《食品科学》：江汉大学王红波副教授等：大豆多糖与纳豆多糖结构特征和主要生物活性比较

大豆是一种优质的食品原料，含有多糖、异黄酮、多肽、磷脂和皂苷等生物活性成分。纳豆是由大豆经浸泡、蒸煮和接种纳豆芽孢杆菌发酵等工序制备的发酵食品。大豆和纳豆的主要营养成分和生物活性物质差异显著。豆类多糖是从豆类中提取的一类由10 个及以上单糖或单糖衍生物通过糖苷键缩合形成的天然高分子化合物，具有抗氧化、降血糖、降血脂、免疫调节和保护肠胃等生物活性。

江汉大学生命科学学院的许梦粤、丁泽宇、王红波*等采用水提醇沉法分别从大豆和纳豆中提取制备粗多糖，比较分析2 种粗多糖的结构特征、溶解性质以及体外抗氧化、降血糖和降血脂生物活性差异，初步阐明纳豆芽孢杆菌发酵对大豆多糖的影响规律。本研究旨在为纳豆多糖的结构分析和生物活性研究提供理论依据。

1 粗多糖得率与化学组分分析

由表1可知，大豆多糖和纳豆多糖的得率分别为（1.83±0.57）%、（2.49±0.54）%。发酵过程中纳豆芽孢杆菌产生的系列酶分解植物细胞壁，加速多糖释放，纳豆多糖的得率高于大豆多糖，更有利于功能多糖的人体吸收。纳豆多糖的总糖含量是大豆多糖的1.42 倍，二者之间差异显著（

P

＜0.05）。纳豆多糖中糖醛酸含量显著高于大豆多糖（

P

＜0.05）。Zhang Lili等 研究发现，纳豆芽孢杆菌能分泌蛋白酶水解蛋白质，使蛋白质含量降低。因此，纳豆多糖中蛋白质含量显著降低（

P

＜0.05），多糖纯度提高。胡彦波等 研究发现，含少量蛋白质的粗多糖样品对后续抗氧化活性的研究无明显影响。因此，大豆和纳豆的粗多糖样品无需进行后续脱蛋白处理。

2 大豆多糖和纳豆多糖的结构表征

2.1 FTIR光谱结果

由图1可知，大豆多糖和纳豆多糖具有相似的多糖特征吸收峰，但吸收带强度不同，表明纳豆芽孢杆菌发酵过程中未破坏大豆多糖结构。但发酵过程涉及酯化、水解、氧化和还原等多种反应，均可能影响大豆多糖的结构，从而导致大豆多糖和纳豆多糖的结构特征存在差异。其中，3 500～3 200 cm -1 附近的吸收峰为—OH的伸缩振动，3 000～2 800 cm -1 附近的吸收峰为C—H基团的不对称伸缩振动。1 160～1 000 cm -1 的吸收峰对应C—O—C和C—O—H键的拉伸振动，表明多糖中存在吡喃糖环。830 cm -1 附近出现吸收峰，表明大豆多糖和纳豆多糖的内部结构中均存在

-型糖苷键。1 665、1 450 cm -1 附近的吸收峰分别对应对称和非对称C＝O拉伸振动，表明多糖中可能含有较多糖醛酸。1 740 cm -1 附近的吸收峰是糖醛酸的特征吸收，用于表征多糖的酯化程度。大豆多糖在1 740 cm -1 附近无吸收峰，而纳豆多糖在1 746 cm -1 处有特征峰，说明纳豆多糖的糖醛酸可能部分被酯化修饰。Li Xiaoli等研究发现，经硫酸酯化后的牡丹种子多糖的糖醛酸含量为（25.62±0.64）%，是牡丹种子多糖的5.04 倍，硫酸酯化后多糖的水溶性和生物活性等均显著增强。采用浓硫酸法和氯磺酸-吡啶法修饰的天然多糖易降解，且氯磺酸等试剂有剧毒，可能产生毒副作用。微生物发酵酯化修饰的多糖食品安全性较高。

2.2 单糖组成

由图2和表2可知，大豆多糖和纳豆多糖的单糖组成相似，且均为酸性杂多糖。大豆多糖主要单糖组成为甘露糖（Man）（22.72%）、葡萄糖（Glc）（17.26%）、半乳糖（Gal）（22.68%），纳豆多糖主要单糖组成为Glc（35.52%）和Gal（27.49%）。纳豆多糖中Man、半乳糖醛酸（GalA）、岩藻糖（Fuc）物质的量分数下降，而盐酸氨基葡萄糖（GlcN）、Glc、Gal、木糖（Xyl）物质的量分数增加。纳豆芽孢杆菌的生物合成代谢会改变多糖中单糖的浓度和比例。杨文丽等研究发现，纳豆多糖的单糖组成及物质的量比为Fuc∶木糖醇∶Man∶Glc∶GalA＝1.04∶1.53∶1.57∶1.19∶4.68。单糖组成可以反映活性多糖部分结构信息。大豆多糖和纳豆多糖的

R

1 值较小，表明其线性区域含量较低，即侧链的分支程度较高。大豆多糖和纳豆多糖的

R

2 值较高，表明RG-I含量较高。纳豆多糖的

R

3 值（4.36）高于大豆多糖（2.65），表明纳豆多糖的RG-I中侧链占比高于大豆多糖。Mao Guizhu等研究发现，高RG-I含量和小分子质量的柑橘多糖更有利于肠道微生物生态平衡。Zhang Shikai等研究发现，富含RG-I的欧李多糖具有良好的乳化性能和抗氧化能力。

2.3 分子质量分布

由图3可知，纳豆多糖

m

w 为33.532 ku，高于大豆多糖（5.256 ku），表明微生物发酵增加了大豆多糖的

m

w 。发酵过程中纳豆芽孢杆菌分泌的酶可以对多糖小分子基团修饰和重组，从而改变多糖分子质量。多糖分子中含有大量羟基，羟基的伸缩振动以及分子间作用力相互聚集，特别是酸性多糖容易形成不同程度的聚集体，使得多糖分子质量增加。Liang Jingjing等研究发现，发酵乳杆菌21828发酵过程中香菇多糖分子质量由11.6 ku增加到18.7 ku，且发酵香菇多糖的免疫调节活性提高。Gu Jinyan等研究发现，相同来源的茨菇多糖，分子质量大的表现出较强的抗氧化和免疫调节活性。由表3可知，大豆多糖和纳豆多糖的分散系数（

m

w /

m

n ）为1.2～1.5，均接近1，表明二者均一性较好。

2.4 大豆多糖和纳豆多糖的微观结构

由图4可知，大豆多糖表面粗糙，有少许分支和孔洞。纳豆多糖表面呈网状和纤维状，光滑致密。大豆多糖与纳豆多糖的显微形态差异明显。多糖是具有复杂网络结构的大分子聚集体，其微观形态与聚集状态有关。

3 大豆多糖和纳豆多糖溶水能力、持水能力和脂肪结合能力

由图5可知，大豆多糖的溶水能力为（31.81±4.48）%，显著低于纳豆多糖的（64.77±0.41）%（

P

＜0.05）。纳豆多糖糖醛酸含量的增加以及糖醛酸部分酯化能使溶水能力增强 。纳豆芽孢杆菌发酵多糖的连接被破坏，暴露出更多的氢键和偶极形式，这有助于溶水能力的提高 。多糖的水溶性越好，其应用范围越广。

大豆多糖的脂肪结合能力为（102.82±9.08）%，显著高于纳豆多糖的（34.40±1.01）%（

P

＜0.05）。大豆多糖的持水能力为（75.04±7.89）%，和纳豆多糖（（70.67±5.03）%）之间没有显著差异。脂肪结合能力与多糖的化学成分、纤维分子对油的亲和力、与纤维结构的孔隙度密切相关 。纳豆多糖的显微结构紧实光滑，不利于与油结合，使得脂肪结合能力下降。与纳豆多糖相比，大豆多糖具有良好的脂肪结合能力，其在食品增味剂和保味剂中具有良好的应用价值。

4 大豆多糖和纳豆多糖体外抗氧化活性

如图6所示，大豆多糖和纳豆多糖的DPPH自由基清除率、ABTS阳离子自由基清除率和FRAP在一定的浓度范围内都表现出质量浓度依赖性。当多糖质量浓度增加到1 mg/mL时，大豆多糖和纳豆多糖的DPPH自由基清除率分别为（84.14±0.20）%和（92.27±0.43）%。当多糖质量浓度增加到4 mg/mL时，大豆多糖和纳豆多糖的ABTS阳离子自由基清除率分别为（55.91±1.88）%和（60.23±1.00）%。纳豆多糖对DPPH和ABTS阳离子自由基清除能力的半抑制质量浓度（half maximal inhibitory concentration，IC50）分别为（0.049±0.015）、（2.640±0.072）mg/mL，表现出更佳的抗氧化活性。如图6C所示，当多糖质量浓度为0.5 mg/mL时，纳豆多糖的FRAP（（165.14±0.91）μmol/L）高于大豆多糖（（157.94±0.67）μmol/L）。当多糖质量浓度增加到4 mg/mL时，大豆多糖和纳豆多糖的FRAP分别达到（172.48±1.81）、（202.6±2.03）μmol/L，纳豆多糖对铁离子的还原能力高于大豆多糖。

与大豆多糖相比，纳豆多糖的DPPH自由基清除能力、ABTS阳离子自由基清除能力和FRAP更强。多糖的抗氧化活性与糖醛酸含量、单糖组成和分子质量等结构特征密切相关。糖醛酸含量越高，多糖的供电子或供氢能力越强，抗氧化活性越高。Gu Jinyan等发现采用热水浸提法提取的茨菇多糖，其糖醛酸含量（8.62%）高于亚临界水提法提取的多糖（2.75%），且热水浸提制备的茨菇多糖抗氧化活性更强。本研究中纳豆多糖的糖醛酸含量显著高于大豆多糖，这可能是其抗氧化活性较高的重要原因。微生物发酵是一种温和的生物修饰法，可以改变天然多糖的结构，提高多糖的抗氧化活性。

5 大豆多糖和纳豆多糖体外降血糖活性

由图7可知，当多糖质量浓度为4 mg/mL时，大豆多糖和纳豆多糖的

-淀粉酶抑制率分别为（43.77±2.44）%和（55.66±2.98）%。纳豆多糖抑制

-淀粉酶活性的IC 50 为（3.297±0.395）mg/mL，体外降血糖活性显著高于大豆多糖（

P

＜0.05），但二者对

-淀粉酶的抑制能力均低于阿卡波糖。单糖组成、糖醛酸含量和空间构象等因素会影响多糖的降血糖活性 。 纳豆多糖的木糖比例高、糖醛酸含量高且分子质量大，可能是其具有良好降血糖活性的主要原因。

6 大豆多糖和纳豆多糖体外降血脂活性

如图8所示，当多糖质量浓度为4 mg/mL时，大豆多糖和纳豆多糖对甘氨胆酸钠的结合率分别为（56.06±2.41）%和（63.77±2.43）%，对牛磺胆酸钠的结合率分别为（53.38±0.93）%和（59.29±0.93）%。纳豆多糖对甘氨胆酸钠结合能力和牛磺胆酸钠结合能力的IC50分别为（2.292±0.175）、（1.249±0.062）mg/mL，显著高于大豆多糖（

P

＜0.05)。 纳豆多糖的分子质量和糖醛酸含量均高于大豆多糖，可能是纳豆多糖胆酸盐结合能力增强的重要原因。

结论

大豆多糖和纳豆多糖均为含有

-吡喃糖环的酸性杂多糖，其得率分别为（1.8 3±0.5 7）%和（2.49±0.54）%。纳豆多糖的糖醛酸含量为大豆多糖的1.18 倍。大豆多糖和纳豆多糖的单糖组成种类相似但比例不同，其分子质量分别为5.256、33.532 ku。大豆多糖的表面较为粗糙，纳豆多糖表面光滑致密。纳豆多糖的溶水能力是大豆多糖的2.04 倍，而大豆多糖的脂肪结合能力为纳豆多糖的2.99 倍。纳豆多糖对DPPH和ABTS阳离子自由基的清除能力、FRAP、

-淀粉酶的抑制能力和胆酸盐的结合能力优于大豆多糖。纳豆多糖表现出更优的抗氧化、体外降血糖和体外降血脂生物活性。但纳豆芽孢杆菌发酵改变大豆多糖结构的机制尚不明确，多糖结构的官能团变化尚不清楚。在后续研究中需要进一步分离纯化纳豆多糖，对其结构进行表征，探索结构与生物活性的关系。

本文《大豆多糖与纳豆多糖结构特征和主要生物活性比较 》来源于 《食品科学》2024年45卷第 7 期 78 -86 页，作者：许梦粤，丁泽宇，李锦鹏，王 灿，王铭阳，刘 琴，曾长立，王红波 。 DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20230808-050 。 点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑；云南师范大学生命科学学院 母朵银；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。