玉米须活性成分的提取分离及其生物活性研究

发布时间：2020-03-17 22:32

【摘要】：玉米须,又名玉蜀黍须,是禾本科植物玉蜀黍Zea mays L.的花柱和柱头。全国大部分地区均产,夏、秋果实成孰时收集,除去杂质,鲜用或晒干生用。玉米在我国大江南北广为栽培,因此玉米须资源十分丰富。玉米须是我国一种传统的中草药,被1985版(一部)的《中华人民共和国卫生部药材标准》收录为常用药材品种,作为我国的传统中药材,民间常用于治疗高血压和糖尿病。玉米须最早的入药记载是在《滇南本草》,谓其性微温,味甜,入阳明胃经,宽肠下气,治疗妇人乳汁不通、乳结红肿、睡卧压着、小儿吹着、头痛体困、怕冷发热等。医家认为玉米须味甘与淡,性平。不仅入阳明胃经,而且还归肝、胆、肾经,功能清肝利胆、利水消肿。现代药理研究也证实玉米须具有多种药理活性,如降血糖、降血压、降血脂、抗肿瘤、保肝、清热利胆、免疫调节等。玉米须化学成分复杂多样,主要含有黄酮类化合物、甾体类化合物、多糖、皂苷类化合物、有机酸、生物碱、氨基酸、维生素等。研究表明玉米须中的主要活性成分包括多糖、多酚类、黄酮类、皂苷等。为了明确玉米须中的化学成分及其生物活性,本文对玉米须的化学成分与其抗氧化、降血糖活性进行了系统的研究。银纳米颗粒在电学、光学、生物医学和催化等领域展现出了十分优异的性能,尤其在生物医学方面,具有广阔的应用空间。银纳米颗粒由于其生物兼容性、表面易修饰、小尺寸效应和极大的比表面积等特性,容易与病原微生物接触,从而发挥更大的生物效应,因此具有抗菌范围广和持续杀菌时间长的优点。然而,在对银纳米颗粒的利用过程中,人们逐渐发现银纳米颗粒的表面必须做到无化学试剂残留方可对其进行进一步的生物应用,从而达到预期的效果,而其中银纳米颗粒的品质直接取决于制备方法。生物还原法是近年来兴起的一种新的银纳米颗粒的合成方法,分为微生物法和植物取液法,生物还原法条件温和、安全、环保、能耗低。其中,植物取液法相比于微生物法更具优势,它不需要复杂的过程,如微生物细胞培养和多个净化步骤。植物取液的来源广泛,取便利,用植物取液合成的银纳米颗粒无毒、无污染,更利于银纳米颗粒在医学上的应用。目前,采用的植物主要包括西袖皮、红枣、橙子和称猴桃等。尚未见用玉米须取液来合成得到银纳米颗粒的报道。玉米须在中国的分布广泛,价格低廉,无毒,便于储存,不会造成环境污染,并且有药用价值,以玉米须取液来制备银纳米颗粒具有合成效果好和绿色安全无毒的优势。本文首先对玉米须中的多糖进行了结构表征和抗氧化、降血糖等生物活性的研究。采用80%乙醇取干燥玉米须粉末得到玉米须醇物和滤渣,滤渣再采用水醇沉法得到玉米须粗多糖,Savage法除去蛋白,反复醇沉除去小分子,得到的粗多糖再经过超滤得到分子量小于30000、30000-80000、大于80000道尔顿的多糖,通过体外抗氧化实验(DPPH自由基清除实验、铁还原力实验)和α淀粉酶抑制实验发现,分子量为30000-80000道尔顿间的多糖(PCS2)活性最好,故对其进行结构表征及进一步活性研究。采用GPC分子排阻色谱法确定PCS2的平均分子量为45500 Da左右,FT-IR红外数据表明了多糖的特征峰,扫电镜观察得到了多糖多孔且光滑的表面结构,气相色谱法确定了多糖的单糖组成及比例为半乳糖:甘露糖:葡萄糖:木糖:阿拉伯糖:鼠李糖=1.00:0.67:0.63:0.42:0.16:0.08。对于PCS2的降血糖活性研究,采用了高糖高脂饲料配合链脲佐菌素注射诱导的二型糖尿病小鼠模型,实验结果显示PCS2可以显著改善糖尿病小鼠的饮食摄水,显著降低了糖尿病小鼠的空腹血糖值。葡萄糖耐受实验结果表明PCS2显著改善了小鼠的葡萄糖耐受。通过测定血清指标发现游离脂肪酸、低密度脂肪酸、糖化血清蛋白等的水平较糖尿病小鼠阴性对照组都有了显著降低,同时体内抗氧化酶如谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶的活性都有了显著的增高。这些结果说明了PCS2作为一种天然的功能食品有用于治疗糖尿病的潜力。其次是对玉米须醇溶性成分进行分级(石油醚,乙酸乙酯,正定醇)萃取,对比不同极性部分的化学成分和生物活性,再采用活性追踪的方法对正丁醇层进行分离纯化。首先为了明确玉米须的活性部位,本文首先对比研究了玉米须不同极性部位(石油醚,乙酸乙酯,正定醇)的化学成分与抗氧化活性。实验结果表明玉米须石油醚层具有最高的总甾醇含量但是体外抗氧化活性和消化酶抑制活性(α-淀粉酶抑制实验、α-葡萄糖苷酶抑制实验)最低,而乙酸乙酯层和正丁醇层的总多酚、总黄酮含量及体外抗氧化活性(DPPH自由基清除实验,铁还原力实验)、消化酶抑制活性(α-淀粉酶抑制实验、α-葡萄糖苷酶抑制实验)相对较高,这说明了多酚和黄酮类物质可能是玉米须中起到抗氧化和消化酶抑制作用的主要成分。同样采用高糖高脂饲料配合链脲佐菌素注射诱导的二型糖尿病小鼠模型对正丁醇层萃取物进行体内降血糖活性实验,结果显示正丁醇层萃取物可以显著降低血糖水平,调节胰岛素分泌及葡萄糖耐受。正丁醇层萃取物也显著调节血脂水平,高体内抗氧化酶(过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶)的活性。同时通过HE染色发现,正丁醇层萃取物也可以起到保护肝、肾、胰腺等组织细胞的作用。这些结果表明正丁醇层萃取物能通过抑制消化酶、改善体内抗氧化环境以及修复受损的组织和器官以达到良好的抗糖尿病的作用。通过对玉米须正丁醇层萃取物的液质联用分析,初步鉴定出其中的15种化合物,发现其中含有大量的多酚,而黄酮类化合物是其中的主要物质。然后,本文根据活性追踪的方法采用多种分离纯化方法(大孔树脂柱、凝胶柱色谱法、制备高效液相色谱法等)对玉米须正丁醇层萃取物进行了分离纯化,并对得到的黄酮苷类化合物采用~1H-NMR,~(13)C-NMR等方法进行了结构鉴定,共分离纯化得到了5种化合物,鉴定出了其中3种黄酮苷,分别是apigenin-6-C-glucopyranosyl-8-C-arabinopyranoside,apigenin-6-C-glucopyranosyl-8-C-rhamnopyranoside和chrysoeriol-6-C-boivinopyranosyl-7-O-glucopyranoside。最后是对玉米须银纳米颗粒的制备与表征研究。近年来,金属纳米颗粒的绿色合成方法越来越受到人们的重视。通过微生物或植物取物的生物合成方法已取代化学合成和其他物理方法,变得简单、绿色、可行。由于玉米须取物中含有丰富的还原糖、多酚、黄酮等还原性物质,故采用玉米须水液还原制备得到了银纳米颗粒。为优化条件,本课题探究了不同浓度、温度、pH对其形成的影响,结果表明过低的pH降低了银纳米颗粒的形成速率,而过高的pH会影响银纳米颗粒形成的粒度和规则性。温度和浓度则影响其形成速率,对其他的性质基本无影响。FT-IR的结果表明羟基是影响银纳米颗粒形成的主要基团。扫电镜观察到固体状态下,银纳米颗粒由15-30 nm左右的小球团聚在一起。能量弥散X射线探测器则表明了它的化学组成主要为银。对于银纳米颗粒的活性研究,采用96孔板法对其革兰阳性和革兰阴性菌的抑菌活性进行了初步测定,采用MTT法对HepG2细胞系抗癌活性进行了初步测定,结果表明玉米须水物合成得到的银纳米颗粒展现出了良好的抑菌活性和抗癌活性。综上所述,玉米须中多糖及醇溶性成分均展现出良好的抗氧化活性及降血糖活性,利用玉米须制备得到的银纳米颗粒也展现出良好的生物活性。今后将对玉米须多糖及小分子的协同降血糖作用及机制进行更深层次的研究。未来对于玉米须的综合利用也将会有更深入的探索。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R284;R285

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