殼寡糖在動物體內(nèi)抗氧化功能研究進展

彭媛媛，歐陽富龍，賀建華

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410128）

殼寡糖（COS）是低聚糖的一種，是殼聚糖經(jīng)酶降解后得到的低相對分子質(zhì)量產(chǎn)物，又稱幾丁寡糖、低聚葡萄糖胺或低聚氨基葡萄糖，是2-氨基葡萄糖（GlcN，D）通過2～10個β-（1，4）-糖苷鍵連接起來的物質(zhì)，其中含有部分乙酰氨基葡萄糖殘基（GlcNAc，A），其化學(xué)名為寡糖β-（1，4）-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖[1]。殼寡糖相對分子質(zhì)量小，可溶于水，容易被動物吸收利用，并且其生物活性比殼聚糖更強[2-4]。作為一種氨基陽離子，其不但具有良好的生物相容性、抗菌性和生物降解性，而且還具有生物黏附性和解吸附能力[5]。研究表明，殼寡糖具有抗氧化、抑菌、抗腫瘤、增強免疫力和調(diào)節(jié)體內(nèi)酸堿平衡等多種生物活性，具有提高動物生產(chǎn)性能、調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)、改善腸道組織形態(tài)、降血壓血脂、增強動物免疫功能、改善動物產(chǎn)品品質(zhì)的作用[6-7]。目前，殼寡糖的抗氧化功能已經(jīng)引起國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，成為研究開發(fā)的熱點。

1 殼寡糖抗氧化作用機理分析

抗氧化是機體免受自由基損傷的一種自我保護機制。自由基是機體產(chǎn)生的具有強氧化性，損害機體組織與細胞的有害化合物，能引起疾病和機體衰老。生物體內(nèi)存在的自由基包括超氧陰離子自由基、羥自由基、脂類過氧化物自由基等。其中，羥基自由基是一種化學(xué)性質(zhì)很活潑的自由基，易與生物大分子發(fā)生反應(yīng)，如氨基酸、蛋白質(zhì)和脫氧核糖核酸，對機體危害極大，與衰老、腫瘤等密切相關(guān)。

殼寡糖能夠通過激活體內(nèi)抗氧化酶來增強機體對自由基的清除作用，同時由于含有羥基、氨基等活性基團而具有較強的抗氧化活性。研究表明，殼寡糖及其衍生物的總還原能力較強，能有效清除羥基自由基和超氧陰離子[8-9]。因為殼寡糖能提供正電子與自由基反應(yīng)，將自由基轉(zhuǎn)化為更為穩(wěn)定的產(chǎn)物，從而終止自由基鏈式反應(yīng)；另外由于殼寡糖分子鏈短，形成分子內(nèi)氫鍵能力較弱，有很多的活性羥基和氨基暴露出來后容易被激活，有利于清除自由基[10]。

2 殼寡糖發(fā)揮抗氧化功能的影響因素

殼寡糖的抗氧化能力大小與其質(zhì)量濃度高低、相對分子質(zhì)量大小、氨基取代度、乙酰度以及聚合度的高低密切相關(guān)。金黎明等研究發(fā)現(xiàn)，殼寡糖對羥自由基和超氧陰離子清除率隨著質(zhì)量濃度的升高而升高[11]。Weiming等采用化學(xué)發(fā)光技術(shù)研究了水溶性殼寡糖衍生物清除自由基的功能，發(fā)現(xiàn)殼聚糖及其衍生物不但能夠清除自由基，而且隨著濃度的增大，清除作用增強[12]。趙盼等發(fā)現(xiàn)，相對分子質(zhì)量越低的殼寡糖其抗氧化效果越強[13]。姚倩等研究了不同取代度的羧甲基殼聚糖的抗氧化能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著氨基取代度的增加，樣品清除自由基的能力逐漸增強[14]。李克成等對制備的兩種殼寡糖（部分乙?；瘹と呛腿撘阴；瘹と牵┛寡趸钚赃M行比較，結(jié)果顯示，高乙酰度的殼三糖具有更強的抗氧化活性，說明N-乙?；鶎す烟堑目寡趸钚云鹬匾饔茫煌瑫r研究還證實，低聚合度的殼寡糖具有更強的羥自由基清除活性和還原能力，而超氧陰離子清除活性最強的殼寡糖聚合度為10～12，并結(jié)合其成分分析進一步推測出殼十一糖有可能是最佳的清除超氧陰離子的殼寡糖分子。同時，分子鏈的長短對殼寡糖抗氧化功能也有一定的影響[15]。姚倩等發(fā)現(xiàn)，殼寡糖季銨鹽清除自由基的活性和還原能力強于殼聚糖季銨鹽衍生物[16]。這可能是由于殼寡糖分子鏈短，更多活性氨基和羥基暴露出來參與抗氧化反應(yīng)所致。

殼寡糖的衍生物也具有抗氧化功能，甚至比殼寡糖更強，并且其抗氧化活性均隨著濃度的增大而增強。金黎明等以亞硒酸鈉和殼寡糖為原料合成的硒化殼寡糖，郭芳寧等以三氯化鐵和殼寡糖為原料合成的殼寡糖鐵配合物，樊素芳等制備的殼寡糖水楊醛系列希夫堿，林家超用葡萄糖和殼寡糖反應(yīng)所得的接枝產(chǎn)物，這些殼寡糖衍生物的抗氧化活性均優(yōu)于殼寡糖，并且隨著質(zhì)量濃度增大，其抗氧化活性逐漸增強[17-20]。體內(nèi)試驗研究表明，殼寡糖在N9小膠質(zhì)細胞內(nèi)外均具有較強的抗氧化能力，能保護N9小膠質(zhì)細胞，減輕N9小膠質(zhì)細胞的氧化損傷；殼寡糖能夠降低血清中谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）、谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、肝臟組織中的丙二醛（MDA）含量，提高肝臟的抗氧化活性，保護肝臟不被四氯化碳損傷。Liu等研究表明，一定劑量的殼寡糖能夠抵抗過氧化氫，還能夠增加超氧化歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-pX）含量，抑制由過氧化氫引起的體內(nèi)活性氧（ROS）的產(chǎn)生[21]。研究表明，殼寡糖的抗氧化能力與殼寡糖的分子和乙酰度密切相關(guān)，一般低相對分子質(zhì)量、高乙酰度的殼寡糖清除自由基的能力更強[22-23]。

3 殼寡糖在動物體內(nèi)抗氧化作用及效果

殼寡糖作為飼料添加劑的應(yīng)用多見于肉雞、蛋雞、仔豬和水產(chǎn)動物。殼寡糖能提高肉雞肌肉的抗氧化性能力，從而提高雞肉肉品質(zhì)和風(fēng)味。殼寡糖能夠顯著提高雞蛋的抗氧化性（P＜0.05），從而提高雞蛋的哈夫單位，提高雞蛋的新鮮度。殼寡糖在小鼠試驗中所表現(xiàn)的抗氧化性包括3個方面：降低飼喂高膽固醇日糧小鼠血清膽固醇水平，通過激活肝臟抗氧化防御系統(tǒng)清除自由基，進而降低氧化破壞作用[8]；提高小鼠成骨細胞MC3T3-E1的增殖和分化，降低細胞的凋亡率，使細胞ALP的活性提高，減輕過氧化氫對細胞的損傷，提高細胞的增殖和分化；改善小鼠神經(jīng)功能缺陷，減少腦梗死面積，降低腦組織MDA的羰基含量，提高抗氧化物酶的活性。在清除羥自由基的試驗中也證實，寡糖存在明顯的抗氧化作用，可以顯著提高糖培養(yǎng)的紅細胞內(nèi)NO含量（P＜0.05），同時證明殼寡糖的相對分子質(zhì)量與其生物活性有密切關(guān)系。動物試驗已證實，殼寡糖具有降低氧化破壞、提高氧化酶活性等抗氧化功能，同時在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果也表明，利用殼寡糖的抗氧化功能可改善肉品質(zhì)和提高雞蛋的新鮮度。對于水產(chǎn)動物，殼寡糖所含的氨基和羥基可以結(jié)合養(yǎng)殖用水中的金屬離子，凈化用水，同時防止金屬離子對水產(chǎn)動物的毒害。因此，殼寡糖有望作為綠色飼料添加劑在動物生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

4 小結(jié)

目前，關(guān)于殼寡糖抗氧化功能的研究并不多見，其抗氧化功能在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用也并未得到推廣，主要因為殼寡糖的具體抗氧化作用機理尚不明確，另外殼寡糖的合理用法和用量不確定。但是殼寡糖具有安全無毒、水溶性好、功能多、生物活性高等特點，對畜禽的健康和抗氧化能力有很好的促進效果，同時能改善肉質(zhì)，因此有望開發(fā)成一種新型、無公害綠色飼料添加劑，來替代抗生素的使用，所以應(yīng)加大對殼寡糖抗氧化功能的研究力度。

[1]Kim S K,Rajapakse N.Enzymatic production and biological activ?ities of chitosan oligosaccharides（COS）:A review[J].Carbohy?drate Polymers,2005,62（4）:357-368.

[2]Easton J D,Saver J L,Albers G W,et al.Definition and Evalua?tion of Transient Ischemic Attack A Scientific Statement for Healthcare Professionals From the American Heart Association/American Stroke Association Stroke Council;Council on Cardio?vascular Surgery and Anesthesia;Council on Cardiovascular Radi?ology and Intervention;Council on Cardiovascular Nursing;and the Interdisciplinary Council on Peripheral Vascular Disease:The American Academy of Neurology affirms the value of this state?ment as an educational tool for neurologists[J].Stroke,2009,40（6）:2276-2293.

[3]Johnston S C,Gress D R,Browner W S,et al.Short-term progno?sis after emergency department diagnosis of TIA[J].Jama,2000,284（22）:2901-2906.

[4]Lovett J K,Dennis M S,Sandercock P A G,et al.Very early risk of stroke after a first transient is chemic attack[J].Stroke,2003,34（8）:138-140.

[5]Kleindorfer D,Panagos P,Pancioli A,et al.Incidence and shortterm prognosis of transient is chemic attack in a population-based study[J].Stroke,2005,36（4）:720-723.

[6]Yen M T,Yang J H,Mau J L.Antioxidant properties of chitosan from crab shells[J].Carbohydrate Polymers,2008,74（4）:840-844.

[7]Tomida H,Fujii T,Furutani N,et al.Antioxidant properties of some different molecular weight chitosans[J].Carbohydrate Re?search,2009,344（13）:1690-1696.

[8]Kim K W,Thomas R L.Antioxidative activity of chitosans with varying molecular weights[J].Food Chemistry,2007,101（1）:308-313.

[9]Feng T,Du Y,Li J,et al.Antioxidant activity of half N-acetylated water-soluble chitosanin vitro[J].European Food Research and Technology,2007,225（1）:133-138.

[10]Sun T,Zhou D,Xie J,et al.Preparation of chitosan oligomers and their antioxidant activity[J].European Food Research and Tech?nology,2007,225（3-4）:451-456.

[11]金黎明,鄭奕,楊艷,等.殼聚糖及其衍生物的抗氧化作用[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2008,34（11）:66-68.

[12]Xie W,Xu P,Liu Q.Antioxidant activity of water-soluble chito?san derivatives[J].Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters,2001,11（13）:1699-1701.

[13]趙盼.殼聚糖和殼寡糖的抗氧化特性及其抑制蘋果果汁褐變機理的研究[D].青島:中國海洋大學(xué),2011.

[14]姚倩,孫濤,周冬香,等.不同取代度羧甲基殼聚糖的抗氧化性能研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36（16）:6620-6621,6623.

[15]李克成.單一聚合度和特定N-乙酰化殼寡糖的分離及抗氧化活性研究[D].青島:中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）,2013.

[16]姚倩,孫濤,徐軼霞,等.殼聚糖/殼寡糖衍生物的制備及其抗氧化性能研究[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報,2009,28（2）:188-191.

[17]金黎明,郝苗,趙小菁,等.硒化殼寡糖的合成及抗氧化作用研究[J].大連民族學(xué)院學(xué)報,2012,14（5）:445-448.

[18]郭芳寧,李春超,金黎明,等.殼寡糖鐵配合物的合成及抗氧化作用[J].食品工業(yè)科技,2013,34（20）:119-121.

[19]樊素芳,楊國玉,徐翠蓮,等.殼寡糖水楊醛系列希夫堿的抗氧化作用[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2013,46（6）:687-690.

[20]林家超,王巍,汪連生,等.殼寡糖接枝葡萄糖產(chǎn)物的抗氧化性研究[J].孝感學(xué)院學(xué)報,2010,30（3）:5-7.

[21]Liu H T,Li W M,Xu G,et al.Chitosan oligosaccharides attenuate hydrogen peroxide-induced stress injury in human umbilical vein endothelial cells[J].Pharmacological Research,2009,59（3）:167-175.

[22]Yin X Q,Lin Q,Zhang Q,et al.O2-scavenging activity of chitosan and its metal complexes[J].Chinese Journal of Applied Chemis?try,2002,19:325-328.

[23]Je J Y,Park P J,Kim S K.Free radical scavenging properties of hetero-chitooligosaccharides using an ESR spectroscopy[J].Food and Chemical Toxicology,2004,42（3）:381-387.