黃原膠降解及其抗氧化性能研究

孫 濤，熊小英，魏穎雋，謝 晶，薛 斌

上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海201306

黃原膠降解及其抗氧化性能研究

孫 濤*，熊小英，魏穎雋，謝 晶，薛 斌

上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海201306

酸性條件下對(duì)黃原膠進(jìn)行氧化降解，透析得到兩種黃原膠寡糖，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行FT-IR表征，GPC法測(cè)定兩種寡糖的分子量分別為7500、10100。考察兩種產(chǎn)物對(duì)超氧陰離子自由基O-·2和過氧化氫的清除活性以及還原能力，結(jié)果表明10100-XG較7500-XG具有更強(qiáng)的抗氧化性能。這可能與黃原膠寡糖活性羥基數(shù)目有關(guān)。

黃原膠;氧化降解;抗氧化性能

生物體內(nèi)自由基處于不斷產(chǎn)生與清除的動(dòng)態(tài)平衡中。一旦自由基產(chǎn)生過量或者機(jī)體清除自由基的能力減弱，就會(huì)造成自由基的代謝失衡。許多疾病與自由基的代謝失衡導(dǎo)致的生物大分子損傷有關(guān)，其中活性氧如超氧陰離子自由基與癌癥、糖尿病、心腦血管疾病等密切相關(guān)［1］。因此研究和尋找外源性自由基清除劑保持機(jī)體自由基代謝平衡具有重要意義。目前，已發(fā)現(xiàn)多種微生物多糖具有抗氧化活性。黃原膠在1952年首先由美國農(nóng)業(yè)部從野油菜假單胞分離得到，因其優(yōu)良的理化性能而被廣泛關(guān)注［2］。目前國內(nèi)外對(duì)于黃原膠的研究主要集中在發(fā)酵提取及理化性能方面，對(duì)其生物活性的研究較少。

黃原膠分子量大，溶解性能差，剛性雙螺旋結(jié)構(gòu)將活性基團(tuán)包圍在內(nèi)部［3］，限制了其生物活性，故需對(duì)其進(jìn)行改性，其中降解是改性的重要手段之一［4］，降解后的黃原膠具有一定生物活性［5］。本文采用氧化手段對(duì)黃原膠進(jìn)行降解，考察兩種不同分子量黃原膠寡糖的抗氧化活性，以期為黃原膠進(jìn)一步開發(fā)研究提供思路。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料

黃原膠(食品級(jí)，上海聯(lián)合食品添加劑有限公司);魯米諾、DPPH(Sigma公司);其余試劑(均為分析純，上?；瘜W(xué)試劑公司);抗氧化測(cè)試所需溶液，由二次蒸餾水配制。

WFZ UV2000型紫外分光光度計(jì)(上海合利儀器有限公司);Delta 320型pH計(jì)(梅特勒—托利多儀分析儀器上海有限公司);IFFM-D型流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光分析儀(西安瑞邁科技有限公司);JB90-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)，METTLER AE200型電子分析天平，JI80-2B型臺(tái)式離心機(jī)。

1.2 黃原膠降解產(chǎn)物制備

將36 g黃原膠(XG)溶于2000 mL濃度為0.4 mol/L的 HCl溶液中，向其中加入 50 mL 30% H2O2，于80℃下降解5d，冷卻，用0.2 mol/L NaOH調(diào)節(jié)溶液pH至7，先通過微孔過濾器過濾(0.45 μm)，然后在蒸餾水中透析(7000，14000)6 d，冷凍干燥后分別得到兩種黃原膠寡糖(A，B)各約1.0 g。

1.3 測(cè)試表征

紅外光譜在EQUNOX55傅立葉紅外-拉曼光譜儀上進(jìn)行，采用KBr壓片法制樣，測(cè)定波數(shù)范圍為400～4000 cm-1，分辨率為0.8 cm-1。

采用GPC法測(cè)定黃原膠降解產(chǎn)物的相對(duì)平均分子質(zhì)量及其分布。GPC測(cè)試條件如下:柱子: TOSOH BIOSEP G4000SWXL;流動(dòng)相:0.2 M醋酸鈉溶液;色譜儀:Waters 515型凝膠色譜儀;檢測(cè)器: Waters 2410示差折光檢測(cè)器;進(jìn)樣量:50 μL;柱溫: 40℃。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為:葡聚糖，分子量分別為473000、188000、76900、43200、10500。

1.4 抗氧化性能測(cè)定

1.4.2 對(duì)過氧化氫的清除

配制pH=7.20的0.2 mol/L Na2HPO4-NaH2PO緩沖溶液。取7支比色管，分別加入濃度為0.1 mol/L的H2O2溶液(磷酸鹽緩沖液配)、不同濃度樣品溶液各2.0 mL。充分搖勻后于33℃避光靜置半小時(shí)，在230 nm處測(cè)量吸光度Ai?？瞻捉M以去離子水代替樣品溶液測(cè)定A0，對(duì)照組以磷酸鹽緩沖溶液代替H2O2溶液測(cè)定Aj。試驗(yàn)重復(fù)三次，并按下式計(jì)算樣品溶液對(duì)過氧化氫的清除率:清除率=［1－(Ai－Aj)/A0］×100%

式中:A0—空白組吸光度Ai—不同濃度樣品溶液吸光度Aj—對(duì)照組吸光度

1.4.3 還原能力的測(cè)定

還原能力測(cè)定根據(jù)文獻(xiàn)［7］進(jìn)行并稍做改動(dòng)，具體操作為取8支比色管，分別加入pH=6.60的0.2 mol/L磷酸緩沖液、1%鐵氰化鉀溶液各2.5 mL，然后向每根管其中加入不同濃度樣品溶液2.0 mL。充分混勻后于50℃水浴20 min，取出后立即置于冰水中冷卻，然后加入2.5 mL 10%三氯乙酸溶液，混勻后2000 r/min下離心10 min，另取8支比色管，取離心后上層清液2.0 mL并加入去離子水2.5 mL和重新配制的0.1%的三氯化鐵溶液0.5 mL，靜置十分鐘，以去離子水為空白對(duì)照，于700 nm處測(cè)定吸光度。吸光度的增強(qiáng)表明還原能力的增強(qiáng)。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料黃原膠及其寡糖的結(jié)構(gòu)表征

圖1是原料黃原膠(XG)以及黃原膠寡糖(A、B)的紅外光譜圖。由圖可知，酸性條件下氧化降解得到的兩種分子量寡糖均保留了黃原膠的特征吸收峰［8］，即2920 cm-1處-CH2伸縮振動(dòng)吸收峰;1623 cm-1處丙酮酸酯中-C=O伸縮振動(dòng)吸收峰;1418 cm-1處羧酸鹽中-C-O伸縮振動(dòng)吸收峰及894 cm-1處β-吡喃糖環(huán)中C1-H彎曲振動(dòng)吸收峰，這表明降解后的黃原膠基本結(jié)構(gòu)單元未被破壞。XG的-OH伸縮振動(dòng)吸收峰出現(xiàn)在3436cm-1處，而A和B的伸縮振動(dòng)吸收峰分別出現(xiàn)在3408 cm-1和3417 cm-1處，表明降解后的黃原膠寡糖形成了更多的分子內(nèi)或分子間氫鍵，這可能是由于降解使得更多羥基暴露出來［9］。

GPC測(cè)試結(jié)果表明:兩種黃原膠寡糖A、B相對(duì)分子質(zhì)量分別為7500和10100。

2.2 抗氧化性能測(cè)定

超氧陰離子自由基是所有活性氧自由基中的第一個(gè)自由基，它具有重要的生物功能和與多種疾病有密切關(guān)系。圖2描述了不同分子量的黃原膠寡糖(7500-XG和10100-XG)對(duì)超氧陰離子O清除效果。它們對(duì)超氧陰離子O的清除活性隨著濃度的升高而逐漸增強(qiáng)，其半抑制濃度IC50(對(duì)自由基清除率為50%時(shí)所需要的自由基清除劑濃度)分別為0.82和0.36 mmol/L。即對(duì)超氧陰離子清除能力為:10100-XG＞7500-XG。在該體系中，抗壞血酸對(duì)超氧陰離子自由基O的半抑制濃度IC50為0.191 mmol/L。

2.2.2 對(duì)過氧化氫的清除

圖3 黃原膠寡糖對(duì)過氧化氫的清除Fig.3 H2O2scavenging abilities of xanthan oligosaccharides

過氧化氫按結(jié)構(gòu)劃分不屬于自由基范疇，但其在人體內(nèi)的損傷作用和自由基類似，并能夠形成毒性最大的羥基自由基，引發(fā)細(xì)胞膜中的不飽和脂肪酸發(fā)生過氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生危害，因此在自由基損傷研究中過氧化氫也被算作一種自由基［10］。圖3描述了兩種不同相對(duì)分子質(zhì)量的黃原膠(7500-XG和10100-XG)對(duì)過氧化氫的清除效果。它們對(duì)過氧化氫的清除活性隨著濃度的升高而逐漸增強(qiáng)，其對(duì)于過氧化氫的半抑制濃度IC50分別為0.19和0.09 mmol/L。即對(duì)過氧化氫的清除能力為:10100-XG＞7500-XG。在該體系中，抗壞血酸對(duì)過氧化氫半抑制濃度IC50為0.0030 mmol/L。

圖4 黃原膠寡糖的還原能力Fig.4 Reducing power of xanthan oligosaccharides

2.2.3 還原能力的測(cè)定

還原能力是表示抗氧化物質(zhì)提供電子能力的重要指標(biāo)。研究表明抗氧化活性和還原能力之間存在著密切的關(guān)系［11］。圖4描述了不同分子量黃原膠寡糖(7500-XG和10100-XG)的還原能力。由圖可知，隨著濃度的增加，樣品的吸光值也隨之增加，還原能力逐漸增強(qiáng)。在0.4 mmol/L時(shí)，其吸光度分別為0.06和0.27，即還原能力為:10100-XG＞7500-XG。在相同體系下，抗壞血酸濃度為0.4 mmol/L時(shí)，吸光度為1.06。

3 結(jié)論

在酸性條件下氧化降解黃原膠，經(jīng)過透析，篩選出兩種不同分子量的寡糖，抗氧化性能測(cè)試表明，10100-XG＞7500-XG，這可能與黃原膠寡糖分子羥基含量有關(guān)。本研究為黃原膠寡糖進(jìn)一步的改性接枝提供依據(jù)，為黃原膠的功能化應(yīng)用研究提供有益的參考。

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Degradation and Antioxidant Activity of Xanthan Gum

SUN Tao*，XIONG Xiao-ying，WEI Ying-juan，XIE Jing，XUE Bin
College of Food Science and Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306

Two xanthan oligosaccharides were prepared by oxidative degradation in acidic condition.The products were characterized by FT-IR，and the molecular weight of the products determined by GPC method was 7500 and 10100，respectively.The antioxidant activities of the xanthan oligosaccharides were investigated by the scavening of superoxide anion，hydrogen peroxide and reducing power.The result indicated that 10100-XG exhibited higher antioxidant activity than 7500-XG.It may be related to the the content of hydroxyl groups.

xanthan;oxidative degradation;antioxidant activity

1001-6880(2012)01-0102-04

2010-10-21 接受日期:2011-03-03

上海市生物醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域重點(diǎn)科技項(xiàng)目(08391911500);2009年上海市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人計(jì)劃(09XD1402000);上海市教委重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(J50704)

*通訊作者 Tel:86-21-61900363;E-mail:taosun@shou.edu.cn

R285;Q539;TS202.3

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