植物硒多糖制備及結(jié)構(gòu)鑒定研究進展

郭佳奇，翁 霞

（鞍山師范學院化學與生命科學學院，遼寧 鞍山 114007）

硒是人體生命活動所必需的一種微量元素，自然界中的硒有無機與有機兩種形態(tài)。無機硒通常以硒酸鹽和亞硒酸鹽形式存在，攝入無機態(tài)硒易使毒性積累，甚至產(chǎn)生突變[1]。而有機態(tài)硒主要存在于動植物體內(nèi)的硒蛋白和含硒多糖中。研究表明，有機硒相比于無機硒具有更高的生物利用度且毒副作用小[2]。硒元素在許多生理過程中發(fā)揮著重要作用，具有促進免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗氧化等生理功能[3-6]，是大量依賴硒的抗氧化酶的輔助因子[7]。在富硒環(huán)境中，植物可利用自身的根和葉在生長代謝中將土壤中的無機硒與多糖結(jié)合，進而合成天然的植物硒多糖[8]，但植物和微生物對硒的富集作用有限，故天然硒多糖含量少。硒多糖的人工合成仍將是開發(fā)有機硒和制備含硒藥物的研究熱點。綜述植物硒多糖制備及結(jié)構(gòu)鑒定方法，為植物硒多糖衍生生理與藥理功能深入研究及開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 植物硒多糖的制備

制備植物硒多糖常使用亞硒酸鈉或亞硒酸作為硒化劑。氯氧化硒作為硒化劑時，可與多糖分子上相鄰的羥基反應生成具有五元環(huán)結(jié)構(gòu)的亞硒酸酯。Zhu 等[9]以氯化氧硒為高活性硒化試劑合成的硒化白頭蒿多糖（SeASP），比用硝酸/亞硒酸硒化法制得的白頭蒿硒多糖的硒含量顯著增高。然而，這種合成方法的反應產(chǎn)物并不穩(wěn)定，易生成有毒氣體，故不作為制備硒多糖的首選方法。制備植物硒多糖常以亞硒酸鈉為硒化劑，以冰醋酸或硝酸為催化劑進行制備。

1.1 冰醋酸催化修飾

使用醋酸作為催化劑制備植物硒多糖，其催化效率相較于硝酸偏弱，且制得產(chǎn)品的抗氧化活性也較弱。羅敏等[10]用冰醋酸和硝酸制得米胚硒多糖Se-REP1和Se-REP2，比較體內(nèi)抗氧化物酶的活性，以Se-REP2的活力最高。劉思美等[11]以地黃多糖和亞硒酸鈉為原料，在乙酸催化下制備地黃硒多糖，并通過單因素實驗對制備工藝進行優(yōu)化，當m 乙酸∶m 地黃多糖∶m亞硒酸鈉=8∶10∶51，反應溫度為80.0 ℃，反應時間為7.0 h時，所制備產(chǎn)物硒含量最高達2.239 mg/g。

1.2 硝酸催化修飾

硝酸是目前合成植物硒多糖的最常用催化劑。李梅林等[12]制備枸杞硒多糖的最優(yōu)條件是每單位質(zhì)量枸杞多糖加入0.62 g 亞硒酸鈉，催化所需HNO3體積分數(shù)為1%，再加入1g BaCl2，于74 ℃環(huán)境中反應9 h，此條件下硒多糖的硒含量達648.65 μg/g。慕星星[13]等通過單因素和響應面實驗得出蕨麻硒多糖的最佳制備工藝條件，其產(chǎn)物中硒含量達8 518.81 μg/g。王國全等[14]采用微波輔助合成款冬花硒多糖，反應時間只需40 min，最終產(chǎn)品的硒含量為3 740 μg/g。微波輔助硝酸合成植物硒多糖備受關(guān)注，使用微波輔助可顯著減少制備時間且節(jié)省能源消耗，防止產(chǎn)物因在硝酸中存在時間過長而發(fā)生結(jié)構(gòu)變化甚至降解。李瑾等[15]在微波催化下，通過單因素實驗和響應面設計得出優(yōu)化制備工藝，即在原料質(zhì)量比1.0、硝酸濃度0.512 %、反應溫度70.0 ℃、微波功率600 W、反應時間44.0 min 條件下得到的金銀花硒多糖硒含量為3.89 mg/g。體外免疫實驗結(jié)果表明，金銀花硒多糖促進小鼠巨噬細胞RAW 264.7增殖更明顯。

2 植物硒多糖的結(jié)構(gòu)鑒定

2.1 紅外光譜法

判斷植物硒多糖糖苷鍵構(gòu)型、硒元素和多糖結(jié)合方式多以紅外光譜法為主，即通過觀察譜圖來確定官能團的特征吸收峰。紅外光譜法具有不破壞樣品、分析成本低、無污染等優(yōu)點，故在硒多糖結(jié)構(gòu)鑒定中被廣泛使用。侯巍等[16]對比玉米須多糖和玉米須硒多糖的紅外光譜圖，發(fā)現(xiàn)SeO3和Se-O-C 的特征吸收峰，推斷出亞硒酸酯（C-O-SeO2-）的生成。百合硒多糖[17]、枸杞硒多糖[18]的結(jié)構(gòu)鑒定也使用紅外光譜法。

2.2 核磁共振法

核磁共振可對多糖構(gòu)型的波譜信號進行采集，因此核磁共振法可用來鑒定多糖是否修飾成功。利用核磁共振技術(shù)可以快速確定是否有取代基以及取代基的位置。趙博[19]對比蛹蟲草多糖和蛹蟲草硒多糖的1H和13C的核磁共振譜圖，推斷出有Se=O鍵和CSe鍵的形成。也有學者比對了紅芪多糖和含硒衍生物的13C核磁共振譜圖，判斷出含硒官能團的位置主要在C6[20]。

2.3 X-射線衍射法

X-射線衍射法既可測定高分子聚合物晶體結(jié)構(gòu)，也能用來鑒定硒化修飾前后多糖結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化。程爽等[21]對比了冬凌草硒多糖與冬凌草多糖的X-射線衍射圖譜，結(jié)果顯示硒化修飾基本不改變多糖骨架，但結(jié)晶程度略低于冬凌草多糖。這與使用X-射線衍射法對榆樹果膠硒多糖的結(jié)晶形態(tài)進行鑒定，得出硒化幾乎不改變榆樹果膠的無定形結(jié)構(gòu)的研究是一致的。

2.4 拉曼光譜法

拉曼光譜法是用來研究晶體及分子的振動模式、旋轉(zhuǎn)模式以及同一系統(tǒng)里其他低頻模式的一種分光技術(shù)。白煒琪[22]對比了苦瓜多糖、亞硒酸鈉、苦瓜硒多糖的拉曼掃描圖，分析了苦瓜硒多糖在500 ～1 000 cm-1范圍內(nèi)熒光強度的變化，推斷出單質(zhì)硒與多糖結(jié)合成功。

2.5 掃描電鏡法

掃描電鏡法可以直觀對比硒多糖和多糖的分子表面特征，進一步推斷硒化修飾對多糖的影響。張斐然等電鏡掃描觀察富硒菊花多糖和菊花多糖，顯示富硒菊花多糖在電鏡下成片狀，而菊花多糖在電鏡下成碎屑狀，這表明富硒菊花多糖的分子間作用力更強。Hou等[23]使用紅外光譜法確定百合多糖硒化成功后，又使用掃面電鏡法研究了百合硒多糖的表面形態(tài)，結(jié)果表明：百合多糖表面聚集著大量尖銳的突起，而硒多糖呈片狀堆積且表面光滑。

3 結(jié)語

人工合成的硒多糖具有較高的硒含量，且采用硝酸-亞硒酸鈉法合成植物硒多糖最簡單有效，故制備工藝較為成熟。為提高制備效率，采用微波或超聲輔助可節(jié)約大量時間和試劑成本。鑒定糖苷鍵構(gòu)型、硒元素和多糖結(jié)合方式，以紅外光譜鑒定法最為常用，而進一步研究硒多糖表面形態(tài)則用電鏡掃描法。核磁共振法、拉曼光譜法、X-射線衍射法也偶爾使用。

植物硒多糖在醫(yī)學領域具有良好的應用價值和發(fā)展?jié)摿?，但其潛在毒性有待于進一步研究。與天然成分相比，化學合成物質(zhì)通常被認為具有更高的毒性，因此，比較人工合成的植物硒多糖與天然植物所含硒多糖的毒性，是植物硒多糖研究的另一個重點。盡管許多研究表明植物硒多糖具有多種生物活性，但對硒多糖引起這些作用的分子機制知之甚少，需在分子水平上進一步研究其潛在機制。硒多糖的活性與其結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系尚未完全確定，對此開展深入研究有助于通過結(jié)構(gòu)修飾，制備出活性更強、毒性更小甚至無毒的硒多糖。