多糖的化学修饰及抗氧化性变化的研究进展 *

王世越，柯钦豪，周宏福，郑 敏

(湖北科技学院，湖北 咸宁 437100)

多糖是一类广泛存在于自然界的天然大分子物质，至今大量学者已通过实验证实多糖具有良好的抗氧化活性、抗肿瘤活性、抗病毒活性、免疫活性调节等生物活性[1]。通过化学手段对天然多糖进行定向的结构修饰，可以增强多糖生物活性。多糖的结构修饰可以通过化学、生物、物理方法进行实现，目前应用最广的为化学方法。化学修饰可通过改变多糖的分子量以及取代基种类、位置、数目，以实现改变多糖的生物活性[2]。目前，对多糖进行化学修饰的化学方法主要为与金属离子络合、硫酸化、磺酰化、乙酰化、烷基化、硒化、羧甲基化、磷酸化、苯甲酰化等。本文将对以上方法的原理、操作及产物的抗氧化性等方面进行综述。

1 与金属离子络合

多糖的金属络合物是当前天然产物研究领域的热门方向，主要的研究热点集中于与钙、铁、铜等金属离子络合物研究。多糖与金属离子络合的常见方法是将多糖调配为适当浓度溶液，加入NaOH溶液调节pH(制备多糖铁的配合物需在多糖溶液中先加入Na2CO3和柠檬酸钠)，再加入提供相应配位离子的化合物，水浴加热数小时后即可得到相应的金属配合物[3]。

王元凤等[3]使用粗老绿茶多糖ATPS制得多糖的钙、铁络合物：ATPS-Ca(Ⅱ)、ATPS-Fe(Ⅲ)，发现茶多糖与两种离子的配位方式不同和配位能力的大小不同：ATPS-Ca(Ⅱ)清除自由基的能力相比于ATPS减弱，ATPS-Fe(Ⅲ)清除自由基的能力与ATPS相近。推测是由于茶多糖对不同金属离子的配位能力、配位方式不同造成络合物空间结构的差别，从而表现为清除自由基能力的差异。张曼等[4]提取平贝母多糖FUP，与铁络合制得平贝母多糖铁(FUP-Fe)，进行体外抗氧化性实验测得：FUP-Fe对DPPH自由基、O2-自由基、OH-自由基均有清除作用，且其清除作用均高于FUP。FUP经过络合修饰后，引入的铁离子增强了结构的稳定性和抗氧化能力。

2 多糖的硫酸化

多糖硫酸化修饰是将多糖与相对应的硫酸化试剂共溶于适当的溶剂中，以实现将硫酸基团引入多糖残基的某些羟基上[5]。常用的硫酸化方法有氯磺酸-吡啶法、三氧化硫-吡啶法和浓硫酸法。

氯磺酸-吡啶法：该方法是适用于吡喃型多糖的修饰方法，吡啶与氯磺酸预先反应生成吡啶(SO32-复合物)，在碱性条件下使用SO32-取代多糖羟基上的H，得到硫酸化产物[6]。

三氧化硫-吡啶法：三氧化硫吡啶复合物是一种温和且稳定的硫化试剂。将多糖溶于DMF中，加入三氧化硫吡啶搅拌均匀，水浴加热数小时后加入无水乙醇，经沉淀、离心、冷冻干燥等步骤得到硫酸化产物[7]。

浓硫酸法:该方法首先使用浓硫酸和正丁醇进行反应，生成硫化剂。在冰浴的条件下进行硫酸化。冰浴到0℃后，加入多糖样品，反应数小时后，加入适量的稀NaOH溶液进行中和反应，将浓缩后的上清液使用纯水进行透析，再经冷冻干燥即可得硫酸化产物[8]。

Liu等[9]使用氯磺酸—吡啶法进行化学修饰，将党参多糖制备为硫酸化党参多糖。体内抗氧化性实验测得：硫酸化党参多糖可降低肝损伤模型小鼠血液中谷丙转氨酶、谷草转氨酶、肿瘤坏死因子-α和肝组织丙二醛的含量，并且肝组织中SOD、GSH-Px显著高于党参多糖组小鼠。王中华等[10]以氯磺酸—吡啶法对鸡血藤多糖(MDP1)进行硫酸化修饰，得到硫酸化鸡血藤多糖(S-MDP1)。清除羟自由基实验测得：两种多糖都具有清除羟自由基能力，且随浓度的增加而增强；在相同的浓度下，S-MDP1清除自由基的作用略高于MDP1。Xu等[11]使用氯磺酸—吡啶法进行定向修饰，将迷果芹多糖制备为硫酸化迷果芹多糖；经抗氧化活性测定实验结果显示：硫酸化迷果芹多糖的抗氧化活性明显高于迷果芹多糖的抗氧化活性。

3 多糖的磺酰化

多糖磺酰化修饰是利用磺酰试剂中的磺酰基团在一定条件下可与多糖中的羟基发生反应的原理，制备磺酰化多糖[12]。冰浴条件下将一定量的ClSO3H缓慢加入适量的无水吡啶中，边搅拌边反应1h，得到磺酰化试剂[13]。将多糖溶于DMF中，加入磺酰化试剂，控制温度持续反应一段时间，加入NaOH溶液中和pH到中性，再加入无水乙醇进行沉淀、离心、冷冻干燥，得到硫酸化产物[14]。

张强[14]将茯苓多糖进行磺酰化修饰，得到磺酰化茯苓多糖，进行体外抗氧化性实验，实验结果显示：磺酰化茯苓多糖对O2-自由基、DPPH自由基的清除能力明显增强；对OH-自由基的清除能力较弱，推测与磺酰基亲质子能力较弱有关。

4 多糖的乙酰化

多糖的乙酰化是乙酰基团取代多糖链上羟基的过程，这种修饰方法使多糖结构伸展，从而暴露出更多的羟基，使其水溶性增加，活性增强[15]。多糖乙酰化的主要试剂为乙酸酐和乙酸，将多糖溶于一定的溶剂中，加入NaOH调节至合适的pH，加入乙酰化试剂，调节温度持续反应一段时间。反应结束加入HCL调节pH到中性，经透析、醇沉、冷冻干燥，得乙酰化产物[16]。

巩丽虹等[17]将提取所得的防风多糖以乙酸酐法制取乙酰化防风多糖，进行抗氧化性实验。实验结果显示：乙酰化防风多糖对OH-自由基、DPPH自由基的清除作用均明显增强。张春洁等[18]将提取所得海鲜菇多糖进行乙酰化，制得乙酰化海鲜菇多糖，进行抗氧化性实验。实验结果显示：与海鲜菇多糖相比，乙酰化海鲜菇多糖对OH-自由基、DPPH自由基、O2-自由基的清除作用均明显增强。徐兵等[16]以银耳多糖为原料，采用乙酸酐法制取乙酰化银耳多糖，进行体外抗氧化性实验。实验结果显示：与银耳多糖相比，乙酰化银耳多糖对DPPH自由基的清除作用明显增强，而对OH-自由基和O2-自由基的清除作用减弱。这一现象可能与乙酰基引入的位置等相关，抑制了多糖的生物活性，降低其对OH-自由基和O2-自由基的清除作用。

5 多糖的烷基化

多糖的烷基化修饰是通过向多糖链中引入烷基、取代烷基或者长链方向醇的方法进行修饰，常使用的烷化剂为卤化氢或其取代物[19]。将多糖溶于DMSO中，加微量的水，再加入适量的NaOH粉末，搅拌至NaOH不再溶解，再滴加烷基化试剂，持续反应一段时间，反应结束后，经水洗、抽滤得烷基化多糖[20]。

目前，对多糖的烷基化修饰后产物的相关研究内容较少。王爱勤等[20]的实验结果表明，烷基的引入削弱了壳聚糖分子间的氢键作用，进而改变了多糖的溶解性。林秀珠等[19]将普鲁兰多糖进行烷基化修饰，得到的烷基化普鲁兰多糖具有更好的热稳定性，且溶解性由水溶性变为脂溶性。

6 多糖的硒化

硒化是利用多糖链上的氨基、羟基等活性基团与硒化试剂中的硒化物结合，将无机硒通过共价键链接在糖链上，从而得到硒化多糖[21]。硒化可分为硒酸盐的硒化和氧氯化硒的硒化[22]。硒酸盐的硒化一般多糖的分子主体和空间构型不会改变，硒酸根取代多糖上易脱离的基团，与多糖形成共价键。当氧氯化硒做为酰氯化试剂，反应条件活泼，使用需要注意[23]。因此，一般使用硒酸盐进行硒化，常用的方法为硝酸—亚硒酸钠法。硝酸—亚硒酸钠法制备硒化多糖需先将多糖溶于HNO3中，加入适量的Na2SeO3和BaCl2，调节至合适的温度，持续反应一段时间，反应完成后待冷却至室温加入NaOH调节pH至中性，除去Ba2+，经离心、透析、浓缩、冷冻干燥得到硒化产物[24]。

裴晋红等[24]使用硝酸—亚硒酸钠法将提取的牡丹籽粕多糖Ⅲ(PSDP Ⅲ)进行硒化，得到硒化的牡丹籽粕多糖Ⅲ(Se-PSDP Ⅲ)，进行体外抗氧化性实验。实验结果显示：PSDP Ⅲ经硒化修饰后抗氧化活性增强，相比于PSDP Ⅲ，Se-PSDP Ⅲ具有更强的DPPH自由基清除能力、OH-自由基清除能力及DNA氧化损伤抑制能力。丁佳玉等[25]将牡蛎多糖与亚硒酸钠反应合成硒化牡蛎多糖，进行体外抗氧化性实验。实验结果显示：硒化牡蛎多糖对清除DPPH自由基和ABTS+自由基有良好的作用，对OH-自由基的清除及铁还原力能力与牡蛎多糖无显著差别。

7 多糖的羧甲基化

羧甲基化是将多糖与酸或者羧酸衍生物的醚化，向多糖链上引入羧甲基[26]，包括水媒法和溶媒法，因水媒法副反应较多，一般采用溶媒法。使用溶媒法制备羧甲基化多糖，需先将多糖溶于异丙醇中加入NaOH，持续反应一段时间，再加入氯乙酸室温下反应一段时间，反应结束后待冷却至室温加入HCL调节pH至中性，再经透析、醇沉、冷冻干燥得到羧甲基化多糖[27-28]。

周际松等[27]采用溶媒法将茯苓多糖进行修饰，得到羧甲基化的茯苓多糖，进行体外抗氧化性实验。实验结果表明：羧甲基化修饰后的茯苓多糖的总还原力大大提升，且当样品浓度高于0.6g/L时，羧甲基化茯苓多糖的还原能力高于同浓度的VC。张遥遥等[28]将黄精多糖进行羧甲基化，得到羧甲基化的黄精多糖，进行体外抗氧化性实验。实验结果显示：相比于黄精多糖，经羧甲基化修饰后的黄精多糖对DPPH自由基、ABTS+自由基和OH-自由基的清除作用均明显增强，且总还原力也明显增强。

8 多糖的磷酸化

多糖的磷酸化是通过在多糖结构中引入磷酸酯键而进行的修饰，由于磷酸根带三个负电荷，通过增强多糖的电负性影响多糖的某些活性[12]。目前，多糖磷酸化常用的试剂有磷酸及其酸酐、三氯氧磷和磷酸盐等。将选定的磷酸化试剂加入蒸馏水中溶解，加入多糖，调节至适当的pH和温度，持续反应一段时间，反应完成后进行透析、醇沉、浓缩、冷冻干燥得磷酸化多糖[29-30]。

郑常领等[29]将黑木耳胞外多糖进行磷酸化，得到磷酸化黑木耳多糖，进行体外抗氧化性实验。实验结果显示：相比于黑木耳多糖，磷酸化黑木耳多糖对DPPH自由基、OH-自由基、O2-自由基的清除能力均明显提升。孙婕等[30]将南瓜多糖进行磷酸化，得到磷酸化的南瓜多糖，进行体外抗氧化实验。实验结果显示：相比于南瓜多糖，磷酸化后的南瓜多糖对OH-自由基、O2-自由基的清除作用均明显增强。

9 多糖的苯甲酰化

多糖苯甲酰化是利用多糖的羟基在一定条件下与苯甲酰化试剂发生酯化反应进行的修饰，经修饰后多糖的空间延伸方向发生改变，使多糖的活性基团和作用位点暴露，常用的苯甲酰化试剂有邻苯二甲酸酐[12]。

Zhang等[31]对苯甲酰化坛紫菜多糖进行了体外抗氧化活性实验，实验结果表明：坛紫菜多糖经苯甲酰化修饰后清除O2-自由基和清除OH-自由基的能力明显增强。Qi等[32]对苯甲酰化孔石莼多糖进行了体外抗氧化活性实验，结果表明：苯甲酰化孔石莼多糖还原能力高于孔石莼多糖，但其清除OH-自由基活性与孔石莼多糖差别不大。

10 结 语

通过综述以上多糖的化学修饰方法，发现多糖通过化学修饰后其抗氧化性都有明显的改善。与金属离子络合的多糖受不同离子配位能力及配位方式的影响，会表现出不同的抗氧化能力。硫酸化修饰可显著增强多糖的抗氧化活性，修饰后硫酸化多糖的活性大小受取代度、取代位置以及碳水化合物的影响。多糖的磺酰化目前研究较少，多糖的磺酰化仍需进一步的探究。乙酰化多糖可增强多糖的水溶性，提高多糖的抗氧化活性，对多糖的改性提供了良好的依据。烷基化修饰多用于壳聚糖的结构修饰中，烷基化修饰后的壳聚糖具有良好的水溶性和良好的自身降解性，对壳聚糖的改性具有积极意义。多糖的硒化目前已有大量的研究，硒化后的多糖生物活性具有明显的改善，且抗氧化性明显提高。羧甲基修饰的多糖可提高多糖的抗氧化能力，羧甲基化可提高多糖的水溶性。磷酸化修饰的多糖在抗氧化性提高同时，也有研究发现其具有抗炎、抗菌的作用。苯甲酰化多糖具有良好的抗氧化性，但目前多糖的苯甲酰化研究较少，多糖的苯甲酰化仍需要进一步的探究。

多糖作为广泛存在于自然界的天然高分子物质，目前已成为新药研究的新方向。多糖的结构与其生物活性具有直接的关联，通过对多糖的结构进行修饰，增强其生物活性，降低毒副作用，可以更好地发挥多糖的作用。通过化学方法对多糖进行修饰，研究多糖的构效关系，可为多糖类药物的研究以及进一步发展提供更好的理论依据，使其更好地服务于人们的日常生活。