摘要
卡拉胶（Carrageenan）又称角叉菜胶、角叉聚糖、石花菜胶等，是从红藻中分离得到的一种由半乳糖和脱水半乳糖单元组成的天然阴离子线性多糖，因其具有良好的凝胶特性和流变特性，可应用于食品、制药、化妆品等领域。然而，卡拉胶由于分子量大，存在粘度高和生物利用度低等问题，其应用受到很大限制。卡拉胶寡糖具有低分子量、独特的物化性质以及高生物利用度等优点，近年来也逐步受到关注与开发，但目前其高效绿色和精准制备技术缺乏。因此，本研究以卡拉胶为材料，采用H2O2和TiO2作为光降解催化剂，建立了卡拉胶寡糖制备方法，并分析了降解前后卡拉胶的理化性质和结构特征变化，进一步采用秀丽隐杆线虫为模型，评价了卡拉胶寡糖缓解氧化应激和抗衰老的能力。本研究可为卡拉胶寡糖的高效绿色制备及其功能化开发应用提供参考。主要研究内容和结果如下： （1）卡拉胶寡糖的优化制备及其理化分析 采用了UV/H2O2/TiO2光催化方法降解卡拉胶（定义为KC）以制备卡拉胶寡糖（定义为KCO），通过探究了H2O2和TiO2的添加量在紫外光催化反应中对卡拉胶的作用效果来优化反应条件。结果表明，最佳光催化降解条件为0.8%KC、0.3%H2O2和0.8%TiO2，卡拉胶的分子量可在两小时内光催化降解至1.6kDa。作为对照，进一步探究了UV、UV/H2O2、UV/TiO2和H2O2/TiO2四种降解方式对卡拉胶的作用效果，结果表明UV/H2O2/TiO2联合处理表现出了协同效果，降解率提高了5.51%。在优化条件下，对卡拉胶进行不同时间的光催化降解，拟合降解曲线，通过验证发现UV/H2O2/TiO2联合处理卡拉胶能精准制备出特定分子量的卡拉胶寡糖。分析了不同分子量的卡拉胶寡糖的理化性质，结果表明随着光降解时间的增加，卡拉胶的硫酸基含量和总糖含量没有显著变化，还原糖、糖醛酸含量分别增加到32.68%和2.00%，但半乳糖含量下降了15.87%。通过单糖组成分析，结果表明卡拉胶主要由半乳糖组成，随着光降解时间的增加，半乳糖比例从97.17%下降到95.23%，半乳糖是光降解的主要位点。 （2）卡拉胶寡糖的结构分析 采用了红外光谱、紫外光谱、扫描电镜、X-衍射、三股螺旋结构测定以及质谱分析探究降解前后卡拉胶的结构特性。结果表明，降解后的卡拉胶硫酸根基团不发生变化，光催化降解对卡拉胶的链结构没有破坏。卡拉胶降解前后都不存在蛋白质或核酸。通过扫描电镜分析，结果表明未降解的卡拉胶形状不规则，表面结构致密且粗糙。光催化降解后的卡拉胶表面变薄、光滑致密，逐渐碎裂化。卡拉胶经光催化降解后，没有明显的红移现象，三股螺旋结构消失，但结晶性能有所提高。对卡拉胶降解后得到的寡糖片段进行鉴定，结果表明寡糖片段主要是奇数糖，以1~9Dp范围内的寡糖为主。综上所述，采用UV/H2O2/TiO2光催化降解卡拉胶，可以高效绿色、稳定可控地制备出能够保持完整结构的卡拉胶寡糖。 （3）卡拉胶寡糖对线虫抗衰老的影响 基于秀丽隐杆线虫模型，通过测定分子量为8.46kDa（定义为KCO-1）和1.6kDa（定义为KCO-5）的卡拉胶寡糖对线虫寿命的影响，筛选出KCO-5对线虫进行热应激、紫外损伤、繁殖力、体长体宽、脂褐素和运动能力等健康指数以及抗衰老相关基因的测定，以评价卡拉胶寡糖的抗衰老作用。结果表明，与对照组线虫相比，在0.25~1.00mg/mL范围内KCO-5可显著延长线虫寿命，平均寿命增加4.18~16.48%。还改善了线虫的体长体宽、运动和应激能力，并以浓度依赖性方式显著降低了其体内脂褐素积累水平18.64~38.46%，且不会损伤繁殖能力。通过激活胰岛素/IGF-1信号传导，age-1、daf-16、jnk-1的基因表达量分别上调了21.41±0.003、7.75±0.085、7.73±0.055倍，daf-2、akt-2、dod-17基因表达量分别下调了0.96±0.259、0.39±0.340、2.38±0.053倍（P＜0.05），促进了秀丽隐杆线虫的寿命延长。 （4）卡拉胶寡糖的抗氧化应激能力 通过对卡拉胶寡糖体外抗氧化活性和百草枯诱导下线虫寿命的测定，与空白对照组相比，KCO-5处理的线虫寿命显著延长了22.57~69.98%，表明卡拉胶寡糖具有较强的体内外抗氧化活性。进一步测定了卡拉胶寡糖处理的线虫ROS含量和抗氧化酶活性。与对照组相比，1mg/mLKCO-5显著降低了线虫中ROS和MDA的含量，分别降低了73.90%和48.19%。SOD、CAT和GSH的活性呈剂量依赖性增加（P＜0.05）。还分别上调skn-1、sod-3、isp-1、sek-1、mev-1、ctl-1的基因表达量10.35±0.065、4.65±0.242、1.47±0.056、9.41±0.003、1.49±0.34、6.84±0.095倍（P＜0.05）。因此，卡拉胶寡糖可以通过缓解线虫抗氧化防御系统功能、减少ROS含量以及从SKN-1/Nrf2信号途径来增强对线虫氧化损伤的保护作用能力，从而延缓衰老。
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