龍陵紫皮石斛多糖的硒化修飾及其抗氧化活性

李曉嬌，閔詩碧，曹凱紅，段紹麗，楊麗華

（保山學院資源環(huán)境學院，云南 保山 678000）

紫皮石斛（Dendrobium devonianum Paxt.）又名齒瓣石斛、紫皮蘭[1]，具有益胃生津、潤肺止咳、滋陰清熱等功效[2]。云南龍陵是紫皮石斛的主要產(chǎn)地[3]，已成功申報注冊了“龍陵紫皮石斛”地理標志、農(nóng)產(chǎn)品地理標志和國家地理標志保護產(chǎn)品[4]。目前，已報道的紫皮石斛化學成分有多糖、生物堿、酚酸類、黃酮類等物質(zhì)[5-6]。其中，石斛多糖在體外抗氧化方面顯示出很大的潛力[7]。硒在治療克山病、大骨節(jié)病，提高視力和防治肝壞死等方面具有特殊功效[8]，自然界中存在無機硒和有機硒兩種形式，無機硒有蓄積性毒副作用和致突變毒性，有機硒則有顯著的生物活性、吸收率高和毒性小，因此有機硒是較理想的補硒劑。其中，硒多糖具有抗氧化、抗腫瘤、降血糖、調(diào)節(jié)免疫力等多種生理活性，易吸收、副作用小，兼有硒和多糖[9-10]的生物活性，具有重要的研究意義。從紫皮石斛中提取多糖并進行硒化修飾，探索其生物活性，有望推動滇西地區(qū)紫皮石斛資源價值的充分開發(fā)。因此，本研究通過微波輔助法提取多糖，以亞硒酸鈉為硒化劑，冰醋酸為催化劑對多糖進行硒化，并采用單因素和正交試驗優(yōu)化硒化工藝，同時比較了紫皮石斛多糖及硒多糖的抗氧化活性，為進一步研究紫皮石斛多糖及硒多糖作為藥物和功能性食品的開發(fā)提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫皮石斛：云南省保山市龍陵縣林源石斛開發(fā)有限公司；硒標準品（GNM-M261141-2013）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心；濃鹽酸：重慶川東化工集團有限公司；濃硝酸：四川西隴科學有限公司；三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽（Tris-HCl）：美國阿拉丁工業(yè)公司；無水乙醇、冰醋酸、硫酸亞鐵、水楊酸：天津市風船化學試劑科技有限公司；亞硒酸鈉：山東西亞化學工業(yè)有限公司；沒食子酸、抗壞血酸、間羥聯(lián)苯、鄰苯三酚、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）：國藥集團化學試劑有限公司。以上所用試劑均為分析純。透析袋（MD44-5M，截留分子量：8 000 Da～14 000 Da）：美國聯(lián)合碳化有限公司。

ICAP7400電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、Nicolet iS5傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared，F(xiàn)TIR）儀：賽默飛世爾科技有限公司；MARS6微波消解儀：美國CEM公司；UV-1800PC型紫外可見分光光度計：上海美譜達儀器有限公司；G80F23CN3L-C2（C6）微波爐：廣東格蘭仕微波生活電器制造有限公司；DZF 602電熱真空干燥箱：上海一恒科學儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 紫皮石斛多糖的提取

紫皮石斛鮮條于真空干燥箱內(nèi)60℃干燥72 h，粉碎過100目篩，稱取5.00 g石斛粉末于500 mL燒杯中，按料液比1∶60（g/mL）加入300 mL純水，置于微波爐內(nèi)間歇加熱2 min（350 W，每次加熱30 s），然后60℃恒溫水浴提取2 h。提取液趁熱離心過濾（3 000 r/min，30 min），用溫水洗滌殘渣2次，取上層清液，于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（60℃）中濃縮至原體積的1/3，冷卻至室溫。再加入5倍體積的無水乙醇沉析，抽濾，濾渣用無水乙醇洗滌3次后60℃真空干燥48 h，得到紫皮石斛多糖提取物，命名為 DDP（Dendrobium devonianum Paxt.polysaccharide）。

1.2.2 紫皮石斛多糖的硒化

準確稱取DDP粉末0.30g于50mL錐形瓶中，加入15mL 純水溶解，按 1∶1.5（g/mL）加入冰乙酸，1∶1.5（g/g）加入亞硒酸鈉，混合均勻后，于60℃水浴中反應24 h。反應結(jié)束后，將反應液裝于透析袋中，純水流動透析8 h，透析至加入抗壞血酸5 min透析液不呈現(xiàn)紅色為止[11]。透析結(jié)束后，加入6倍無水乙醇于2℃下醇析12 h，真空干燥箱60℃干燥24 h，制備得到硒化紫皮石斛多糖[12-13]，命名為 Se-DDP（selenium Dendrobium devonianum Paxt.polysaccharide）。

1.2.3 單因素試驗

按照1.2.2的方法，準確稱取DDP 0.30 g于5只50 mL錐形瓶中，加入15 mL純水溶解。固定DDP∶亞硒酸鈉=1∶1.5（g/g），硒化溫度 60 ℃，反應時間為 24 h，DDP∶冰乙酸=1∶1.5（g/mL），分別考察 DDP∶亞硒酸鈉[1∶0.5、1∶1.0、1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5（g/g）]，反應時間（6、12、24、36、48 h），反應溫度 （40、50、60、70、80、90 ℃），DDP∶冰乙酸[1∶0.5、1∶1.0、1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5、1∶3.0、1∶3.5、1∶4.0（g/mL）]對多糖硒化的影響，每組試驗重復 3次。

1.2.4 正交試驗

以單因素試驗結(jié)果為基礎，進行鐵皮石斛多糖硒化工藝的正交優(yōu)化試驗。以DDP∶亞硒酸鈉（A）、反應溫度（B）、DDP∶冰乙酸（C）進行L9（34）的正交試驗，試驗因素及水平見表1。

表1 正交因素水平Table 1 Level of orthogonal factors

1.2.5 硒含量測定

1.2.5.1 Se-DDP的硝化

準確稱取Se-DDP0.10g于干燥的聚四氟乙烯消解罐中，再加入5.0mL濃硝酸于100℃下預消解60 min。待無煙后取出置于通風櫥內(nèi)準確加入15.00 mL濃鹽酸，按照表2中的條件進行消解，待微波消解儀上的溫度降為80℃以下時，將消解罐取出置于通風櫥內(nèi)，冷卻至室溫后打開，此時溶液澄清，無沉淀，消解完全。將消解液過濾于50 mL容量瓶中，用少量純水洗滌消解罐3次～4次，洗滌液全部轉(zhuǎn)移入容量瓶中，純水定容至刻度線，振蕩搖勻，靜置即為待測樣溶液，以不加樣品的消解液為空白對照。

表2 微波消解程序Table 2 Microwave digestion program

1.2.5.2 電感耦合原子發(fā)射光譜 （inductively coupled plasma atomic emission spectrometer，ICP-AES）法測定條件

參照程慶龍等[14]的方法稍作修改，ICP-AES測定條件：輸出功率為1 150 W，泵速50 r/min，輔助氣流量0.5 L/min，霧化器氣體流量0.5 L/min，樣品沖洗時間20 s，短波范圍 7 s。

1.2.5.3 硒標準曲線的繪制

分別移取 0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 mL 100 μg/mL的硒標準溶液于 100 mL容量瓶中，用0.02%的稀硝酸稀釋至刻度，搖勻。根據(jù)1.2.5.2的測定條件，用ICP-AES儀于196.026 nm下測定光強度。以硒濃度（X）為橫坐標，光強度（Y）為縱坐標繪制標準曲線，方程為 Y=29.353X+0.981 8，r＝0.999 98。

1.2.5.4 樣品硒含量的測定

取1.2.5.1中待測樣溶液，按照1.2.5.3中方法測定光強度，依據(jù)硒標準曲線計算待測樣溶液硒濃度。按式（1）計算樣品硒含量。

式中：C為Se-DDP待測樣溶液的硒濃度，μg/mL；V為Se-DDP待測樣溶液體積，mL；m為Se-DDP的質(zhì)量，g。

1.2.6 抗氧化活性測定

1.2.6.1 Se-DDP對DPPH自由基的清除能力測定

DPPH自由基是一種較穩(wěn)定的以氮為中心的有機自由基，在517 nm處有最大吸收，且醇溶液呈紫色，當有抗氧化劑存在時，其與抗氧化劑進行反應導致顏色變淺，吸光度降低。并且吸光度的變化程度與清除DPPH自由基的程度呈定量關系，因此，可反映出樣品的抗氧化活性[15]。

分別取 2 mL 濃度為 0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/mL Se-DDP樣品溶液（純水配制）于5支比色管中，分別加入2 mL 0.1 mmol/L DPPH溶液（95%乙醇配制），振蕩搖勻后，避光反應30 min，在517 nm波長下測其吸光度，并以純水進行調(diào)零，每個濃度平行3次。并以相同濃度的抗壞血酸溶液和DDP溶液作對照。按式（2）計算DPPH自由基清除率。

式中：A空白為2 mL純水+2 mL DPPH溶液的吸光度；A樣品為 2 mL Se-DDP（或 VC、DDP）+2 mL DPPH 溶液的吸光度；A對照為 2 mL Se-DDP（或 VC、DDP）+2 mL 95%乙醇溶液的吸光度。

1.2.6.2 Se-DDP對OH自由基的清除能力測定

根據(jù)文獻[16-17]方法，分別取2mL濃度為0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/mL Se-DDP樣品溶液（純水配制）于5支比色管中，然后先加入2 mL 6 mmol/L的FeSO4溶液，再加入6mmol/LH2O2溶液2mL，混勻后靜置10min，然后加入2 mL新配制的6 mmol/L水楊酸乙醇溶液，在37℃下反應30 min后于510 nm波長處測其吸光度（純水進行調(diào)零）。以抗壞血酸和DDP作為陽性對照組，平行3次，按照式（3）計算對OH自由基的清除率。

式中：A空白為2.0 mL純水代替樣品溶液的吸光度；A樣品為樣品組、陽性對照組的吸光度；A對照為2.0mL95%乙醇溶液代替6 mmoL/L水楊酸乙醇溶液的吸光度。

1.2.6.3 Se-DDP對O2-自由基的清除能力測定

采用鄰苯三酚法[18-19]測定Se-DDP對超氧陰離子自由基的清除能力。分別取2 mL濃度為0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/mL Se-DDP樣品溶液（純水配制）于5支比色管中，加入 4.2 mL Tris-HCl溶液（50 mmol/L，pH8.2），于30℃下預熱20 min后，加入3 mL 7 mmol/L鄰苯三酚溶液，反應5 min后迅速加入1 mL 10 mol/L的HCl溶液終止反應。以純水進行儀器調(diào)零，反應液于320 nm處測吸光度?？箟难岷虳DP作為陽性對照組，平行3次，按照式（4）計算清除率。

式中：A空白為2.0 mL純水代替樣品溶液的吸光度；A樣品為樣品組、陽性對照組的吸光度；A對照為2 mL純水代替鄰苯三酚的吸光度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SSPS22.0對單因素水平進行多重比較、正交試驗設計和正交結(jié)果方差分析；采用Origin 2019進行繪圖；試驗均重復3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 Se-DDP的紅外光譜分析

DDP和Se-DDP的FTIR圖譜見圖1。

圖1 DDP和Se-DDP的FTIR圖譜Fig.1 FTIR spectrogram of DDP and Se-DDP

由圖1可知，硒化前后，DDP和Se-DDP的FTIR圖譜有所變化，但變化不大，表明鐵皮石斛多糖在硒化前后結(jié)構(gòu)上沒有較大的改變。其中Se-DDP的FTIR圖譜中，3367.59cm-1為—OH的伸縮振動峰，2925.97cm-1～2 875.34 cm-1為糖類 CH3、CH2、CH 等 C—H 的伸縮振動峰，1 726.46 cm-1和1 646.91 cm-1為C=O的伸縮振動峰，1 371.14 cm-1和1 249.16 cm-1為C—H的變角振動峰，1 024.98 cm-1處是糖殘基 C—O—C、C—O—H和O—Se—O鍵的伸縮振動峰[20]，在941.09cm-1和867.33cm-1為吡喃葡萄糖的特征吸收峰[16]，在1 054.87、808.03、768.01 cm-1處，Se-DDP 比 DDP 多出的峰為亞硒酸酯的特征吸收峰，因此可判斷：DDP分子上發(fā)生了硒化反應，且硒以亞硒酸酯的形式存在[21]。

2.2 單因素試驗結(jié)果

2.2.1 亞硒酸鈉用量對硒含量的影響

在反應溫度60℃、反應時間24 h、DDP∶冰乙酸為1∶1.5（g/mL）的條件下，不同亞硒酸鈉用量對紫皮石斛多糖硒化修飾的影響如圖2所示。

圖2 亞硒酸鈉用量對硒含量的影響Fig.2 Effect of sodium selenite on selenium content

由圖2可知，當 DDP∶亞硒酸鈉在 1∶0.5（g/g）～1∶1.5（g/g）時，隨著亞硒酸鈉用量的增加，Se-DDP 的硒含量也隨之增加；但當 DDP∶亞硒酸鈉在 1∶1.5（g/g）～1∶2.5（g/g）時，Se-DDP 的硒含量則隨著亞硒酸鈉用量的增加呈下降趨勢。這說明硒多糖在1∶1.5（g/g）時，可能硒與多糖的鍵合已達到飽和，再增加亞硒酸鈉的用量可能導致其平衡被破壞，從而導致硒含量下降。因此，DDP∶亞硒酸鈉在 1∶1.5（g/g）為宜。

2.2.2 反應時間對硒含量的影響

不同反應時間對紫皮石斛多糖的硒化影響如圖3所示。

圖3 反應時間對硒含量的影響Fig.3 Effect of time on selenium content

由圖3可知，在反應溫度為60℃，DDP∶亞硒酸鈉為1∶1.5（g/g），DDP∶冰乙酸為 1.5∶1（g/mL）時，Se-DDP 的硒含量隨反應時間的增加而增加。在開始的6 h～12 h時，硒含量增加不明顯（P＞0.05），可能是反應時間太短導致反應不完全；反應時間從12 h～48 h，隨著反應時間的延長，硒含量增加較快；當反應時間大于48 h時，硒含量基本達到飽和（5.18 mg/g），繼續(xù)延長反應時間，硒含量無顯著增加（P＞0.05），這與高玉杰等[8]的研究結(jié)果相似。本研究以硒化反應時間為48 h進行正交試驗。

2.2.3 反應溫度對硒含量的影響

反應溫度對Se-DDP硒化修飾的影響如圖4所示。

圖4 反應溫度對硒含量的影響Fig.4 Effect of temperature on selenium content

由圖4可知，隨著反應溫度的升高，Se-DDP的硒含量先增加后減小，反應溫度為70℃～80℃時，硒含量增加不顯著，基本達到飽和；當反應溫度大于80℃，硒含量開始降低。這可能是由于紫皮石斛多糖在高溫的酸性條件下發(fā)生了降解，影響硒化反應的進行[13]。因此，硒化反應溫度在70℃～80℃為宜。

2.2.4 冰乙酸用量對硒含量的影響

冰乙酸的用量對Se-DDP硒化修飾的影響如圖5所示。

圖5 冰乙酸用量對硒含量的影響Fig.5 Effect of iced acetic acid dosage on selenium content

由圖5可知，當 DDP∶冰乙酸在 1∶0.5（g/mL）～1∶3.5（g/mL）時，隨著冰乙酸用量的增加，Se-DDP 的硒含量不斷增加，DDP∶冰乙酸為 1∶3.5（g/mL）時，硒含量達到最大值，為7.57 mg/g。但當繼續(xù)增加冰乙酸用量時，Se-DDP的硒含量開始下降，這是因為反應體系的酸度過高，DDP會被降解，不利于硒化反應的進行，而冰乙酸用量過小又起不到最佳的催化作用，因此DDP∶冰乙酸在 1∶3.5（g/mL）為宜。

2.3 正交試驗結(jié)果

正交試驗結(jié)果及方差分析如表3、表4所示。

表3 正交試驗結(jié)果Table 3 Results of orthogonal test

表4 方差分析結(jié)果Table 4 Results of variance analysis

由表3中k值可知，DDP的最佳硒化工藝條件為A3B3C3，即 DDP∶亞硒酸鈉為 1∶2.0（g/g），反應溫度為90 ℃，DDP∶冰乙酸為 1∶4.0（g/mL），反應時間為 48 h。在該條件下進行5次重復試驗，得Se-DDP的硒含量的平均值為12.37 mg/g。由表中R值可知，對Se-DDP硒含量的影響大小順序為B＞C＞A，與表4中的方差分析結(jié)果一致。

2.4 Se-DDP的抗氧化活性

2.4.1 DDP、VC、Se-DDP對DPPH自由基的清除能力

DDP、VC、Se-DDP對DPPH自由基的清除能力見圖6。

圖6 DDP、VC、Se-DDP對DPPH自由基的清除能力Fig.6 Scavenging ability of DDP，VCand Se-DDP to DPPH·

由圖6可見，DDP、VC、Se-DDP對DPPH自由基的清除率與樣品的濃度呈正相關。當DDP和Se-DDP濃度小于4 mg/mL時，DDP對DPPH自由基的清除效果比Se-DDP的好，而當濃度大于4 mg/mL時，Se-DDP對DPPH自由基的清除率高于DDP低于VC；當濃度為8 mg/mL時，Se-DDP對DPPH自由基的清除率為91.13%，與 VC無顯著差異（P＞0.05）。程爽等[20]發(fā)現(xiàn)，冬凌草多糖和冬凌草硒多糖對DPPH自由基的清除能力隨濃度的不斷增加而逐漸增加，且硒多糖明顯高于多糖的DPPH自由基清除能力，與本試驗結(jié)果較為一致。

2.4.2 DDP、VC、Se-DDP對OH自由基的清除能力

DDP、VC、Se-DDP對OH自由基的清除能力見圖7。

圖7 DDP、VC、Se-DDP對OH自由基的清除能力Fig.7 Scavenging ability of DDP，VCand Se-DDP to·OH

從圖7可知，當濃度小于1 mg/mL時，DDP和Se-DDP對OH自由基的清除能力差異不顯著（P＞0.05），且小于VC；當濃度大于1 mg/mL時，Se-DDP清除OH自由基的能力顯著高于 DDP（P＜0.05），表明SeO32-的引入對OH自由基有更顯著的清除作用；當濃度為4 mg/mL～8 mg/mL時，Se-DDP清除OH自由基的能力與VC無顯著差異（P＞0.05），均高于92%，并與硒化牡丹籽粕多糖對OH自由基的清除能力接近[17]。

2.4.3 DDP、VC、Se-DDP 對 O2-自由基的清除能力

DDP、VC、Se-DDP 對 O2-自由基的清除能力見圖8。

圖8 DDP、VC、Se-DDP對O2-自由基的清除能力Fig.8 Scavenging ability of DDP，VCand Se-DDP to O2-·

由圖8可知，隨著濃度的增加，DDP和Se-DDP對O2-自由基清除率也隨之增加。當濃度小于4 mg/mL時，DDP對 O2-自由基清除率顯著（P＜0.05）高于 Se-DDP，但低于VC；當濃度大于4 mg/mL時，Se-DDP對O2-自由基清除率高于DDP；當濃度為8 mg/mL時，Se-DDP對O2-自由基清除率達到93.97%，略高于VC（92.07%）。由此可見，在一定濃度下，硒化修飾后的Se-DDP具有更好的抗氧化活性。

3 結(jié)論

本研究以龍陵紫皮石斛鮮條為原料提取DDP，以亞硒酸鈉為硒化劑、冰醋酸為催化劑，通過單因素和正交試驗優(yōu)化得到Se-DDP的最佳硒化工藝：DDP∶亞硒酸鈉1∶2.0（g/g），反應溫度 90 ℃，DDP∶冰乙酸 1∶4.0（g/mL），反應時間48 h，得Se-DDP的硒含量為12.37 mg/g。由紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)Se-DDP在1 054.87、808.03 cm-1和768.01 cm-1處有新的吸收峰，證明硒化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中含有O—Se—O、SeO鍵。Se-DDP的抗氧化試驗結(jié)果表明，Se-DDP的抗氧化能力與濃度呈正相關，當濃度高于4 mg/mL時，Se-DDP對DPPH自由基、OH自由基和O2-自由基的清除能力均強于DDP。當濃度為8 mg/mL時，Se-DDP清除DPPH自由基、OH自由基和O2-自由基的能力與VC相當，高于90%。本研究為紫皮石斛多糖的研究提供了一定的試驗依據(jù)和技術參考。