基于质谱分析技术的碳水化合物结构表征体系构建

Carbohydrate is a kind of very important biological macromolecular, and it is the also major component of food. At present, the carbohydrate becomes one of the most popular research fields in life science, as in-depth research of its chemical structure, physical properties and biological activities, as well as further understanding of the role in nutrition and food processing. However, unlike nucleic acid and protein, the structure characterization of carbohydrate is more difficult due to the complexity, which is major problem regarding to carbohydrate research. This study aimed to establish specific fingerprinting profiles of oligosaccharide with various glycosidic linkages and degree of depolymeration through an optimized MALDI-TOF/TOF method, together with chemometrics analysis. Therefore, a high-throughput, rapid and sensitive new method for characterizing bioactive polysaccharides was employed through step-by-step hydrolysis combined with mass spectrometry based on fingerprinting. This study will provide a new insight in elucidating complex carbohydrates, as well as have a significant effect on promoting the research of its structure and function.

碳水化合物是一类重要的生物信息大分子，也是食品的重要组成成分。随着人们对碳水化合物化学结构、物理性质和生物学功能的深入研究，及其在人体营养和食品加工中作用的加深认识，从而使碳水化合物研究成为目前生命科学中研究最活跃的领域之一。但是，由于碳水化合物较核酸、蛋白质等大分子的结构更加复杂，因而结构研究一直是困扰碳水化合物研究的难点问题。本研究拟通过MALDI-TOF/TOF测定不同结构类型碳水化合物的优化方法获得特征谱图，结合化学计量学分析方法研究不同结构寡糖的指纹特性，建立具有特征识别功能的糖苷键图谱体系，在此基础上采用分步降解-质谱分析技术建立高通量、快速、灵敏的活性多糖结构表征新方法。本研究为复杂碳水化合物的结构表征提供了新的思路，对碳水化合物的结构和功能研究起到了巨大的推动作用。

碳水化合物是自然界最为丰富的一大类有机化合物，也是食品的重要组成成分。它同时也是广泛存在于生物组织中并参与多项生化过程的一类复杂生物分子。表征碳水化合的结构有利于充分理解其在生物体内起到的重要作用。质谱是一种高灵敏度的碳水化合物结构测定技术，但是由于糖类的结构相似，碳水化合物的化学结构与质谱数据之间的相关性仍然缺乏足够的信息。本项目建立了MALDI TOF MS分析不同类型寡糖和多糖的方法，并通过比较不同结构类型标准寡糖在不同离子模式下二级质谱图，发现以其特征的碎片峰及其相对强度可以识别糖苷键类型。针对多糖难电离的困难，通过on-target衍生提高多糖在质谱中离子化效率；而针对多糖高分子量特点，先将多糖先通过部分酸水解或酶解获得降解产物。通过MALDI TOF MS可以实现直接对多糖降解产物进行序列分析，从而表征活性多糖精细结构。此方法可以观察到多糖中低含量糖残基结构信息，为甲基化和核磁共振波谱解析多糖提供补充数据。除此之外，本项目还成功将MALDI TOF MS应用于快速分析不同品牌啤酒中的糖类。本项目建立的方法有助于实现多糖高通量、快速、高效测定，为鉴定食品中碳水化合物的结构开拓一个新的研究方向。