光催化降解硫酸軟骨素及其產(chǎn)物的體內(nèi)吸收代謝-大連工業(yè)大學(xué)
2022年11月5日,大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院宋爽教授課題組在國際期刊Carbohydrate Polymers (Q1,IF=10.723)發(fā)表題為“H2O2-TiO2 photocatalytic degradation of chondroitin sulfate and in vivo absorption and excertion of its product”的研究論文,宋爽教授為通訊作者,碩士生田偉功為第一作者。
硫酸軟骨素(CS)是由D-葡萄糖醛酸(GlcA)和N-乙酰基半乳糖胺(GalNAc) 連接的二糖單位構(gòu)成的硫酸化多糖,分布于動(dòng)物軟骨中。CS具有多種生物活性,其生物活性與相對分子質(zhì)量大小和硫酸基含量密切相關(guān)。為了提升口服硫酸軟骨素的功效,尋找制備硫酸化程度高的低分子量硫酸軟骨素的方法是領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。由于氧化降解對硫酸基團(tuán)沒有明顯破壞,因此非常適合用于制備低分子量硫酸化多糖。常見的芬頓氧化降解由于依賴金屬離子,后期脫除金屬離子操作較為繁瑣,還可能會(huì)造成環(huán)境的污染。光催化降解是一種高級氧化降解的方法,它可以利用光敏半導(dǎo)體材料在光輻射照射下產(chǎn)生·OH、O2-·等自由基。光催化降解利用太陽能,無需加熱,催化劑可反復(fù)利用,清潔低碳,具有良好的應(yīng)用前景。
本文研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間以及TiO2和H2O2添加量對CS降解效率的影響,采用優(yōu)化后的反應(yīng)條件,6 h可將CS的平均相對分子質(zhì)量降至5 kDa。采用FT-IR、核磁共振等手段比較了降解產(chǎn)物L(fēng)WCS3(8 kDa)、LWCS6(5 kDa)與CS的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu),結(jié)果表明光催化降解前后樣品中硫酸基含量無顯著差異,糖鏈結(jié)構(gòu)無明顯變化。此外,應(yīng)用HPLC-ESI-MSn技術(shù)對LWCS6中的寡糖結(jié)構(gòu)進(jìn)行了鑒定,發(fā)現(xiàn)降解產(chǎn)物的還原端多為葡萄糖醛酸或其衍生物阿拉伯糖醛酸,表明光催化反應(yīng)中自由基主要攻擊葡萄糖醛酸的糖苷鍵。但與芬頓氧化降解不同,光催化降解沒有在還原端生成二羧酸類。進(jìn)一步動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與CS相比,LWCS6經(jīng)大鼠灌胃的吸收效率更高,而CS和LWCS6經(jīng)糞便的排出率無顯著差異,說明腸道菌群代謝CS及LWCS6的效率相近。
亮點(diǎn)
建立了光催化降解硫酸軟骨素的方法,經(jīng)6小時(shí)降解可獲得5 kDa的低分子量硫酸軟骨素,且硫酸基含量無明顯降低。
鑒定了光催化降解硫酸軟骨素的寡糖降解產(chǎn)物,發(fā)現(xiàn)還原端多為葡萄糖醛酸或其衍生物。
與原硫酸軟骨素相比,光催化降解得到的低分子量硫酸軟骨素具有更高的口服吸收率。
結(jié)論
光催化法能夠有效降解硫酸軟骨素,在保留硫酸基的基礎(chǔ)上制備得到低分子量硫酸軟骨素,且降解產(chǎn)物的還原端多為葡萄糖醛酸或其衍生物阿拉伯糖醛酸。此外,與原硫酸軟骨素相比,降解產(chǎn)物具有更高的口服吸收率,在功能食品和醫(yī)藥領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
圖形摘要
圖1. LWCS6中 PMP標(biāo)記后寡糖的選擇離子色譜圖和二級質(zhì)譜圖
圖2. 硫酸軟骨素的光催化降解產(chǎn)物 (x = 0,1; y =0, 1, 2, 3…).
圖3. 光催化降解硫酸軟骨素的反應(yīng)歷程 (x = 0,1; y =0, 1, 2, 3…).
宋 爽,大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)楹Q蠡钚远嗵堑墓δ芴匦耘c開發(fā)利用,發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇,其中以第一作者或通訊作者發(fā)表SCI/EI收錄論文40余篇,ESI高被引論文2篇,熱點(diǎn)論文1篇;申請專利20余件,作為第一發(fā)明人獲授權(quán)發(fā)明專利10件;作為第一設(shè)計(jì)人獲計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)1項(xiàng);獲中國輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)(排名2)、遼寧省研究生教育教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)(排名2)、遼寧省教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)(排名7);主持科研項(xiàng)目7項(xiàng),其中國家級項(xiàng)目4項(xiàng);入選遼寧省農(nóng)業(yè)領(lǐng)域青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)資助計(jì)劃、大連市青年科技之星。
田偉功,大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院/國家海洋食品工程技術(shù)研究中心2020級碩士。研究方向:海洋活性多糖的功能特性與開發(fā)利用。