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辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响

发布日期:2014-09-24 12:00:19
辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响先容
辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响
辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响,以0?500kGy60C〇 Y射线对固态黄原胶进行辐照,研究辐照对黄原胶分子量及还原力、清除1,1 -二苯基-2 -苦基肼自由基(DPPHO、超氧自由基(O2_ •)及羟自由基(‘OH)能力等抗氧化活性的影 响。研究表明,10kGy的辐照可使黄原胶粘均分子量从1.71 X106增加到2. 23 X 106,超过10kGy后,黄 原胶粘均分子量随辐照剂量的增大逐渐减少,500kGy时降为1. 59 X 104。低于10kGy辐照,黄原胶的还 原力、对DPPH•和对O2- •的清除率与剂量呈负相关,与对照相比,还原力降低了 3. 16%,对DPPH •和 O2-•的清除率分别从17. 37%和18. 18%减少到16. 87%和8.51%,增大辐照剂量,黄原胶的还原力和 对DPPH.和O2-•的清除率与剂量呈正相关,500kGy时黄原胶的还原力比对照增加164. 22%,对DPPH .和O2-•的清除率升高至60. 79%和30. 06% ;对*OH清除能力与辐照剂量呈负相关,清除率从0kGy时 的9. 29%降低到500kGy时的3. 63%。辐照可以引起黄原胶聚合或降解,从而导致其分子量及抗氧化 活性发生显著变化。
山东阜丰发酵有限企业;1,-二苯基-2 -苦基 肼(DPPH.),辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响,日本和光纯药(Wako);番红O,Sigma公 司;其余试剂均为国产分析纯。
1.1.2试验仪器JascoV550型紫外-可见分光光度 计,日本分光企业;乌氏粘度计(内径0. 57mm),上海 申立玻璃仪器有限企业;重铬酸银(Ag2Cr2〇7)剂量 计,本实验室自制。
1.2 辐照
60 Co Y辐照在中国农业科学院农产品加工研究所 进行。称取50 g黄原胶粉末,放入瓶中,封口后进行 0、10、20、50、100、200、300、400 和 500kGy 剂量的辐 照,剂量率为0.5kGy/h,辐照温度25°C ±2°C。辐照场 采用重铬酸银剂量计标定,该剂量计与中国计量科学 院丙氨酸校准剂量计(NDAS)比对,剂量测量误差< ±3%。每个剂量辐照设置3次重复。
1.3测定方法
1.3.1 黄原胶及其辐照产物分子量测定根据 Mark-Houwink方程[n ] = K • ( Mn ) a,采用粘度法测定 辐照处理后黄原胶的粘均分子量。用0. 08mol/L NaCI 溶液溶解黄原胶,使用乌氏粘度计在25C ± 0. 1C下 测定[n],对于黄原胶,取K =0. 0258,a =0.76[21],代 入Mark-Houwink方程,即可计算出分子量Mn。
1.3.2还原力测定还原力的测定参考Oyaizu的方 法[22]并略有改动。将不同剂量辐照后的黄原胶从蒸馏 水配置成1mg/ml溶液,取1ml依次加入pH 6. 6的磷酸 缓冲液和1%铁氰化钾溶液各2. 5ml,混匀后50C水浴 20min,加入10%的三氯乙酸溶液2. 5ml,混匀,800r/min 离心10min,取上清液2. 5ml,再次加入蒸馏水和0. 1% 氯化铁溶液各2.5ml,混匀后静置10min,在 700nm处测 定吸光度。以0.01mg/ml TBHQ无水乙醇溶液为阳性 对照,吸光度越高,表明样品还原力越强。
1.3.3 DPPH•清除能力测定[23]将不同剂量辐照后 的黄原胶以蒸馏配置成1mg/ml溶液,取3ml加入2 X 10-4mmol/L的DPPH.无水乙醇溶液2ml,封闭摇匀, 反应30min后在517nm波长下测定其吸光度A,。以 0. 1 mg/ml TBHQ无水乙醇溶液为阳性对照。清除率 =[1 - (A, - A」)/A。] X100%,其中 A。为 DPPH.溶液 吸光度,A,为DPPH•溶液+样品溶液的吸光度,、为
黄原胶(Xanthan gum)是一类由野油菜黄单胞菌 (Xanthomonas campestris)分泌的胞外水溶性杂多糖, 分子量为2 x106?5 x107[1]。黄原胶由葡萄糖以p - (1,)-糖苷键相连,构成其主链,间隔的葡萄糖基上 联接由P - D-甘露糖-p - D-葡萄糖醛酸- a - D -甘露糖组成的侧链。辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响,与主链相连的甘露糖通常由乙 酰基修饰,侧链末端的甘露糖则与丙酮酸发生缩醛反 应而被修饰[2]。黄原胶分子中带电荷的三糖侧链围 绕主链骨架结构反向缠绕,通过氢键维系形成类似棒 状的双螺旋刚性结构,并进一步形成螺旋复合体[3 ]。 这种结构使主链对酸、碱、热、酶等的作用具有较强的 抵抗能力,从而保持其结构及性能的稳定。研究发现 黄原胶具有抗氧化、增强免疫力及抑制肿瘤的作 用[4 - 7 ],黄原胶分子量的大小对其功能特性有重要影 响。黄成栋、何晓燕等分别利用酶法降解黄原胶分子, 发现黄原胶寡糖拥有较强的抑制真菌生长的能力、植 物诱抗活性、抗氧化活性,以及很强的抗病毒活 性[8 ’9 ]。因黄原胶的特殊稳定结构及其低分子量降解 产物的新功能特性,人们开始关注其降解方法及降解 产物的研究。
辐照降解是利用电离辐射与物质的作用,使被辐 照物质分子中的化学键断裂,从而得到低分子量的产 物。辐照降解在环境污染治理、高分子材料降解等多 个领域得到研究和应用[10 ~13 ],近年利用辐照进行多糖 降解的研究逐渐增多。壳聚糖及其他多糖的辐照降解 研究表明[14-20],7射线辐照降解是有效、经济可行的 物理降解法,通过该法制备的多糖降解物无环境污染, 且生产过程可控性好,比传统的酸降解、氧化降解等方 法更具优势。关于黄原胶辐照降解的研究还很少见, 因此,本文利用Y射线辐照黄原胶,研究辐照对固态 黄原胶分子量及抗氧化活性的影响,探讨剂量与活性 间的关系,为黄原胶的辐照应用与开发提供理论基础 和技术支撑。
1材料与方法
1. 1材料
1.1.1试验材料与试剂固体黄原胶(食品添加剂无水乙醇+样品溶液的吸光度。EDTA Na2 -Fe2+溶液。以0. 02mg/ml TBHQ无水乙
1.3.4超氧自由基(O2—.)清除能力的测定[24]采 醇溶液为阳性对照。清除率=(A - A,) “A。- A,) x 用邻苯三酚自氧化法测定O2- •清除作用。在 100%,其中A为样品组的吸光度,A,为空白组的吸光 50mm〇l/L Tris~HCl (pH 8. 2)缓冲液2. 8ml中加入 度,A。为对照组吸光度。
0. lml浓度为1mg/ml的不同剂量福照后的黄原胶溶 1.4数据分析
液,25°C水浴10mm,随后加入25°C预温的60mmol/L试验数据采用Excel进行处理和作图,采用
邻苯三酚溶液0. lml(溶剂为10mmol/L HCl),充分混DPS7. 55统计App进行统计分析,用Duncan新复极差
匀后准确反应3mm,加入5%抗坏血酸0.05ml终止反检验处理平均数之间差异的显著性。
应,在420nm处测定吸光度。对照组以等体积纯水代 替样品,0.01mg/ml TBHQ无水乙醇溶液为阳性对照, 2 结果与分析 清除率=[(A。- (A -Ap))]/A。x100%,式中 A。为对
照组吸光度,A为样品组的吸光度,Ap为不加邻苯三 2.1辐照对黄原胶分子量的影响 本分的吸光度。辐照对黄原胶粘均分子量的影响如图1所示。经
1.3.5羟自由基(‘OH)清除能力的测定[25]采用 过10kGy剂量辐照后,黄原胶的粘均分子量从辐照前 Fenton体系检测黄原胶对• OH的清除作用。在 的1. 71 x106增大到2. 23 x 106,随着剂量的进一步增
0. 15m〇1/L的磷酸缓冲液(pH 7.4) 1.0ml、520pg/ml大,粘均分子量逐渐降低为1.84 x 106、1.01 x 106、
番红 O 溶液 0. 2ml、6mm〇1/L EDTA Na2 - Fe2+ 溶液4. 97 x 105、1. 22 x 105、4. 82 x 104、2. 57 x 104、和 1. 59
1.0ml的混合溶液中分别加入7. 0ml不同剂量辐照处 x104,说明在辐照作用下,黄原胶分子既可发生聚合
理后浓度为1mg/ml的黄原胶溶液,最后加入6%的 也可发生降解。在低于10kGy剂量辐照时,辐照效应 札〇2 0. 8ml启动反应,40C水浴30min,520nm处测量 以聚合为主,而在辐照剂量大于10kGy后,降解反应 定吸光度值。空白组以等体积的去离子水代替样品溶成为主要过程。辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响,不同剂量辐照处理后的黄原胶分子量
 
图1辐照对黄原胶粘均分子量的影响
Fig. 1 Effect of irradiation on viscosity average molecular weight (Mn) of xanthan gum
不同大小写字母分别表示处理在1%和5%水平差异显著,下图同
The different capital and common small letters indicated significant differences at level of 1% and 5% level, respectively. The same as following figures
液,对照组以等体积的去离子水代替样品溶液和 间存在极显著差异。
度值(还原力)分别增加24. 05%、48. 10%、60. 13%、 96. 84%、124. 05%、151. 90% 和 164. 22%,在 500kGy
时可以达到阳性对照TBHQ吸光度值(还原力)的 59. 43%。不同剂量辐照的样品间差异极显著(P < 0. 01 ) 。
2.2辐照对黄原胶还原力的影响
由图2可知,经过10kGy剂量辐照后,黄原胶的吸 光度值稍有降低,由0.053降到0.051,之后,吸光度 值随辐照剂量的增加而增大。与0kGy时相比,20、50、 100、200、300、400和500kGy剂量辐照的黄原胶吸光 
 
图2辐照对黄原胶还原力的影响
Fig. 2 Effect of irradiation on reducing activity of xanthan gum
图中TBHQ为特丁基对苯二酚,下图同
TBHQ is an abbrevation for tertiary butylhydroguinone. The same as following figure
 
2.3辐照对黄原胶清除DPPH•能力的影响
如图3所示,黄原胶及经不同剂量辐照后的产物对 DPPH•都有一定的清除作用,除了 10kGy剂量辐照时 清除作用比对照稍有不显著的降低(从17. 37%降为 16. 87% ),其余处理均随着剂量的增大,清除作用增 强,其变化趋势与对辐照对还原力影响的变化趋势相 似。经400kGy辐照后,黄原胶对DPPH•的清除率达 到58. 8%,是对照的2. 39倍,与食品中常用的抗氧化 剂TBHQ接近。进一步增大辐照剂量到500kGy,黄原 胶清除DPPH•的能力仍在增强,但趋势趋于平缓,仅 增加到60. 79%,与400kGy相比差异不显著。 
80
aA
 
0102050100200300400500 TBHQ
剂最 dose (kGy}
 
图3 辐照对黄原胶清除DPPH•活性的影响 Fig. 3 Effect of irradiation on DPPH • scavenging capacity of xanthan gum 
2.4辐照对黄原胶清除•活性的影响
图4所示,对照组黄原胶对O2— •的清除率为 18. 18%,辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响,经10kGy剂量辐照后,清除率降为8. 51%, 降幅53. 22%,差异极显著。这与黄原胶在相同剂量 下对DPPH •清除活性降低较小不同,可能是由于样品 在不同测试体系中的抗氧化机理及影响抗氧化活性的 因素不同而引起的。辐照剂量增加到20kGy时,黄原 胶对〇2—•的清除率又有较大增加,达到19.94%。之 后,随着剂量的增大,清除率逐渐增加,到400kGy时, 黄原胶对〇2— •的清除率达到29. 61%,与对照相比增 加了 62. 82%。进一步增大辐照剂量到500kGy时,黄 原胶样品对〇2—•的清除率继续增加,可以达到TBHQ 清除活性的92%,但相对于400kGy时,仅增加 1. 52%,差异不显著,说明随着剂量的增加大辐照对清 除〇2—•活性的影响趋于平缓。
2.5辐照对黄原胶清除*OH活性的影响
图5表明,黄原胶对• OH的清除率较低,仅为 9. 29%,经10kGy辐照后,清除率为9. 21%,稍有降
低,差异不显著。随着剂量的进一步增大,*〇H清除 率逐渐降低,但降低的幅度增加,到300kGy时清除率 为4. 65%,仅为对照样品的50%。进一步增大辐照剂 量,清除率降低幅度减小,500kGy时清除率比400kGy 时降低12. 24%,差异不显著,但其对*OH的清除率为 对照的30. 09%,差异极显著。到500kGy时,仅为阳性 对照TBHQ清除率的28. 66%。 
 
图4辐照对黄原胶清除O2- •活性的影响 Fig. 4 Effect of irradiation on 〇2 - • scavenging capacity of xanthan gum
 
图5辐照对黄原胶清除• OH活性的影响 Fig. 5 Effect of irradiation on • OH scavenging capacity of Xanthan gum
 
3 讨论
黄原胶经过辐照处理后,其分子量发生了显著的 变化。依据辐照效应的直接作用和间接作用理论,黄 原胶中产生的辐照效应可由黄原胶分子直接吸取辐射 能引起,即糖苷键的成键电子被Y光子激发,引起键 断裂;也可以由黄原胶及其所含水分子吸取辐射后产 生的活性粒子(H3〇+,eaq和*OH、H•等自由基)通过化 学反应加速糖苷键的断裂引起。对固态黄原胶进行辐 照处理,剂量低于10kGy时,黄原胶分子量均高于未 经辐照的黄原胶;而超过10kGy后,随着辐照剂量的 增加,黄原胶分子量逐渐降低。辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响,这与康斌[26]在用Y辐 照降解法制备小分子水溶性壳聚糖时的现象相似。黄 原胶本身含有10%的水分,在水存在的条件下,黄原 胶分子会膨胀并伸展,使分子链运动自由度加大,在辐 射的直接和间接作用下生成大分子自由基,降解与聚 合的机会都极大增加。小于10kGy的低剂量辐照时, 札0受辐照分解出的e^H •可使活性中心向长链转 移,从而引发分子间的聚合或交联。高于10kGy时, 产物分子量急剧减小,水的存在对其降解作用的影响 逐渐占主要地位,其机理目前仍未完全清楚,还有待进 一步探讨。但通过控制辐照剂量来促进黄原胶的降解 或聚合是行之有效的,这也为黄原胶的改性研究提供 
Journal of Nuclear Agricultural Sciences 2010,24 (6) :1208 - 1213
一种新的思路和方法。
辐照后黄原胶抗氧化活性的变化与其分子量的变 化表现出较强的相关性。在低于10kGy剂量时,辐照 效应以聚合为主,分子量增加,某些活性基团可能参与 到聚合过程中,造成活性基团的减少,或者由于聚合, 使原来暴露的活性基团被阻隔,甚至包埋起来,从而使 黄原胶的还原力,以及对DPPH•和02_*的清除能力下 降。辐照剂量大于10kGy后,随着降解反应成为主要 过程,具有较低分子量的链段增多,造成某些活性基团 含量增多。同时,降解还可能使被阻隔或者包埋在分 子链中的活性基团暴露出来,从而造成黄原胶的还原 力,以及对DPPH •和02_ •的清除能力随辐照剂量的增 加而增大。而黄原胶对*〇H清除率随辐照剂量增大而 持续降低可能与辐照效应反应机理有关。黄原胶中的 水份在辐照条件下产生的• OH,会与黄原胶分子反应, 在引起其聚合或降解的同时,也消耗了黄原胶清除* OH的能力,在10kGy以下,生成的以及与黄原胶反应 的*〇H都较少,对黄原胶清除《OH能力的消耗较少, 随着辐照剂量的增大,• OH的数量逐渐增多,对黄原 胶清除• OH能力的消耗增加,从而表现为辐照后黄原 胶对*〇H清除率持续降低。
4结论
辐照可使固态黄原胶发生聚合或降解,低于 10kGy时,辐照效应以聚合反应为主,辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响,超过10kGy后, 随着辐照剂量的增大,降解反应成为主要反应过程,且 降解程度逐渐加深;
黄原胶本身抗氧化活性不高,辐照处理后,其抗氧 化活性发生显著变化。在低于10kGy的剂量下,黄原 胶的还原力、对DPPH•和02_ •的清除率与剂量呈负相 关;剂量大于10kGy,黄原胶的还原力、对DPPH •和 0^ •的清除率与剂量呈正相关;而对*〇H活性的清除 能力与剂量呈负相关。
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