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
2022年11月5日,大連工業(yè)大學食品學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?;肴樘前罚℅alNAc) 連接的二糖單位構成的硫酸化多糖,分布于動物軟骨中。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。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域關注的重點。由于氧化降解對硫酸基團沒有明顯破壞,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,催化劑可反復利用,清潔低碳,具有良好的應用前景。
本文研究了反應溫度、反應時間以及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LWCS3(8 kDa)、LWCS6(5 kDa)與CS的化學組成與結(jié)構,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)構無明顯變化。此外,應用HPLC-ESI-MSn技術對LWCS6中的寡糖結(jié)構進行了鑒定,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。進一步動物實驗結(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
建立了光催化降解硫酸軟骨素的方法,經(jīng)6小時降解可獲得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)藥領域具有良好的應用前景。

圖形摘要

圖1. LWCS6中 PMP標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歷程 (x = 0,1; y =0, 1, 2, 3…).
宋 爽,大連工業(yè)大學食品學院教授,博士生導師。主要研究方向為海洋活性多糖的功能特性與開發(fā)利用,發(fā)表學術論文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,熱點論文1篇;申請專利20余件,作為第一發(fā)明人獲授權發(fā)明專利10件;作為第一設計人獲計算機軟件著作權1項;獲中國輕工業(yè)聯(lián)合會科學技術進步獎三等獎(排名2)、遼寧省研究生教育教學成果獎二等獎(排名2)、遼寧省教學成果獎一等獎(排名7);主持科研項目7項,其中國家級項目4項;入選遼寧省農(nóng)業(yè)領域青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)資助計劃、大連市青年科技之星。
田偉功,大連工業(yè)大學食品學院/國家海洋食品工程技術研究中心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。