辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(1): 010304
为了实现兰州百合关键营养物质蛋白质和多糖的快速无损检测, 在12 000~4 000 cm-1光谱范围内采集了59份兰州百合粉的近红外光谱(NIRS)。 首先运用SG、 Normalize、 SNV、 MSC、 Detrend、 OSC、 SG+1D、 SG+Normalize、 SG+SNV和SG+Detrend十种预处理方法对原始光谱数据进行处理, 确定蛋白质的最佳预处理方法为SG+Detrend、 多糖的最佳预处理方法为Detrend; 然后运用CARS、 SPA和PCA三种算法对预处理的光谱数据进行特征波长筛选, 确定蛋白质和多糖的最佳特征波长提取方法均为SPA算法; 最后采用PLSR法建立了兰州百合关键营养物质蛋白质和多糖含量的预测模型, 结果显示, 经过SG+Detrend_SPA处理所建立的蛋白质PLSR模型中, 预测集相关系数Rp为0.810 6, 预测集均方根误差RMSEP为1.195 3; 经过Detrend_SPA处理所建立的多糖PLSR模型中, 预测集相关系数Rp为0.810 9, 预测集均方根误差RMSEP为2.0946。 考虑到经典PLSR无损预测模型精度的限制, 在该研究中提出SOM-RBF神经网络无损预测模型。 首先利用SOM网络对数据样本进行聚类, 然后将得到的聚类类别数和聚类中心作为RBF网络的隐层节点个数和隐层节点数据中心, 以此来优化RBF的结构参数。 在建立的蛋白质SOM-RBF神经网络模型中, 预测集相关系数Rp为0.866 6, 预测集均方根误差RMSEP为1.038 5; 建立的多糖SOM-RBF神经网络模型中, 预测集相关系数Rp为0.868 1, 预测集均方根误差RMSEP为1.799 4。 比较PLSR和SOM-RBF两种模型对两种物质的预测结果, 确定了SOM-RBF神经网络模型为最优建模方法, 最终确定在蛋白质检测中, 最优模型为基于SG+Detrend_SPA_SOM-RBF建立的模型, 模型的预测集相关系数较PLSR高5.6%, 预测集均方根误差较PLSR低0.156 8; 在多糖检测中, 确定的最优模型为基于Detrend_SPA_SOM-RBF建立的模型, 模型的预测集相关系数较PLSR高5.72%, 预测集均方根误差较PLSR低0.295 2。 研究结果表明, 运用NIR和SOM-RBF技术可以实现对兰州百合关键营养物质蛋白质和多糖的快速无损检测, 为今后快速无损检测兰州百合营养物质提供理论依据。
兰州百合 蛋白质 多糖 近红外光谱 无损检测 SOM-RBF神经网络 Lanzhou lily Protein Polysaccharide Near infrared spectroscopy Nondestructive testing SOM-RBF neural network 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2025
暨南大学生物矿化与结石病防治研究所, 广东 广州 510632
植物多糖的化学结构与尿液中的结石抑制剂葡胺聚糖相似, 有可能用于预防和治疗肾结石。 天然多糖由于分子量和分子体积过大, 导致其应用受到限制。 研究了四种分子量分别为49.6, 16.2, 8.2和3.8 kDa的降解龙须菜多糖GLP1, GLP2, GLP3和GLP4对草酸钙(CaOx)晶体生长的调控作用。 1H NMR, 13C NMR和气相色谱-质谱(GC-MS)谱分析表明四种GLPs由β-D-半乳糖和6-O-硫酸基-3,6-α-L-吡喃半乳糖组成。 X射线衍射(XRD)检测表明, 在各GLPs存在下, 诱导了二水草酸钙(COD)晶体形成, COD的衍射峰出现在晶面间距d=0.617, 0.441, 0.277和0.224 nm处; 而没有多糖存在时只生成一水草酸钙(COM)晶体, COM的衍射峰出现在d=0.593, 0.364, 0.296和0.235 nm。 由于COD比COM更容易排出体外, COD的形成有利于降低结石形成的风险。 傅里叶变换红外光谱(FTIR)检测表明, 随着GLP分子量减小或GLP浓度增加, 草酸根中羧基的不对称伸缩振动νas(COO-)和对称对称伸缩振动νs(COO-)都发生了不同程度的蓝移, 其中νas(COO-)从1 618 cm-1增加到1 642 cm-1, νs(COO-)从1 318 cm-1增加到1 328 cm-1, 即GLP4诱导的全部是COD晶体。 扫描电子显微镜(SEM)检测表明, 随着GLP分子量减小, 不但晶体中COD的比例增加, 而且晶体的分散程度增大, 晶体更加圆钝。 随着GLP分子量减小或GLP浓度增加, 其诱导生成的CaOx晶体表面电荷越负, Zeta电位绝对值越大, 这有利于抑制晶体的聚集。 电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)检测表明, 四种GLPs均可以增加溶液中可溶性Ca2+的浓度, 同时减少CaOx沉淀的生成量。 在浓度为1.0 g·L-1多糖存在时, 上清液中可溶性Ca2+的摩尔浓度分别为: GLP4 (37.88 μmol·L-1)>GLP3 (19.70 μmol·L-1)>GLP2 (16.05 μmol·L-1)>GLP1 (10.55 μmol·L-1)。 结果表明, 四种GLPs均可以抑制COM生长, 诱导COD生成, 降低晶体的聚集程度, 增加晶体表面的Zeta电位绝对值和溶液中可溶性Ca2+浓度, 减少CaOx晶体的生成量, 且GLPs的调控活性与其分子量呈负相关。 这些结果提示GLPs特别是分子量最小的GLP4有可能是防治CaOx结石的潜在药物。
晶体生长 龙须菜多糖 草酸钙 X射线衍射 核磁共振 气相色谱质谱联用 Crystal growth Gracilaria lemaneiformis polysaccharide Calcium oxalate XRD NMR GC-MS 光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1163
江苏大学食品与生物工程学院, 江苏 镇江 212013
黑果枸杞属药食同源植物, 富含多糖、 蛋白质、 矿物质、 花青素等生物活性物质, 具有清除自由基、 抗氧化、 美容养颜及调节人体免疫系统的作用, 引起国内外研究者的极大关注, 备受消费者的追捧。 我国幅员辽阔, 黑果枸杞的种植主要分布于新疆、 西藏、 内蒙古、 青海、 宁夏等地, 不同产地受海拔、 日照、 环境因素的影响所产黑果枸杞品质也不尽相同。 针对市场上不同产地黑果枸杞产地信息标注混乱, 品质参差不齐而导致市场混乱现象, 利用近、 中红外光谱技术结合化学计量学方法对黑果枸杞的产地品质信息进行区分。 首先对所收集不同产地的5种, 共计190个黑果枸杞样本进行近、 中红外光谱采集及多糖含量的测定, 利用主成分分析(PCA)对所采集的原始数据进行降维处理并采用偏最小二乘-支持向量机(LS-SVM)对其进行定性区分。 结果显示, 经PCA处理后的三维主成分得分图可明显地将黑果枸杞的光谱数据按照产地类型分为5大类, 进一步采用LS-SVM对其进行处理, 得出融合光谱与单一近、 中红外光谱所建LS-SVM模型相比, 融合光谱所建模型的预测能力优于单一一种光谱所建模型的预测能力, 当主成分数为9时, 近、 中红外融合光谱的校正集识别率达到100%, 预测集识别率达到99.17%。 采用联合区间偏最小二乘(Si-PLS)对多糖含量进行定量预测, 结果显示, 近、 中红外光谱融合后建立Si-PLS预测模型的校正集相关系数(Rc)为0.976 9, 交互验证均方根误差(RMSECV)最小为2.08%, 预测集的相关系数(Rt)达到0.967 0, 均方根误差(RMSEP)为2.40%。 另外用15个新的黑果枸杞样本对所建立最佳Si-PLS模型进行验证, 验证模型的Rt和RMSEP分别为0.947 7和2.57%, 结果证明研究所建最佳Si-PLS模型的鲁棒性好、 精确度高。 结合LS-SVM、 Si-PLS的近、 中红外融合光谱技术, 可以精简、 优化模型, 达到快速、 准确地识别黑果枸杞的产地品质信息的目的。
红外光谱 黑果枸杞 多糖 光谱融合 联合区间偏最小二乘 Infrared Spectroscopy Lycium Ruthenicum Murr. Polysaccharide Data fusion Synergy interval partial least squares 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3878
本试验旨在探究黄芪多糖(APS)对小鼠间充质干细胞C3H10T1/2细胞棕色脂肪化过程中长链非编码RNA(lncRNA)表达谱的影响。试验以C3H10T1/2细胞为研究对象, 在成脂诱导分化培养液中添加0.4 g/L的APS, 以诱导分化1.5 d的细胞构建文库后测序, 筛选差异mRNAs和差异lncRNAs, 并对差异mRNAs和差异lncRNAs的顺式及共表达作用预测的靶基因进行了功能分析。通过荧光定量PCR随机分析了3个lncRNAs和3个mRNAs的表达水平, 验证了测序结果的准确性。研究结果表明, 本次测序共得到13 450个lncRNAs和57 776个mRNAs。通过对其表达量、长度、外显子个数和成对重复性检验分析证明了测序数据的可靠性较好。筛选共得到153个差异表达的lncRNAs和1 238个差异表达的mRNAs。结果表明, 差异mRNAs主要基因本体(GO)注释富集在53个功能分类中, 京都基因与基因组百科全书(KEGG)分析富集在343条通路中。差异lncRNAs顺式及共表达作用预测的靶基因GO注释分别富集在34和33个功能分类中, 在分子功能中条目一致。KEGG分析显示, 多个基因富集在脂肪代谢和脂肪分化的信号通路中, 尤其在胰高血糖素及cAMP信号通路中富集显著。综上表明, APS导致了C3H10T1/2细胞成脂分化中lncRNA表达谱的变化。本研究结果可为进一步解析APS对干细胞的分化调节提供科学依据。
黄芪多糖 棕色脂肪分化 表达谱 astragalus polysaccharide lncRNAs lncRNAs C3H10T1/2 C3H10T1/2 brown adipogenesis expression profile
1 山西农业大学 分子农业与生物能源研究所, 太谷 030800
2 山西农业大学 农学院, 太谷 030800
3 中国石油大学(华东)生物工程中心, 青岛 266580
功能性便秘是近几年比较常见的一种肠道疾病。越来越多的证据证明一些生物源功能活性物质对于治疗便秘有积极的疗效。螺旋藻富含多糖化合物, 且具有广泛的生理功能。本文分析不同剂量螺旋藻多糖(PSP)对地芬诺酯诱导便秘小鼠的治疗效果, 检测各组小鼠的体重、首次排便时间和数量、肠道酶活性, 菌群组成以及相关功能基因表达等。结果显示, PSP低、中、高剂量组小鼠六小时内排便数量都显著增加(P<0.05), 且首次排黑便时间缩短。同时, 小鼠的体重增长没有受到显著影响。PSP治疗后, 便秘小鼠肠道内木聚糖酶和蛋白酶活性恢复到正常组水平(P<0.05)。此外, PSP处理改变了便秘小鼠肠道主要微生物菌群组成, 上调了一些有益功能基因的丰度, 从而达到缓解便秘的效果。PSP处理上调KO0845(葡萄糖激酶)丰度水平, 能维持机体血糖平衡。这些发现表明, PSP饲喂处理可显著改善小鼠肠道微生态, 缓解小鼠便秘病症, 为解决慢性便秘提供一种有效的食疗方案。
螺旋藻多糖 便秘小鼠 肠道酶活性 菌群丰度 功能基因 Spirulina polysaccharide constipation mice enzyme activity bacterial abundance functional gene
1 暨南大学理工学院物理学系, 广东 广州 510632
2 广东交通职业技术学院电子工程系, 广东 广州 510650
3 暨南大学预科部, 广东 广州 510610
4 暨南大学生命科学技术学院生物工程学系, 广东 广州 510632
5 暨南大学理工学院光电工程系, 广东 广州 510632
利用自组装的数字全息表面等离子体共振成像技术,分别检测了两种具有不同分子质量的桃胶多糖(PGP-1与PGP-2)与半乳糖凝集素-3的相互作用。制备了表面等离子体共振成像生物芯片,同时检测了具有不同浓度的桃胶多糖样品与半乳糖凝集素-3的结合过程,制作了标准曲线,并计算了相互作用的结合平衡常数。结果表明,两种具有不同分子质量的桃胶多糖可以直接结合半乳糖凝集素-3,其中PGP-1的结合平衡常数为8.36×10
5 M
-,PGP-2的结合平衡常数为1.24×10
5 M
-。结合曲线符合生物分子相互作用的规律,证明了该方法在多通量生物检测中的可行性。该方法实验装置简单、易操作、无需标记、成本低,在高通量分析技术中具有一定的应用前景。
表面光学 表面等离子体共振成像 数字全息 桃胶多糖 半乳糖凝集素-3 分子间相互作用 高通量 激光与光电子学进展
2019, 56(9): 092402
1 集美大学食品与生物工程学院, 福建 厦门 361021
2 福建省高校食品微生物与酶工程技术研究中心, 福建 厦门 361021
3 厦门市食品与生物工程技术研究中心, 福建 厦门 361021
铁皮石斛具有重要的药用价值, 但其资源有限, 因此对其充分开发和利用具有重要的意义。本文利用α-L-鼠李糖苷酶辅助提取铁皮石斛多糖, 通过对酶解温度、酶解时间及加酶量三个因素进行优化, 提高铁皮石斛多糖提取率; 结果显示, 在酶解温度为40 ℃、酶解时间为1 h、加酶量为2.5%时, 多糖提取率为38.4%, 而不加酶处理多糖提取率仅为21.7%, 酶法处理大大增加了铁皮石斛的多糖提取率。同时, 运用顶空固相微萃取技术结合气相色谱质谱联用仪(HS-SPME-GC-MS)分析比较α-L-鼠李糖苷酶对铁皮石斛挥发性成分的影响; GC-MS分析表明, 铁皮石斛加酶处理前后共发现31种挥发性成分, 主要成分均为己醛、1-辛烯-3-醇、异薄荷醇和3-辛烯-2-酮, 并且醛类化合物在加酶处理前后的样品中相对含量均最高, 且加酶处理后产生6种新的挥发性成分。该研究结果表明α-L-鼠李糖苷酶的使用可显著增加对铁皮石斛多糖提取率, 并为铁皮石斛挥发性成分的研究和开发利用提供一定的参考依据。
铁皮石斛 α-L-鼠李糖苷酶 多糖 气质联用 挥发性成分 Dendrobium candidum α-L-Rhamnosidase polysaccharide gas chromatography-mass spectrometry volatile components
1 曲靖师范学院 物理与电子工程学院, 云南 曲靖 655011
2 西南大学—中国农业科学院 柑桔研究所, 重庆 400712
为了研究玉米花粉中的蛋白质和多糖等营养物质, 采用傅里叶变换红外光谱结合曲线拟合技术分析曲辰9号和靖丰3号两种杂交玉米花粉.玉米花粉的傅里叶变换红外光谱显示蛋白质的特征吸收峰酰胺I带、酰胺II 带和酰胺III带出现在1 653 cm－1、1 546 cm－1和1 241 cm－1附近, 多糖特征吸收峰出现在1 078 cm－1、1 056 cm－1、1 030 cm－1和995 cm－1附近.对比它们的傅里叶变换红外光谱的蛋白质和多糖特征吸收带, 两种玉米花粉存在一定差异, 表明它们所含的蛋白质和多糖含量不同.对1 900~950 cm－1吸收带实施傅里叶自去卷积和二阶导数处理后再进行曲线拟合分析, 剥离出因光谱叠加而掩盖的特征吸收子峰.子峰信息显示曲辰9号玉米花粉中多糖的含量高于靖丰3号玉米花粉, 而蛋白质的含量关系则相反.研究表明, 傅里叶变换红外光谱技术可为玉米花粉中营养物质的研究提供一种便捷的手段.
光谱学 傅里叶变换红外光谱 曲线拟合 玉米花粉 蛋白质 多糖 Spectroscopy Fourier transform infrared spectroscopy Curve fitting Corn pollen Protein Polysaccharide
1 安徽中医药大学药学院, 安徽 合肥 230012
2 现代中药安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230012
3 上海市农业科学院食用菌研究所, 上海 201403
采用水提取分级醇沉制得宣木瓜多糖,利用苯酚-硫酸法测定多糖含量,采用高效尺寸排阻色谱-多角度激光光散射-示差折光联用技术(HPSEC-MALLS-RI)分析多糖分子量和分子量分布,用多糖体外刺激巨噬细胞,Griess法检测NO释放量.系列研究旨在考察宣木瓜多糖含量、分子量和分子量分布以及免疫活性,为宣木瓜多糖研究积累实验资料和科学依据;并为中药多糖研究提供较为简单、系统的方法与思路.结果表明,不同乙醇浓度(φ)沉淀宣木瓜多糖含量的高低顺序是:95%＞80%＞40%≥60%＞20%,95%乙醇可较完全地沉淀多糖;当乙醇浓度从20%上升到95%时,粗多糖纯度由35.1%上升至45.0%.宣木瓜多糖主要有3个色谱峰,不同浓度醇沉的多糖经HPSCE分离后出峰位置和数量没有明显差别,表明它们含有的多糖种类相似;重均分子量(Mw)分别为6.570×104 g·moL－1和1.393×104 g·moL－1以及小于1万未能获得准确值;前两种多糖的分子量分布指数(Mw/Mn)分别是1.336和1.639;本试验中宣木瓜多糖对巨噬细胞Raw264.7产生NO没有明显的促进作用。
宣木瓜多糖 含量 分子量 高效尺寸排阻色谱-多角度激光散射-示差折光 巨噬细胞 Chaenomeles speciosa fruits Polysaccharide Content Molecular weight HPSEC-MALLS-RI Macrophage NO Nitric oxide 光谱学与光谱分析
2015, 35(5): 1331
