云南林下塔拉多糖的红外光谱、分子量和衍射图谱分析研究

李占君　张厚良　范瑞红

摘要： 对云南林下塔拉多糖进行研究的结果表明，塔拉多糖是一种β型糖苷键的多糖类物质，具有多糖的一般共性特征。塔拉多糖与半乳甘露聚糖结构存在明显性差异，其内部结构与葡萄甘露聚糖更贴近，数均分子量为（3～6）×104。XRD分析时发现，在区间为10～100的Ze条件下只有较少的小型峰存在。塔拉多糖形态结构方面具有一定程度上的不稳定性，并且主要以单晶体形式予以存在。

关键词： 塔拉多糖； 红外光谱； 图谱分析； X射线衍射

中图分类号： S 566. 9， TN 219 文献标识码： A

塔拉（Caesalpinia spinosa）又名刺云实，为豆科苏木亚科云实属多年生植物，是我国作为单宁植物资源从南美洲引种栽培的物种[ 1 - 3 ]。主要在云南、四川、广西、贵州、海南省等干热、干暖河谷地区多地引种成林[ 4 ]。塔拉种子内含的一层较厚的内胚乳层为塔拉胶，主要成分为杂多糖[ 5 ， 6 ]。塔拉胶的热稳定性相较于其他植物胶更强，化学性质也更稳定[ 7 - 9 ]，可以作为稳定剂、乳化剂、改性剂、增稠剂、医药佐剂应用于各领域。鉴于塔拉国内生产总量远低于国家现阶段所需的现状，本研究采用红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、差示扫描量热仪（DSC-TG）对塔拉多糖内部结构进行了系统性的研究与分析，以期为塔拉多糖在食品、医疗、化工等行业内的综合利用与开发提供理论依据。

1 试验材料与方法

1. 1 试验材料

试验所使用的塔拉种子2013年采收于云南昆明。溴化钾、水杨酸、无水乙醇、乙醇、ABTS、DPPH、硫酸亚铁、过氧化氢、过硫酸钾、三氟乙酸、NaBH4、蒸馏水、醋酸、盐酸、甲醇、吡啶、醋酸酐、二氯甲烷、重水等试剂均为分析纯，均购于天津市科密欧化学试剂有限公司。

1. 2 试验仪器

101-1型电热鼓风干燥箱（北京科伟永兴仪器有限公司）、JA2003型电子天平（上海精科厂）、电热恒温水浴锅（天津泰斯特仪器有限公司）、红外光谱仪（安捷伦仪器有限公司）、旋转蒸发仪（上海青浦沪西仪器厂）、X-射线衍射仪（丹东通达科技有限公司）、扫描电镜仪（上海永傲精密仪器有限公司）、核磁共振仪（北京欧倍尔科学仪器有限公司）、DSC-7型差示扫描量热仪（上海研锦科学仪器有限公司）。

1. 3 试验方法

1. 3. 1 塔拉多糖

选用超声辅助提取法对塔拉多糖予以纯化、提取，并提取适量用于分析、检测。

1. 3. 2 塔拉多糖红外光谱分析

取干燥塔拉多糖样品10 mg，与溴化钾100 mg进行充分混合，经玛瑙研钵充分研磨后压片进行红外光谱扫描，红外扫描波长所在区间为4000～400 cm-1，对其具体光谱波形出峰情况进行观察、记录。

1. 3. 3 塔拉多糖分子量分析

塔拉多糖分子量的测定主要采用高效凝胶色谱法（GPC），试验选用的色谱柱子为： YMC Pack Diol-200A，色谱操作所具备的条件为：携带样品流动相为蒸馏水，进样总剂量为50 μL，具体流动速度为1 mL/min，检测核心检测器为RID，具体实际操作温度为室内常温[ 11 ]。

1. 3. 4 塔拉多糖XRD、DSC-TG分析

XRD衍射图谱分析 由于塔拉多糖常态是以结晶形式存在，所以选用射线衍射方法对其射线情况下相应的衍射图谱进行测定，进而得知具体结构信息[ 12 ]。X射线试验过程中，相应具体实际操作性条件为辐射方式：CukQ，实际管内电压：40 kV，实际管内电流：50 mA，相应扫描运行速度：15 ℃/min[ 13 ]。

DSC-TG图谱分析 对塔拉多糖进行量热分析的过程中主要以差示扫描的形式 进行测定，其实际分析测试条件为：以氮气为载气，同时载气在系统内部的流速为20 mL/min，温度升高速率为10 ℃/min，温度变化区间为40～400 ℃。

热重分析测定时相应参数条件为：以氮气为操作载气，系统内部载气流速为20 mL/min，温度升高速率为10 ℃/min，温度变化区间范围为40～800 ℃。

2 结果与分析

2. 1 塔拉多糖红外光谱分析

对经过脱蛋白和脱色提纯处理后的干燥塔拉多糖样品进行红外光谱分析测定的结果（图1）表明，塔拉多糖样品在3 375 cm-1具有有效吸收值，其峰值合理，这主要是由于多糖内部的O-H会发生一定程度的伸缩性振动；同时在2 923 cm-1塔拉多糖样品也具有有效吸收峰，主要是由于多糖内部C-H也发生了一定程度的伸缩性振动。

对红外總离子流图观察、分析可知：塔拉多糖样品在1 630 cm-1和1 092 cm-1这两处均具有一定程度的吸收峰，主要是由于C-O会发生一定幅度的伸缩性振动，这可以说明样品在400 cm-1波长区域范围内是具有多糖类物质的一般性共性特征。在890 cm-1的周围具有一定程度的吸收峰，而在890 cm-1处并无吸收峰值，充分说明塔拉多糖内部结构中存在一种特异性的β型糖苷键[ 14 - 16 ]。

2. 2 塔拉多糖分子量测定

塔拉多糖的理化性质与分子量之间具有一定程度上的密切联系，由图2可以看出，总离子流图中第2出峰处为塔拉多糖分子量所对应的峰值，而第1出峰处可能与塔拉多糖的纯度有关，因混有少量杂质而引起，这说明塔拉多糖样品的纯化程度还有待提高。试验得出，塔拉多糖样品所具有的数均分子量为1.82×104，重均分子量为1.91×104，同时一般性半乳甘露聚糖分子量具有较高的分散性特点。通过对塔拉多糖分子量的测定得出其与半乳甘露聚糖具有一定程度上的差异性，而与葡萄甘露聚糖相似程度更高，且数均分子量的具体数值为（3～6）×104。

2. 3 XRD、DSC-TG结果分析

2. 3. 1 XRD分析结果

对塔拉多糖样品进行X射线衍射仪分析的结果（图3）表明，塔拉多糖在Ze具体区间范围为10～100时，只有少量峰值较小的峰出现，并无较明显性吸收峰产生，这说明塔拉多糖在该条件下无法形成多糖类单体或单体形式得以存在，而是以一种不稳定形态予以存在。

2. 3. 2 DSC、TG分析结果

由图4可知，塔拉多糖的DSC图谱具有热吸收峰和热流变化性台阶，表明塔拉多糖在加热情况下会发生崩解、突变等类型的固态构型变化。在保护性气体（氮气）的保护下并无放热峰的产生，说明塔拉多糖TPS4-l是一种无定形性多糖，这与X射线条件下的试验结果一致。当试验过程中处理温度为89.5℃时，塔拉多糖具有较高的吸热峰，说明塔拉多糖会在该种温度条件下发生固态构型性突变，这种检测结果与塔拉多糖溶液处于相同温度范围时的CD谱所发生的突变相互对映。塔拉多糖在所处条件为加热状态时，会在89.5 ℃这一温度点具有较大的吸收峰，同时在120 ℃和130 ℃这两个温度点具有较小的负峰产生（放热峰），这种现象说明塔拉多糖在处于空气中时，会因所处环境空气温度的变化（加热）而发生2次放热性反应。

由图5可知，塔拉多糖在90、160、330 ℃这三个温度点左右会有失重现象产生，在对DSC图谱进行系统性分析后得出，塔拉多糖在温度为90℃左右时所产生的失重现象，主要是因为塔拉多糖自身所具有的吸附性水的丧失引起。塔拉多糖处于160、330 ℃所产生的失重峰会与温度为120、130 ℃下所产生的放热峰之间具有一定程度上的关联性，且关联程度较高；其中温度为120 ℃时所产生的放热峰，可能是塔拉多糖自身的分解作用而引起的；同时塔拉多糖在130 ℃的条件下会因自身性结晶水与铁核二者之间的相互转化作用而出现一个较小的放热峰， 这两个放热过程并不是各自单纯性发生的，而是伴随一系列复杂的物理、化学过程。一方面，塔拉多糖会因自身性脱水和结晶水的失去而吸收热量；另一方面，塔拉多糖也会因其自身性分解与失水而释放热量，综合来讲，塔拉多糖热效应会具体表现为2个小的放热峰的产生。

3 结 论

3. 1 在对塔拉多糖进行红外光谱扫描的过程中，多糖在波长3 375 cm-1处因多糖羟基O-H 的伸缩性振动而具有一定幅度的吸收峰，同时也因C-H的伸缩性振动而在1 630 cm-1、1 092 cm-1波长处具有吸收峰，这充分说明塔拉多糖样品在4 000～400 cm-1波长区域范围内具有多糖类物质所具有的一般共性。与此同时，塔拉多糖样品在波长890 cm-1附近具有有效吸收峰，而在波长840 cm-1处并无有效吸收峰存在，这再次说明塔拉多糖内部结构中β型糖苷键的存在。

3. 2 由塔拉多糖分子量的测定可以得出，其与半乳甘露聚糖具有一定程度上的差异性，而与葡萄甘露聚糖相似程度更高，且数均分子量的具体数值为（3～6）×104。塔拉多糖在Ze为10～100范围内并无有效明显性强吸收峰的产生，其多糖结构主要表现为无定形态。塔拉多糖DSC-TG图谱说明塔拉多糖在该种条件下无法形成多糖类单体或单体形式得以存在，而是以一种无定形状态予以存在，其图谱结构与X射线衍射结果与梅光明等[ 10 ]多糖提取纯化及结构鉴定结果趋于一致。

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第1作者簡介： 李占君（1988-）， 男， 助理工程师， 主要从事植物资源方向的研究。

通讯作者： 杨逢建（1971-）， 男， 教授， 主要从事植物资源方向的研究。

收稿日期： 2018 - 03 - 20

（责任编辑： 张亚楠）