王 婧 ， 程 超 ， 盛文軍 ， 李 敏 ， 祝 霞 ， 韓舜愈 *

（1.甘肅農業(yè)大學 食品科學與工程學院，甘肅 蘭州730070；2.甘肅省葡萄與葡萄酒工程學重點實驗室，甘肅 蘭州730070；3.甘肅省平涼市食品檢驗檢測中心，甘肅 平涼 744000）

隨著我國葡萄酒產業(yè)的迅速發(fā)展，葡萄酒釀造過程中產生的葡萄酒泥酵母等副產物已成為一種新資源引起人們的高度關注[1-2]。據(jù)統(tǒng)計，每生產100 kL葡萄酒約形成2.5～4.0 t的酒泥酵母[3]，而位于酵母細胞壁最內層，屬于細胞壁結構多糖的酵母β-葡聚糖是目前生物活性較強的一類免疫多糖，具有諸多生物活性功能[4-7]。因此開展葡萄酒泥酵母β-葡聚糖產品的深加工，不僅具有良好的市場前景和潛在利益，而且對于廢棄資源循化利用和生態(tài)環(huán)保也具有十分重要的現(xiàn)實意義。

抗氧化性是評價多糖生物活性的重要指標之一，具有抗氧化活性的多糖在抑制腫瘤、免疫調節(jié)、抑制食品腐敗變質等方面均有積極貢獻[8]。近年來，對自由基及自由基清除劑的研究日趨活躍，開發(fā)和利用能夠清除自由基的純天然抗氧化劑也成為科研工作者的研究熱點，微生物多糖作為食用自由基清除劑在防止生物氧化損傷方面發(fā)揮著重要作用[9]。但由于酵母β-葡聚糖水溶性差，其應用受到限制，羧甲基化修飾改性具有制備過程簡單、試劑成本低及生成物無毒等優(yōu)點，被廣泛應用于多糖改性[10]。多項研究表明，酵母β-葡聚糖及其衍生物具有潛在的抗氧化作用，因其具有天然高效無毒等特點，備受國內外學者的關注。

目前研究多集中于酵母β-葡聚糖羧甲基化改性工藝研究，而對改性前后的生物性能（如抗氧化等）對比研究較少。因此，作者以葡萄酒泥酵母為原料，采用誘導自溶、細胞壁破碎、復合酶解等生物技術手段，制備高純度酵母β-葡聚糖，并對所得產品性質進行分析，而后通過β-葡聚糖及其羧甲基化衍生物（CMP）體外抗氧化活性的對比實驗，揭示兩者之間抗氧化性能的差異性，以期獲得一種高附加值的β-葡聚糖產品，實現(xiàn)經濟效益和環(huán)保效益的雙豐收，并為中國葡萄酒產業(yè)升級和循環(huán)農業(yè)經濟發(fā)展提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

葡萄酒廢酵母泥：甘肅紫軒酒業(yè)有限公司；甘露糖標準品、葡萄糖標準品、ABTS、菲洛嗪：上海源葉生物科技有限公司；DPPH：上海展云化工有限公司；其它試劑，均為分析純。

Genesis10s紫外可見分光光度計：美國Thermo Scientific公司；FTIR-650傅里葉變換紅外光譜儀：中國天津港東科技發(fā)展股份有限公司；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋：國華電器有限公司；RE52CS-1旋轉蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；YDF真空冷凍干燥機：深圳市源洲科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 葡萄酒泥酵母β-葡聚糖的制備 收集廢葡萄酒泥，加蒸餾水混勻、過篩、洗滌，得到濕酵母細胞，通過誘導酵母自溶、高溫浸提去除甘露糖蛋白、高壓均質結合凍融法破碎酵母細胞壁、復合酶解技術去除蛋白質和殘留脂肪，最終經冷凍干燥得水不溶性β-葡聚糖。

1.2.2 產品β-葡聚糖理化性質分析

1）產品純度鑒定—紫外光譜分析：取適量樣品溶于二甲基亞砜，并以二甲基亞砜為空白對照，在200～400 nm范圍內進行紫外吸收光譜掃描[11]。

2）溶解性分析：稱取0.2 g樣品數(shù)份，分別加入到 蒸 餾 水 、1 mol/L HCl、2 mol/L H2SO4、1 mol/L NaOH、無水乙醚、無水乙醇、二甲基亞砜和丙酮中，分別于室溫和高溫環(huán)境下觀察其溶解性[12]。

3）顏色反應檢測：稱取0.2 g樣品數(shù)份，分別進行苯酚-硫酸反應、菲林反應和碘反應，觀察其顏色[13]。

4）產品成分分析：以 V氯仿∶V甲醇=60∶40 為展開劑，將酵母β-葡聚糖樣品的水解產物與標準品（葡萄糖和甘露糖）對照進行薄板層析，噴灑苯胺-鄰苯二甲酸顯色劑后，105℃加熱10 min，觀察層析效果[13]。

5）產品結構分析：分別取酵母β-葡聚糖樣品和標準品各1 mg，加入100～200 mg磨細的干燥KBr，混合均勻后壓片，在傅里葉紅外光譜儀中進行分析[13]。

1.2.3 葡萄酒泥酵母β-葡聚糖及其羧甲基化衍生物體外抗氧化活性測定

1）羧甲基化酵母 β-葡聚糖（CMP）的制備[14]：稱取10 g酵母β-葡聚糖懸浮于有機溶劑異丙醇中，并加入20 mL 1%的NaOH溶液進行堿化反應，在此過程中不斷攪拌，而后緩慢加入3.6 g氯乙酸，于50℃攪拌3.5 h。將得到的反應產物用5%HCl中和至pH 7.0，將反應液進行透析，濃縮沉淀，并用95%乙醇洗滌，冷凍干燥，得到羧甲基β-葡聚糖固體。

2）抗氧化測定樣品的制備[15]：將分離得到的β-葡聚糖和制備所得CMP采用活性炭脫色法去除色素，經蒸發(fā)濃縮、冷凍干燥后配制成質量濃度分別為 0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5 mg/mL 的測定液，并配制與其質量濃度相對應的陽性對照VC和EDTA溶液。

3）·OH清除能力的測定[16]：將 1 mL不同濃度的多糖溶液添加到1 mL 1.5 mmol/L硫酸亞鐵、0.7mL 6 mmol/L過氧化氫和0.3 mL 20 mmol/L水楊酸鈉混合液中，37℃反應1 h，測定510 nm處吸光度值。按下式計算多糖對·OH清除能力，用VC做陽性對照，實驗重復3次。

式中，A0為自由基本身的吸光值；A1為多糖存在下的吸光值；A2為只含多糖的吸光值。

4）O2-·清除能力的測定[17]：將 2.98 mL 50 mmol/L Tris-HCl緩沖液 （pH 8.2）、0.01 mL 10 mmol/L HCl和預熱的0.01 mL 50 mmol/L鄰苯三酚 （10 mmol/L HCl配制）混合并立即搖勻，每隔30秒測定420 nm處吸光度值，計算線性范圍內每分鐘吸光度值的增加?？瞻坠苡?0 mmol/L HCl替代鄰苯三酚，樣品管用0.01 mL樣液替代10 mmol/L HCl。按下式計算多糖對O2-·清除率，用VC做陽性對照，實驗重復3次。

式中，ΔA0為鄰苯三酚自氧化速率；ΔA1為加入多糖后鄰苯三酚的氧化速率；A2為只含多糖的吸光值。

5）DPPH·清除能力的測定[16]：將 1.5 mL 多糖溶液加至1.5 mL 0.069 mmol/L DPPH溶液（用甲醇配制）中搖勻，室溫避光靜置1 h，測定517 nm處吸光度值。按下式計算多糖對DPPH·清除率，用VC做陽性對照，實驗重復3次。

式中，A0為DPPH·和乙醇的吸光值；A1為DPPH·和多糖的吸光值；A2為只含多糖的吸光值。

6）ABTS+·清除能力的測定[18]：將 0.2 mL 7.0 mmol/L ABTS與0.2 mL 2.45 mmol/L過硫酸鉀混合，室溫避光反應12～16 h，用pH 7.4磷酸緩沖液稀釋至 OD734=0.7±0.02，30 ℃下平衡 30 min， 制成ABTS+·工作液。取2.4 mL ABTS+·工作液，加入0.6 mL多糖溶液搖勻，室溫靜置6 min，測定734 nm處吸光度值。按下式計算多糖ABTS+·清除率，用VC做陽性對照，實驗重復3次。

式中，A0為 ABTS+工作液和乙醇的吸光值；A1為ABTS+工作液和多糖的吸光值；A2為只含多糖的吸光值。

7）Fe2+螯合能力的測定[16]：在 0.05 mL 2 mmol/L氯化亞鐵中添0.4 mL不同濃度的多糖溶液，并加0.2 mL 5 mmol/L菲洛嗪和3.35 mL乙醇啟動反應，保溫10 min后，測定562 nm處吸光度值。按下式計算多糖對Fe2+螯合能力，用EDTA做陽性對照，實驗重復3次。

式中，A0為不含多糖的吸光值；A1為多糖存在下的吸光值。

8）IC50的計算：IC50表示半數(shù)有效濃度，是指清除率達到50%時β-葡聚糖、CMP、VC或EDTA的質量濃度，并采用SPSS軟件中Logit回歸計算。IC50可以作為評價某物質抗氧化能力的重要參數(shù)，如果IC50低于10 mg/mL，表明其抗氧化活性較好[19]。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析 實驗所得數(shù)據(jù)均采用SPSS 18.0軟件進行方差分析，并用Excel 2007軟件進行相關圖表的繪制。

2 結果與分析

2.1 產品β-葡聚糖理化性質分析

2.1.1 產品純度鑒定—紫外光譜分析 將產品β-葡聚糖溶于二甲基亞砜中，并在200～400 nm波長范圍內進行掃描。如圖1所示，產品在260 nm和280 nm處均無特征吸收峰出現(xiàn)，說明蛋白質和核酸脫除完全。

圖1 產品的紫外光譜掃描曲線Fig.1 Ultraviolet spectrum scan curve of product

2.1.2 溶解性分析 產品的溶解性分析結果見表1。本實驗所得產品是一種耐酸耐堿、不溶于蒸餾水和有機溶劑、但完全溶于二甲基亞砜的物質，上述這些性質與酸不溶堿不溶酵母β-葡聚糖十分吻合。

表1 產品溶解性分析Table 1 Analysis on solubility of product

2.1.3 顏色反應檢測 產品顏色反應檢測在某種程度上可以證明產品中是否存在非目的產物，產品的顏色反應結果見表2。與苯酚-硫酸反應呈陽性，這說明產品是一種多糖物質；與菲林反應呈陰性，說明產品不含還原性糖；與碘反應呈陰性，說明產品不含糖元。

表2 產品顏色反應檢測Table 2 Product color reaction test

圖2 產品的薄層層析圖Fig.2 Thin layer chromatography result of product

2.1.4 薄層層析分析 產品β-葡聚糖的薄層層析結果見圖2。A和B分別代表標準品甘露糖和葡萄糖的層析斑點，C代表的產品β-葡聚糖水解產物只在與葡萄糖對應的位置顯示出相同的層析斑點，表明產品的水解產物為葡萄糖，不含甘露糖，說明產品β-葡聚糖中不含甘露聚糖。

2.1.5 紅外光譜分析 在紅外光譜圖中，每一個吸收峰的出現(xiàn)都能夠反映出分子中原子或官能團振動的情況，因此利用紅外光譜可以對一些復雜化合物進行定性及定量分析，并且能夠檢驗分子中部分氫鍵和官能團的存在。

將提取所得β-葡聚糖產品與β-葡聚糖標準品進行紅外光譜掃描，掃描結果見圖3。β-葡聚糖產品與β-葡聚糖標準品圖譜基本相似。在3 600～3 200cm-1處出現(xiàn)糖類化合物C-OH中O-H的伸縮振動帶；在3 000～2 800 cm-1處出現(xiàn)的最大吸收峰是發(fā)生了C-H的伸縮振動，屬于糖類的特征吸收峰；1 400～1 200 cm-1處存在5個特征吸收峰，出現(xiàn)C-H的變角振動，也屬于糖類特征吸收峰；1 200～1 000 cm-1處存在2個吸收峰，屬于C-O伸縮振動；上述特征峰的出現(xiàn)說明提取所得產品為多糖類化合物。在890 cm-1處特征峰的出現(xiàn)表明產品的糖苷鍵屬于β-構型，是具有β-差向異構構型的吡喃糖聚合物。在1 256、1 374、2 887 cm-1處出現(xiàn)的特征峰與β-葡聚糖標準品基本一致，表明產品是具有β-1，3-糖苷鍵的葡聚糖。而在810 cm-1附近沒有出現(xiàn)吸收峰，證明β-葡聚糖產品中不含甘露糖。

綜上，提取所得β-葡聚糖產品的一級結構與β-葡聚糖標準品一致，屬于純度較高的β-1，3-D-葡聚糖。

圖3 β-葡聚糖產品和標準品的紅外光譜圖比較Fig.3 Infrared spectrum comparison ofβ-glucan product and standard

2.2 β-葡聚糖及其羧甲基化衍生物體外抗氧化活性測定結果

2.2.1 ·OH清除能力的測定 由圖4可以看出，在0～3.5 mg/mL 質量濃度范圍內，β-葡聚糖、CMP 和VC對·OH均具有清除能力，并且隨著β-葡聚糖、CMP和VC質量濃度的增大，對·OH的清除能力逐漸增強。其中，VC對·OH清除能力最強，1.0 mg/mL VC對·OH清除率已達到98.4%，之后隨著質量濃度的增大，對·OH 清除率無顯著性差異（p＞0.05）；而β-葡聚糖和CMP質量濃度與·OH清除率均存在相關性，但CMP對·OH清除率明顯高于β-葡聚糖，3.5 mg/mL CMP對·OH清除率達到46.64%，是β-葡聚糖（11.73%）的4倍，兩者差異較大。

2.2.2 O2-·清除能力的測定 由圖5可以看出，在0～3.5 mg/mL質量濃度范圍內，CMP和 VC對 O2-·的清除率呈現(xiàn)先增大后逐漸平穩(wěn)的趨勢，尤其CMP對O2-·清除能力與樣品質量濃度存在明顯的量效關系，而β-葡聚糖對O2-·的清除率逐漸增加且不同質量濃度之間均存在顯著性差異 （p＜0.05）。其中，3.0 mg/mL VC對O2-·清除率達到100%，隨后無顯著性變化 （p＞0.05）；CMP 在 3.0～3.5 mg/mL 質量濃度范圍內無顯著性差異（p＞0.05），但對 O2-·清除率始終優(yōu)于β-葡聚糖，3.0 mg/mL CMP對O2-·清除率達到47.22%，是β-葡聚糖（6.98%）的6.7倍，兩者差異達到最大，且兩者對O2-·的清除率均劣于VC。

圖5 β-葡聚糖、CMP和VC對O2-·清除能力Fig.5 Scavenging effects of β-glucan，CMP and VC on·

2.2.3 DPPH·清除能力的測定 由圖6可以看出，β-葡聚糖、CMP和VC對DPPH·均具有清除能力。其中β-葡聚糖和VC對DPPH·的清除率呈現(xiàn)先顯著增大后逐漸平穩(wěn)的趨勢，而CMP對DPPH·的清除率呈顯著上升趨勢，且不同質量濃度之間均存在顯著性差異 （p＜0.05）。 在 0～3.5 mg/mL范圍內，VC對 DPPH·的清除率最優(yōu)，2.5 mg/mL β-葡聚糖對DPPH·的清除效果較佳，清除率達到9.73%，隨后無顯著性變化（p＞0.05）；而 CMP質量濃度和 DPPH·的清除率呈明顯的線性相關（R2=0.9975），3.5 mg/mL CMP對DPPH·的清除率為50.6%，是β-葡聚糖（10.5%）的 4.8倍。

2.2.4 ABTS+·清除能力的測定 由圖7可以看出，在 0～3.5 mg/mL 范圍內，CMP、β-葡聚糖和 VC 對ABTS+·的清除率均呈現(xiàn)先增大后逐漸平穩(wěn)的趨勢。當VC質量濃度為2.0 mg/mL時，對ABTS+·的清除率可達到100%，隨后無顯著性變化（p＞0.05）；而當CMP和β-葡聚糖質量濃度為3.0 mg/mL時，ABTS+·清除率分別為53.5%和9.6%，并在3.0～3.5mg/mL范圍內無顯著性差異（p＞0.05），且當CMP和β-葡聚糖質量濃度為3.0 mg/mL時，對ABTS+·的清除率差異達到最大，CMP對ABTS+·的清除率是β-葡聚糖的5.6倍，但兩者對ABTS+·的清除效果均劣于VC。

圖6 β-葡聚糖、CMP和VC對DPPH·清除能力Fig.6 Scavenging effects of β-glucan，CMP and VC on DPPH·

2.2.5 Fe2+螯合能力的測定 由圖8可以看出，在0～3.5 mg/mL范圍內，β-葡聚糖和 EDTA對 Fe2+螯合能力呈現(xiàn)先增大后逐漸平穩(wěn)的趨勢，而CMP對Fe2+螯合能力呈顯著上升趨勢。當EDTA質量濃度為0.5 mg/mL時，對Fe2+螯合能力達到最大，三者中Fe2+螯合效果最佳；β-葡聚糖在質量濃度為2.5 mg/mL時，螯合Fe2+的效果達到最好，F(xiàn)e2+螯合率為10.9%，隨后無顯著性變化（p＞0.05）；當 CMP 在 1.0～1.5 mg/mL范圍內對 Fe2+螯合能力無顯著影響（p＞0.05），而在其它質量濃度下存在顯著差異（p＜0.05）；其中，CMP質量濃度為3.5 mg/mL時，對Fe2+螯合能力達到最大，F(xiàn)e2+螯合率為37.1%，且對Fe2+螯合能力明顯優(yōu)于β-葡聚糖。

2.2.6 IC50的測定結果 由表3可知，陽性對照VC清除·OH、O2-·、DPPH·、ABTS+·的 IC50 以及陽性對照 EDTA螯合Fe2+的IC50均低于0.5 mg/mL；β-葡聚糖清除·OH、O2-·、DPPH·、ABTS+·和螯合 Fe2+的 IC50均高于 10 mg/mL，其中螯合 Fe2+的IC50最高，達到21.399 mg/mL；CMP 清除·OH、O2-·、DPPH·、ABTS+·和螯合Fe2+的IC50均低于10 mg/mL，且IC50分別是β-葡聚糖的 36.7%、28.6%、27.4%、25.3%和 23.5%，說明CMP的抗氧化活性明顯優(yōu)于β-葡聚糖，但次于陽性對照VC/EDTA。

圖7 β-葡聚糖、CMP和VC對ABTS+·清除能力Fig.7 Scavenging effects of β -glucan，CMP and VC on ABTS+·

圖8 β-葡聚糖、CMP和EDTA對Fe2+螯合能力Fig.8 Scavenging effects of β-glucan，CMP and EDTA on Fe2+

表3 β-葡聚糖、CMP和VC/EDTA的IC50Table 3 IC50of β-glucan，CMP and VC/EDTA

3 討論

作者對葡萄酒泥酵母β-葡聚糖及CMP體外抗氧化性進行對比分析，分別從清除·OH、O2-·、DPPH·、ABTS+·和螯合Fe2+的能力來評估多糖的抗氧化活性?？寡趸瘜嶒灲Y果說明，CMP可有效提高其抗氧化活性，原因可能在于增加了多糖溶解性或改變了多糖空間結構[20]，對酵母β-葡聚糖進行羧甲基化修飾能夠引入帶負電荷的羧基，為多糖構建了一個帶負電荷的親水性表面結構，使其水溶性大大提高，進而增強了其抗氧化活性。Wang等[14]發(fā)現(xiàn)當羧甲基取代羥基后能夠提供更多的電子，加強清除O2-·的能力，從而提高清除率。Machova等[21]研究發(fā)現(xiàn)羧甲基多糖具有較高親核性，能螯合金屬離子，并有降低氫質子產生的能力。Wang等[22]對CMP進行深入研究，發(fā)現(xiàn)其作為水溶性多糖能夠增強抗腫瘤活性，對預防免疫系統(tǒng)氧化損傷效果顯著。有關酵母β-葡聚糖及其羧甲基化衍生物抗氧化活性的研究，目前主要停留在體外實驗中，由于體外和體內環(huán)境條件存在差異，在體外表現(xiàn)較強抗氧化活性的酵母β-葡聚糖及其衍生物未必在體內實驗會表現(xiàn)出較強的活性[9]。因此，在后續(xù)的研究中應該同時進行體外和體內抗氧化實驗，如此才能對酵母β-葡聚糖及其羧甲基化衍生物抗氧化活性進行全面客觀的評估。

4 結 語

通過紫外光譜分析、溶解性分析、顏色反應檢測、薄層層析分析和紅外光譜分析，本研究制備所得產品為純度較高的堿不溶性酵母β-葡聚糖；對β-葡聚糖和 CMP 清除·OH、O2-·、DPPH·、ABTS+·和螯合Fe2+能力進行測定，體外抗氧化活性研究結果顯示，β-葡聚糖和CMP抗氧化活性均呈濃度相關性，但后者表現(xiàn)出更明顯的量效關系，經過羧甲基化改性后的抗氧化能力較之改性前的酵母β-葡聚糖有了非常明顯的改善，其抗氧化能力得到顯著提升。