李 然，段夢穎，尚紅梅*，楊君研

白三葉（Trifolium repens L.）別名白車軸草、荷蘭翹搖等，是豆科三葉草屬多年生草本植物，原產(chǎn)于歐洲和小亞細(xì)亞，16世紀(jì)在荷蘭首先栽培[1]。我國自20世紀(jì)20年代引種以來，全國各省區(qū)均有栽培。白三葉莖葉細(xì)軟、葉量豐富，粗蛋白含量高、纖維含量低，是一種優(yōu)良牧草，可作為飼料或加工調(diào)制后利用。

多糖是一類由10 個(gè)以上單糖通過糖苷鍵連接所組成的高分子化合物，廣泛存在于微生物、植物和動(dòng)物中[2]。多糖具有抗氧化、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)等多種生物活性，被廣泛應(yīng)用于食品業(yè)和醫(yī)藥業(yè)[3]。目前，糖生物學(xué)的時(shí)代正在加速到來，21世紀(jì)會(huì)是多糖生命科學(xué)蓬勃發(fā)展的黃金時(shí)期[4]。歐陽克蕙等[5]采取熱水浸提法提取白三葉草多糖并優(yōu)化多糖提取條件，但目前尚鮮見關(guān)于白三葉多糖干燥方式的研究報(bào)道。干燥是多糖加工的重要工藝，對多糖的理化性質(zhì)和生物活性有顯著影響[6]。本實(shí)驗(yàn)通過研究干燥方式（熱風(fēng)干燥、真空干燥和冷凍干燥）對白三葉多糖理化性質(zhì)和抗氧化活性影響，以期找到一種有利于保持白三葉多糖抗氧化活性的干燥方法，為白三葉的加工利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

白三葉開花期，取其地上部分，留茬5 cm，于吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)采收。

1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） 東京化成工業(yè)株式會(huì)社；2,2’-聯(lián)氨-雙-（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二胺鹽（2,2’-azino-bis(3-ehtylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS） 北京博奧拓達(dá)科技有限公司；其他化學(xué)試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

HX-J漩渦混合器 常州朗越儀器制造有限公司；752紫外-可見分光光度計(jì) 上?，F(xiàn)科分光儀器有限公司；101-2-BS電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、XMTD-204數(shù)顯式電熱恒溫水浴鍋 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司；SCIENTZ-12N真空冷凍干燥機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司；2XZ-2旋片式真空泵 臨海市譚氏真空設(shè)備有限公司；JJ-5控溫電動(dòng)攪拌器 金壇市醫(yī)療儀器廠；DZF真空干燥箱 上海龍躍儀器設(shè)備有限公司；NDJ-8S黏度計(jì) 上?？兲╇娮涌萍加邢薰?。

1.3 方法

1.3.1 白三葉多糖提取

將新鮮白三葉放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱50 ℃下烘干，粉碎后過0.45 mm篩，得白三葉粉末。用體積分?jǐn)?shù)95%乙醇溶液預(yù)處理（40 ℃）24 h，以除去單糖、色素和脂類等分子[7]，抽濾、干燥后得到多糖提取原料。稱取25 g預(yù)處理的白三葉粉末，加入500 mL去離子水提取白三葉多糖，浸提溫度90 ℃，浸提時(shí)間3 h。將提取液用6 層紗布過濾，收集濾液離心（3 000 r/min、10 min），合并上清液，60 ℃條件下減壓濃縮至原體積的1/4，加入3 倍體積無水乙醇醇沉12 h，離心（3 000 r/min、10 min），將沉淀用去離子水溶解，用Sevag試劑（V（氯仿）∶V（正丁醇）＝4∶1）除蛋白，透析（截留分子質(zhì)量 1 400 Da，聯(lián)合碳化），得白三葉多糖。

1.3.2 白三葉多糖干燥

將白三葉多糖溶液平鋪于直徑為10 cm的玻璃培養(yǎng)皿中，厚度2 mm，采用3 種干燥方式（熱風(fēng)干燥、冷凍干燥、真空干燥）進(jìn)行干燥至恒質(zhì)量。熱風(fēng)干燥在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（50 ℃）中干燥4.5 h；冷凍干燥時(shí)，先將多糖溶液在真空冷凍干燥機(jī)內(nèi)預(yù)凍30～60 min，然后進(jìn)行干燥，干燥時(shí)間7 h；真空冷凍干燥冷阱溫度為－66 ℃，真空度為0.19 Pa。真空干燥在真空干燥箱（50 ℃，0.09 MPa）中干燥3.5 h。干燥后按式（1）計(jì)算多糖得率。

1.3.3 多糖化學(xué)組成測定

總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定采用苯酚硫酸法[8]；可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定采用考馬斯亮藍(lán)G250染色法[9]；氨基糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定采用Elson-Morgan法[10]；糖醛酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定采用硫酸-間羥聯(lián)苯法[11]；硫酸基質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定采用氯化鋇-明膠比濁法[12]；水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測定采用恒質(zhì)量法[13]。各組分以占干質(zhì)量的百分比計(jì)算。

1.3.4 pH值和相對黏度測定

配制2 mg/mL多糖水溶液（25 ℃），用pH計(jì)讀取5 min內(nèi)的穩(wěn)定數(shù)值，即為白三葉多糖的pH值[14]。配制10 mg/mL的白三葉多糖水溶液，在溫度為25 ℃下測定黏度，同時(shí)測定去離子水黏度，計(jì)算相對黏度[15]。

1.3.5 溶解度的測定

取0.1 g白三葉多糖置于150 mL燒杯中，加入50 mL的蒸餾水。然后在不同溫度（20、40、60、80 ℃和100 ℃）下水浴溶解，用磁力攪拌器攪拌（150 r/min），開始計(jì)時(shí)，直至完全溶解，記錄溶解消耗時(shí)間[6]。

1.3.6 紫外光譜特征

配制白三葉多糖溶液（1 mg/mL），以蒸餾水為空白，采用紫外-可見分光光度計(jì)在波長200～400 nm范圍內(nèi)測定吸光度，每間隔10 nm測定1次，繪制白三葉多糖紫外光譜特征曲線，分析白三葉多糖中是否含有蛋白質(zhì)和核酸[16]。

1.3.7 剛果紅實(shí)驗(yàn)

稱取5 mg多糖樣品，加入2 mL蒸餾水和2 mL的剛果紅試劑（80 μg/mL），逐漸加入1 mol/L的NaOH溶液，使溶液中NaOH終濃度由0 mol/L逐漸升高到0.5 mol/L，并用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行掃描，測得各NaOH濃度條件下的最大吸收波長。不加多糖樣品，按相同方法測定各NaOH濃度條件下的最大吸收波長，作為空白對照。以NaOH濃度為橫坐標(biāo)，最大吸收波長為縱坐標(biāo)作圖。通過是否存在吸收峰判斷白三葉多糖糖鏈?zhǔn)欠窬哂腥陕菪Y(jié)構(gòu)[17]。

1.3.8 不同干燥方式多糖抗氧化活性測定

1.3.8.1 DPPH自由基清除活力測定

于1 mL 0.10 mmol/L DPPH溶液（用無水乙醇現(xiàn)用現(xiàn)配）中分別加入3 mL系列質(zhì)量濃度（0.025、0.050、0.100、0.200、0.400、0.600 mg/mL）的白三葉多糖溶液，混勻。室溫下在暗處反應(yīng)30 min。用無水乙醇作空白調(diào)零，在517 nm波長處測定吸光度，以VC作陽性對照。以白三葉多糖濃度為橫坐標(biāo)，DPPH自由基清除活力為縱坐標(biāo)作圖[18]。DPPH自由基清除活力按式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：A0表示用蒸餾水代替多糖樣品按上述步驟測定的吸光度；A1表示按上述步驟測定多糖樣品的吸光度；A2表示用無水乙醇代替DPPH溶液按上述步驟測定的吸光度。

1.3.8.2 ABTS+·清除活力測定

ABTS工作液的配制：將5 mL 7 mmol/L ABTS溶液和1 mL 15 mmol/L過硫酸鉀溶液混合，在室溫、避光條件下反應(yīng)12 h，得到ABTS儲備液。使用時(shí)用蒸餾水稀釋成工作液，使其在室溫下、734 nm波長處的吸光度為0.70±0.02。

3 mL ABTS工作液與0.75 mL不同質(zhì)量濃度（0.050、0.125、0.250、0.500、0.750、1.000、1.250 mg/mL）的多糖溶液混合，室溫反應(yīng)15 min。用蒸餾水作空白調(diào)0，在734 nm波長處測定吸光度，以VC作陽性對照。以白三葉多糖濃度為橫坐標(biāo)，ABTS+·清除活力為縱坐標(biāo)作圖[19]。ABTS+·清除活力按式（3）進(jìn)行計(jì)算。

式中：A0表示用蒸餾水代替多糖樣品按上述步驟測定的吸光度；A1表示按上述步驟測定多糖樣品的吸光度；A2表示用蒸餾水代替ABTS溶液按上述步驟測定的吸光度。

1.3.8.3 還原力測定

于1.5 mL系列質(zhì)量濃度（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mg/mL）多糖溶液中分別加入1.5 mL磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L、pH 6.6）和1.5 mL 10 g/L鐵氰化鉀溶液，混合物在50 ℃條件下水浴20 min。冷卻后加入1.5 mL 100 g/L三氯乙酸溶液，混合，然后取該混合物1.5 mL，加入1.5 mL去離子水和0.3 mL 1 g/L氯化鐵溶液，室溫下反應(yīng)10 min后，在700 nm波長處測定吸光度，以蒸餾水為空白調(diào)零[20]。VC作陽性對照，按式（4）計(jì)算還原力。

式中：A1為按上述步驟測定多糖樣品的吸光度；A2為用蒸餾水代替氯化鐵溶液按上述步驟測定的吸光度。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

多糖提取和干燥實(shí)驗(yàn)設(shè)4 個(gè)重復(fù)（n＝4），計(jì)算多糖提取率，其他指標(biāo)測定重復(fù)3 次（n＝3）。采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)方差分析，用Duncan法進(jìn)行多重比較。多糖質(zhì)量濃度對抗氧化活性指標(biāo)的影響用Regression-Curve Estimation程序進(jìn)行回歸分析。數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燥方式對白三葉多糖理化性質(zhì)的影響

2.1.1 干燥方式對白三葉多糖化學(xué)成分的影響

不同干燥方式對白三葉多糖理化性質(zhì)的影響見表1。冷凍干燥多糖的得率（10.92%）顯著高于熱風(fēng)干燥（9.06%）和真空干燥（9.63%）（P＜0.05）。多糖的生物活性受其化學(xué)組成的影響[14]，因此有必要測定不同干燥方式所獲得白三葉多糖的化學(xué)組成。干燥方式對白三葉多糖蛋白質(zhì)、氨基糖和水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著影響（P＞0.05）。干燥方式對白三葉多糖的總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、硫酸基質(zhì)量分?jǐn)?shù)和糖醛酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)有顯著影響（P＜0.05），總糖和糖醛酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)由高到低的干燥產(chǎn)品順序依次為：冷凍干燥＞真空干燥＞熱風(fēng)干燥，可能原因是熱風(fēng)干燥和真空干燥過程中較高溫度條件（50 ℃）導(dǎo)致糖醛酸等化學(xué)成分的變性，而冷凍干燥較低的溫度條件利于多糖活性成分的保存[21]。干燥方式對白三葉多糖pH值和相對黏度無顯著影響（P＞0.05）。由以上分析可知，冷凍干燥法是保存白三葉多糖中活性成分（如總糖、糖醛酸和硫酸基）的較有效手段。

表1 干燥方式對白三葉多糖化學(xué)組成、pH值和相對黏度的影響Table 1 Effects of drying methods on chemical composition, pH and relative viscosity of polysaccharides from Trifolium repens L.

2.1.2 干燥方式對白三葉多糖溶解度的影響

圖1 干燥方式對白三葉多糖溶解度的影響Fig. 1 Effects of drying methods on solubility of polysaccharides from Trifolium repens L.

由圖1可知，干燥方式對白三葉多糖溶解度有顯著影響（P＜0.05）。溶解時(shí)間隨著溫度的升高逐漸縮短。在20～100 ℃下，冷凍干燥多糖的溶解時(shí)間顯著短于熱風(fēng)干燥多糖和真空干燥多糖（P＜0.05），可能原因是冷凍干燥多糖結(jié)構(gòu)疏松，更容易溶解。

2.1.3 干燥方式對白三葉多糖紫外光譜的影響

圖2 干燥方式對白三葉多糖紫外光譜的影響Fig. 2 Effects of drying methods on UV spectrum of polysaccharides from Trifolium repens L.

由圖2可以看出，3 種干燥方式多糖的紫外光譜相似。在280 nm波長處的吸收峰歸因于蛋白質(zhì)吸收，表明這3 種多糖含有少量的蛋白質(zhì)或多肽。

2.1.4 白三葉多糖剛果紅實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖3 不同NaOH濃度剛果紅-白三葉多糖絡(luò)合物紫外光譜最大吸收波長Fig. 3 UV spectrum maximum absorption wavelength of Congo red-polysaccharides from Trifolium repens L. at various NaOH concentrations

在堿性條件下，與剛果紅空白對照相比，具有三股螺旋結(jié)構(gòu)的多糖與剛果紅形成的絡(luò)合物，溶液最大吸收波長會(huì)發(fā)生變化，而如果待測多糖不具有三股螺旋結(jié)構(gòu)，其形成的絡(luò)合物將會(huì)與空白對照溶液最大吸收波變化趨勢相近[22]。如圖3所示，在NaOH濃度為0.0～0.1 mol/L時(shí)，3 種干燥方式所得多糖樣品的光吸收移向長波，表明樣品能與剛果紅形成絡(luò)合物，樣品有三股螺旋結(jié)構(gòu)；NaOH濃度繼續(xù)增大時(shí)，最大吸收波長下降，表明多糖螺旋結(jié)構(gòu)解體，變成無規(guī)則的線團(tuán)形式，即樣品在弱堿性范圍內(nèi)可形成有序的三股螺旋結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)堿性條件下，分子間氫鍵破壞，三股螺旋結(jié)構(gòu)解體為單股，不能與剛果紅形成絡(luò)合物。在植物多糖中，具有三股螺旋型的多糖具有較高的生物活性。X射線衍射實(shí)驗(yàn)表明，香菇多糖具有三股螺旋結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出抗癌活性；由于二甲基亞砜和尿素能夠改變香菇多糖的空間結(jié)構(gòu)，在加入上述任意一種物質(zhì)后香菇多糖空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，隨之香菇多糖的抗癌活性也消失[23]。

2.2 干燥方式對白三葉多糖抗氧化活性的影響

2.2.1 DPPH自由基清除活力

圖4 干燥方式對白三葉多糖DPPH自由基清除活力的影響Fig. 4 Effects of drying methods on DPPH radical scavenging activity of polysaccharides from Trifolium repens L.

由于實(shí)驗(yàn)操作的簡便性和穩(wěn)定性，DPPH自由基清除活力被廣泛應(yīng)用于測定樣品的抗氧化能力[17]。如圖4所示，Regression-Curve Estimation結(jié)果表明，隨著多糖質(zhì)量濃度的增加，熱風(fēng)干燥多糖（R2＝0.943，P＜0.05）、冷凍干燥多糖（R2＝0.897，P＜0.05）和真空干燥多糖（R2＝0.912，P＜0.05）的DPPH自由基清除活力均增加。冷凍干燥多糖的DPPH自由基清除活力顯著高于熱風(fēng)干燥多糖和真空干燥多糖（P＜0.05），可能是不同干燥方式導(dǎo)致多糖有效成分（總糖、糖醛酸和硫酸基等）含量產(chǎn)生差異所致，據(jù)報(bào)道多糖的糖醛酸含量與其自由基清除活力顯著正相關(guān)[24]，而本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，冷凍干燥多糖的糖醛酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于熱風(fēng)干燥多糖和真空干燥多糖（P＜0.05）；因此，冷凍干燥多糖的DPPH自由基清除活力較高。3 種干燥方式多糖的DPPH自由基清除活力均顯著低于VC（P＜0.05）。據(jù)報(bào)道，在多糖質(zhì)量濃度為1.0 mg/mL時(shí)，真空干燥、熱風(fēng)干燥和冷凍干燥法獲得樺褐孔菌多糖的DPPH自由基清除活力大約為40%[25]，靈芝多糖的DPPH自由基清除活力范圍為20%～40%[26]。本實(shí)驗(yàn)中，在多糖質(zhì)量濃度為0.6 mg/mL時(shí)，白三葉多糖（冷凍干燥多糖）的DPPH自由基清除活力達(dá)到49.66%，說明白三葉多糖具有較強(qiáng)的DPPH自由基清除活力。

2.2.2 ABTS+·清除活力

圖5 干燥方式對白三葉多糖ABTS＋·清除活力的影響Fig. 5 Effects of drying methods on ABTS＋· activity of polysaccharides from Trifolium repens L.

ABTS+·清除活力測定方法操作簡單快速，被廣泛應(yīng)用于樣品的抗氧化活性評估[19]。該方法是基于抗氧化劑可提供電子或氫原子滅活自由基，導(dǎo)致ABTS溶液顏色發(fā)生變化，再通過分光光度計(jì)進(jìn)行測定的一種方法[27]。3 種干燥方式多糖的ABTS+·清除活力如圖5所示。Regression-Curve Estimation結(jié)果表明，隨著多糖質(zhì)量濃度的增加，熱風(fēng)干燥多糖（R2＝0.996，P＜0.05）、冷凍干燥多糖（R2＝0.981，P＜0.05）和真空干燥多糖（R2＝0.991，P＜0.05）的ABTS+·清除活力均與多糖質(zhì)量濃度呈二次曲線關(guān)系。當(dāng)質(zhì)量濃度為0.050～0.750 mg/mL時(shí)，冷凍干燥多糖的ABTS+·清除活力顯著高于熱風(fēng)干燥多糖和真空干燥多糖（P＜0.05），半抑制濃度（half maximal inhibitory concentration，IC50）由低到高的順序?yàn)椋豪鋬龈稍锒嗵牵?.203 mg/mL）＜真空干燥多糖（0.234 mg/mL）＜熱風(fēng)干燥多糖（0.281 mg/mL）；說明冷凍干燥多糖的ABTS+·清除活力最高，熱風(fēng)干燥多糖的ABTS+·清除活力最低。據(jù)報(bào)道，羥基在多糖ABTS+·的清除活力中起重要作用[14]；但是，在有氧條件下，羥基很容易發(fā)生氧化反應(yīng)，熱風(fēng)干燥過程中多糖暴露在有氧條件下，因此，熱風(fēng)干燥多糖的ABTS+·清除活力較低。當(dāng)質(zhì)量濃度達(dá)到0.75 mg/mL后，3 種干燥方式所得多糖的ABTS+·清除活力達(dá)到VC水平；在質(zhì)量濃度為1.25 mg/mL時(shí)，白三葉多糖（冷凍干燥多糖）的ABTS+·清除活力達(dá)到最大（99.74%）；據(jù)報(bào)道，亞側(cè)耳冷凍干燥多糖（4 mg/mL）的ABTS+·清除活力大約為30%[13]，蕪菁多糖（2 mg/mL）的ABTS+·清除活力大約為23%[28]，以上幾點(diǎn)說明白三葉多糖具有較強(qiáng)的ABTS+·清除活力。

2.2.3 還原力

圖6 干燥方式對白三葉多糖還原力的影響Fig. 6 Effects of drying methods on reducing power of polysaccharides from Trifolium repens L.

還原力是評價(jià)天然產(chǎn)物抗氧化能力的重要指標(biāo)[20]。3 種干燥方式多糖的還原力如圖6所示，Regression-Curve Estimation結(jié)果表明，隨著多糖質(zhì)量濃度的增加，熱風(fēng)干燥多糖（R2＝0.987，P＜0.05）、冷凍干燥多糖（R2＝0.992，P＜0.05）、真空干燥多糖（R2＝0.988，P＜0.05）和VC（R2＝0.819，P＜0.05）的還原力均呈線性升高。在實(shí)驗(yàn)質(zhì)量濃度范圍（0.5～3.0 mg/mL）內(nèi)，冷凍干燥多糖的還原力顯著高于熱風(fēng)干燥多糖和真空干燥多糖（P＜0.05）。3 種干燥方式多糖的還原力均顯著低于VC（P＜0.05）。據(jù)報(bào)道，在多糖質(zhì)量濃度為10 mg/mL時(shí)，大蒜[29]和亞側(cè)耳[14]多糖的還原力約為0.5。本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，在質(zhì)量濃度為3 mg/mL時(shí)，白三葉冷凍干燥多糖的還原力達(dá)到1.36，說明白三葉多糖具有較強(qiáng)的還原力。

本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，白三葉多糖具有較強(qiáng)的還原力、DPPH自由基清除活力和ABTS+·清除活力。實(shí)際上，多糖發(fā)揮抗氧化作用的機(jī)制有多種。首先，多糖可能含有一些其他的抗氧化成分，比如肽類、黃酮、色素、多酚和蛋白質(zhì)，這些成分可能對多糖的抗氧化活性有貢獻(xiàn)[30]：其次，多糖的金屬螯合能力與其抗氧化活性有關(guān)，而多糖分子結(jié)構(gòu)中的硫酸基和糖醛酸是多糖發(fā)揮金屬螯合作用的基本要素[31]。白三葉冷凍干燥多糖的蛋白質(zhì)、糖醛酸和硫酸基質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.97%、2.91%和0.97%，這些化學(xué)成分可能對白三葉多糖的抗氧化活性起到一定的作用。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)研究了干燥方式（熱風(fēng)干燥、冷凍干燥、真空干燥）對白三葉多糖得率、化學(xué)組成和抗氧化活性的影響，結(jié)果表明，干燥方式對白三葉多糖化學(xué)組成（總糖、糖醛酸和硫酸基質(zhì)量分?jǐn)?shù)）和溶解度等理化性質(zhì)及抗氧化活性有顯著影響（P＜0.05）。與熱風(fēng)干燥多糖和冷凍干燥多糖相比，冷凍干燥多糖具有更強(qiáng)的還原力、DPPH自由基清除活力和ABTS+·清除活力（P＜0.05）。因此，冷凍干燥法是制備白三葉多糖較好的干燥方式。