2种纤维源饲粮细胞壁多糖的化学结构及其在猪消化道降解规律的核磁共振研究

采用二维异核单量子相干核磁共振(2D HSQC NMR)技术对由小麦麸和西兰花茎叶粉为单一纤维来源的饲粮以及对应饲粮的猪回肠末端食糜和粪便样品中细胞壁多糖进行定性解析和量化表达,并验证该方法用于饲料细胞壁多糖化学结构解析和定量分析的潜力,为细胞壁相关的饲料营养研究提供新实验技术。经脱脂、去淀粉和去蛋白质处理的饲粮、食糜和粪便样品经球磨处理后,用氘代二甲基亚砜和吡啶混合(DP)溶液(4∶1,体积比)溶胀制成胶态样品,在配有5 mm低温探头的600 MHz核磁共振(NMR)谱仪上采集其异核单量子相干(HSQC)图谱,并用Bruker TopSpin 3.6.1软件对多糖异头区的共振信号进行定性和定量分析,同时用气相色谱(GC)法测定样品中非淀粉多糖的糖苷组成和含量。结果表明:参照现有文献数据可对大多数链中和还原端糖苷的共振峰进行准确归属。小麦麸饲粮细胞壁多糖中阿拉伯呋喃糖苷(Araf)种类较多,且多以多糖侧链的形式存在;而西兰花饲粮细胞壁多糖则相对简单,主要以阿拉伯聚糖的形式存在。小麦麸饲粮细胞壁多糖中木吡喃糖苷(Xylp)不带侧链的->4)-β-D-Xylp-(1->相对积分强度显著高于西兰花饲粮细胞壁多糖(P<0.05);西兰花饲粮细胞壁多糖中半乳糖醛酸吡喃糖苷(GalpA)和糖醛酸苷(UA)相对积分强度显著高于小麦麸饲粮细胞壁多糖(P<0.05);二者的葡吡喃糖苷(Glcp)相对积分强度均较高,而且均以->4)-β-D-Glcp-(1->为主,但西兰花饲粮细胞壁多糖中->3)-β-D-Glcp-(1->的相对积分强度显著高于小麦麸饲粮细胞壁多糖(P<0.05)。小麦麸饲粮细胞壁多糖主要在猪大肠内降解,而西兰花饲粮细胞壁多糖在猪回肠末端之前就有明显降解。西兰花饲粮细胞壁多糖中Araf和Galp的降解速度显著快于小麦麸饲粮细胞壁多糖(P<0.05),但后者的->4)-β-D-Xylp-(1->在猪大肠中的降解速度显著快于前者(P<0.05),二者的Glcp均不易降解,以侧链形式存在的Araf和有侧链修饰基团的多糖主链(木聚糖和半乳糖醛酸聚糖)在猪消化道中也均不易被降解。饲粮、食糜和粪便样品中大多数糖苷通过核磁共振(NMR)法测得的相对积分强度与通过GC法测得的摩尔百分比变化趋势一致,对于含量较高的糖苷,二者具有显著的回归关系(P<0.05)。综上,2D HSQC NMR技术在解析细胞壁多糖精细化学结构方面具有独特优势,而且还具有一定的定量分析潜力,但用于饲料营养研究尚需进一步完善。

植物细胞壁物质在DMSO-d_(6)/HMPA-d_(18)中的溶液态2D HSQC NMR分析

细胞壁物质凝胶是细胞壁物质直接在核磁共振管中与氘代溶剂生成的产物,无须分离成分就可以获得细胞壁良好分辨的2D 13C-1H相关核磁共振谱(2D HSQC NMR).为此选用氘代二甲基亚砜(DMSO-d6)、氘代二甲基亚砜/氘代吡啶(DMSO-d6/pyridine-d5)和氘代二甲基亚砜/氘代六甲基磷酰三胺(DMSO-d6/HMPA-d18)这3种溶剂溶解白杨(被子植物)细胞壁,DMSO-d6/HMPA-d18下得到的图谱信号最丰富,且很容易获得羟基苯基相关信号,所以DMSO-d6/HMPA-d18提高了图谱的分辨率和强度.将DMSO-d6/HMPA-d18应用于松树(裸子植物)的二维核磁结构表征中,图谱显示了高分辨率的多糖相关性和木质素结构.该法适用于植物的细胞壁物质检测,因此这种DMSO-d6/HMPA-d18下的2D HSQC NMR研究是一种更快速,绿色的植物细胞壁结构的评估方法.

毛竹竹青和竹黄细胞壁中阿魏酸和对香豆酸定量分析

采用两步中度碱水解和两步酸水解法,定量分析毛竹竹青与竹黄细胞壁中阿魏酸和对香豆酸的含量。结果表明(基于绝干物料):竹青细胞壁中含有3.08%阿魏酸和5.91%对香豆酸,其中1.62%阿魏酸和4.64%对香豆酸以酯键形式连接,1.46%阿魏酸和1.27%对香豆酸以醚键形式连接;竹黄细胞壁中阿魏酸和对香豆酸分别为3.11%和5.51%,以酯键和醚键结合的阿魏酸分别为1.71%和1.40%,以酯键和醚键结合的对香豆酸分别为4.34%和1.17%。对碱水解液中溶解的木质素进行二维异核单量子相关核磁共振(2D-HSQC NMR)表征,结果表明:竹青和竹黄碱溶木质素中以酯键存在的阿魏酸和对香豆酸可能酯化在木质素β-O-4醚键的γ位置。

硫酸盐浆酶解液中LCC的提取及性质研究

为了探究硫酸盐浆在酶解过程中是否有小分子LCC溶出及其性质,以麦草为原料,通过硫酸盐法制浆得到硫酸盐麦草浆,并依次进行聚木糖酶、纤维素酶酶解。利用凝胶渗透色谱柱分离出酶解液中的小分子LCC,然后对LCC进行FT-IR、2D-HSQC(二维异核单量子碳氢相关)核磁共振分析。结果表明,从麦草浆聚木糖酶酶解液(XHL)中可分离出小分子LCC,但在纤维素酶酶解液(CHL)中只存在纤维素;2D-HSQC分析表明,从XHL中分离得到的小分子LCC主要是聚木糖和木素通过苯基配糖体键、苯甲醚键和γ-酯键连接在一起的,说明聚木糖酶能同时对纸浆中残余的聚木糖和木素与聚木糖之间的化学连接键进行降解。

巨菌草纤维特性分析及其木素结构表征

对巨菌草纤维形态、化学成分组成、木素结构及其微区分布进行了研究。利用纤维质量分析仪(FQA)测得纤维平均长度为0.95 mm,宽度为23.1μm,长宽比为41.1。高效液相色谱(HPLC)定量分析碱性硝基苯氧化产物确定巨菌草木素结构为典型的GSH型。利用核磁共振磷谱(31P-NMR)定量分析木素各酚羟基功能基团,结果显示脂肪族羟基含量最高,为3.96 mmol/g,其中非缩合型羟基占总酚羟基的比例较大,为96.3%;二维核磁共振(2D-HSQC NMR)波谱分析表明,β-O-4'芳基醚键结构比例最高,为84.4%;其次为β-β'树脂醇结构和β-5'苯基香豆满结构,所占比例分别为9.9%和5.7%;在芳香区含有大量的紫丁香基和愈创木基结构单元,其中S/G比例为1.25。共聚焦拉曼光谱(CRM)分析表明,木素在细胞不同区域的浓度由大到小的顺序为细胞角隅CC>复合胞间层CML>次生细胞壁SW;羟基肉桂酸的浓度分布规律与木素的分布变化相似,但其浓度低于木素的浓度。

核磁共振技术在生物质转化中的应用

生物质结构的精确分析研究有利于其各个组分的转化利用,而核磁共振(NMR)技术是生物质解聚及结构演变分析中重要的表征技术.本文主要介绍了^(1)H NMR、^(13)C NMR、^(31)P NMR和2D HSQC四种NMR技术在生物质结构、产物定性和定量分析、反应路径和催化解聚机理探究中的应用,然后讨论了NMR技术应用于生物质研究中存在的主要问题,并进行了展望.

核磁共振波谱在木素结构研究中的最新应用

阐述了核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、二维核磁及核磁共振磷谱在木素分离研究中的应用进展,并指出目前核磁共振波谱法在木素结构分析中存在的问题,同时,对其以后的应用发展进行了展望。

水溶性和碱溶性蔗渣木质素的分离与表征

以蔗渣为原料,经脱蜡后依次用H_2O、1%NaOH和3%NaOH进行抽提,分别得到水溶性木质素L1和碱溶性木质素L2、L3,并对其理化性质和结构特征进行分析。通过硝基苯氧化法、高效液相色谱检测来确定蔗渣木质素的组分,通过凝胶渗透色谱检测蔗渣木质素的分子质量,利用紫外分光光度计和二维核磁共振推导出蔗渣木质素的结构单元和连接方式。结果表明,L1、L2和L3的得率(以绝干原料计)分别为0.4%、5.7%和3.7%,占蔗渣木质素总量的54.1%,而且水溶性木质素分子质量大于碱溶性木质素。L2和L3主要来自于蔗渣次生壁,富含紫丁香基单元和大量的非缩合醚结构。蔗渣木质素的结构单元间的主要连接方式是β-O-4'醚键,还有β-β'、β-5'和β-1'等碳碳结构。蔗渣木质素是由紫丁香基、愈创木基和少量对羟苯基结构单元组成的GSH型木质素,此外,还含有对香豆酸和阿魏酸,通过酯键与木质素相连。

HSQC-TOCSY技术在黄酮苷类中的应用

HSQC-TOCSY技术对于具有若干独立直旋系统的复杂分子的结构解析有十分重要的作用。本文以从益母草(Leonurusheterophyllus Sweet)中分离得到的heteronoside为例说明HSQC-TOCSY技术在黄酮苷类中的应用,并对其13C,1H化学位移进行了明确的归属。

HSQC-TOCSY技术对罗汉果甜苷类化合物结构解析的应用

探讨了采用HSQC-TOCSY技术,并结合1H-1H COSY、HSQC、HMBC等二维谱技术对罗汉果甜苷V(Mogroside V)的13C、1H化学位移进行归属的方法。结合1H-1H COSY、HSQC、HMBC等二维谱技术,HSQC-TOCSY技术可以方便快捷地对罗汉果甜苷类化合物的13C、1H化学位移进行明确归属。

烟草木质素结构的二维核磁共振波谱表征

【背景和目的】烟草木质素对烟草品质和安全性有重要影响,为了提高烟草制品的质量,需要探究烟草木质素的化学结构及含量。【方法】利用二维异核单量子相干核磁共振技术(2D HSQC NMR)建立表征烟草木质素的方法,实现烟草木质素的结构表征及半定量分析。【结果】(1)烟草样品木质素中共发现10种主要的木质素基本单元及单元间连接键结构,27种相关结构的信号。(2)烟草样品木质素是SGH型木质素,愈创木基(G)是最主要的基本单元,含量在50.72%~73.50%范围内,紫丁香基(S)的含量在15.62%~26.51%范围内,对羟基苯基(H)的含量在5.66%~28.90%范围内;β-芳基醚单元β-O-4(A)是最主要的单元间连接键,含量在72.93%~92.97%范围内,树脂醇单元β-β(C)次之,含量在3.88%~15.81%范围内。(3)烤烟烟叶部位自上而下,紫丁香基(S)单元的含量逐渐减少,愈创木基(G)和对羟基苯基(H)单元的含量逐渐增加。梗丝和烟草薄片与烟叶相比,愈创木基(G)单元的含量较高,对羟基苯基(H)单元的含量较低,β-芳基醚单元β-O-4(A)的含量较低,树脂醇单元β-β(C)的含量较高。【结论】本研究实现了不同烟草木质素的基本单元及单元间连接键结构的定性表征和半定量分析,提出烟草木质素分子的结构示意图,为烟草木质素大分子研究提供一定的理论和技术基础。

酸催化离子液体预处理芦竹酶木质素结构研究

木质素的组成及结构特征影响纤维原料的酶水解效率,为了进一步制定有效的预处理方案,研究预处理原料木质素的结构组成十分重要。本研究以能源植物芦竹为原料,采用固体酸催化离子液体预处理原料,随后从预处理原料中分离纤维素酶解木质素（ACI-CEL）,采用高效阴离子交换色谱、红外光谱、凝胶色谱、热重分析及二维核磁共振谱分析纤维素酶解木质素的化学组成及结构。结果表明,ACI-CEL为HGS型木质素,S/G值为1.08,且含有少量的碳水化合物（15.25%）。其中,连接糖以木糖为主,其次为葡萄糖,并伴有少量的阿拉伯糖、半乳糖及葡萄糖醛酸。二维异核单量子碳氢相关谱（2D HSQC NMR）半定量分析结果揭示ACI-CEL连接键主要为β—O—4’（84%）,伴有少量β—5’（14%）及β—β’（2%）连接键。此外,ACI-CEL重均分子量为6 460 g/mol,多分散系数低（2.07）,最大热解温度为275℃。对ACI-CEL的结构解析为预处理机制的研究提供理论基础。

氢化苯乙烯/异戊二烯共聚物的二维核磁共振

通过1H{13C}NM R、1H-1H COSY、13C-1H HSQC和13C-1H HM BC一维和二维核磁实验分析氢化苯乙烯/异戊二烯共聚物(HS IP)的微观结构。一维核磁实验1H{13C}NM R提供了HS IP的基本结构信息;通过1H-1H COSY实验确定同核H之间的耦合关系,明确了H的化学环境;13C-1H HSQC确定异核13C-1H的单键相关性,明确了直接相连接的C-H化学位移;13C-1H HM BC确定异核碳氢原子的远程相关性(2—3键),验证化学位移归属的正确性和微结构的存在性。