植物硒多糖制備及結構鑒定研究進展

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。無機硒通常以硒酸鹽和亞硒酸鹽形式存在，攝入無機態硒易使毒性積累，甚至產生突變[1]。而有機態硒主要存在于動植物體內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揮著重要作用，具有促進免疫調節、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構鑒定方法，為植物硒多糖衍生生理與藥理功能深入研究及開發提供參考依據。

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結構的亞硒酸酯。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物并不穩定，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條件是每單位質量枸杞多糖加入0.62 g 亞硒酸鈉，催化所需HNO3體積分數為1%，再加入1g BaCl2，于74 ℃環境中反應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注，使用微波輔助可顯著減少制備時間且節省能源消耗，防止產物因在硝酸中存在時間過長而發生結構變化甚至降解。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化制備工藝，即在原料質量比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 植物硒多糖的結構鑒定

2.1 紅外光譜法

判斷植物硒多糖糖苷鍵構型、硒元素和多糖結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、無污染等優點，故在硒多糖結構鑒定中被廣泛使用。侯巍等[16]對比玉米須多糖和玉米須硒多糖的紅外光譜圖，發現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]的結構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構，也能用來鑒定硒化修飾前后多糖結晶結構的變化。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，結果顯示硒化修飾基本不改變多糖骨架，但結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晶形態進行鑒定，得出硒化幾乎不改變榆樹果膠的無定形結構的研究是一致的。

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、旋轉模式以及同一系統里其他低頻模式的一種分光技術。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范圍內熒光強度的變化，推斷出單質硒與多糖結合成功。

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，結果表明：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約大量時間和試劑成本。鑒定糖苷鍵構型、硒元素和多糖結合方式，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。

植物硒多糖在醫學領域具有良好的應用價值和發展潛力，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構之間的關系尚未完全確定，對此開展深入研究有助于通過結構修飾，制備出活性更強、毒性更小甚至無毒的硒多糖。