糖苷水解酶在中药成分生物转化中的应用研究

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[目的]  苷类又称配糖体,是糖或糖的衍生物如氨基糖、糖醛酸等与另一类非糖物质通过糖的端基碳原子连接而成的化合物,其中非糖部分称为苷元。研究表明,许多中药苷类成分并不是起主要药效作用的成分,而是需通过肠道菌群代谢为苷元后才能真正发挥疗效。这类成分的苷元通常活性更高,同时以苷元直接给药也可避免因人体肠道菌群差异所导致的生物利用度及疗效的个体差异。  本文采用酶解的方法,用糖苷水解酶对中药苷类成分进行水解,在体外制备苷元类成分。  [方法]  1.采用酶解法制备栀子苷元。比较栀子苷的酸解和酶解两种水解工艺,并以栀子苷元产率和最终产物含量为考察指标,优选酶及酶解工艺条件。  2.采用酶解法制备牛蒡苷元。在单因素试验考察酶溶液浓度、底物浓度以及酶解时间的基础上,采用Box-Behnken响应面法优化酶解牛蒡苷的条件。  3.采用酶解法制备人参皂苷20-(s)Rh2。通过对酶最适反应温度及pH值的单因素考察,确定酶解工艺的最优条件。  [结果]  1.酸水解栀子苷,生成副产物多,且栀子苷没有究仝被转化为栀子苷元(京尼平)。β-葡萄糖苷酶为适用于栀子苷的糖苷水解酶,优选的酶解条件是0.5g栀子苷提取物和304.4Uβ-葡萄糖苷酶,在50ml、pH4.8的醋酸-醋酸钠缓冲液及50℃的环境中,搅拌反应1h。由于栀子苷元性质活泼,在水溶液中的稳定性差,且与含有氨基的酶本身发生反应,生成栀子蓝色素,使用游离酶水解栀子苷元产率较低,为29.27%。因此,课题进一步采用了双相固定化酶技术;取0.5g栀子苷提取物与10U固定化酶,加入100ml pH4.8的醋酸-醋酸钠缓冲液和100ml乙酸乙酯,在55℃的水浴条件下反应3.5h,所得栀子苷元的产率为50.57%,较游离酶水解法的产率水平有较大提高。  2.选择β-葡萄糖苷酶为适宜的糖苷水解酶制备牛蒡苷元,该酶的最适反应温度为50℃、pH值为pH4.8。采用Box-Behnken响应面分析法进一步优化牛蒡苷的酶解工艺条件,结果最优酶溶液浓度为0.44U/ml,反应时间为46.8min,底物浓度为0.29mg/ml,牛蒡苷元的产率为90.9%。采用双相固定化酶技术酶解牛蒡苷,牛蒡苷元的产率为91.8%。结果提示牛蒡苷元在水溶液中比较稳定,两种酶解方法产率接近,但固定化酶可实现酶的重复利用。  3.选择β-Galactosidase为适宜的糖苷水解酶水解人参皂苷20-(s)Rg3。该酶解反应过程的最佳工艺条件为0.067mg/ml20-(s)Rh2与0.013U/ml β-Galactosidase在pH4.2、酶解温度40℃的条件下,反应46.5h,20-(s)Rh2的产率为74.0%。同时对该酶底物特异性的研究发现,β-Galactosidase对β-D-1,2(吡喃半乳糖苷键)结构活性最高,对β-D-1,2(吡喃葡萄糖苷键)也具有一定的活性。  [结论]  酶解反应具有较高的专属性,糖苷水解酶可用于中药苷类成分酶解,实现苷元类成分的体外制备。本课题采用该技术成功制备了栀子苷元、牛蒡苷元、人参皂苷20-(s)Rh2三类不同的苷元成分,均有较高产率。  将糖苷水解酶固定化后进行酶促反应的方法,可以使酶能够反复回收利用,降低了生产成本,也使得产物的分离纯化更易进行。同时双相固定化酶技术可减少酶与栀子苷元等性质活泼产物之间的副反应,在反应的同时将反应产物从水相中萃取到有机相,减少副产品的生成,提高产率。
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