全 文 ：核 农 学 报 2011，25(1):0083 ～ 0087
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
文章编号:1000-8551(2011)01-0083-05
辐照对透明质酸抗氧化性及结构特性的影响
邹朝晖1，2 王 强1 王志东1 邓钢桥2 李淑荣1 高美须1
陈永浩1 范 蓓1 李庆鹏1 赵宏伟1
(1. 中国农业科学院农产品加工研究所 /农业部农产品加工与质量控制重点开放实验室，北京 100193;
2. 湖南农业科学院原子能农业应用研究所，湖南 长沙 410125)
摘 要:用 0、1、3、5、8、10、20 和 40kGy 剂量的60 Co γ 射线对透明质酸溶液进行辐照，研究了辐照对透明
质酸分子量、黏度特性及抗氧化性的影响。结果表明:辐照后透明质酸的分子量和黏度特性随剂量的增
加而降低;透明质酸对羟自由基(OH·)和超氧阴离子自由基(O2·)的清除率随剂量的增大逐渐减弱，
对 DPPH·自由基清除作用和还原力逐渐增强;辐照后透明质酸外观品质没有明显的变化，流动性增
强;辐照对透明质酸的红外光谱结构没有明显的改变。
关键词:透明质酸;辐照;抗氧化;自由基
EFFECT OF IRRADIATION ON ANTIOXIDANT PROPERTIES AND
STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF HYALURONIC ACID
ZOU Zhao-hui1，2 WANG Qiang1 WANG Zhi-dong1 DENG Gang-qiao
LI Shu-rong1 GAO Mei-xu1 CHEN Yong-hao1 FAN Bei1 LI Qing-peng1 ZHAO Hong-wei1
(1. Institute of Agro-Food science and Technology，Chinese Academy of Agricultural Sciences /Key Laboratory of
Agricultural Products Processing and Quality Control，Ministry of Agriculture，Beijing 100193;
2. Institute of Atomic Energy Application in Agriculture，Hunan Academy of Agricultural Sciences，Changsha，Hunan 410125)
Abstract:Effect of 60 Co γ-rays irradiation on molecular weight，viscosity and antioxidant of hyaluronic acid (HA)were
studied in this research. The results showed that molecular weight and viscosity of irradiated HA decreased， the
scavenging ability of hydroxyl radicals (OH·)and superoxide radicals (O2·)weakened gradually with the increasing
of irradiation dose. However，the DPPH· scavenging ability and reducing power increased with the increasing of
irradiation dose. The quality and appearance of HA did not change significantly after irradiation，but the rheology
enhanced. The infrared spectra structure of HA did not show significant change after irradiation.
Key words:hyaluronic acid;irradiation;anti-oxidation;free radicals
收稿日期:2010-08-08 接受日期:2010-11-07
基金项目:中国农业科学院院长基金
作者简介:邹朝晖(1976-)，男，湖南涟源人，硕士，助理研究员，主要从事食品生物技术方面的研究。E-mail:zouzhaohui1976@ yahoo. com. cn
通讯作者:李淑荣(1968-)，女，黑龙江北安人，研究员，硕士生导师，主要从事食品生物技术方面的研究。E-mail:shurongl@ hotmail. com
高美须(1965-)，女，河北藁城人，副研究员，研究方向为食品辐照。E-mail:meixugao@ 21cn. com
透明质酸(hyaluronic acid，HA)，又名玻璃酸，是
一种由 D-葡萄糖醛酸和 N-乙酰氨基葡萄糖以 β-1，3
和 β-1，4 糖苷键反复交替连接而成的链状高分子粘多
糖［1 ～ 4］。HA 具有重要的生理功能，被誉为天然保湿
因子［5］，作为自由基的“清道夫”，是理想的功能食品
和美容化妆品［6］。目前，人们对 HA 的结构、性质和生
理功能都进行了较为充分的研究，其在临床上的应用
也日益广泛［7 ～ 11］。
通过发酵制得的 HA 分子量在 100 万左右，直接
作为化妆品和保健食品分子量相对较高，机体无法充
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分吸收，因此，降低 HA 的分子量成为目前 HA 研究的
关注点之一。降低 HA 分子量的方法主要有化学法、
酶解法以及微波、超声等物理方法［12 ～ 14］，而辐照降解
的研究尚处于探索阶段［15，16］。本课题组曾采用辐照
方法处理 HA，有效地降低了 HA 的分子量，并研究了
辐照对其理化性质的影响;本研究在理化研究的基础
上，开展辐照对 HA 抗氧化性能以及外观品质的影响，
为辐照 HA 功能性研究与开发利用提供科学依据。
1 材料与方法
1. 1 材料
1. 1. 1 原料与试剂 透明质酸购于江苏省江阴市润
禾生物工程公司;二苯代苦酰基自由基(DPPH. S)购
于 Sigma 公司;抗坏血酸(Vc)购于天津市博化有限公
司;铁氰化钾、三羟甲基氨基甲烷(Tris)、三氯乙酸
(TCA)、乙 二 胺 四 乙 酸 (EDTA)、硫 代 巴 比 妥 酸
(TBA)、三氯化铁、盐酸、正丁醇、硫酸亚铁、磷酸氢二
钠、磷酸二氢钠、焦性没食子酸(邻苯三酚)、水杨酸等
均为国产分析纯。
1. 1. 2 主要仪器 R-550 型可见分光光度计(巩义予
华仪器有限责任公司);ENSOR37 红外光谱仪(布鲁克
光谱仪器公司);MCR301 流变仪(Angon Pear 公司);
WGZ-1 色度计(上海昕瑞仪器仪表有限公司)。
1. 2 样品处理与样品辐照
用 0. 2mol /L NaCl 溶液配制浓度为 0. 5%的透明
质酸溶液，分装到 24 个 250ml 灭菌试剂瓶中，每个试
剂瓶装 200ml，待辐照。
辐照在中国农业科学院农产品加工研究所进行，
采用60 Co γ 辐照装置，辐照剂量分别为 0、1、3、5、8、10、
20 和 40kGy，剂量率为 300Gy /h，每处理重复 3 次。处
理后的样品立即置于 4℃冰箱保存，待测。
1. 3 测定方法
1. 3. 1 黏均分子量及特性黏数的测定 采用乌氏粘
度计测量，透明质酸溶液的稀释度以流出时间为准
(控制在 120 ～ 180s 范围内)，用生理盐水作 20 倍稀
释，采用一点法测量，按公式［η］= lnηr / c 计算特性黏
数，按公式［η］= 0. 036M0. 78计算分子量。式中，ηr =
T /T0(T 为待测液流出时间，T0 为溶剂流出时间);c 为
供试液的浓度，kg /L。
1. 3. 2 对羟自由基(OH·)的清除作用 参照程超
等［17］的方法，在干净磨口试管中依次加入0. 4mmol /L
pH7. 5 的 KH2PO4-NaOH 缓冲液、一定浓度的样品、
1. 0mmol /L EDTA 溶液 0. 1ml(对照不加)、2mmol /L
Vc 0. 1ml、1mmol /L FeCl30. 1ml，充分混匀后 37℃保温
1h，加入 25% HCl 4ml 终止反应。再加入 1% TBA
4ml，混合均匀后，沸水浴 15min，冷却，加入 6ml 正丁
醇萃取，取上清液在 532nm 处比色(A1)。清除率
(%)=［A0 － (A1 － A2)］/A0 × 100% (式中:A0 为样
品空白管的吸光度，A1 为样品的吸光度;A2 为对照管
的吸光度)。
1. 3. 3 对超氧阴离子自由基(O2·)的清除作用 采
用邻苯三酚自氧化法测定［18］。取 50mmol /L pH8. 2 的
Tris-HCl 缓冲液 4. 5ml，置于 25℃水浴中保温 20min，
分别加入样品溶液 1ml 和 25mmol /L 邻苯三酚溶液
0. 4ml，混匀后于 25℃水浴中反应 5min，8mmol /L HCl
1ml 终止反应，于 299nm 处测定吸光度(Ax)，空白以
相同体积的 0. 2mol /L NaCl 溶液代替样品。O2·清除
率 =(A0 － Ax)/A0 × 100%(A0 为空白管吸光度，Ax 为
样品管吸光度)。
1. 3. 4 对 DPPH·自由基清除作用 参照高春燕
等［19］的方法，取 2ml 待测样品溶液，加入 0. 16mmol /L
DPPH － 95%乙醇溶液 2ml，25℃反应 15min，在 517nm
处测定吸光度 Ai，以相同体积的 0. 2mol /L NaCl 溶液
代替试样为空白，以等体积等浓度 Vc 溶液为阳性对
照，DPPH·自由基清除活性的计算公式:P = 1 － (Ai
－ Aj)/Ac × 100%(Ai为样品管的吸光度，Aj 为阳性对
照管的吸光度;Ac 为空白管的吸光度)。
1. 3. 5 还原力的测定 参照李顺峰等［20］方法，取一
定浓度的样品溶液 0. 1ml，加入 0. 2mol /L pH6. 6 的磷
酸缓冲液和 1%铁氰化钾溶液各 2. 5ml，混合均匀后于
50℃保温 20min，加入 10%三氯乙酸 2. 5ml，3000r /min
离心 10min。取上清液 5ml，加 5ml 蒸馏水和 0. 1%
FeCl3 1ml 混合均匀，10min 后于 700nm 处测定吸光
度。
1. 3. 6 透明质酸基团结构测定 采用 FTIR 测定基团
变化情况。液体样品冷冻干燥后，与 KBr 粉末混合研
磨、压片，纯 KBr 片作参比，1cm － 1分辨率，多次扫描累
积。
1. 4 透明质酸外观性质的测定
分别使用流变仪和色度计测定辐照前后透明质酸
的流变性、透明度及颜色。
1. 5 数据分析
采用 Excel 和 SAS 软件对数据进行分析。
2 结果与分析
2. 1 辐照处理后透明质酸分子量和粘度系数的变化
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1 期 辐照对透明质酸抗氧化性及结构特性的影响
0. 5%浓度的透明质酸经不同剂量辐照处理后，测
定其分子量和粘度特性，结果见表 1。由表 1 可知，随
着辐照剂量的增大，透明质酸平均分子量越来越小，0
～ 1kGy 辐照处理后，透明质酸的分子量迅速降低，从
106 降低到 104，剂量继续升高，分子量降低的速度减
慢，这可能是辐照打断了透明质酸的 β-1，3 和 β-1，4
糖苷键，从而降低了透明质酸的分子量。随着辐照剂
量的升高，透明质酸的粘度特性也随之降低，辐照后透
明质酸溶液的粘度显著降低，由粘稠状变成液体状，这
可能是分子量降低的原因。
表 1 辐照对透明质酸分子量和粘度系数的影响
Table 1 Effect of irradiation on molecular weigh and viscosity coefficient of HA
指标
item
剂量 dose(kGy)
0 1 3 5 8 10 20 40
分子量
molecular weigh(Da) 9. 27 × 10
5 4. 72 × 104 1. 66 × 104 2. 15 × 103 1. 01 × 102 8. 09 × 102 4. 21 × 102 2. 52 × 102
粘度系数
viscosity coefficient(cm3 / g)
1652. 51 161. 27 71. 33 14. 43 8. 00 6. 69 4. 05 2. 70
2. 2 辐照对透明质酸抗氧化能力的影响
2. 2. 1 对羟自由基(OH·)的清除作用 由图 1 可以
看出，随着辐照剂量的增加，透明质酸对羟基自由基的
清除能力逐渐减弱，经 1kGy 辐照的 HA 对羟基自由基
的清除能力与对照基本没有差别;5kGy 时，其清除自由
基的能力为对照的 92%;当辐照剂量达到 40kGy 时，HA
对羟基自由基的清除作用仍为对照的 80%。可见，辐照
后透明质酸对羟基自由基的清除作用仍较明显。
图 1 辐照对透明质酸清除对羟自基的影响
Fig. 1 Effect of irradiation on scavenging ability of
hyroxyl radical of HA
2. 2. 2 对超氧阴离子自由基的(O2·)清除作用 邻
苯三酚在碱性条件下自氧化生成带色的中间产物
O －2 ，当释放出的 O
－
2 受到抑制或清除时，就可以阻止
中间产物的积累，因此通过测定某物质对邻苯三酚自
氧化抑制作用，即可表征其对 O －2 的清除作用，透明质
酸对超氧阴离子自由基的(O －2 )清除作用如图 2 所示。
从图 2 可以看出，辐照后透明质酸对超氧阴离子自由
基(O －2 )的清除率明显低于未辐照的透明质酸，1 ～
5kGy 剂量处理间的透明质酸对超氧阴离子自由基
(O －2 )的清除能力没有明显的差别，平均为对照的
69. 54%;而后，随着辐照剂量增加，透明质酸对超氧阴
离子自由基(O －2 )的清除率较低剂量的明显减弱，
图 2 辐照对透明质酸清除超氧阴离子
自由基能力的影响
Fig. 2 Effect of irradiation on scavenging
ability of superoxide free radical of HA
40kGy 辐照后清除率为对照的 42%。
2. 2. 3 对 DPPH·的清除作用 辐照 HA 对清除 DPPH
·能力的影响见图 3。由图 3 可以看出，与辐照对透明
质酸清除羟自由基和超氧阴离子自由基影响趋势不同，
随着剂量的升高，透明质酸对 DPPH·的清除率增加，1
～ 20kGy 范围内，其清除能力呈线性增加，剂量超过
20kGy 后，对 DPPH·清除能力增加的幅度不大。
图 3 辐照对透明质酸清除 DPPH·能力的影响
Fig. 3 Effect of irradiation on scavenging
ability of DPPH·of HA
2. 2. 4 透明质酸的还原力 还原力是表示抗氧化物
质提供电子能力的重要指标，可以通过提供电子使自
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由基变为稳定的物质，以中断自由基的连锁反应。在
还原力测定试验中，来自样品中的抗氧化剂能将铁氰
化钾中的 Fe3 +还原成 Fe2 +，Fe2 + 进一步生成在 700nm
有最大吸光值的 Perl 普鲁士兰，测定 700nm 处吸光值
的高低可以间接反映多糖抗氧化能力的大小［21］。图4
图 4 辐照对透明质酸还原力的影响
Fig. 4 Effect of irradiation on reducing power of HA
为不同剂量辐照对透明质酸还原力的影响比较。由图
4 可知，随着剂量的增大，透明质酸还原能力也随之增
强，剂量在 0 ～ 3kGy 时，还原力缓慢增加，剂量高于
3kGy 还原力迅速增加，OD 值从 0. 115 增加到 0. 995。
2. 3 透明质酸的红外光谱分析
图 5 显示了 0、1、3、5、8、10、20 和 40kGy 辐照下的
透明质酸在 4000 － 1 ～ 500cm － 1区段红外光谱的特征吸
收峰，在 3434cm － 1出现了 C = O 官能团的特征吸收
峰，在 2360cm － 1附近出现了 C － O 的特征吸收峰，
1636cm － 1处 出 现 了 C － O － C 的 特 征 吸 收 峰，
1385cm － 1附近出现了 C － O 和 C － C 官能团特征吸收
峰，1067cm － 1处出现了 C － OH 的特征吸收峰。从整
体上看，虽然辐照降低了透明质酸的分子量，但红外吸
收光谱的波形没有发生明显的变化，表明辐照对透明
质酸功能结构没有明显的影响。但随着辐照剂量的增
高，其相应的吸收峰强度有所增加。
图 5 辐照前后透明质酸的红外光谱扫描图谱
Fig. 5 Infrared spectra of hyaluronic acid before and after irradiation
2. 4 辐照处理后透明质酸外观品质的变化
对辐照后的透明质酸样品进行观察，分析表 2 可
知，透明质酸溶液在辐照前后颜色没有发生变化，无色
透明，气味没有改变，但粘度显著降低，由粘稠状变成
液体状，流动性增强。
表 2 辐照前后透明质酸溶液外观品质的变化
Table 2 Changes of color，odor，transparency，and rheology of HA solution after irradiation
指标 item
剂量 dose(kGy)
0 1 3 5 8 10 20 40
气味 odor + + + + + + + +
透明度 transparency － － － － － － － － － － － － － － － －
颜色 color + + + + + + + +
流变性 rheology － + + + + + + + + + +
注:“ +”代表无色、无味、流动性一般;“ －”代表透明度差、流动性差;“ － －”代表透明度好;“ + +”代表流动性好。
Note:“ +”represents normal color，odor and rheology，“ －”represents poor transparency and rheology，“ － －”represents good transparency，“ + +”
represents better rheology.
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3 讨论
作为保健品和化妆产品中的有效成分，透明质酸
的抗氧化性是影响其质量的重要因素之一，DPPH·、
羟自由基(OH·)及超氧阴离子自由基(O －2 )的清除
能力以及还原力是反映其抗氧化性的重要参数。吡喃
羧酸环上的双键是清除体内自由基必不可少的，
Alkrad 等发现酶解后透明质酸中的吡喃羧酸环上形成
了一个双键，其抗氧化性加强［22］。透明质酸在辐照过
程中，分子发生裂解，在吡喃羧酸环可能形成了双键，
从而提高了透明质酸对 DPPH·的清除作用，还原力
增强，Kim 等人也研究认为透明质酸在辐照后还原力
有所增强［23］。辐照后透明质酸清除羟自由基(OH·)
及超氧阴离子自由基(O －2 )能力减弱，与 Kim 的研究
结果一致，原因可能是辐照使水分解产生大量的羟自
由基(OH·)及超氧阴离子自由基(O －2 )，在辐照过程
中与透明质酸结构上的基团发生反应，在一定程度上
削弱了透明质酸清除自由基的作用，因此，在今后的研
究中，可以对固体透明质酸进行辐照，以提高对羟自由
基(OH·)及超氧阴离子自由基(O2·)的清除率。
辐照后透明质酸的一级结构没有明显的改变，其
峰强的增加可能是辐照后透明质酸的溶解性增强，导
致其溶液中的透明质酸含量增加，对于其结构的研究
还有待于进一步加深，以便探明其峰强变化的机理。
4 结论
辐照使透明质酸溶液分子量和特性粘度降低，对
DPPH·的清除能力以及还原力有促进作用，且不会影
响其一级结构及外观品质。
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(责任编辑 高美须 裴颖)
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