刺五加多糖纳米硒的制备与表征：其稳定性及抗氧化活性得到提升

《Frontiers in Nutrition》：Preparation and characterization of Acanthopanax polysaccharides nanoselenium with enhanced stability and antioxidant activity

　　多糖纳米硒的超声辅助化学还原合成及其稳定性与抗氧化活性研究。采用响应面法优化了Acanthopanax senticosus多糖（ASP）作为稳定剂制备ASP-SeNPs的条件，得到粒径58-123 nm、zeta电位-27.8 mV的稳定纳米颗粒。稳定性测试显示ASP-SeNPs在4℃下可稳定30天，25℃下稳定20天，优于传统硒纳米颗粒。抗氧化实验表明其DPPH、ABTS和羟基自由基清除IC50分别为76.79、74.93、343.42 μg/mL，具有显著生物活性。

　　本研究聚焦于解决纳米硒在应用中容易发生聚集并失去活性的问题，通过引入一种天然的稳定剂——刺五加多糖（Acanthopanax senticosus polysaccharides, ASP），构建了一种新型的刺五加多糖包覆纳米硒（ASP-SeNPs）。这种纳米硒形式具有更高的生物利用度和更低的毒性，具有作为营养补充剂和功能性食品的潜力。本研究采用化学还原法结合超声辅助技术进行合成，并通过响应面方法对制备条件进行优化，以控制纳米颗粒的尺寸和提高其稳定性。实验结果表明，ASP-SeNPs不仅在形态上展现出良好的分散性和均匀性，而且在储存稳定性方面也优于传统纳米硒（SeNPs），展现出在营养应用中的优势。

### 硒元素的重要性及其应用挑战

硒是一种对人体健康至关重要的微量元素，它在多种抗氧化酶中充当辅因子，例如谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidases），这些酶在维持细胞内氧化还原平衡中起着关键作用。当体内的氧化与抗氧化系统失衡时，会引发氧化应激，导致DNA、蛋白质和脂质的损伤，从而诱发一系列病理条件。因此，维持体内硒的平衡对于预防和治疗某些疾病具有重要意义。然而，硒缺乏仍然是全球范围内普遍存在的公共健康问题，尤其是在中国，超过50%的人群因摄入不足而面临硒缺乏的风险。虽然补充硒是改善这一状况的有效手段，但其有效剂量与毒性剂量之间的范围非常狭窄，过量摄入可能导致硒中毒（selenosis）。这一现实凸显了开发具有高生物利用度且低毒性的新型硒形式的迫切需求。

目前市面上的硒补充剂，无论是无机形式还是有机形式，都存在一定的毒性问题，同时其生物利用度也有限。近年来，硒纳米颗粒（SeNPs）因其更高的生物相容性、更强的生物活性和较低的毒性而被视为一种有前景的替代方案。然而，尽管SeNPs具有诸多优势，它们仍面临一些挑战，如较高的表面能和胶体稳定性不足，容易发生聚集，从而导致生物活性的丧失。因此，使用大分子稳定剂成为解决这一问题的关键策略之一。多糖因其复杂的分支结构和丰富的羟基，成为一种理想的软模板，可以有效控制SeNPs的尺寸和形态。此外，超声波处理可以防止纳米颗粒的聚集，提高分散性，从而降低颗粒尺寸，使其更适用于营养应用。

### 刺五加多糖的特性与优势

刺五加多糖是从传统中药刺五加（Acanthopanax senticosus）中提取的生物活性成分，具有调节肠道菌群、抗氧化、抗菌和抗炎等多种功能。其强亲水性和简便的提取工艺，使其成为一种可行且可持续的纳米颗粒稳定剂。利用刺五加多糖作为稳定剂，不仅能够有效控制纳米硒的形态和尺寸，还能通过其表面功能基团（如羟基）与纳米硒形成氢键或配位键，从而增强其分散性和稳定性。

本研究采用刺五加多糖作为稳定剂，结合化学还原法和超声波辅助技术，制备了ASP-SeNPs。为了进一步优化其性能，研究者还通过响应面实验对制备条件进行了系统研究。实验结果表明，通过调整反应条件，可以显著提高ASP-SeNPs的稳定性，同时确保其具有良好的分散性和均匀的粒径分布。最终，通过实验优化，获得了最佳的制备参数：在固定超声功率为40%、反应温度为60°C、反应时间为120分钟的条件下，纳米硒的添加量为4.477 mM，维生素C（Vc）与纳米硒的摩尔比为2.832:1，刺五加多糖的浓度为3.909 mg/mL。这些参数不仅提高了ASP-SeNPs的稳定性，也确保了其在营养领域的应用潜力。

### ASP-SeNPs的物理化学特性分析

为了深入理解ASP-SeNPs的结构和性质，研究者采用了多种表征手段，包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）。SEM和TEM的结果显示，ASP-SeNPs具有更加均匀的球形结构和良好的分散性，而未稳定化的SeNPs则表现出明显的聚集现象和不规则的形态。这表明，刺五加多糖在纳米硒的表面修饰中发挥了关键作用，有效抑制了纳米颗粒的聚集，提高了其在水中的分散性。

EDS分析进一步确认了ASP与SeNPs之间的结合，结果显示纳米硒复合物表面主要由碳（C）、氧（O）和硒（Se）组成，其中硒的占比最高（48.67%），说明纳米硒的结合较为紧密。XRD分析表明，ASP本身具有非晶态结构，而SeNPs和ASP-SeNPs均呈现非晶态特征，说明纳米硒与多糖之间没有发生明显的晶格重构。然而，它们的XRD峰形和强度发生了变化，表明二者在结构上发生了相互作用，但未形成新的共价键。

FT-IR分析则提供了更详细的分子相互作用信息。结果显示，ASP-SeNPs保留了刺五加多糖的特征吸收峰，如羟基（O-H）和糖苷键（C-O-C）的振动峰。同时，ASP-SeNPs还出现了新的吸收峰，可能与硒与多糖之间的氢键或配位键有关。这些结果表明，ASP与SeNPs之间通过非共价作用力结合，而未改变其化学结构，从而保持了其原有的生物活性。

此外，粒径和Zeta电位的测定结果也进一步揭示了ASP-SeNPs的物理特性。研究发现，ASP-SeNPs的粒径分布在58至123纳米之间，平均Zeta电位为-27.8 mV，表明其具有较强的静电排斥力，从而防止纳米颗粒之间的聚集。相比之下，传统SeNPs的粒径范围较广，平均Zeta电位为-19.0 mV，说明其稳定性较低。通过这些表征手段，研究者能够全面评估ASP-SeNPs的结构和物理化学特性，为后续的生物学活性研究奠定基础。

### ASP-SeNPs的稳定性测试与应用潜力

由于纳米硒容易发生聚集，导致其生物活性下降，因此其稳定性是决定其应用价值的关键因素。在本研究中，通过稳定性测试，研究者发现ASP-SeNPs在4°C低温储存条件下能够保持稳定30天，在室温（25°C）下也能维持稳定约20天。相比之下，传统SeNPs在4°C储存条件下表现出一定的稳定性，但在25°C下仅能维持约15天，之后发生明显的聚集和沉淀。这表明，ASP-SeNPs在不同温度条件下的稳定性显著优于传统纳米硒。

这一结果不仅反映了ASP作为稳定剂的有效性，也为其在食品和营养领域的应用提供了理论支持。在营养补充剂和功能性食品中，纳米颗粒的稳定性至关重要，因为它直接影响产品的有效性和安全性。ASP-SeNPs在稳定性方面的优势，使其能够在更广泛的储存条件下保持活性，从而提高其在实际应用中的可行性。

### ASP-SeNPs的体外抗氧化活性研究

为了评估ASP-SeNPs的生物活性，研究者进行了体外抗氧化实验，包括对DPPH自由基、ABTS自由基和羟基自由基的清除能力。实验结果表明，ASP-SeNPs在这些抗氧化测试中表现出良好的清除能力，其IC??值分别为76.789 μg/mL、74.927 μg/mL和343.419 μg/mL。其中，DPPH和ABTS的清除率均较高，表明ASP-SeNPs在清除自由基方面具有显著的潜力。相比之下，维生素C（Vc）作为阳性对照，其清除率更高，但ASP-SeNPs的清除能力仍具有竞争力。

这些结果表明，ASP-SeNPs不仅在物理化学性质上具有优势，而且在生物学功能方面也表现出良好的性能。通过这些体外实验，研究者验证了ASP-SeNPs在抗氧化方面的有效性，为其在营养补充和健康维护中的应用提供了科学依据。

### 实验方法与数据分析

在本研究中，实验设计采用了系统的方法，包括单因素实验、Plackett–Burman实验、最陡爬坡实验和响应面实验。这些实验方法旨在全面评估各反应参数对ASP-SeNPs稳定性的影响。单因素实验通过调整每个参数的水平，初步筛选出对其稳定性具有显著影响的条件。随后，Plackett–Burman实验进一步识别出关键影响因素，并通过统计分析确定了其显著性。

最陡爬坡实验则用于确定最显著因素的最优范围，为后续的响应面实验提供方向指导。响应面实验结合了三个关键因素（纳米硒的添加量、维生素C与纳米硒的摩尔比、刺五加多糖的浓度），并通过实验设计优化了其组合，以获得最佳的稳定性和生物活性。实验数据的分析表明，该模型具有良好的拟合度和预测能力，其R2值为0.8747，调整后的R2值为0.7135，说明模型能够解释约71.35%的实验变量变化。此外，实验的变异系数（CV）仅为0.2042%，表明实验操作具有较高的可靠性。

### 实验结果与讨论

实验结果表明，ASP-SeNPs在多个方面均优于传统纳米硒。首先，在形态学上，ASP-SeNPs表现出更好的分散性和更均匀的粒径分布，而传统SeNPs则容易发生聚集，导致其分散性差。其次，在稳定性方面，ASP-SeNPs在不同储存条件下均表现出更高的稳定性，能够在4°C下保持稳定30天，甚至在室温下也能维持约20天的稳定状态。这一结果对于其在营养领域的应用具有重要意义，因为良好的稳定性可以确保其在储存和使用过程中保持活性。

在抗氧化活性方面，ASP-SeNPs表现出对多种自由基的清除能力，尤其是在DPPH和ABTS自由基清除实验中，其清除率接近维生素C的水平，说明其具有较高的生物活性。然而，在羟基自由基清除实验中，其清除率相对较低，这可能与其结构和作用机制有关。尽管如此，ASP-SeNPs在抗氧化方面仍展现出良好的潜力，为开发新型抗氧化剂提供了新的思路。

### 结论与展望

综上所述，本研究成功制备了一种新型的刺五加多糖包覆纳米硒（ASP-SeNPs），并通过系统实验优化了其制备条件。实验结果表明，ASP-SeNPs在物理化学性质和生物活性方面均优于传统纳米硒，具有更高的稳定性、更好的分散性和更强的抗氧化能力。这些特性使其成为一种具有广泛应用前景的新型硒源，尤其是在营养补充和功能性食品领域。

未来，研究者可以进一步探索ASP-SeNPs在体内的生物利用度和生物安全性，以评估其在人体中的实际效果。此外，还可以研究其在不同食品基质中的稳定性，以及其与其他营养成分的相互作用，以优化其在实际产品中的应用。同时，开发更高效的制备方法和规模化生产技术，将有助于推动这一新型硒源的产业化进程，使其更广泛地应用于公共健康领域。