甜菜粕膳食纤维中水溶性半纤维素分子链构象模型及聚集行为

Dietary fiber, as the Seventh Nutrients, plays an important role in keeping human healthy for various physiological functions, such as reducing blood fat, adsorbing mutagen, regulating blood sugar, laxative, improving immunity, and so on. Water soluble part of natural plant fiber is the important one for affecting physiological function, in which the majority is water soluble hemicelluloses. It was found that the polysaccharide advanced structure is much more important influence on its biological activity than the primary one, therefore water soluble hemicelluloses structure-activity mechanism and its physiological function is closely related to the state of aggregation structure and molecular chain conformation as a natural polysaccharide. This research project focuses on water soluble hemicelluloses from beet pulp dietary fiber, identify aggregation structure and establish macromolecular conformational model with many advanced instruments of analysis, determination and characterization in interdisciplinary area of biomacromolecule and polymer physics, on the base of extraction, separation, purification, physical and chemical characteristics and primary structure, and systematically study aggregation behavior in different settings. These are trying to reveal chain conformation of water soluble hemicelluloses with various multiple feeding methods, and ultimately provide a theoretical basis and guidance for analyzing physiological functions response with hemicelluloses and other water-soluble dietary fibers.

具有降血脂、吸附诱变剂、调节血糖浓度、通便、提高免疫力等多种生理功能，被称为“第七大营养素”的膳食纤维，为维持人体健康起着至关重要的作用，而天然植物膳食纤维中影响生理功能重要部分为水溶性部分，其中多以水溶性半纤维素为主。经研究发现多糖的高级结构比初级结构对其生物活性影响更为重要，因此水溶性半纤维素作为天然多糖，其生理功能构效机制与其聚集态结构及分子链构象密切相关。本课题以甜菜粕膳食纤维中水溶性半纤维素为研究对象，在研究其高效提取-分离-纯化、理化特性和一级结构的基础上，利用生物大分子和高分子物理的近代最新测试仪器表征和分析手段，鉴定甜菜粕膳食纤维中水溶性半纤维素聚集态结构并由此建立分子链构象模型，并系统研究其感应外界环境变化的聚集行为，试图从分子水平揭示人体多种摄食方式对水溶性半纤维素的链构象影响，为分析半纤维素以及其它水溶性膳食纤维的构象对其生理功能响应提供理论依据和指导意义。

膳食纤维的生理功能发挥与生物体内特殊的空间伸展状态和独特的分子识别能力有关，目前仍不清楚它在溶液中分子链构象及其与生物活性的关系和作用机理。天然植物膳食纤维中影响生理功能重要部分为水溶性部分，其中以水溶性半纤维素为主，有关水溶性膳食纤维的分子链构象模型和聚集行为研究仍处于空白。本项目以甜菜粕膳食纤维中水溶性半纤维素为研究对象，在研究其高效提取-分离-纯化、一级结构和理化特性的基础上，利用生物大分子和高分子物理的近代最新测试仪器表征和分析手段，分析甜菜粕膳食纤维中水溶性半纤维素聚集态结构并确定分子链构象模型，研究其在不同温度和溶剂下的分子链的聚集行为。重要结果有：确定了水溶性半纤维素高效提取-分离-纯化技术方案，其主链为β-D-吡喃木糖以β-1，4-糖苷键而形成的线状分子，主体结构为聚阿拉伯糖-4-甲基葡萄糖醛酸木糖；经X射线衍射图谱得出水溶性半纤维素表现出不明显的结晶结构，具有一定的规律聚集态结构；经示差扫描量热曲线分析，反映出半纤维素塑性变化，一定程度上体现其半纤维素分子链段聚集结构性质；热重分析曲线反映半纤维素的热稳定性以及热降解动力学；不同Ph值溶液下其吸附NO2-、Pb2+、Cu2+等离子效果不一；在水溶液中分子链构象模型以聚集态和无规线团构象模型为主，柔顺链与刚性链构象共存；随着溶液温度的升高，分子构象体系中刚性链构象，转变为高温时以柔顺链构象；经二甲基亚砜处理后，由分子链构象由聚集态转变为无规线团和刚性棒状链构象。水溶性半纤维素分子链构象模型和聚集行为的研究，为膳食纤维生理活性功能理论分析提供了新思路；后续可依据研究成果，通过改变溶液环境来调控膳食纤维纤维分子链构象，分析不同构象下膳食纤维某一生理功能效果，以达到精准改善膳食纤维生理功能提供有力的科学数据和依据，具有重要学术价值和应用前景。