一类多功能阿拉伯木聚糖及其制备方法与流程

本发明涉及一类多功能多糖的制备方法，通过多糖与抗氧化剂接枝增强多糖的抗氧化性和增稠能力，尤其是水溶性阿拉伯木聚糖的抗氧化性和增稠能力，可以应用于化妆品、食品、保健品等领域。

技术背景

自由基是目前被确定的，最重要的内源性衰老因素，因此，抗衰老在很大程度上就是抗自由基、抗氧化。对抗氧化剂的研究一直以来都是医学、食品、化妆品等行业研究的热门。天然多糖具有安全、无副作用、高效、来源丰富等特点，现已被广泛应用与研究。人们在对植物多糖的研究中发现，许多植物多糖具有广泛的生物活性。因此，抗氧化性多糖，特别是一些同时具有抗氧性和增稠能力等的多功能多糖的研究和开发在食品、医药保健和化妆品行业具有广阔的前景。

羟基肉桂酸是国际公认的天然抗氧化剂，被广泛应用于医药、保健品、化妆品和食品添加剂等领域，主要存在于水果蔬菜谷物等植物。由于其结构不稳定，不水溶，应用也受到一定的限制。现目前发现的羟基肉桂酸主要有四种：对香豆酸、阿魏酸、芥子酸和咖啡酸。

谷物阿拉伯木聚糖是谷物细胞壁中的主要半纤维素，它广泛存在于谷物麸质和胚乳中。谷物阿拉伯木聚糖的基本结构是由线性(1→4)-β-D-键接的木糖吡喃环(Xylp)形成主链，α-L-阿拉伯呋喃环(Araf)侧基连接在主链的O-3和/或O-2位。此外，还有少量的阿魏酸基团连接在阿拉伯呋喃环上。谷物阿拉伯木聚糖的分子量以及侧基的连接方式和数量由于来源不同而有较大的差别。其平均分子量可以从几万到几百万g/mol。谷物阿拉伯木聚糖来源广泛、结构多样、价格低廉、具有良好的生物相容性、无毒无刺激性、成膜性、抗氧化性和生理活性等。本发明将羟基肉桂酸接枝到阿拉伯木聚糖上，增强了其抗氧化能力，同时由于羟基肉桂酸的疏水缔合作用增强了其增稠能力，因此在医药、食品等领域具有巨大的潜在用途。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一类多糖抗氧化性仿生合成的方法，尤其是水溶性谷物阿拉伯木聚糖，通过与抗氧化剂接枝以此增强阿拉伯木聚糖的抗氧化性同时增加其增稠能力。

本发明采用的技术方案：本发明是一类基于阿拉伯木聚糖仿生合成的多功能多糖，其结构如下：

其中R₁,R₂均为OCH₃或均为H或一为OH一为H。

阿拉伯木聚糖改性的合成路线为：

其中R₁,R₂均为OCH₃或均为H或一为OH一为H。

本发明还提供了多功能阿拉伯木聚糖的制备方法，包括以下步骤：

将一当量羟基肉桂酸加入到单口瓶中，然后加入一定量二氯甲烷和一滴DMF(催化剂)，搅拌均匀，将1.2当量SOCl₂用CH₂Cl₂稀释后加入恒压滴液漏斗，在N₂保护下，缓慢加入到反应瓶中，然后加热回流4h，蒸馏除去溶剂和多余的SOCl₂，所得羟基肉桂酰氯隔绝水汽封存待用。

在三口瓶中加入一定量阿拉伯木聚糖和一定量DMA，加热到120℃，均匀搅拌完全直至溶解，冷却到室温，加入一定量三乙胺，将准备好的羟基肉桂酰氯用DMA稀释加入到恒压滴液漏斗，N₂保护下缓慢滴加到三口瓶中，滴加完毕后，升温至80℃，反应一定时间，停止反应，待反应液冷却至室温，向反应液中加入4倍量乙醇析出白色絮状沉淀物，静置过夜，收集固体，用乙醇索氏提取48h，烘干得到目标终产物羟基肉桂酸阿拉伯木聚糖酯。

所述阿拉伯木聚糖为水溶性阿拉伯木聚糖，阿拉伯糖残基/木糖残基(即阿拉伯糖残基与木糖残基摩尔比)为0.4～1.2，例如0.5～1.0，0.5～0.95，0.5～0.93，0.6～1.0，0.6～0.95，0.6～0.93，0.7～1.0，0.7～0.95，

或0.7～0.93。所述阿拉伯木聚糖优选水溶性谷物阿拉伯木聚糖。所述谷物阿拉伯木聚糖可以选自，例如，从玉米麸质、小麦麸质、玉米胚乳、小麦胚乳、大麦胚乳、黑麦胚乳、黑小麦胚乳、燕麦胚乳中提取的水溶性阿拉伯木聚糖。

所述羟基肉桂酸选用：

本发明的有益效果：本发明将天然的抗氧化剂羟基肉桂酸通过酰化后直接接枝到阿拉伯木聚糖上，方法简单，接枝效率高，仿生合成天然高分子抗氧化剂，增强了阿拉伯木聚糖的抗氧化性能，同时由于羟基肉桂酸的疏水缔合作用增强了其增稠能力，可以广泛应用于食品、保健品、化妆品等领域。

附图说明

图1为原料阿拉伯木聚糖(A)、对香豆酸阿拉伯木聚糖酯(B)、芥子酸阿拉伯木聚糖酯(C)和咖啡酸阿拉伯木聚糖酯(D)的红外谱图。

表1阿拉伯木聚糖和羟基肉桂酸阿拉伯木聚糖酯的红外谱图解析

由图1和表1可以看出，三种羟基肉桂酸阿拉伯木聚糖酯与原料阿拉伯木聚糖相比，在1763cm^-1和1535cm^-1处均出现两个新的峰，分别为羟基肉桂酸与阿拉伯木聚糖连接的酯键和苯环，表明羟基肉桂酸以酯键的形式连接到了阿拉伯木聚糖上。

图2为原料阿拉伯木聚糖、对香豆酸阿拉伯木聚糖酯、芥子酸阿拉伯木聚糖酯、咖啡酸阿拉伯木聚糖酯的¹H-NMR谱图。

从图2可以看出阿拉伯木聚糖上，化学位移在3.5-4.1ppm的峰为木糖吡喃糖主链的峰；4.2-4.5ppm为阿拉伯呋喃糖峰；2.0-4.8ppm为阿拉伯糖连接在呋喃糖的异头质子峰；4.47ppm、4.41ppm和4.28ppm三处的峰分别为阿拉伯糖O-3，O-2，O-1的峰；3.39ppm，3.81ppm，3.73ppm和3.66ppm处的峰分别为木糖O-3，O-1，O-2和O-4的峰。对香豆酸阿拉伯木聚糖酯和阿拉伯木聚糖相比，1.5ppm处出现一个新峰，这是对香豆酸与阿拉伯木聚糖连接的酯键峰；1.82ppm和1.26ppm出现的新峰是对香豆酸上的烯烃峰；7.7ppm附近出现两个新峰是对香豆酸苯环峰。芥子酸酸阿拉伯木聚糖酯和阿拉伯木聚糖相比，1.5ppm处出现一个新峰为芥子酸与阿拉伯木聚糖连接的酯键峰；1.82ppm和1.26ppm出现的新峰是芥子酸上的烯烃峰；6.5-8ppm出现三个新峰是芥子酸苯环峰。咖啡酸阿拉伯木聚糖酯和阿拉伯木聚糖相比，1.5ppm处出现一个新峰为咖啡酸与阿拉伯木聚糖连接的酯键峰；1.82ppm和1.26ppm出现的新峰是咖啡酸上的烯烃峰；6.4-7.8ppm出现三个新峰是咖啡酸苯环峰。

图3为原料阿拉伯木聚糖、对香豆酸阿拉伯木聚糖酯、芥子酸阿拉伯木聚糖酯、咖啡酸阿拉伯木聚糖酯的¹³C-NMR谱图。

表2阿拉伯木聚糖和羟基肉桂酸阿拉伯木聚糖酯的¹³C-NMR谱图解析

从图3和表2可以看出，与阿拉伯木聚糖比，芥子酸阿拉伯木聚糖酯在174ppm，46ppm，7ppm处出现三个新峰分别为苯环峰，甲氧基峰，酯键碳峰。对香豆酸阿拉伯木聚糖酯和咖啡酸阿拉伯木聚糖酯在174ppm和7ppm处出现两个新峰分别为苯环峰和酯键峰。

核磁共振氢谱和碳谱均证明羟基肉桂酸已成功连接到阿拉伯木聚糖上。

图4为阿拉伯木聚糖和改性阿拉伯木聚糖对自由基DPPH的清除能力。

从图4可以看出，随浓度的增加，阿拉伯木聚糖和改性阿拉伯木聚糖对自由基DPPH的清除能力增加。在相同的浓度下，改性后的阿拉伯木聚糖酯对自由基DPPH的清除能力明显高于未改性的阿拉伯木聚糖。

图5为阿拉伯木聚糖和改性阿拉伯木聚糖水溶液粘度与剪切速率的关系，阿拉伯木聚糖和改性阿拉伯木聚糖的浓度均为20mg/mL.

从图5中可以看出在相同浓度和相同剪切速率(低剪切速率)下，改性后的阿拉伯木聚糖的粘度明显高于未改性的阿拉伯木聚糖，因此改性后的阿拉伯木聚糖具有更好的增稠性能。

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

1.对香豆酸阿拉伯木聚糖酯的制备

将1g(6.06mmol)对香豆酸加入到单口瓶中，然后加入50mL二氯甲烷和一滴DMF(催化剂)，搅拌均匀，将0.53mL(7.27mmol)SOCl₂用10mL二氯甲烷稀释后加入恒压滴液漏斗，在N₂保护下，缓慢加入到反应瓶中，然后加热回流4h，反应液变澄清，蒸馏除去溶剂和多余的SOCl₂，得到对香豆酰氯隔绝水汽封存待用。

在三口瓶中加入3.93g阿拉伯木聚糖(24.24mmol脱水糖苷元)和160mLDMA，加热到120℃，均匀搅拌完全直至溶解，冷却到室温，加入1.23mL(9.09mmol)三乙胺，将6.06mmol对香豆酰氯用20mLDMA稀释加入到恒压滴液漏斗，N₂保护下缓慢滴加到三口瓶中，滴加完毕后，升温至80℃，反应16h，停止反应，待反应液冷却至室温，向反应液中加入4倍量乙醇析出白色絮状沉淀物，静置过夜，收集固体，用乙醇索氏提取48h，烘干得到取代度为1.84的对香豆酸阿拉伯木聚糖酯。

2.芥子酸阿拉伯木聚糖酯的制备

将1g(4.46mmol)芥子酸加入到单口瓶中，然后加入50mL二氯甲烷和一滴DMF(催化剂)，搅拌均匀，将0.39mL(5.35mmol)SOCl₂用10mL二氯甲烷稀释后加入恒压滴液漏斗，在N₂保护下，缓慢加入到反应瓶中，然后加热回流4h，反应液变澄清，蒸馏除去溶剂和多余的SOCl₂，得到芥子酰氯隔绝水汽封存待用。

在三口瓶中加入2.17g阿拉伯木聚糖(13.38mmol脱水糖苷元)和80mLDMA，加热到120℃，均匀搅拌完全直至溶解，冷却到室温，加入0.86mL(6.69mmol)三乙胺，将4.46mmol芥子酰氯用20mLDMA稀释加入到恒压滴液漏斗，N₂保护下缓慢滴加到三口瓶中，滴加完毕后，升温至80℃，反应12h，停止反应，待反应液冷却至室温，向反应液中加入4倍量乙醇析出白色絮状沉淀物，静置过夜，收集固体，用乙醇索氏提取48h，烘干得到取代度为1.21的芥子酸阿拉伯木聚糖酯。

3.咖啡酸阿拉伯木聚糖酯的制备

将1g(5.55mmol)咖啡酸加入到单口瓶中，然后加入50mL二氯甲烷和一滴DMF(催化剂)，搅拌均匀，将0.48mL(6.66mmol)SOCl₂用10mL二氯甲烷稀释后加入恒压滴液漏斗，在N₂保护下，缓慢加入到反应瓶中，然后加热回流4h，反应液变澄清，蒸馏除去溶剂和多余的SOCl₂，得到咖啡酰氯隔绝水汽封存待用。

在三口瓶中加入3.60g阿拉伯木聚糖(22.2mmol脱水糖苷元)和150mLDMA，加热到120℃，均匀搅拌完全直至溶解，冷却到室温，加入1.1mL(8.32mmol)三乙胺，将5.55mmol咖啡酰氯用20mLDMA稀释加入到恒压滴液漏斗，N₂保护下缓慢滴加到三口瓶中，滴加完毕后，升温至80℃，反应20h，停止反应，待反应液冷却至室温，向反应液中加入4倍量乙醇析出白色絮状沉淀物，静置过夜，收集固体，用乙醇索氏提取48h，烘干得到取代度为1.29的咖啡酸阿拉伯木聚糖酯。