1、第 14 卷 第 2 期 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 Vol.14 No.2 2023 年 1 月 Journal of Food Safety and Quality Jan.,2023 基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFD0901104)、辽宁省教育厅科学研究项目(JL201909)、财政部和农业农村部:国家现代农业产业技术体系资助项目(CARS-50)Fund:Supported by the National Key Research and Development Program of China(2018YFD0901104),the Scientific R
2、esearch Project of Education Department of Liaoning Province(JL201909),and the Ministry of Finance and Ministry of Agriculture and Rural Affairs:National Modern Agricultural Industrial Technology System Funding(CARS-50)*通信作者:任丹丹,博士,教授,主要研究方向为海洋生物资源利用。E-mail:*Corresponding author:REN Dan-Dan,Ph.D,Pro
3、fessor,College of Food Science and Engineering,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China.E-mail: 射线辐照降解多糖研究进展 魏团团1,王慧蕊1,孙闫小凡1,柯 悦1,郑 扬1,刘 舒1,2,3,何云海1,2,3,任丹丹1,2,3*,汪秋宽1,2,3(1.大连海洋大学食品科学与工程学院,大连 116023;2.辽宁省水产品加工及综合利用重点实验室,大连 116023;3.国家海藻加工技术研发分中心,大连 116023)摘摘 要要:多糖在人体的健康方面发挥着重要作用,具有广泛的药理作用,如抗氧化、抗
4、肿瘤、降血脂、调节免疫等,在医药保健领域受到颇多关注。但多糖分子量高、黏度大、溶解性低影响其生物活性的发挥,因此可以通过采用一些方法将多糖降解为低分子量多糖或寡糖以提高其生物利用率。辐照降解具有工艺简单、降解率高、产物无需纯化,且易于过程控制和大规模应用等特点,已逐渐成为国内外研究学者的关注热点。本文对 射线辐照降解多糖的机制与现状进行了综述,介绍了 辐照降解多糖的工艺条件及对多糖结构、溶解性、黏度、流变学特性和生物活性等方面的影响,以期为辐照法降解多糖的研究与应用提供理论基础。关键词关键词:辐照;多糖;降解;结构;理化性质;生物活性 Research progress on degradat
5、ion of polysaccharides by-ray irradiation WEI Tuan-Tuan1,WANG Hui-Rui1,SUN Yan-Xiao-Fan1,KE-Yue1,ZHENG Yang1,LIU Shu1,2,3,HE Yun-Hai1,2,3,REN Dan-Dan1,2,3*,WANG Qiu-Kuan1,2,3(1.College of Food Science and Engineering,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;2.Key Laboratory of Aquatic Product Pro
6、cessing and Utilization of Liaoning Province,Dalian 116023,China;3.Nation Research and Development Branch Center for Seaweed Processing,Dalian 116023,China)ABSTRACT:Polysaccharides play an important role in human health which have a wide range of pharmacological effects,such as antioxidant,anti-tumo
7、r,hypolipidemic,and regulating immunity.It has been received more attention in the field of medicine and health care.However,the high molecular weight,high viscosity,and low solubility of polysaccharides affect their biological activities.Therefore,some methods can be used to degrade polysaccharides
8、 into low molecular weight polysaccharides or oligosaccharides to improve their bioavailability.Irradiation degradation has become a focus of researchers at home and abroad due to its simple process,high degradation rate,no need for purification,easy process control and large-scale application.In th
9、is paper,the mechanism and research status of polysaccharide degradation by-irradiation were reviewed,including the technological conditions of the irradiation degradation of polysaccharides and the effects on the structure,solubility,viscosity,rheological properties and biological activity of polys
10、accharides,in order to provide a theoretical basis for the research and application of DOI:10.19812/ki.jfsq11-5956/ts.2023.02.0012 食 品 安 全 质 量 检 测 学 报 第 14 卷 polysaccharides by the irradiation degradation.KEY WORDS:-irradiation;polysaccharide;degradation;structure;physicochemical property;biological
11、 activity 0 引 言 多糖又称多聚糖,是一类高分子碳水化合物,由醛糖或酮糖通过糖苷键连接在一起的聚合物。多糖普遍存在于植物、动物以及微生物的细胞壁中,按照来源可分为植物多糖、动物多糖、微生物多糖以及人工合成多糖等12。大量研究结果表明,多糖具有良好的生物活性,如抗氧化、抗肿瘤、抗炎性、调节免疫、降血脂等36,非常有益于人体健康,已经受到人们的广泛关注。然而,在应用过程中,多糖高分子量、黏度大、低溶解性等特点影响了其生物利用率7。目前,通过降解多糖生成低分子量多糖或寡糖可有效解决该问题,且低分子量多糖或寡糖在某些生物活性方面优于高分子量多糖810。多糖降解的方法有很多,如酸水解、碱水解
12、、酶解、辐照降解、超声波和微波降解等10。其中,辐照降解法不需要化学试剂或特殊的处理条件,其工艺简单、降解率高、降解产物无需纯化即可使用,易于过程控制和大规模应用,是一种极具优势的降解方法11。射线辐照是辐照技术主要采用的辐照方法,包括高能电子束、X 射线、射线、红外线、紫外线等。射线辐照的机制是把其自身的能量传递给被辐照物质,物质吸收辐射能后,生成很多激发分子、离子和次级电子等向周围扩散,从而使物质的物理及化学性质发生改变,进而影响其生物活性。射线是放射性同位素核衰变过程中释放的光子流,没有任何质量,其频率高、波长短,就穿透不同体积密度材料的能力而言,具有极高的穿透能力并带有较高能量。60C
13、o 制备较容易、半衰期适中,且释放出 射线的能量较高,使其在辐照降解技术中广泛应用1113。本文将从 射线辐照降解多糖的工艺以及 射线对多糖结构、性质与活性的影响等方面进行综述,以期为 射线辐照降解多糖的进一步研究提供理论参考。1 影响 射线辐照效果的因素 射线辐照对多糖具有降解作用,可导致多糖结构中的糖苷键断裂,从而降低聚合度。因此,可以考虑提高多糖辐照过程中 射线的能量利用率和辐照加工效率,优化多糖降解的工艺1415。许多学者研究了辐照条件以及与化学方法相结合的辐照工艺1622,结果表明辐照剂量、辐照温度与时间、基质环境等因素均会影响辐照降解多糖的效果。辐照剂量在电离辐射中简称为剂量,即吸
14、收剂量,是指单位物质吸收电离辐射的平均能量。辐照多糖的质量受有效吸收剂量与吸收剂量均匀度的影响,并且最小吸收剂量与 射线利用率成正比14。不同辐照剂量的 射线辐照处理对多糖结构与性质产生不同程度的影响,降解多糖的效果呈剂量依赖性。一般情况下,高剂量辐照会导致多糖分子量降低,随着辐照剂量的增加多糖分子量呈下降趋势,而低剂量辐照可能会导致分子量增加。PUNIA 等16研究莲子淀粉在 5、10、15 和 20 kGy 的 射线辐射下的结构与性质变化,发现随着辐照剂量的增加,淀粉的溶胀力降低,溶解度显著增加,淀粉的直链淀粉含量随着辐射剂量的增加而降低。LI 等23发现 射线辐照可显著提高脐橙皮中的可溶
15、性膳食纤维的含量,且作用效果呈剂量依赖性,随辐照剂量增加,葡萄糖和半乳糖醛酸摩尔比增加。辐照温度直接影响化学反应速率,而辐照时间是通过影响辐照吸收剂量进而影响多糖降解效果12。辐照反应中自由基中间体的扩散、传播与温度直接相关,因此温度对 射线辐照多糖的降解程度有一定影响。如果降低辐照温度,多糖的辐照降解程度也会随之降低。大多数多糖采用辐照降解在室温条件下即可进行,这是采用辐照技术降解多糖的优点之一17。DAR 等18在(232)的室温下,使用60CO作为辐照源,对荞麦和燕麦淀粉进行辐照,研究表明 射线辐照改善了淀粉的一些功能性质,如减少了回生,降低了糊化焓。DUNG 等19在室温和 H2O2协
16、同作用环境下,利用剂量率 3 kGy/h,吸收剂量范围 150 kGy 的 射线辐照制备出了低分子量壳聚糖。基质环境是指能够对辐照降解效果造成影响的多糖所处基质体系的一些环境因素,如抗氧化剂、抗辐射剂、溶剂 pH 等。基质环境对辐照降解多糖具有抑制与促进双重效果。抗氧化剂和抗辐射剂可以终止自由基链式反应而抑制多糖降解,去离子水、过氧化氢和乙醇预处理则可提高降解效率,料液 pH 对辐照降解多糖的影响因条件不同而有所差异12,21。LONG 等11研究发现 射线辐照与 H2O2联合对多糖的降解速率在高pH条件下要高于低pH条件下,通过提高 pH 从而减少了降解所需的辐照剂量。MULEY等22采用 射线对溶解在 1%醋酸溶液中的壳聚糖糊进行辐照,得出壳聚糖的溶解度受脱乙酰过程温度和时间以及壳聚糖粒径和酸碱强度影响的结论。2 射线辐照对多糖结构的影响 2.1 射线辐照对多糖分子量的影响 多糖的结构复杂多样,由多糖分子量、糖苷键结构、主链和支链的构型等决定。多糖的各种生物活性与其分子量密切相关20。一般来说,高剂量的 射线辐照会导致多第 2 期 魏团团,等:射线辐照降解多糖研究进展 3 糖的分子
