平贝母多糖铁配合物的合成、结构特征及抗氧化活性

　　平贝母（Fritillaria ussuriensis Maxim.）又名坪贝、北贝、东北贝母、灯笼花，为百合科平贝母的干燥鳞茎。研究表明，平贝母中含有多糖类、生物碱类、核苷类、皂苷类等多种有效成分。多糖是药用植物最重要的活性成分之一，具有抗氧化、抗衰老、降血糖等生物活性。

　　近年来国内外学者研究发现，多糖作为安全性高、无毒副作用新型的天然抗氧化剂的同时，亦可作为重要的大分子载体，与Fe 3+ 络合后形成稳定的铁配合物，这类配合物具有显著增强的抗氧化活性。迄今为止，对平贝母多糖（FUP）的研究主要集中于提取分离等方面，关于其多糖铁配合物的研究鲜见报道。

　　因此，黑龙江省新药创制与药效毒理评价重点实验室、佳木斯大学药学院的张曼、张宇*和黑龙江省第二医院的徐少博等人以FUP为原料，与三氯化铁络合形成FUP铁配合物（FUP-Fe），采用紫外-可见光谱、红外光谱、X-射线粉末衍射、扫描电镜、热重-差热分析等对FUP及FUP-Fe的结构进行表征和分析，并对FUP及其铁配合物清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基、超氧阴离子自由基、羟自由基的能力进行研究，为FUP抗氧化剂开发利用提供参考。

　　1 FUP提取结果

　　平贝母经水提醇沉后得到FUP，提取率为4.66%。

　　2 定性鉴别结果

　　FUP在碱性条件下与Fe 3+ 络合形成FUP-Fe，在此条件下可能生成Fe(OH) 3 ，需要将Fe(OH) 3 与FUP-Fe溶液进行定性鉴别比较。结果显示，FUP-Fe溶液中并未检测到游离的Fe 3+ ，表明FUP与Fe 3+ 成功络合。

　　3 紫外-可见光谱分析结果

　　结果显示，通过紫外分光光度计200～800 nm进行全谱扫描，在波长260 nm和280 nm处未观察到任何吸收峰，说明FUP和FUP-Fe不含有核酸、蛋白质等物质，Sevag法将此类物质基本除净。FUP-Fe吸收峰明显高于FUP，推测多糖结构中的羟基参与了络合反应。

　　4 红外光谱分析结果

　　由图2可知，FUP中在3 414 cm-1处出现的宽峰是—OH伸缩振动的特征吸收峰。由于多糖分子具有许多羟基，分子内和分子间氢键的形成使其峰值特别宽。在FUP-Fe中此峰向高波数移至3 511 cm-1。FUP中2 929 cm-1为C—H伸缩振动吸收峰，在FUP-Fe中此峰移至2 932 cm-1；FUP中1 636、1 424 cm-1分别为C=O伸缩振动吸收峰和—OH弯曲振动吸收峰；而多糖结构修饰后吸收峰分别向低波数移至1 601、1 397 cm -1 ，FUP-Fe发生了明显的红移，说明多糖结构中—OH和C=O参与络合反应。

　　FUP结构修饰前后，红外图谱中特殊吸收峰未发生明显变化，说明形成配合物后，多糖基本骨架结构未被破坏。吡喃环结构的C—O吸收峰为1 015 cm-1；α-吡喃环中C—H的变角振动吸收峰为851 cm-1；761 cm-1为D-葡萄糖环的C—O—C振动引起的吸收峰。因此，说明FUP糖链由吡喃糖组成。

　　5 X-射线粉末衍射分析结果

　　由图3可知，多糖结构修饰前后图谱基本一致，只是峰的强度略有差别，说明形成配合物后，未破坏多糖结构的基本骨架，X-射线粉末衍射分析结果与红外图谱分析结果基本一致。此外，FUP和FUP-Fe没有呈晶体的趋势，属于无定型结构。

　　6 扫描电镜和能谱分析结果

　　图4 显示，从表面形貌看，FUP表面粗糙，裂纹明显，颗粒排列松散，有很多细小空隙，与铁离子配位后，FUP-Fe呈片状，表面光滑，颗粒排列紧密，空隙较少，说明FUP与Fe 3+ 形成了配合物。从均匀程度看，FUP结构修饰前，多糖颗粒大小不均，与Fe 3+ 络合后，配合物多糖颗粒大小比较均一。

　　a1. FUP能谱;a2. FUP衍射图谱;a3. C元素衍射图谱; a4. O元素衍射图谱;b1. FUP-Fe能谱;b2. FUP-Fe衍射图谱; b3. C元素衍射图谱;b4. O元素衍射图谱;b5. Fe元素衍射图谱。

　　图 5 FUP（a）和FUP-Fe（b）能谱及元素衍射图谱

　　由图5可知，多糖经修饰后，C、O含量均有降低，Fe相对原子含量约为6.45%。且各元素分布均一，进一步证实了多糖铁配合物的成功制备，形成稳定的FUP-Fe。

　　7 热重-差热分析结果

　　从图6 A可以看出，FUP热分解的第1 阶段为30～170 ℃（质量损失率3.339%），此阶段损失的主要是水，热分解的第2阶段为170～700 ℃（质量损失率48.15%），在170～500 ℃质量损失速度增快，说明此时多糖的化学键被破坏，多糖已被分解。从图6B可以看出，FUP-Fe热分解的第1阶段为30～160 ℃（质量损失率1.192%），此阶段损失的主要是水，热分解的第2阶段为160～700 ℃（质量损失率61.81%），在160～570 ℃质量损失速度增快，说明此时多糖配合物的化学键被破坏，多糖配合物已被分解。

　　比较可知，温度分别为500、570 ℃，质量损失速度减慢，说明FUP-Fe比FUP结构更稳定。从图6可知，在200～600 ℃之间，属于2 种多糖分子结构中的分解反应，消除多糖中的羟基分子降解。FUP经393.6 ℃和441.8 ℃ 2 个吸热反应，683.0 ℃一个放热反应而分解；FUP-Fe经345.7 ℃和552.9 ℃ 2 个吸热反应，583.1 ℃一个放热反应分解。这说明二者多糖结构存在差异，根据吸热分解温度看，多糖稳定性顺序为 FUP-Fe大于FUP。

　　8 体外抗氧化分析结果

　　由图7A可知，FUP的DPPH自由基清除活性明显低于FUP-Fe的清除活性。随着多糖质量浓度的增加，FUP-Fe对DPPH自由基清除率逐渐增强，当质量浓度为8 mg/mL时，清除率高达68.96%。质量浓度范围在0～4 mg/mL时，随着FUP质量浓度的增加，清除率也随之增强，在4～8 mg/mL范围内，清除率基本维持在48.46%。这表明FUP-Fe能显著提高对DPPH自由基的清除能力。

　　由图7B可知，质量浓度在1～8 mg/mL范围内，VC对超氧阴离子自由基的清除效果仍然是最佳，FUP的清除效果最差。在0.5～8 mg/mL范围FUP和FUP-Fe 的清除率随着质量浓度的增加而增强，质量浓度为 8 mg/mL时，达到最大清除率分别为30.58%和57.28%。这表明， Fe 3+ 的引入对超氧阴离子自由基有显著的清除作用。

　　由图7C可知，不同质量浓度的FUP和FUP-Fe对羟自由基具有的清除作用。总的来说，随着多糖质量浓度的增加，羟自由基的清除率随之增加，有明显的上升趋势。此外，FUP-Fe清除羟自由基的能力远强于FUP，FUP-Fe对羟自由基清除率可高达46.88%。

　　实验表明，在体外中许多多糖自身具有一定的抗氧化活性，经与 Fe 3+ 络合后的多糖，抗氧化能力显著增加，但均低于阳性对照VC对DPPH自由基、超氧阴离子自由基、羟自由基的清除率。

　　结 论

　　因此，本研究以FUP为原料，与三氯化铁络合形成FUP-Fe，对FUP结构进行修饰。通过定性实验、紫外-可见光谱、红外光谱、X-射线粉末衍射、扫描电镜、能谱和热重-差热分析等表征手段对FUP及FUP-Fe的理化性质和结构特征进行研究。结果显示，FUP与Fe3+成功络合，形成了稳定的配合物，且其稳定性显著高于FUP的稳定性。进一步对FUP及FUP-Fe的抗氧化能力测定，结果表明，FUP-Fe对DPPH自由基、超氧阴离子自由基和羟自由基有清除作用且均强于FUP。综上所述，FUP经结构修饰后，由于铁离子的引入，可显著提高结构稳定性和抗氧化能力。为FUP-Fe的进一步研究提供了有效的基础，为体内抗氧化活性提供了有效的理论依据。此外，有望开发FUP-Fe为新型保健功能的补铁剂。

　　本文《平贝母多糖铁配合物的合成、结构特征及抗氧化活性》来源于《食品科学》2020年41卷6期36-42页，作者：张曼，张宇，徐少博，赵宏，王宇亮，赵芷萌，孟繁玲。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190410-123。

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