摘 要

硫酸多糖由于具有多种生物活性，如抗氧化活性、抗凝血活性、抑制胃蛋白酶活性、抗HIV活性等，使得硫酸多糖在医药领域具有广泛的应用前景，成为研究的热点。本文通过将马铃薯淀粉（St）与惰化的浓硫酸（H₂SO₄）反应，引入磺酸基得到淀粉硫酸酯，通过红外FT-IR表征其结构，同时对其制备工艺进行优化，并研究淀粉硫酸酯对胃蛋白酶的活性研究。主要研究内容和结论如下：

（1）淀粉硫酸酯的制备及其反应条件优化

本文采用淀粉与惰化浓硫酸直接进行反应，成功制备淀粉硫酸酯。使用惰化处理的浓硫酸可以解决淀粉降解严重、易炭化等问题，且对环境比较友好。通过对配料比、除水率、反应时间与反应温度的考察，得到了最佳反应条件：nH₂SO₄/nSt为3.6，除水率10.6%，反应时间3h，反应温度0℃。

（2）淀粉硫酸酯抑制胃蛋白酶活性研究

本文通过以血红蛋白为底物的紫外分光光度法测定胃蛋白酶活力，得到的数据显示：淀粉硫酸酯的确对胃蛋白酶活性产生了抑制作用，并且淀粉硫酸酯对胃蛋白酶的抑制作用随着淀粉硫酸酯浓度的升高而增强，抑制率最高达到55.69%，但与取代度的关系还不是很明确。

关键词：硫酸多糖；淀粉硫酸酯；抑制胃蛋白酶

Abstract

Sulfated polysaccharides have a wide range of biological activity, such as antioxidant activity, anticoagulant activity, inhibition of pepsin activity, anti-HIV activity, and so on, making the use of sulfated polysaccharides in the pharmaceutical field has a wide range of application prospects and become a research hotspot. In this paper, potato starch (St) was reacted with inert concentrated sulfuric acid (H₂SO₄) to introduce sulfonic acid groups to obtain starch sulfate. The structure of the starch sulfate was characterized by infrared FT-IR, and its preparation process was optimized, and starch sulfate ester was studied. Pepsin activity studies. The main research contents and conclusions are as follows:

(1) Preparation of Starch Sulfate and Optimization of Its Reaction Conditions

This article uses starch and inactive concentrated sulfuric acid to directly react and successfully prepare starch sulfate. The use of inerted concentrated sulfuric acid can solve the problems of severe starch degradation, easy carbonization, and is friendly to the environment. Through the investigation of the ratio of ingredients, removal rate of water, reaction time and reaction temperature, the optimal reaction conditions were obtained: nH₂SO₄/nSt 3.6, water removal rate 10.6%, reaction time 3h, reaction temperature 0°C.

(2) Starch sulfate inhibits pepsin activity

In this paper, pepsin activity was determined by UV spectrophotometry using hemoglobin as a substrate. The data obtained show that starch sulfate does inhibit the activity of pepsin, and the inhibitory effect of starch sulfate on pepsin increases with starch sulfate. The increase in concentration increased, the inhibition rate was up to 55.69%, but the relationship with the degree of substitution was not yet clear.

Key words: sulfated polysaccharide; starch sulfate; inhibition of pepsin

目录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2淀粉概述 1

1.2.1淀粉的结构 1

1.2.2变性淀粉简介 2

1.2.3变性淀粉的应用 2

1.3淀粉硫酸酯概述 4

1.3.1淀粉硫酸酯简介 4

1.3.2淀粉硫酸酯的应用 4

1.3.3淀粉硫酸酯的国内外研究现状 5

1.4主要研究内容 6

第2章 淀粉硫酸酯的制备及其反应条件的优化 7

2.1引言 7

2.2实验部分 7

2.2.1仪器与材料 7

2.2.2淀粉硫酸酯的制备 8

2.2.3淀粉硫酸酯的结构表征 8

2.2.4淀粉硫酸酯取代度的测定 9

2.2.5淀粉硫酸酯的制备条件优化 10

2.3实验结果分析 10

2.3.1淀粉硫酸酯的红外光谱解析 10

2.3.2淀粉硫酸酯取代度分析 11

2.3.3淀粉硫酸酯的制备条件优化 12

2.4结论 15

第3章 淀粉硫酸酯抑制胃蛋白酶活性研究 16

3.1引言 16

3.2实验部分 16

3.2.1实验仪器与试剂 16

3.2.2胃蛋白酶活力测定 17

3.2.3淀粉硫酸酯对胃蛋白酶活性的影响 17

3.3实验结果分析 18

3.3.1不同条件下胃蛋白酶活力测定与计算 18

3.3.2淀粉硫酸酯对胃蛋白酶的抑制作用 20

3.4结论 22

第4章 结论 23

4.1全文结论 23

4.2研究意义 23

参考文献 24

致谢 26

第1章 绪论

1.1引言

淀粉是日常生活中一种常见的物质，它在自然界中来源广泛，含量丰富。许多高等植物的根、茎、叶、花粉、球茎和果实等器官中均含有淀粉^[1]，淀粉的存在为其生长发育提供了必要的能量，是植物能量储存的一种形式。淀粉资源丰富价格低廉，是人类所需碳水化合物的主要来源，它不仅在提供人体所需能量上起着重要作用，而且经过变性后的淀粉已被广泛用于食品、医药、纺织、造纸、化工等领域。因此，淀粉具有极大的发展潜力和广阔的发展前景，对淀粉的研究与应用也变得日益重要。

1.2淀粉概述

1.2.1淀粉的结构

目前关于淀粉的结构尚未完全定论，一般认为淀粉是由葡萄糖分子聚合而成，其化学结构式为(C₆H₁₀O₅)n，其中淀粉分子的聚合度用n来表示。已有研究证明淀粉是一种复杂的大分子聚合物，根据结构和性质的不同可分为直链淀粉和支链淀粉两类。

直链淀粉是一种线型聚合物，它几乎不分支，分子量为10⁵～10⁶，该分子链一端为还原末端基，另一端为非还原末端基。还原末端基是指该端的葡萄糖残基含有一个伯醇基、两个仲醇基和一个葡萄糖残基环内缩合形成半缩醛还原性基团；非还原性末端是指该端的葡萄糖残基含有一个伯醇基和三个仲醇基。直链淀粉的葡萄糖残基之间全部是由α-D-（1→4）糖苷键连接，分子的大小与植物种类、淀粉提取工艺和提取条件有关，一般为200～2000个葡萄糖残基。直链淀粉分子结构并不是一条完整的直链，其通常为一条卷曲的螺旋形链，如图1.1所示^[2-4]。

支链淀粉则是一种分支型聚合物，它与直链淀粉的相同之处在于葡萄糖残基链都是由α-D-（1→4）糖苷键连接，但除此之外支链淀粉还有间隔性的分支链，这些分支由α-D-（1→6）糖苷键连接在第六碳原子上，一般情况每个分支链连接有20～30个葡萄糖残基，如图1.2所示。支链淀粉具有一个还原末端基和很多非还原末端基。目前人们对支链淀粉的结构有很多种推测，但尚未完全确定其微观结构，在一般情况下其分子比直链淀粉分子大得多，分子量在百万数量级^[2]。

直链淀粉与支链淀粉因结构不同，故在一些方面表现出不同的性质。直链淀粉溶解于热水，加热时其水溶液不产生糊精，可以形成粘度低、不稳定的溶液，静置后可析出晶形沉淀，且为可逆性反应。而支链淀粉易溶于水，由于具有较大的分子量和支链的存在使其在水溶液中较难形成大量氢键，因此形成的水溶液则具有清晰、稳定、粘度高的性质，无凝沉性^[5]。

图1.1 直链淀粉的结构

图1.2 支链淀粉的结构

1.2.2变性淀粉简介

淀粉作为一种工业原料，具有来源广泛、含量丰富、价格低廉、可再生、无污染等特点^[6]，但天然淀粉仍然具有流动性差、不溶于冷水、在水中不膨胀^[2]等缺点，为克服天然淀粉的缺陷，使其得到更广泛的应用，人们便开始对变性淀粉进行深入研究。变性淀粉即通过物理、化学或酶法对淀粉的天然特性进行改造，使其某些性质增强或产生新的特性，从而能够满足多种不同的需求。变性淀粉按其变性时所采用的不同方法可分为物理变性淀粉、化学变性淀粉、酶法变性淀粉和复合变性淀粉^[7]四大类。

1.2.3变性淀粉的应用

淀粉经过变性处理后，具有比原来更加优良的品质，因此变性淀粉成为了一种极具发展潜力的工业原料，在多种行业中均得到了广泛地应用。变性淀粉无毒且相容性好的特点更是为其拓展了更宽的应用范围，在纺织工业、造纸工业、医药工业、食品工业等工业均能看到变性淀粉的身影^[8]。

（1）纺织工业

织物在织造过程中，经纱会受到来自多方面的摩擦，很容易断裂。因此，为了适应现代高速织机的要求，经纱都需要上浆。经纱上浆的目的便是提高经纱的可织性^[1]。天然淀粉可以作为一种经纱上浆的浆料，和其他浆料相比其优点是资源充足、价格低廉，但上浆性能远不如化学浆料。淀粉经过变性处理，仍然具有天然淀粉增稠、胶凝、粘合和成膜的性能，且其成膜性、稳定性、和增稠性也明显优于天然淀粉。因此变性淀粉在纺织品行业中可作为增稠剂用于纺织品的印花与上浆等方面，还可以降低浆液粘度、增大浆液流动性及渗透性等^[9-11]。

1. 造纸工业

变性淀粉在造纸生产中的用量在整个变性淀粉用量中所占比重很大，而变性淀粉在造纸工业中的使用目的一是改善抄纸工艺，提高纸的内在性能，二是提高纸的表面质量。变性淀粉在造纸工业中可以用于湿部添加、层间喷涂、纸张的表面施胶、涂布加工纸和纸制品的粘合剂等方面，可以说造纸的全过程都可以用到变性淀粉。相比于其他化学物质，在造纸工业中使用变性淀粉可以降低成本、减少污染、节约能耗、提高纸张的印刷效果等优点^[1]。

（3）医药工业

在医药方面，淀粉具有改善药物溶解度和稳定性，降低药物毒性和副作用以及优异的生物相容性和储存稳定性等优点，已被用于药物输送和生物催化领域^[12]。淀粉价格低廉、无毒性的特点使其成为片剂药物中常用的辅料，然而，由天然淀粉制成药片崩解性差，严重影响了药物的吸收与药效的发挥，用羧甲基淀粉取代天然淀粉做填充剂，则对药物的崩解无明显影响。采用多孔淀粉可以达到延缓药物释放、减少药物散失的目的^[13]。医药行业中环糊精的应用可以改善药物中的溶解性，提高药物的稳定性，使油状、低熔点物质粉体化，减少局部刺激。

1. 食品工业

淀粉常作为食品中的增稠剂、胶凝剂或稳定剂等，但随着食品加工工艺的变化，天然淀粉渐渐不能适应这些工艺条件。例如，天然淀粉加工的食品在低温储存时淀粉易发生老化，从而导致食品水分缺失和质地变差，而经过修饰后的淀粉可以延缓淀粉的老化、提高食品在低温储存时的稳定性并保持食品原有质地的特点^[14]。醚化淀粉可提高淀粉糊的透明度，提高粘度，降低脱水收缩和冻融稳定性用于广泛的食品应用，如肉汁，蘸料，酱料，水果馅饼和布丁等。交联淀粉在膨胀、高温、高剪切和酸性条件下具有更高的稳定性，用作汤，调味酱，肉汁，面包和乳制品中的增粘剂和增稠剂^[15]。

1.3淀粉硫酸酯概述

1.3.1淀粉硫酸酯简介

淀粉硫酸酯又名磺化淀粉，是通过将磺酸基引入到淀粉的C2、C3或C6羟基上而制得的阴离子淀粉。其结构中的磺酸根对盐不敏感，因此盐离子的加入对其水溶液的粘度无影响，淀粉硫酸酯在不同pH值下都可以形成高粘度溶液。用其制备的亲水性溶胶具有稳定性好、粘度高、受pH变化影响小等优点^[16]。

淀粉硫酸酯并不是一种新开发的产品，早在上世纪五十年代就已经进入人们的视野之中，但由于当时对淀粉硫酸酯的研究不够深入，并没有发现优良的、独一无二的理化性质因此便渐渐退出了市场。如今，随着科学技术的进步人们发现硫酸多糖具有抗病毒、抗肿瘤、抗凝血等一系列生物活性，淀粉硫酸酯作为硫酸多糖的一员也自然的成为了研究热点，经过研究后发现其具有抗凝血、抗HIV、抗病毒、抑制胃蛋白酶活性等一系列其他变性淀粉不具备的生物活性，具有广阔的发展前景。

1.3.2淀粉硫酸酯的应用

淀粉硫酸酯和其他变性淀粉相比具有抗凝血、抗病毒、抑制胃蛋白酶活性等独特的生物活性，这使其在市场竞争中获得了极大的优势，能在多种领域得到广泛应用。

淀粉硫酸酯具有很高的亲水性，可以形成强亲水溶胶，可用作水泥和油井钻探泥浆的保水剂。

淀粉硫酸酯形成的亲水性溶胶在低于冻结温度下仍然可以表现出良好的稳定性、较高的粘度和较低的凝沉性能，因此可以在冷冻食品和某些药品中作为增稠剂使用^[18]。

淀粉硫酸酯可以吸附某些有机化学物质如苯胺，可以用作工业废水处理剂^[19]。

淀粉硫酸酯与其他变性淀粉最大的区别便是其具有某些独特的生物活性，这一重要的性质使其成为极具发展潜力的淀粉衍生物。某些淀粉硫酸酯因具有抗凝血的作用可以作为天然抗凝剂肝素的廉价代用品^[20]。研究表明某些淀粉硫酸酯对胃蛋白酶存在抑制作用，可以将其应用于胃溃疡的治疗^[21]。有些淀粉硫酸酯如羟乙基淀粉硫酸酯具有抗脂血清、抗炎症的功能，有实验表明淀粉硫酸酯可以抑制和延缓动脉粥样硬化的发生，并对高脂动物的血清脂蛋白紊乱、血清细胞因子、多种脂肪酸代谢及机体紊乱功能均有一定的调节作用^[22-23]。还有一些淀粉硫酸酯具有抑制核糖核酸酯，抑制血小板凝集、抑制血清β-脂蛋白的沉淀作用，可作为某些药物及抗生素的载体^[24]。

1.3.3淀粉硫酸酯的国内外研究现状

近些年来，人们陆续发现了硫酸多糖的多种生物活性，对其酯化后的多糖硫酸酯也进行了深入研究。国外主要还是探究多糖硫酸酯的生物活性，取得了许多进展。

Maxim S.Kokoulin^[25]等人研究了海洋革兰氏阴性细菌Poseidonocella pacifica KMM 9010^T的并确定了该硫酸化脂多糖分子中O-抗原的结构，并且证明了该去氧化脂多糖可以选择性作用于不同类型的癌细胞，其中对HT-29和MCF-7癌细胞的作用最为显著，影响细胞活力和集落形成。

LiWang^[26]从脱脂米糠中提取脱脂米糠多糖，按照正交法与氯磺酸-吡啶反应，得到硫酸化的脱脂米糠多糖，与未被硫酸化的脱脂米糠同时表征其在体外的抗肿瘤活性，得到经过硫酸化后的脱脂米糠具有明显的抗肿瘤活性，且氯磺酸与吡啶比例不同其抗肿瘤活性不一致，而天然脱脂米糠多糖不具备抗肿瘤活性。

Olesya S.Vishchuk^[27]从岩藻多糖提取出来的岩藻多糖硫酸酯，具有抗肿瘤活性，可以抑制乳腺癌和黑素瘤细胞系，很有可能应用到治疗肿瘤。

Jue Zhang^[28]提取了天然灵芝多糖，并用氨基磺酸-吡啶使其硫酸化，得到灵芝多糖硫酸酯，研究表明，硫酸化后的灵芝多糖对小鼠Heps细胞具有明显的抑制作用，能抑制小鼠Heps的增值，而天然的灵芝多糖几乎没有显示有抑制作用。

由于淀粉硫酸酯近些年才活跃在人们的视野中，所以国内对这方面的研究不是很多，主要集中在淀粉硫酸酯制备条件的优化上。

祝忠秋^[29]在淀粉大分子链上接枝引入季铵盐阳离子型接枝支链，可以使淀粉接枝共聚物带正电荷，在淀粉上接入聚甲基丙烯酰氯氧乙基三甲基氯化铵，使其在纺织浆料应用上有可行性。酯化淀粉是指淀粉单元糖上的醇羟基被酯化基团取代，淀粉酯化后，形成空间位阻，分子间氢键难以生成，糊化温度会降低，透明度增高、热稳定性也增高、黏稠度增加。淀粉可以采用无机酸和有机酸来酯化。

张陈云^[30]选用乙酸酐和马铃薯淀粉反应，以乙酰基含量作为指标，得到马铃薯酯化的最佳优化条件，并且在速冻水饺中添加4%马铃薯酯化淀粉，增稠效果较好。

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