全 文 ：核 农 学 报 2010，24(6):1208 ～ 1213
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
文章编号:1000-8551(2010)06-1208-06
收稿日期:2010-08-21 接受日期:2010-10-22
基金项目:农业部农业公益性行业科研专项经费项目(200803034)
作者简介:李彦杰(1974-)，男，回族，河南新密人，讲师，在读博士研究生，研究方向为多糖改性。E-mail:nxliyanjie@ yahoo. com. cn
通讯作者:哈益明(1957-)，男，山东蓬莱人，教授，硕士，博士生导师，研究方向为辐照加工与农产品贮藏。E-mail:hayiming@ sina. com
辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响
李彦杰1，2 哈益明1 王 锋1 李咏富3
(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实验室，北京 100193;
2. 内蒙古工业大学化工学院，内蒙古 呼和浩特 010051;3. 上海理工大学医疗器械与食品学院，上海 200093)
摘 要:以 0 ～ 500kGy60 Co γ 射线对固态黄原胶进行辐照，研究辐照对黄原胶分子量及还原力、清除 1，1
－二苯基 － 2 －苦基肼自由基(DPPH·)、超氧自由基(O2 －·)及羟自由基(·OH)能力等抗氧化活性的影
响。研究表明，10kGy 的辐照可使黄原胶粘均分子量从 1. 71 × 106 增加到 2. 23 × 106，超过 10kGy 后，黄
原胶粘均分子量随辐照剂量的增大逐渐减少，500kGy 时降为 1. 59 × 104。低于 10kGy 辐照，黄原胶的还
原力、对 DPPH·和对 O2 －·的清除率与剂量呈负相关，与对照相比，还原力降低了 3. 16%，对 DPPH·和
O2 －·的清除率分别从17. 37%和 18. 18%减少到 16. 87%和 8. 51%，增大辐照剂量，黄原胶的还原力和
对 DPPH·和 O2 －·的清除率与剂量呈正相关，500kGy 时黄原胶的还原力比对照增加 164. 22%，对 DPPH
·和 O2 －·的清除率升高至60. 79%和 30. 06%;对·OH 清除能力与辐照剂量呈负相关，清除率从 0kGy 时
的 9. 29%降低到 500kGy 时的 3. 63%。辐照可以引起黄原胶聚合或降解，从而导致其分子量及抗氧化
活性发生显著变化。
关键词:黄原胶;辐照剂量;分子量;抗氧化活性
EFFECT OF IRRADIATION ON MOLECULAR WEIGHT AND
ANTIOXIDANT ACTIVITY OF XANTHAN GUM
LI Yan-jie1，2 HA Yi-ming1 WANG Feng1 LI Yong-fu3
(1. Institute of Agro-Food Science and Technology /Key Laboratory of Agricultural Product Processing and Quality Control，
Ministry of Agriculture，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100193;
2. Chemical and Engineering Institute，Inner Mongolia University of Technology，Huhehaoet，Inner Mongolia 010051;
3. School of Medical Instrument an Food Engineering，University of Shanghai for Science ＆ Technology，Shanghai 200093)
Abstract:Xanthan gum in dry state was treated at different dosages (0 ～ 500kGy) of 60 Co γ-rays irradiation to
investigate the changes of molecular weight and antioxidant activity of Xanthan gum. The molecular weight of Xanthan
gum increased from 1. 71 × 106 to 2. 23 × 106 at 10kGy dose of irradiation，then decreased to 1. 59 × 104 at 500kGy.
Reducing activity and scavenging assays of 1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical(DPPH·)，superoxide anion radical
(O2-·)and hydroxyl radical (·OH)were used to evaluate the antioxidant activity of irradiated Xanthan gum. Below
10kGy，reducing activity and scavenging effect on DPPH· and O2 －·were negative correlated with irradiation dose，and
compared with control，reducing activity decreased by 3. 16%，and the scavenging effects on DPPH· and O2 －·
decreased from 17. 37% and 18. 18% to 16. 87% and 8. 51% at 10kGy，respectively. When irradiation dose was higher
than 10kGy， reducing activity and the scavenging effect on DPPH· and O2 －·of irradiated samples were postive
correlated with irradiation dose，and compared with control，reducing activity increased by 164. 22%，and scavenging
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6 期 辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响
effect on DPPH· and O2 －· increased to 60. 79% and 30. 06% at 500kGy，respectively. The·OH scavenging capacity
of irradiated samples was negative correlated with irradiation dose，and it decreased from 9. 29% at 0kGy to 3. 63% at
500kGy. Irradiation can cause polymerization or degradation of Xanthan gum molecule，and lead to significant changes of
molecular weight and antioxidant activity of Xanthan gum.
Key words:xanthan gum;γ-irradiation dose;molecular weight;antioxidant activity
黄原胶(Xanthan gum)是一类由野油菜黄单胞菌
(Xanthomonas campestris)分泌的胞外水溶性杂多糖，
分子量为 2 × 106 ～ 5 × 107［1］。黄原胶由葡萄糖以 β －
(1，4)－糖苷键相连，构成其主链，间隔的葡萄糖基上
联接由 β － D －甘露糖 － β － D － 葡萄糖醛酸 － α － D
－甘露糖组成的侧链。与主链相连的甘露糖通常由乙
酰基修饰，侧链末端的甘露糖则与丙酮酸发生缩醛反
应而被修饰［2］。黄原胶分子中带电荷的三糖侧链围
绕主链骨架结构反向缠绕，通过氢键维系形成类似棒
状的双螺旋刚性结构，并进一步形成螺旋复合体［3］。
这种结构使主链对酸、碱、热、酶等的作用具有较强的
抵抗能力，从而保持其结构及性能的稳定。研究发现
黄原胶具有抗氧化、增强免疫力及抑制肿瘤的作
用［4 － 7］，黄原胶分子量的大小对其功能特性有重要影
响。黄成栋、何晓燕等分别利用酶法降解黄原胶分子，
发现黄原胶寡糖拥有较强的抑制真菌生长的能力、植
物诱抗活性、抗氧化活性，以及很强的抗病毒活
性［8，9］。因黄原胶的特殊稳定结构及其低分子量降解
产物的新功能特性，人们开始关注其降解方法及降解
产物的研究。
辐照降解是利用电离辐射与物质的作用，使被辐
照物质分子中的化学键断裂，从而得到低分子量的产
物。辐照降解在环境污染治理、高分子材料降解等多
个领域得到研究和应用［10 ～ 13］，近年利用辐照进行多糖
降解的研究逐渐增多。壳聚糖及其他多糖的辐照降解
研究表明［14 － 20］，γ 射线辐照降解是有效、经济可行的
物理降解法，通过该法制备的多糖降解物无环境污染，
且生产过程可控性好，比传统的酸降解、氧化降解等方
法更具优势。关于黄原胶辐照降解的研究还很少见，
因此，本文利用 γ 射线辐照黄原胶，研究辐照对固态
黄原胶分子量及抗氧化活性的影响，探讨剂量与活性
间的关系，为黄原胶的辐照应用与开发提供理论基础
和技术支撑。
1 材料与方法
1. 1 材料
1. 1. 1 试验材料与试剂 固体黄原胶(食品添加剂
级)，山东阜丰发酵有限公司;1，1 －二苯基 － 2 － 苦基
肼(DPPH·)，日本和光纯药(Wako);番红 O，Sigma 公
司;其余试剂均为国产分析纯。
1. 1. 2 试验仪器 JascoV550 型紫外 －可见分光光度
计，日本分光公司;乌氏粘度计(内径 0. 57mm)，上海
申立玻璃仪器有限公司;重铬酸银(Ag2Cr2O7)剂量
计，本实验室自制。
1. 2 辐照
60 Co γ 辐照在中国农业科学院农产品加工研究所
进行。称取 50g 黄原胶粉末，放入瓶中，封口后进行
0、10、20、50、100、200、300、400 和 500kGy 剂量的辐
照，剂量率为 0. 5kGy /h，辐照温度 25℃ ± 2℃。辐照场
采用重铬酸银剂量计标定，该剂量计与中国计量科学
院丙氨酸校准剂量计(NDAS)比对，剂量测量误差 <
± 3%。每个剂量辐照设置 3 次重复。
1. 3 测定方法
1. 3. 1 黄原胶及其辐照产物分子量测定 根据
Mark-Houwink 方程［η］= K·(Mη)
α，采用粘度法测定
辐照处理后黄原胶的粘均分子量。用 0. 08mol /L NaCI
溶液溶解黄原胶，使用乌氏粘度计在 25℃ ± 0. 1℃下
测定［η］，对于黄原胶，取 K = 0. 0258，α = 0. 76［21］，代
入 Mark-Houwink 方程，即可计算出分子量 Mη。
1. 3. 2 还原力测定 还原力的测定参考 Oyaizu 的方
法［22］并略有改动。将不同剂量辐照后的黄原胶从蒸馏
水配置成 1mg /ml 溶液，取 1ml 依次加入 pH 6. 6 的磷酸
缓冲液和 1%铁氰化钾溶液各 2. 5ml，混匀后 50℃水浴
20min，加入 10%的三氯乙酸溶液 2. 5ml，混匀，800r /min
离心 10min，取上清液 2. 5ml，再次加入蒸馏水和 0. 1%
氯化铁溶液各 2. 5ml，混匀后静置 10min，在 700nm 处测
定吸光度。以 0. 01mg /ml TBHQ 无水乙醇溶液为阳性
对照，吸光度越高，表明样品还原力越强。
1. 3. 3 DPPH·清除能力测定［23］ 将不同剂量辐照后
的黄原胶以蒸馏配置成 1mg /ml 溶液，取 3ml 加入 2 ×
10 － 4mmol /L 的 DPPH·无水乙醇溶液2ml，封闭摇匀，
反应 30min 后在 517nm 波长下测定其吸光度 Ai。以
0. 1mg /ml TBHQ 无水乙醇溶液为阳性对照。清除率
=［1 －(Ai － Aj)/Ao］× 100%，其中 Ao 为 DPPH·溶液
吸光度，Ai 为 DPPH·溶液 +样品溶液的吸光度，Aj 为
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无水乙醇 +样品溶液的吸光度。
1. 3. 4 超氧自由基(O2 －·)清除能力的测定［24］ 采
用邻 苯 三 酚 自 氧 化 法 测 定 O2 － ·清 除 作 用。在
50mmol /L Tris-HCl(pH 8. 2)缓冲液 2. 8ml 中加入
0. lml 浓度为 1mg /ml 的不同剂量辐照后的黄原胶溶
液，25℃水浴 10min，随后加入 25℃预温的 60mmol /L
邻苯三酚溶液 0. lml(溶剂为 10mmol /L HCl)，充分混
匀后准确反应 3min，加入 5%抗坏血酸 0. 05ml 终止反
应，在 420nm 处测定吸光度。对照组以等体积纯水代
替样品，0. 01mg /ml TBHQ 无水乙醇溶液为阳性对照，
清除率 =［(A0 －(A － Ap))］/A o × 100%，式中 A o 为对
照组吸光度，A 为样品组的吸光度，Ap 为不加邻苯三
本分的吸光度。
1. 3. 5 羟自由基(·OH)清除能力的测定［25］ 采用
Fenton 体系检测黄原胶对·OH 的清除 作 用。在
0. 15mo1 /L 的磷酸缓冲液(pH 7. 4)1. 0ml、520μg /ml
番红 O 溶液 0. 2ml、6mmo1 /L EDTA Na2 － Fe
2 + 溶液
1. 0ml 的混合溶液中分别加入 7. 0ml 不同剂量辐照处
理后浓度为 1mg /ml 的黄原胶溶液，最后加入 6% 的
H2O2 0. 8ml 启动反应，40℃水浴 30min，520nm 处测量
定吸光度值。空白组以等体积的去离子水代替样品溶
液，对照组以等体积的去离子水代替样品溶液和
EDTA Na2 － Fe
2 + 溶液。以 0. 02mg /ml TBHQ 无水乙
醇溶液为阳性对照。清除率 = (A － Ai)/(Ao － Ai)×
100%，其中 A 为样品组的吸光度，Ai 为空白组的吸光
度，Ao 为对照组吸光度。
1. 4 数据分析
试验数据采用 Excel 进行处理和作图，采用
DPS7. 55 统计软件进行统计分析，用 Duncan 新复极差
检验处理平均数之间差异的显著性。
2 结果与分析
2. 1 辐照对黄原胶分子量的影响
辐照对黄原胶粘均分子量的影响如图 1 所示。经
过 10kGy 剂量辐照后，黄原胶的粘均分子量从辐照前
的 1. 71 × 106 增大到 2. 23 × 106，随着剂量的进一步增
大，粘均分子量逐渐降低为 1. 84 × 106、1. 01 × 106、
4. 97 × 105、1. 22 × 105、4. 82 × 104、2. 57 × 104、和 1. 59
× 104，说明在辐照作用下，黄原胶分子既可发生聚合
也可发生降解。在低于 10kGy 剂量辐照时，辐照效应
以聚合为主，而在辐照剂量大于 10kGy 后，降解反应
成为主要过程。不同剂量辐照处理后的黄原胶分子量
间存在极显著差异。
图 1 辐照对黄原胶粘均分子量的影响
Fig. 1 Effect of irradiation on viscosity average molecular weight (Mη)of xanthan gum
不同大小写字母分别表示处理在 1%和 5%水平差异显著，下图同
The different capital and common small letters indicated significant differences at
level of 1% and 5% level，respectively. The same as following figures
2. 2 辐照对黄原胶还原力的影响
由图 2 可知，经过 10kGy 剂量辐照后，黄原胶的吸
光度值稍有降低，由 0. 053 降到 0. 051，之后，吸光度
值随辐照剂量的增加而增大。与 0kGy 时相比，20、50、
100、200、300、400 和 500kGy 剂量辐照的黄原胶吸光
度值(还原力)分别增加 24. 05%、48. 10%、60. 13%、
96. 84%、124. 05%、151. 90% 和 164. 22%，在 500kGy
时可以达到阳性对照 TBHQ 吸光度值(还原力)的
59. 43%。不同剂量辐照的样品间差异极显著(P <
0. 01)。
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6 期 辐照对黄原胶分子量及抗氧化活性的影响
图 2 辐照对黄原胶还原力的影响
Fig. 2 Effect of irradiation on reducing activity of xanthan gum
图中 TBHQ 为特丁基对苯二酚，下图同
TBHQ is an abbrevation for tertiary butylhydroguinone. The same as following figure
2. 3 辐照对黄原胶清除 DPPH·能力的影响
如图3所示，黄原胶及经不同剂量辐照后的产物对
DPPH·都有一定的清除作用，除了 10kGy 剂量辐照时
清除作用比对照稍有不显著的降低(从 17. 37% 降为
16. 87%)，其余处理均随着剂量的增大，清除作用增
强，其变化趋势与对辐照对还原力影响的变化趋势相
似。经 400kGy 辐照后，黄原胶对 DPPH·的清除率达
到58. 8%，是对照的 2. 39 倍，与食品中常用的抗氧化
剂 TBHQ 接近。进一步增大辐照剂量到 500kGy，黄原
胶清除 DPPH·的能力仍在增强，但趋势趋于平缓，仅
增加到 60. 79%，与 400kGy 相比差异不显著。
图 3 辐照对黄原胶清除 DPPH·活性的影响
Fig. 3 Effect of irradiation on DPPH· scavenging capacity of xanthan gum
2. 4 辐照对黄原胶清除 O2 －·活性的影响
图4所示，对照组黄原胶对 O2 －·的清除率为
18. 18%，经 10kGy 剂量辐照后，清除率降为 8. 51%，
降幅 53. 22%，差异极显著。这与黄原胶在相同剂量
下对 DPPH·清除活性降低较小不同，可能是由于样品
在不同测试体系中的抗氧化机理及影响抗氧化活性的
因素不同而引起的。辐照剂量增加到 20kGy 时，黄原
胶对 O2 －·的清除率又有较大增加，达到 19. 94%。之
后，随着剂量的增大，清除率逐渐增加，到 400kGy 时，
黄原胶对 O2 －·的清除率达到29. 61%，与对照相比增
加了 62. 82%。进一步增大辐照剂量到 500kGy 时，黄
原胶样品对 O2 －·的清除率继续增加，可以达到 TBHQ
清除 活 性 的 92%，但 相 对 于 400kGy 时，仅 增 加
1. 52%，差异不显著，说明随着剂量的增加大辐照对清
除 O2 －·活性的影响趋于平缓。
2. 5 辐照对黄原胶清除·OH 活性的影响
图5表明，黄原胶对·OH 的清除率较低，仅为
9. 29%，经 10kGy 辐照后，清除率为 9. 21%，稍有降
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低，差异不显著。随着剂量的进一步增大，·OH 清除
率逐渐降低，但降低的幅度增加，到 300kGy 时清除率
为 4. 65%，仅为对照样品的 50%。进一步增大辐照剂
量，清除率降低幅度减小，500kGy 时清除率比 400kGy
时降低 12. 24%，差异不显著，但其对·OH 的清除率为
对照的30. 09%，差异极显著。到 500kGy 时，仅为阳性
对照 TBHQ 清除率的 28. 66%。
图 4 辐照对黄原胶清除 O2 －·活性的影响
Fig. 4 Effect of irradiation on O2 －· scavenging capacity of xanthan gum
图5 辐照对黄原胶清除·OH 活性的影响
Fig. 5 Effect of irradiation on·OH scavenging capacity of Xanthan gum
3 讨论
黄原胶经过辐照处理后，其分子量发生了显著的
变化。依据辐照效应的直接作用和间接作用理论，黄
原胶中产生的辐照效应可由黄原胶分子直接吸收辐射
能引起，即糖苷键的成键电子被 γ 光子激发，引起键
断裂;也可以由黄原胶及其所含水分子吸收辐射后产
生的活性粒子(H3O
+，e －aq和·OH、H·等自由基)通过化
学反应加速糖苷键的断裂引起。对固态黄原胶进行辐
照处理，剂量低于 10kGy 时，黄原胶分子量均高于未
经辐照的黄原胶;而超过 10kGy 后，随着辐照剂量的
增加，黄原胶分子量逐渐降低。这与康斌［26］在用 γ 辐
照降解法制备小分子水溶性壳聚糖时的现象相似。黄
原胶本身含有 10% 的水分，在水存在的条件下，黄原
胶分子会膨胀并伸展，使分子链运动自由度加大，在辐
射的直接和间接作用下生成大分子自由基，降解与聚
合的机会都极大增加。小于 10kGy 的低剂量辐照时，
H2O 受辐照分解出的 e
－
aq，H·可使活性中心向长链转
移，从而引发分子间的聚合或交联。高于 10kGy 时，
产物分子量急剧减小，水的存在对其降解作用的影响
逐渐占主要地位，其机理目前仍未完全清楚，还有待进
一步探讨。但通过控制辐照剂量来促进黄原胶的降解
或聚合是行之有效的，这也为黄原胶的改性研究提供
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一种新的思路和方法。
辐照后黄原胶抗氧化活性的变化与其分子量的变
化表现出较强的相关性。在低于 10kGy 剂量时，辐照
效应以聚合为主，分子量增加，某些活性基团可能参与
到聚合过程中，造成活性基团的减少，或者由于聚合，
使原来暴露的活性基团被阻隔，甚至包埋起来，从而使
黄原胶的还原力，以及对 DPPH·和 O2 －·的清除能力下
降。辐照剂量大于 10kGy 后，随着降解反应成为主要
过程，具有较低分子量的链段增多，造成某些活性基团
含量增多。同时，降解还可能使被阻隔或者包埋在分
子链中的活性基团暴露出来，从而造成黄原胶的还原
力，以及对 DPPH·和 O2 －·的清除能力随辐照剂量的增
加而增大。而黄原胶对·OH 清除率随辐照剂量增大而
持续降低可能与辐照效应反应机理有关。黄原胶中的
水份在辐照条件下产生的·OH，会与黄原胶分子反应，
在引起其聚合或降解的同时，也消耗了黄原胶清除·
OH 的能力，在 10kGy 以下，生成的以及与黄原胶反应
的·OH 都较少，对黄原胶清除·OH 能力的消耗较少，
随着辐照剂量的增大，·OH 的数量逐渐增多，对黄原
胶清除·OH 能力的消耗增加，从而表现为辐照后黄原
胶对·OH 清除率持续降低。
4 结论
辐照可使固态黄原胶发生聚合或降解，低于
10kGy 时，辐照效应以聚合反应为主，超过 10kGy 后，
随着辐照剂量的增大，降解反应成为主要反应过程，且
降解程度逐渐加深;
黄原胶本身抗氧化活性不高，辐照处理后，其抗氧
化活性发生显著变化。在低于 10kGy 的剂量下，黄原
胶的还原力、对 DPPH·和 O2 －·的清除率与剂量呈负相
关;剂量大于 10kGy，黄原胶的还原力、对 DPPH·和
O2 －·的清除率与剂量呈正相关;而对·OH 活性的清除
能力与剂量呈负相关。
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(责任编辑 高美须 裴 颖)
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