木瓜果细胞壁组分分离、结构表征和应用研究

发布时间：2020-06-16 00:40

【摘要】：光皮木瓜属于蔷薇科木瓜属植物。其果实具有强酸性、涩味而且果肉坚硬,因而难以直接食用,常加工成果汁、果酱、果冻、水煎剂和蜜饯加以利用。光皮木瓜果实的果肉坚硬与果实细胞壁中含有大量的木质素有关,此外光皮木瓜果实细胞壁中还含有丰富的果胶等多糖成分。木质素与细胞壁中的这些多糖成分如半纤维素、果胶等构建在一起形成木质素碳水化合物复合体。这些天然存在的大分子具有各种功能特性,如木质素具有抗氧化活性、抗紫外线性,木质素碳水化合物复合体具有抗病毒活性、抗肿瘤活性,多糖如果胶具有乳化性、胶凝性、增稠性,因此可被广泛应用于食品、医药、化工等领域。如何实现这些天然大分子的高效分离及纯化,对于提高光皮木瓜的高值化利用具有重要意义。目前关于光皮木瓜木质素、木质素碳水复合物复合体、细胞壁多糖(果胶)的研究还鲜有报道。本文针对光皮木瓜果实中的成分的特殊性,对木质素、木质素与碳水化合物复合体、果胶等成分进行了分离、结构表征及应用研究,以期为木瓜果实的细胞壁结构物质的分离及深加工利用提供理论与技术支持。主要研究内容及结论如下:1.评价了三种预处理方法对光皮木瓜果的乙酸木质素结构特征和抗氧化活性的影响。三种预处理方法包括脱酚、除糖和多重处理(脱酚和除糖)。结果表明,经过除糖预处理后,木质素组分的碳水化合物含量、分子量和S/G值均下降。然而,在脱酚化预处理后,木质素组分的碳水化合物含量和分子量增加。在除糖和脱酚多重预处理后,所有木质素组分中对应于最大失重率(DTG_(max))的温度上升。除糖预处理后分离的木质素组分的自由基清除指数高于其他预处理和未处理分离的木质素组分。这些结果表明,除糖预处理有利于木质素的提取并可获得高纯度的和高功能性的木质素。另外,脱酚或多重处理有利于获得大分子木质素。该研究同时为富含多酚和多糖化合物的生物质的生物精炼提供了参考。2.研究了多重酶酶解预处理辅助提取光皮木瓜木质素的结构特征。将分离的多重酶酶解木质素(EML)组分与常规的纤维素酶解木质素(CEL)的结构进行了比较分析。EML组分在结构上与CEL组分相似,但具有更高的S/G值,还具有更高含量的β-O-4键连接和更高的平均分子量,但其热稳定性降低。EML-2组分是分离出的最具代表性的木质素,与CEL和其它EML组分相比,它表现出最高的抗氧化活性。3.研究了光皮木瓜果实中的木质素-碳水化合物复合体(LCC)的结构。分别从光皮木瓜果实的中果皮部分(MS)和内果皮附近部分(NE)分别分离了3种组分,即磨木木质素(MWL)、酸溶LCC(LCC-AcOH)和Bj?rkman LCC。通过碳水化合物组成分析、SEC、FT-IR、Py-GC/MS、热重分析和2D HSQC核磁谱分析了MWL和LCC组分。值得注意的是,大量的阿拉伯糖和半乳糖存在于Bj?rkman LCC组分中,表明木质素和果胶之间存在化学键。MWL和LCC-AcOH组分比Bj?rkman LCC组分表现出更好的热稳定性。MS木质素的结构类似于NE木质素的结构;然而,来自不同分离方法的木质素组分存在差异。MWL组分富含苄基醚键和γ-酯键,而Bj?rkman LCC组分富含苯基糖苷键和γ-酯键,LCC-AcOH组分富含苯基糖苷键和苄基醚键。这些发现有助于了解光皮木瓜果实中木质素和LCC的性质,为其潜在应用提供理论支持。4.研究了光皮木瓜果实细胞壁多糖的组成和结构特征。从光皮木瓜果实中分离出三种果胶组分和两种半纤维素组分,包括水溶性果胶(WSP)、螯合剂可溶性果胶(CSP)、碳酸钠可溶性果胶(NSP)、1 mol/L KOH可溶性半纤维素(KSH-1)和4 mol/L KOH可溶性半纤维素(KSH-2)。五种组分表现出结构和组成差异。结果显示NSP是果实中最丰富的细胞壁多糖组分。细胞壁果胶组分WSP和CSP具有低甲基酯化程度(DE 31.7%-42.4%)。WSP组分在五个多糖组分中具有最高的热稳定性。五种细胞壁多糖的链长度范围为19.4 nm-121.4 nm。CSP具有最高的分子量,这也导致其溶液的表观粘度最高。在五种组分中,CSP具有最高的DPPH自由基清除活性,而KSH-1具有最高的还原能力。5.研究了不同的原料干燥方法对提取的光皮木瓜果胶结构和性质的影响。分别采用晒干、冷冻干燥和一种新型干燥方法即亚临界二甲醚(DME)脱水技术对光皮木瓜果实进行干燥。从晒干、冷冻干燥、亚临界DME脱水的果实以及新鲜果实提取的果胶分别命名为SP、LP、DP和FP。在所有果胶样品中,LP具有最高的得率(10.49%),最高的分子量(65120 g/mol),最高的持水性(WHC)值,但DP具有最高的酯化度(72.95%),最低的分子量45860 g/mol),最高的持油性(OHC)值。四种果胶样品具有不同的表面形态。在四种果胶样品中,LP的热稳定性最好。浓度为2.5%的四种果胶溶液均呈现非牛顿假塑性行为。另外,LP表现出比FP、SP和DP更高的DPPH清除活性和还原力。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S661.6
【图文】：

光皮木瓜,果实,木瓜

皮木瓜的相关研究皮木瓜的介绍瓜(Chaenomelesspp.)是多年生的落叶灌木或小乔木，属于蔷薇科木瓜属植瓜属下有 5 个种，分别为：光皮木瓜(C.sinensis)、皱皮木瓜(C.speciosa)、瓜(C. cathayensis)、西藏木瓜(C. thibetica)和日本木瓜(C. japonica)[1]。皮木瓜树高 5-10 m，每年 4 月开花，9-10 月果实成熟。因其果实干燥后滑不皱缩，故名“光皮木瓜”。成熟的光皮木瓜果实具有黄色光滑的果皮，浓郁的香味，但另一方面，它具有木质坚硬的果肉、强烈的涩味和高酸度，可直接食用。因此，它常被加工后食用或用作中药。在中医学中，光皮木作治疗咳嗽、感冒，哮喘等的药物。光皮木瓜原产于中国，在我国安徽、江苏、陕西、山东、浙江、江西、广西等省均有分布，在日本、韩国也有我国的光皮木瓜资源丰富，仅陕西省白河县一年的鲜木瓜产量就超过 15

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图 1.2 果胶分子结构模型[48]Figure1.2 The model of pectin structure如图 1.2 所示，果胶是由 3 种主要的结构区域构成[49]：同型半乳糖醛酸聚糖（HG）、鼠李糖半乳糖醛酸聚糖-I（RG-I）和鼠李糖半乳糖醛酸聚糖-II（RG-II）。同型半乳糖醛酸聚糖（HG）也被称为“平滑区域”，而 RG-I 和 RG-II 被称为“多毛”或“分枝”区。同型半乳糖醛酸聚糖（HG）是由 -1,4-连接的 D-半乳糖吡喃糖醛酸（GalpA）组成的直链，并且被认为含有 100-200 个 D-半乳糖吡喃糖醛酸残基。HG 区域中的一些羧基可能被甲酯化，也可在 O-2 或 O-3 位被乙酰化。鼠李糖半乳糖醛酸聚糖-I（RG-I）含有 -1,4-D-半乳糖醛酸和 -1,2-L-鼠李糖组成的二糖重复单元组成的骨架。通常，GalpA 残基不被单糖或寡糖侧链取代。20-80％的鼠李糖基残基在 C-4 处被中性和酸性寡糖侧链取代。L-阿拉伯呋喃糖基和 β-D-半乳糖醛酸残基是主要的侧链。同时侧链上也可能存在 -L-岩藻糖基、β-D-葡萄糖醛酸基和 4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸基、阿魏酸和香豆酸等。鼠李半乳糖醛酸聚糖-II（RG-II）主链是 8 10 个半乳糖醛酸残基，包括几种罕见的糖基侧链：3-

【参考文献】