糖属于多羟基或多羟基酮及其衍生物或聚合物,包括单糖、寡糖和多糖,是中药中广泛存在的有机化合物。单糖是这类物质的基本单位,可以通过共价键结合产生低聚糖和多糖。其中,多糖具有广泛的生物活性。大量研究表明,中药多糖具有降血脂、降血糖、增强免疫力、抗肿瘤、抗氧化、抗凝血、抗炎、抗衰老等生物活性。是近年来中药药效物质基础的研究热点,具有广阔的新药开发前景。然而,这些成分具有极性强、分子量大、结构确证困难等特点,成为中药多糖定性定量分析的难点和新药开发的瓶颈。
1.中药多糖的预处理方法
预处理技术是最大限度地提取、分离、纯化、富集中药中的多糖,便于分析检测。但由于中药极性强、结构易破坏、基质复杂、干扰物质多,提取纯化难度较大,提取过程中有机试剂用量较多,因此需要寻找一种选择性强、操作简单、提取效率高、环保稳定的预处理技术来解决中药多糖的检测问题。目前,许多预处理技术被应用于中药多糖的提取、分离和纯化。各种预处理方法的优缺点如下表所示,需要根据检测的要求和多糖的性质进行选择。
1.1提取方法
1.1.1传统提取方法
热水提取、酸碱提取、酶提取、超声波辅助提取、微波辅助提取等。是传统的中药多糖提取方法,都是基于极性溶剂提取。这些技术主要包括将中药粉碎过筛,用水、乙醇等极性溶剂提取,利用水浴加热、振荡、超声波、微波、加酶、加酸碱等提高提取效率。
1.1.2种新的提取方法
脉冲电场辅助法、动态高压微射流辅助法、加速溶剂萃取法和超临界流体萃取法是提取中药多糖的新方法,这些技术都需要与溶剂萃取相结合。与传统提取方法相比,新的提取工艺可以明显提高多糖得率,加快提取速度,更加绿色环保。
1.2分离和纯化方法
1.2.1传统的分离纯化方法
提取的中药多糖溶液大多含有无机盐、脂类、蛋白质、色素等杂质,需要进一步分离纯化。传统的分离纯化方法包括有机试剂法、蛋白酶法、活性炭或过氧化氢纯化法和分级沉淀法。其中,有机试剂法常用于去除蛋白质、脂类和色素。常用的有机试剂有石油醚和三氟乙酸。
、无水乙醇、丙酮、乙醚及其混合溶剂。Sevage试剂(正丁醇:氯仿,按一定比例混合)是去除蛋白质常用的混合有机溶剂,而石油醚、乙醚等。通常用于去除脂质。但有机试剂毒性大,用量大,容易造成多糖成分的损失,破坏其结构。
1.2.2新的分离和纯化方法
1.2.2.1柱色谱法
柱层析是一种新型的中药多糖分离纯化方法,主要利用选择性吸附和分子筛来提高中药多糖的纯度。根据提取柱的类型,阴离子交换柱、大孔树脂柱和凝胶柱主要用于分离纯化中药多糖。
1.2.2.2透析法
透析的原理是小分子通过有一定孔径的半透膜,大分子被截留。通常将中药溶液装入透析袋,用自来水和蒸馏水透析,中药多糖的大分子物质被截留在半透膜中,而无机盐、单糖、双糖等小分子物质通过,从而实现多糖与小分子低聚糖或单糖的分离纯化。与大孔树脂和活性炭吸附相比,纯化效果更好。
1.2.2.3超滤法
超滤是一种膜分离技术,可以根据相对分子质量的不同来分离高分子和低分子溶质。该方法可以在低压下显著提高中药多糖的纯度。
2中药多糖的检测方法
2.1内容检测技术
2.1.1传统内容检测技术
化学分析法、光谱法、薄层色谱法是测定中药多糖含量的传统方法。其中,化学分析法包括比色法和滴定法,光谱法包括紫外-可见分光光度法和近红外分光光度法。比色法结合紫外-可见分光光度法常用于测定中药中多糖的含量。薄层色谱法具有操作简单、速度快、成本低等优点。,可实现中药多糖单糖组成和含量的测定。但近红外光谱光谱复杂,信号重叠严重,很难找出光谱吸收峰的归属来直接分析样品信息,通常需要建立模型进行定性定量分析,因此目前很少用于中药多糖的含量测定。
2.1.2新的内容检测技术
2.1.2.1高效毛细管电泳(HPCE)
HPCE由高压电场驱动,以毛细管为分离通道,根据样品中各组分的迁移率和分布行为的差异实现分离。它是近年来发展迅速的分析技术之一。该方法应用于中药中单糖组成和多糖含量的测定,效果良好。其测定多糖含量的能力与化学分析相当,但需要柱前衍生化,且常与毛细管区带电泳(CZE)和紫外检测器(UV)的分离机理相结合。
2.1.2.2高效阴离子交换色谱(HPAEC)
HPAEC是检测中药中单糖组成和多糖含量的常用离子色谱法。中药多糖含有O-H基团,容易产生带负电荷的阴离子,有利于检测。该方法灵敏度高,重复性好,无需衍生,操作简单,准确可靠。
2.1.2.3气相色谱法
气相色谱适用于分析低沸点、挥发性和热稳定性组分。而中药多糖沸点高,极性强,不能直接用GC检测,需要柱前衍生。衍生剂包括三氟乙酸酯、乙酸酯、三甲基硅醚、甲醚、三甲基硅烷、糖腈乙酸酯、三甲基硅烷基肟等。其中乙酸盐通常用作衍生剂。该方法具有样品量小、灵敏度高、准确度好等优点,常用于中药多糖中单糖组成的定性和定量分析。
2.1.2.4高效液相色谱法
高效液相色谱是根据不同组分在固定相和流动相中的吸附或分配系数的不同来实现分离的方法。该技术可与各种检测器串联,广泛应用于中药多糖单糖组成和含量的检测。氨基柱、糖柱和C18柱常用于分离中药多糖。HPLC可以串联的检测器有蒸发光扩散器(ELSD)、折光率检测器(RID)、紫外检测器(UV)、荧光检测器(FLD)、四极杆质谱仪(MS)、三重四极杆质谱仪(MS/MS)等。通常,当HPLC与常规检测器(如ELSD和里德)串联时,样品不需要柱前衍生。由于中药糖类成分中基本没有紫外-可见吸收基团或荧光基团,所以用紫外和FLD检测器测定时需要柱前衍生,而PMP衍生是HPLC-UV常用的衍生方法。
质谱是一种万能检测器,具有应用范围广、灵敏度高、检测速度快等特点,弥补了传统。
ELSD、RID、紫外、FLD探测器存在灵敏度低、选择性差、重复性差等缺点。在中药多糖含量测定中显示出巨大的发展潜力。
2.2结构分析技术
2.2.1传统的结构分析技术
研究多糖的单糖组成是分析多糖结构的基础。通常将中药多糖水解成单糖,经衍生化、中和、过滤后,用薄层色谱、HPCE、气相色谱、HPAEC、高效液相色谱检测多糖的单糖组成。其中,气相色谱法、HPAEC法和高效液相色谱法应用广泛。这些技术可以检测多糖的单糖组成和含量比例。另外,高效凝胶渗透色谱(HPGPC)是凝胶渗透色谱(GPC)和高效液相色谱(HPLC)的结合,常用于检测中药中多糖的分子量和分布范围。
为了获得更多的结构信息,高碘酸盐氧化、Smith降解、甲基化分析等化学方法也被用于中药多糖的结构分析。高碘酸盐氧化可以通过高碘酸盐的消耗和产生的甲酸量来判断多糖中糖苷键的位置和连接方式等结构信息。史密斯降解是高碘酸盐氧化物还原,接着水解,从而推断糖苷键的键型和位置。在甲基化分析中,单糖的所有游离残基都被甲基化试剂甲基化,还原乙酰化后再用GC-MS检测,从而推断出单糖的连接方式。
另外,利用PMP衍生化对单糖进行标记后,可以利用HPLC-MS提供的分子一级质谱(即母离子的信息)来确认和确定中药多糖中单糖标记物的结构。此外,HPLC-MS/MS/MS可以提供分子(即母离子和子离子的碎片)的第一和第二质谱的结构信息,以确认和确定中药多糖的单糖。此外,糖谱法是一种可以通过化学或系列定位酶消化技术获得多糖降解产物片段,以及层析等手段对多糖进行分离鉴定的技术。该技术在一定程度上可以表征一类多糖降解产物的结构特征,一种多糖只有一个特征糖谱,可以作为中药多糖的指纹图谱。
2.2.2新的结构分析技术
2.2.2.1傅里叶变换红外光谱(FTIR)
红外光谱是一种电磁波,多糖结构中的基团可以呈现特定的红外吸收光谱,因此红外光谱可以用于中药多糖的结构分析。目前,红外光谱主要利用4 000~400 cm-1波段检测多糖组分,是分析多糖结构的重要手段。随着仪器技术的发展,FTIR技术在IR的基础上得到了发展,其灵敏度、信噪比、分辨率、扫描速率、重现性和波长准确度都有了很大的提高。该技术主要用于中药多糖基团结构和糖苷键连接的分析。
2.2.2.2核磁共振波谱(NMR)
核磁共振是利用磁场检测分子中原子核的性质及其与周围化学环境的相互作用来实现结构分析。该技术不破坏多糖样品,能准确反映多糖的整体真实结构。它是目前中药多糖结构分析的主要技术。随着强磁场技术的发展,核磁共振可分为1h-NMR、13c-NMR和2D-NMR。这些技术可以提供单糖残基的类型、每个糖残基中C和H的化学位移、每个糖残基之间的连接位置和连接序列等结构信息。
2.2.2.3高分辨率质谱(HRMS)
随着质谱技术的发展,HRMS技术在中药多糖结构分析中显示出巨大的发展潜力。HRMS具有高灵敏度、高分辨率、扫描速度快的特点,可以为中药中未知的多糖提供准确的分子量和相关的结构信息。目前,HRMS主要包括飞行时间质谱(TOF)、静电场轨道阱(Orbitrap)等,用于分析中药多糖的结构。此外,HRMS可以与其他检测技术相结合,实现中药多糖的多维结构分析。
3结论与展望
目前,由于中药多糖种类繁多,结构复杂,研究还不充分。以上中药多糖的预处理和检测方法为中药多糖的含量测定、单糖组成分析、分子量和结构分析提供了参考。目前,寻找一种环保、低成本、提取效率高的预处理技术是中药多糖研究的重要内容之一。高压脉冲电场辅助提取、动态高压微射流辅助提取、加速溶剂提取和超临界流体提取是近年来中药多糖提取的新兴技术。与传统工艺相比,新工艺具有绿色污染小、提取效率高的特点。此外,越来越多的学者逐渐探索HPLC-HRMS及其相关联用技术用于中药多糖的检测。该方法可提供重要信息,如分子量、数均分子量、分子量分布、多糖组分的单元结构、单糖组成和多糖含量等。所测数据准确可靠,在中药多糖的表征方面具有良好的应用潜力,将有助于中药多糖成分的进一步开发利用。
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