《食品科学》：山东农业大学杨悦副教授等：硒化黄精多糖的制备、结构表征及体外抗氧化活性分析

黄精（

Polygonatum sibiricum

）在我国已有两千余年的应用历史，具有重要食用和药用价值。黄精多糖（ PSP）是黄精中含量最高的一种生物活性成分 ，具有抗氧化 、抗肿瘤、降低血糖、抗菌以及增强免疫功能等多种生物活性 。

硒作为一种微量营养元素，对维持机体的正常生理活动至关重要。在提高免疫力、抗氧化、防治癌变和心血管疾病等方面都发挥着不可或缺的作用。硒化多糖是以多糖为生物分子模板，将无机硒还原成稳定且高生物活性的纳米硒，使其兼具硒和多糖的功能特性，具有更好的抗氧化、抗肿瘤、免疫调节、降血糖及清除重金属能力。相对于传统的硒补充剂，硒化多糖毒性更低、生物可用度和控释性更高。

山东农业大学食品科学与工程学院的赵新悦、王清玉、杨悦*等人为填补PSP硒化修饰方向的空白，本研究以泰山PSP为研究对象，对其进行硒化修饰，采用电感耦合原子发射光谱（ICP-AES）仪、气相色谱-质谱联用仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米粒度仪对其结构进行表征，并研究PSP-Se的体外抗氧化活性，以期为PSP的开发应用提供科学依据。

1

PSP-Se单因素试验结果分析

1.1 亚硒酸钠添加量对PSP-Se硒含量的影响

如图1a所示，亚硒酸钠添加量从0.5 g/g增加到1.5 g/g的过程中，PSP-Se的硒含量逐渐上升，说明亚硒酸钠的增加有助于更多硒元素与PSP结合。然而，当添加量达到1.5 g/g时，PSP上的结合位点已经接近饱和，硒含量达到最高点。继续增加亚硒酸钠的用量，硒含量开始下降，这可能是由于过量的亚硒酸钠与已经饱和的结合位点竞争，导致部分亚硒酸钠无法与PSP有效结合，从而降低了整体硒含量。

1.2 反应温度对PSP-Se硒含量影响

随着反应温度的升高，PSP-Se的硒含量呈现出先增加后减少的趋势（图1b）。在较低的温度范围内（50～80 ℃），随着温度的升高，尽可能多的反应结合位点被激活，反应的活化能降低，使得硒与多糖之间的结合更为容易，硒含量不断增加。然而，当反应温度继续升高时，PSP-Se的硒含量开始下降。这可能是因为过高的温度导致了多糖链的断裂以及有机硒稳定性结构的破坏，从而导致硒含量的下降。

1.3 反应时间对PSP-Se硒含量影响

如图1c所示，在反应开始的4～12 h内，硒含量随着时间的延长而明显增加。这表明在这个时间范围内，硒与PSP之间的结合反应正在逐步进行，并且有更多的硒被结合到多糖上。当反应时间达到12 h时，硒含量达到最大值，即硒与多糖的结合已经接近饱和点。当反应时间超过12 h后，PSP-Se的硒含量开始逐渐降低。这可能是由于在80 ℃的酸性条件下，多糖长时间反应导致过度降解，从而导致硒含量的降低。因此，固定反应时间为12 h可以确保PSP-Se的硒含量达到最大值，同时避免多糖的过度降解。

1.4 冰乙酸添加量对PSP-Se硒含量影响

如图1d所示，在冰乙酸添加量低于3 mL/g时，由于反应未能充分进行，随酸性增强，PSP中的活性基团充分暴露或活化，PSP-Se硒含量显著增多。当冰乙酸添加量达到3 mL/g时，PSP-Se的硒含量达到最大值。这表明此时酸性条件最佳，酸水解作用使得多糖中的活性基团得以充分暴露并与硒结合。这种催化作用促进了硒化反应的进行，从而提高了硒含量。然而，当冰乙酸添加量大于3 mL/g时，PSP-Se的硒含量开始降低。这可能是因为过高的酸度，破坏了多糖的结构，导致了PSP的降解。

2

响应面试验结果与分析

2.1 回归模型建立与分析

根据响应面试验设计原理，按照表1的设计进行3因素3水平的响应面试验，结果见表3。利用Design-Expert.V8.0.6.1软件，将表3实验数据进行回归拟合，由回归分析结果可得，3 个因素对PSP-Se硒含量的影响拟合回归方程为：

Y

＝6.04+0.05

A

－0.04

B

－0.04

C

+9.25× 10 －3

AB

－0.02

AC

BC

－ 0.41A 2 －0.21B 2 －0.14C 2 ，并对此设计的模型进行方差分析，结果见表4。试验所建立的模型决定系数

R

2 ＝ 0.987 7，模型

P

＜0.000 1，为极显著，说明此模型有意义；失拟项

P

＝0.111 5＞0.05，失拟项检验不显著（

P

＞0.05），模型的拟合度良好；修正判定系数

R

Adj 2 ＝0.972 0，表示可以用此模型来预测97.20%的响应值，可信度高。模型中二次项

A

2 、

B

2 为极显著 （

P

＜0.01），

A、B、C

C

2 为显著（

P

＜0.05），根据

F

值可知，各因素对PSP-Se的硒含量影响程度为：

A

（亚硒酸钠添加量）＞

B

（冰乙酸添加量）＞

C

（反应温度）。综上所述，所建立的响应面模型用优化PSP-Se的最佳制备工艺条件可行。

2.2 响应面数学模型分析

用Design-Expert. V8.0.6.1软件对实验数据进行分析并绘制响应面图，得到图2。图2a中亚硒酸钠含量的陡峭度大于冰乙酸含量的陡峭度，说明亚硒酸钠对硒含量的影响大于冰乙酸对硒含量的影响，整体三维图变化趋势平缓，对应的等高线呈圆形，说明亚硒酸钠含量与冰乙酸含量两者的交互作用对硒含量影响不大；图2b亚硒酸钠添加量的陡峭度大于反应温度的陡峭度，说明亚硒酸钠对硒含量的影响大于反应温度对硒含量的影响，对应等高线形状呈圆形，说明亚硒酸钠含量与反应温度的交互作用对硒含量影响不显著；图2c中两者的陡峭度大致一样，冰乙酸的陡峭度稍大于反应温度的陡峭度，对应等高线形状呈近似圆形，说明冰乙酸和反应时间的交互作用对硒含量的影响作用不显著。综上所述，各因素对于PSP-Se硒含量的影响顺序依次为：

A

（亚硒酸钠添加量）＞

B

（冰乙酸添加量）＞

C

（反应温度），各因素交互作用对于PSP-Se的硒含量影响顺序依次为：

AC

BC

AB

，与

F

值判断结果一致。

2.3 模型验证

响应面数学模型得到PSP-Se的最佳制备工艺为：亚硒酸钠添加量1.53 g/g、冰乙酸添加量2.90 mL/g、反应温度78.37 ℃，该条件下PSP-Se的硒含量为6.05 mg/g，考虑实验操作的可进行性，将工艺条件稍作调整，亚硒酸钠添加量1.5 g/g、冰乙酸添加量3 mL/g、反应温度80 ℃，在此条件下进行实验，通过3 次工艺验证实验，最终得到PSP-Se的平均硒含量为（6.00±0.20）mg/g，该结果与预测值相差0.05 mg/g，可以看出实际值和预测值相差较小，说明本次实验所做模型可以较好地反映PSP-Se的制备工艺，因此本实验通过响应曲面法得到的各项硒化工艺的优化参数具有可靠性和准确性。

3

PSP中多糖含量

以葡萄糖为标准品，计算经Sevag法纯化后的PSP多糖质量分数为89%。

4

PSP-Se中硒元素含量

采用ICP-AES分析测定，PSP-Se中硒含量为6.00 mg/g。而PSP中未检出硒元素，说明已成功制备出PSP-Se。

5

单糖组成分析

PSP-Se的单糖组成丰富，包含了12 种不同的单糖，如图3a和表5所示，包括甘露糖、核糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、

N

-乙酰-氨基葡萄糖、葡萄糖、

N

-乙酰-氨基半乳糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖和岩藻糖，其质量分数分别为9.42%、9.31%、5.26%、7.35%、7.71%、5.70%、8.76%、7.00%、9.35%、10.75%、11.50%和7.90%，与硒化前相比（图3b和表6），单糖含量发生了较大变化，其中甘露糖含量明显降低，核糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸、阿拉伯糖、木糖和岩藻糖等有不同程度的升高，并且新增两种单糖，即

N

-乙酰-氨基葡萄糖和

N

-乙酰-氨基半乳糖，其具有消炎、抗肿瘤和抗氧化等生物活性，推测可能是由于硒化反应引发了多糖结构的变化，如硒离子与PSP中的某些官能团（如羟基、氨基等）发生反应，促进多糖分子中

N

-乙酰氨基葡萄糖和

N

-乙酰氨基半乳糖的产生；硒元素对PSP合成酶（如糖基转移酶）具有催化作用，促使其合成含有

N

-乙酰氨基糖的新型糖苷链；硒与多糖分子上发生某些氧化还原反应或与其他物质（如氨基酸、碳水化合物等）发生协同效应导致多糖分子的修饰或改性，形成新的糖链或糖胺类结构。总之，这种复杂的单糖组成可能为PSP-Se提供了独特的生物活性。

6

PSP与PSP-Se的结构表征

6.1 粒径与电位分析

硒化后的PSP呈颗粒状，粒径为（1 654±20.90）nm，比PSP降低了50.53%（表7）。这种粒径的减小可能是由于硒化修饰导致多糖分子间的相互作用发生变化，从而影响了其聚集状态。粒径的减小有助于提高物质的溶解度和生物利用度，这对于PSP-Se在药物递送和生物活性发挥方面具有重要意义。同时PSP-Se的Zeta电位绝对值比PSP提高了95.12%，从（6.56±0.09）mV增加到（12.80±0.09）mV，表明硒化修饰使PSP表面的羟基发生电离，从而大大增加了PSP-Se表面带的负电荷，增加了粒子间的排斥作用，进而提高了PSP-Se在水溶液中的稳定性。

6.2 傅里叶变换红外光谱分析

由图4可知，PSP和PSP-Se两者共具有5 个相同的特征峰，分别位于3 416（PSP）、3 406 cm－1（PSPSe）处，为O—H特征吸收峰（3 600～3 200 cm －1 ），2 929 cm －1 （PSP、PSP-Se）处为C—H特征吸收峰（2 900 cm －1 ），1 640（PSP）、1 642 cm －1 （PSP-Se）处为C＝O的特征吸收峰，1 421 cm－1（PSP、PSP-Se）处为O—H的弯曲振动峰，1 032（PSP）、1 022 cm－1（PSP-Se）处的峰为C—O伸缩振动峰。综合来看，PSP-Se红外光谱中多糖的一些特征吸收峰依然明显，说明多糖的主体结构没有发生变化，只是一些特征峰的峰形发生了变化，吸收波长出现了一定的红移或者蓝移。另外，PSP-Se在1 131cm－1处和900cm－1处出现两个新的吸收峰，前者即亚硒酸酯的特征吸收峰，这表明硒原子已经成功地与PSP中的基团发生了化学反应，形成了硒化衍生物；后者可能是由于C—O—Se的伸缩振动引起的，进一步证明了PSP硒化修饰成功。

6.3 微观形态分析

从图5中可以看出，PSP与PSP-Se在形态上存在显著差异。如图5a所示，PSP表面平滑，呈层叠片状结构。表明PSP在未经过硒化修饰时，其分子排列相对有序，晶体结构较为稳定。而PSP-Se（图5b）则形成了颗粒状分布的表面结构，且相对分散，有许多不规则孔洞。这表明硒化修饰可能通过引入硒元素和相关的化学变化，打破了PSP原有的分子排列和晶体结构，从而影响其整体的表面形态，并可能进一步影响PSP-Se的生物活性、溶解性及稳定性等性质。

6.4 X射线光电子能谱分析

为了判断样品中Se元素的结合价态，采用X射线光电子能谱对PSP-Se样品进行全谱扫描，结果如图6a所示，元素组成除Se外，PSP-Se的C/O比为3.2，这与其他文献的研究结果一致。PSP-Se的X射线光电子能谱图中除了C 1s和O 1s谱峰外，还在结合能约为55.08 eV处存在Se 3d谱峰。Se的3d光谱拟合（图6b）结果显示，Se 0 的特征峰出现在55.8 eV处，Se4+的特征峰出现在59.0 eV处，两者的峰面积比值为3.1。说明在PSP-Se中，Se的价态由+4价变为0价与+4价共存，大部分硒元素还原后均处于单质状态，少部分硒元素仍以亚硒酸盐的形式存在于多糖链中。

6.5 热重分析

PSP及PSP-Se的热重分析曲线见图7，PSP在206.80 ℃开始分解，而PSP-Se在232.70 ℃开始分解，这表明硒化修饰提高了多糖的热稳定性。另外，PSP-Se在312.60 ℃时出现最大质量损失速率，达411.60 μg/min。而PSP最大质量损失速率为453.50 μg/min，说明PSP在分解过程中质量损失得更快，进一步证实了其热稳定性较低。由此推测可能是由于硒化过程中引入的硒元素与PSP中的羟基结合，导致化学键的改变和分子结构的调整，从而提高了其热稳定性。

7

体外抗氧化性活性分析

7.1 DPPH自由基清除能力

PSP和PSP-Se对DPPH自由基清除能力如图8所示，PSP和PSP-Se对DPPH自由基均有一定的清除能力，且二者对DPPH自由基清除率均随其质量浓度的增加而增大。PSP-Se对DPPH自由基的清除作用强于PSP。当质量浓度为8.0 mg/mL时，PSP和PSP-Se对DPPH自由基的清除率为（52.50%±2.12）%和（57.00%±1.41）%。尽管与VC之间存在一定的差距，但这也表明PSP-Se具有较强的提供电子或者氢原子能力。

7.2 ABTS阳离子自由基清除能力

PSP及PSP-Se的ABTS阳离子自由基清除能力如图9所示，PSP和PSP-Se都表现出对ABTS阳离子自由基的清除作用，且二者对ABTS阳离子自由基的清除率均表现出剂量依赖关系，随着多糖质量浓度的增加，ABTS阳离子自由基清除率增大。PSP-Se的ABTS阳离子自由基清除率显著高于PSP（

P

＜0.05）；当质量浓度为8.0 mg/mL时，PSP和PSP-Se的ABTS阳离子自由基清除活性分别为（41.33%±2.52）%和（63.67%±2.52）%。但与VC的活性相比，二者均具有较弱的ABTS阳离子自由基清除能力。

7.3 羟自由基清除能力

PSP及PSP-Se清除羟自由基的活性见图10，PSP及PSP-Se的清除能力均随样品质量浓度的增加呈上升趋势，硒化多糖上升速度更快。在质量浓度为0.5～2.5 mg/mL时，PSP清除羟自由基的能力强于PSP-Se（

P

＜0.05）；当质量浓度大于2.5 mg/mL时，PSP-Se对羟自由基的清除能力明显强于PSP（

P

＜0.05），当质量浓度达到8.0 mg/mL时，PSP-Se对羟自由基的清除能力最强，达（70.67±2.51）%。

结 论

PSP是黄精中的主要生物活性成分，在医药、保健品等领域具有广泛的应用前景。本研究以PSP为原料，利用冰乙酸-亚硒酸钠法对其进行硒化修饰，通过响应面试验确定PSP-Se的最佳制备工艺条件为亚硒酸钠添加量1.5 g/g、冰乙酸添加量3.0 mL/g、反应温度80 ℃、反应时间12 h，在此条件下PSP-Se中硒含量为（6.00±0.20）mg/g。制备得到的PSP-Se呈颗粒状，粒径显著降低，电位绝对值提高了95.12%，其表面负电荷大大增加，稳定性增强。红外光谱图分析显示，PSP-Se在1 131、900 cm －1 处出现了新的吸收峰，说明产物结构中含有亚硒酸酯及C—O—Se键，说明已经成功制备PSP-Se。

通过扫描电子显微镜观察PSP-Se的微观形态，其表面粗糙，出现了大小不一的颗粒，且有许多不规则孔洞。说明硒化修饰打破了PSP原有的分子排列和晶体结构，从而产生了更为复杂和多样的表面形貌。这种形貌的改变可能意味着硒化修饰不仅影响了PSP的粒径，更可能对其高级结构产生了显著影响。热重分析发现，PSPSe稳定性提高，分解温度提高。体外抗氧化实验表明，PSP-Se对DPPH自由基、ABTS阳离子自由基和羟自由基的清除能力及还原能均强于PSP。

综上所述，通过硒化修饰，PSP的结构和性质得到优化，PSP的分子结构更加稳定，抗氧化能力增强，为硒化修饰在多糖中的应用提供新证据，同时为其作为补硒试剂在保健食品及生物医药等领域的应用开发提供科学依据。

本文《硒化黄精多糖的制备、结构表征及体外抗氧化活性分析 》来源于《食品科学》2025年46卷第11期1-10。作者：赵新悦，王清玉，王柏璇，赵庆旭，李大鹏，杨 悦*。 DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20241116-128 。 点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

实习编辑：农梦琪；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

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