皂荚种子发芽期间酶活及多糖结构与流变性质的比较研究_裴滢莹.pdf

第 43 卷第 1 期2023 年 2 月林产化学与工业Chemistry and Industry of Forest ProductsVol 43 No 1Feb 2023收稿日期:2021-11-08基金项目:国家重点研发计划资助项目(2016YFD0600803);国家大学生创新计划(G202010022186)作者简介:裴滢莹(2000)，女，广东潮州人，本科生，主要从事植物提取物与功能糖的研究工作*通讯作者:蒋建新，教授，研究领域:林产化工与生物质能源材料;E-mail:jiangjx bjfu edu cn。doi:10 3969/j issn 0253-2417 2023 01 017皂荚种子发芽期间酶活及多糖结构与流变性质的比较研究PEI Yingying裴滢莹1，徐 伟1，裴昕斐然1，段久芳1，陈殿松2，蒋建新1*(1北京林业大学 材料科学与技术学院;林业生物质材料与能源教育部工程中心，北京 100083;2广州德谷个人护理用品有限公司，广东 广州 510880)摘要:分别在 25 和 35 下模拟皂荚种子发芽过程，对比研究不同发芽时间下皂荚胚芽子叶和内胚乳内-D-半乳糖苷酶的酶活及皂荚半乳甘露聚糖的分子质量、单糖含量和流变特性等理化性质。结果表明:25 时皂荚内胚乳内-D-半乳糖苷酶的酶活在 3 45 5 78 U/g 上下波动(发芽第2 8 天)后迅速增加至 86 12 U/g(发芽第14 天)，35 时皂荚内胚乳内-D-半乳糖苷酶的酶活在3 31 9 24 U/g 之间上下波动。皂荚胚芽子叶内-D-半乳糖苷酶的酶活大多高于内胚乳内-D-半乳糖苷酶的酶活。种子发芽前期，较高发芽温度(35)更有利于半乳甘露聚糖的降解。随着发芽时间的延长，皂荚半乳甘露聚糖的分子质量和表观黏度逐渐降低，25 下溶液在第 12 天从假塑性流体转变为牛顿流体;皂荚半乳甘露聚糖中甘露糖和半乳糖的含量逐渐降低，甘露糖与半乳糖质量比值(M/G 值)逐渐增加，35 发芽第 14 天 M/G 值达到最大值为 3 31，有望成为价格昂贵的刺槐豆胶半乳甘露聚糖的替代产品。关键词:皂荚半乳甘露聚糖;种子发芽;-D-半乳糖苷酶;分子质量;流变特性中图分类号:TQ35;O629 12文献标志码:A文章编号:0253-2417(2023)01-0133-07引文格式:裴滢莹，徐伟，裴昕斐然，等 皂荚种子发芽期间酶活及多糖结构与流变性质的比较研究J 林产化学与工业，2023，43(1):133139Comparison on Enzymatic Activity，Polysaccharide Structure and heologicalProperties of Gleditsia sinensis Lam Seeds During GerminationPEI Yingying1，XU Wei1，PEI Xinfeiran1，DUAN Jiufang1，CHEN Diansong2，JIANG Jianxin1(1College of Materials Science and Technology，Beijing Forestry University;Engineering esearch Center of Forestry BiomassMaterials and Energy，Beijing 100083，China;2Guangzhou Degu Personal Care Products Co，Ltd，Guangzhou 510880，China)Abstract:The germination process of Gleditsia sinensis seeds was simulated at 25 and 35，respectively The activity of-D-galactosidase in cotyledon and endosperm，the molecular weight，monosaccharide content and rheological properties of G sinensisgalactomannan were studied at different germination times The results showed that at 25，the activity of-D-galactosidase inthe endosperm of G sinensis fluctuated from 3 45 to 5 78 U/g(2 8 days after germination)，and then rapidly increased to86 12 U/g(14 days after germination)At 35，the activity of-D-galactosidase in the endosperm of G sinensis fluctuatedfrom 3 31 to 9 24 U/g The-D-galactosidase enzyme activity in cotyledon of G sinensis was higher than that in endosperm Atthe early germination stage，the higher germination temperature(35)was more conductive to the degradation of galactomannanWith the prolongation of germination time，the molecular mass and viscosity of G sinensis galactomannan gradually decreased，and the solution changed from pseudoplastic fluid to Newtonian fluid on day 12 at 25 The contents of mannose and galactosein G sinensis galactomannan decreased gradually with the extension of germination time，and the mass ratio of mannose togalactomannan(M/G value)increased gradually The M/G reached the maximum value of 3 31 on the 14th day of germination at134林产化学与工业第 43 卷35，which was expected to be a substitute product for expensive locust bean gum galactomannanKey word:Gleditsia sinensis galactomannan;seeds germination;-D-galactosidase;molecular weight;rheological properties皂荚(Gleditsia sinensis Lam)为乔木，其种子主要由种皮、内胚乳和胚芽子叶组成，内胚乳中含有67%83%的半乳甘露聚糖1 4。半乳甘露聚糖来源广泛、资源丰富，具有极大的开发价值和应用潜力3，5。半乳甘露聚糖结构主要由-1，4-糖苷键连接的 D-吡喃型甘露糖主链和-1，6-糖苷键连接的 D-吡喃型半乳糖侧链残基组成2。半乳甘露聚糖在较低浓度下能形成高黏度的稳定性水溶液，因此常作为增稠剂、乳化剂和黏合剂被应用于纺织印染、兵工炸药、建筑涂料等行业3，5。甘露糖与半乳糖质量比值(M/G)是决定半乳甘露聚糖理化性质的重要因素。此外，半乳甘露聚糖的物理化学性质，特别是黏度主要受其分子质量的影响。目前，关于皂荚半乳甘露聚糖的研究主要集中在其结构、性质和检测方法 2，4 6。鲜见关于半乳甘露聚糖在皂荚种子发芽过程中理化性质的比较研究。通过对皂荚半乳甘露聚糖进行化学法和酶法改性，能够改变其结构与性质，从而实现皂荚半乳甘露聚糖的高值化利用 7。与化学法相比，酶法具有反应条件温和、环境污染小、反应过程和降解产物分子质量分布易于控制等优点 8。eid 等 9 研究发现:在皂荚种子发芽过程中，内切-D-甘露聚糖酶、-D-甘露糖苷酶和-D-半乳糖苷酶共同参与了半乳甘露聚糖的降解。其中，-D-半乳糖苷酶主要负责断裂半乳甘露聚糖中-1，6-糖苷键连接的半乳糖侧链，进而使半乳糖残基脱落下来10。-D-半乳糖苷酶在种子发芽的前期主要负责水解含有-D-半乳糖基侧链的寡糖，在种子发芽的后期主要负责水解半乳甘露聚糖11。文献报道多集中在种子发芽过程中-D-甘露聚糖酶的性质研究，而对此过程中-D-半乳糖苷酶的变化研究较少12。因此，本研究对皂荚种子发芽过程进行模拟，对不同发芽时间的皂荚种子内-D-半乳糖苷酶的酶活和半乳甘露聚糖理化性质进行了比较研究，以期为酶法改性皂荚半乳甘露聚糖产品的开发提供理论依据。1实 验1 1材料与仪器皂荚种子于 2020 年 10 月采摘于北京林业大学家属院小区内。经体积分数 75%的酒精擦拭杀菌后置于霉菌培养箱中，备用。D-半乳糖和 D-甘露糖均为单糖标准品，美国 Sigma 公司;对硝基酚-D-吡喃半乳糖(p-NPG)，上海迈瑞尔化学技术有限公司。其他的化学品和试剂均为分析纯。立式压力蒸汽灭菌器，上海东亚容器制造有限公司;洁净工作台，苏州安泰空气技术有限公司;净化工作台和霉菌培养箱，上海跃进医疗器械有限公司;水浴恒温磁力搅拌器，金坛市美特仪器制造有限公司;L-550 台式低速大容量离心机，长沙市湘仪仪器有限公司;FA1004 分析天平，上海精密科学仪器有限公司;LVDV-+流变仪，美国 Brookfield 公司;Waters e2695 型高效液相色谱仪，美国 Waters 公司;UV-6100A 紫外可见分光光度计，上海比朗仪器有限公司;均质机，瑞士 Kinematica AG 公司。1 2皂荚种子发芽试验在培养皿中先铺一层脱脂棉，然后盖一层纱布。取 540 粒皂荚种子，每个培养皿放入 30 粒种子。在种子表面盖上一层纱布后，向每个培养皿中加入20 mL 蒸馏水。随后，将培养皿分为两组，分别置于 25和35 霉菌培养箱(相对湿度60%)中进行种子发芽实验。发芽过程中所用的仪器和去离子水都经过高压灭菌锅灭菌(121 灭菌20 min)，将不同发芽时间的种子经手工剥离得到种皮、内胚乳和胚芽子叶。1 3皂荚半乳甘露聚糖的提取称取 1 g 内胚乳(绝干质量)置于锥形瓶中，加入 199 g 去离子水，使用均质机均质 30 min(转速10 000 r/min)，然后置于 85 水浴下磁力搅拌30 min，冷却至室温后离心(4 000 r/min，20 min)取上清液。向上清液中加入等体积的无水乙醇进行醇沉并离心(4 000 r/min，20 min)，取沉淀。用无水乙醇洗涤沉淀 2 3 次，在 55 下真空干燥 5 h，并研磨得到皂荚半乳甘露聚糖。1 4-D-半乳糖苷酶酶活的测定14 1对硝基酚标准曲线的绘制用 0 2 mol/L 碳酸钠溶液配置 10 mmol/L 的对硝基酚母液，分别稀第 1 期裴滢莹，等:皂荚种子发芽期间酶活及多糖结构与流变性质的比较研究135释为 0 05、0 10、0 15、0 20、025、030、035、0 40 和 0 45 mmol/L 的对硝基酚标准溶液，以吸光度(Y)为纵坐标，对硝基酚浓度(X)为横坐标绘制成标准曲线:Y=0 457 66X+0 002 09(2=0 999 2)。1 4 2-D-半乳糖苷酶酶活的测定将对硝基酚-D-吡喃半乳糖(p-NPG)作为-D-半乳糖苷酶酶活的测定底物。称取