可用物理与化学方法检测:
1.用水解法在重复纯化过程中某单糖组成及其比例不变。同时其理化性质也不便,如用不同比例的乙醇沉淀所得到的沉淀,其比旋度不变,则表明是均一组分。
2.多糖溶液也可以进行密度梯度超离心,在60000 r/min 以上可得到单一峰,即说明多糖是均一组分。
3.高压电泳:不同的多糖与硼砂形成不同的复合物,这些复合物具有不同的电荷,所以在电场作用下迁移率不同。茶多糖经高压电泳,如呈单一色斑,则表示茶多糖为均一组分。但该方法灵敏度不高。
4.茶多糖经凝胶层析得一对称峰,也证明茶多糖为均一组分。凝胶层析分常压层析及高压液相层析。目前,多采用高效相色谱或凝胶色谱来检测茶多糖的分离纯化度。
药理作用1.降血糖
(1)保护胰岛细胞,促进胰岛素分泌
提高机体抗氧化能力,保护胰岛β细胞
(2)提高细胞免疫功能
(3)提高胰岛素敏感性
(4)调节糖代谢有关酶的活性
①增强葡萄糖激酶活性
②抑制糖降解酶活性
(5)提高肝糖原含量,降低血糖
2.降血脂
茶多糖能提高脂蛋白醋酶(LPL)活性,并能降低该酶对抑制剂(如NaCl)敏感性,与肝素有相似作用,并能同LPL结合,促进动脉壁LPL入血而起到抗动脉 粥样硬化作用。
3.调节免疫
(1)茶多糖能够活化巨噬细胞,增强小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬功能和数量。
(2)茶多糖对提高性田胞增殖反应,有利于促进由T细胞介导的免疫应答,诱导 免疫调节因子的表达,如促进白细胞介素(l)L 的生成等,进而增强机体的免疫调节能力。
(3)茶多糖激活B细胞。
(4)茶多糖增强天然杀伤性细胞的活性。
(5)茶多糖激活补体系统,提高淋巴细胞膜相补体受体的活性。
4.抗凝血
抗血栓茶多糖具有抗凝血作用,能显著延长人体血浆的APT值。茶多糖经柱层析后分离出四个多糖组分,其中组分1为茶多糖总量 的5 7.3 6%,茶多糖组分1经硫酸化、乙酞化和狡甲基化修饰后,抗凝血活性进一步增强。
5.抗氧化
茶多糖可增强血 浆及脂蛋 白抗教化能力,因此能够起到预防人心血管疾病和 延缓衰老的积极作用。
6.耐缺氧作用
茶多糖能提高小鼠耐缺氧,延长其存活时间。
7.抗紫外线、X 射线辐射功能
8.其他作用
茶多糖还具有抗癌和抗肿瘤的功效。
应用1.应用于药品和保健品的开发。如“茶多糖口服液”、“复方硒茶多糖”、“茶多糖泡腾片”、“茶多糖胶囊”等初级茶多糖保健产品。
2.作为食品添加剂。
3.可作为日化用品、化妆品产品开发的新功能成分,如茶脂多糖紧致面膜。
4.作为新型的饲料添加剂应用于畜牧业生产。
5.作为啤酒酿造的辅料。
有关茶多糖的概述、理化性质、结构分类、制备方法等是由Chemicalbook的丁红编辑整理。(2015-10-23)
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