大豆多糖与纳豆多糖结构特征和主要生物活性比较

许梦粤，丁泽宇，李锦鹏，王 灿，王铭阳，刘 琴，曾长立，王红波,3,*

（1.江汉大学生命科学学院，食品营养与安全研究中心，湖北 武汉 430056；2.湖北省汉江流域特色生物资源保护开发与利用工程技术研究中心，湖北 武汉 430056；3.湖北省豆类（蔬菜）植物工程技术研究中心，湖北 武汉 430056）

大豆是一种优质的食品原料，含有多糖、异黄酮、多肽、磷脂和皂苷等生物活性成分[1]。纳豆是由大豆经浸泡、蒸煮和接种纳豆芽孢杆菌发酵等工序制备的发酵食品[1]。大豆和纳豆的主要营养成分和生物活性物质差异显著。纳豆芽孢杆菌分泌的多种酶能水解大豆中的蛋白质和脂质等物质，产生氨基酸、有机酸、脂肪酸和酵素等小分子物质，更易被人体吸收[2]。微生物发酵不仅可以改变大豆食品的风味，还可以提高大豆食品的营养价值[3-4]。纳豆中含有纳豆激酶、多糖和亚油酸等活性物质，具有溶血栓、抗氧化、保护肝脏和预防心脑血管疾病等功能[5]。

豆类多糖是从豆类中提取的一类由10 个及以上单糖或单糖衍生物通过糖苷键缩合形成的天然高分子化合物，具有抗氧化、降血糖、降血脂、免疫调节和保护肠胃等生物活性[6]。多糖化学组成、分子质量和糖苷键的连接方式等结构特征是决定其生物活性的主要因素[7]。多糖的提取纯化、结构表征、结构改性和生物活性是豆类多糖研究关注的焦点。Liu Duo等[8]研究发现，黑豆皮多糖由甘露糖、半乳糖和葡萄糖3 种单糖组成，具有一定的抗疲劳活性。辛玥等[9]发现，豇豆种皮多糖是一种果胶类的酸性多糖，具有较强的抗氧化活性。Bai Zhouya等[10]发现，红芸豆和小黑豆粗多糖对II型糖尿病小鼠均有缓解作用，且对其肝功能有保护作用。

纳豆多糖是纳豆中重要的生物活性成分。但现有的研究主要聚焦于纳豆中的纳豆激酶和多肽，对于纳豆多糖的研究报道较少。杨文丽等[11]研究发现，纳豆多糖是由岩藻糖、木糖醇、甘露糖、葡萄糖和半乳糖组成的具有三螺旋结构的杂多糖。Matsumoto等[12]发现，纳豆多糖能通过抑制肠道细胞摄取葡萄糖抑制餐后高血糖。本研究采用水提醇沉法分别从大豆和纳豆中提取制备粗多糖，比较分析2 种粗多糖的结构特征、溶解性质以及体外抗氧化、降血糖和降血脂生物活性差异，初步阐明纳豆芽孢杆菌发酵对大豆多糖的影响规律。本研究旨在为纳豆多糖的结构分析和生物活性研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘东农252’大豆产于黑龙江省哈尔滨市。

2,4,6-三(2-吡啶基)-1,3,5-三嗪（2,4,6-tri(2-pyridyl)-1,3,5-triazine，TPTZ）、3,5-二硝基水杨酸（3,5-dinitrosalicylicacid，DNS）北京索来宝科技有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-trinitrophenylhydrazine，DPPH）、2,2′-联氨-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）上海麦克林生化试剂有限公司；右旋糖酐、1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮（5-methyl-2-phenyl-1,2-dihydropyrazol-3-one，PMP）、三氟乙酸（trifluoroacetic acid，TFA）、单糖标准品 美国Sigma公司；α-淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶 广州硕谱生物科技有限公司；阿卡波糖、甘氨脱氧胆酸钠、牛磺脱氧胆酸钠 上海易恩化学技术有限公司；三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）、牛血清蛋白、可溶性淀粉等试剂 国药控股化学试剂有限公司；纳豆芽孢杆菌（Bacillus subtilis natto）CICC 10263 中国工业微生物菌种保藏管理中心。

1.2 仪器与设备

iS50R傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）仪 美国Nicolet公司；U3000高效液相色谱仪、1510全波长酶标仪 美国赛默飞世尔科技公司；1515高效液相色谱仪 美国Waters公司；Nova NanoSEM450场发射扫描电子显微镜 美国FEI公司；Freezone 6 Plus冷冻干燥机 美国Labconco公司。

1.3 方法

1.3.1 大豆多糖和纳豆多糖的制备

1.3.1.1 种子液的制备

将纳豆芽孢杆菌接种至LB培养基37 ℃培养18 h，即为种子液。

1.3.1.2 大豆固态发酵

参考刘彦敏等[2]的方法，将大豆粉碎过筛，于121 ℃灭菌20 min，冷却后按1∶1（m/V）加入无菌水和5%种子液，搅拌均匀，置于37 ℃发酵培养3 d。发酵结束后将样品置于真空冷冻干燥机，冷冻干燥18 h，置于-20 ℃冰箱贮藏备用。

1.3.1.3 粗多糖提取

参考Zhu Yingying等[13]的方法。将大豆和纳豆粉碎，过60 目筛，称质量，按1∶10（m/V）加入体积分数95%乙醇溶液，室温下振荡6 h以除去脂肪和色素等杂质，以4 300×g离心10 min，收集沉淀，70 ℃烘箱烘干。加入蒸馏水（1∶20，m/V），95 ℃水浴提取6 h，冷却后以4 300×g离心10 min，收集清液。加入等体积3 g/100 mL TCA溶液以除去蛋白质，4 ℃静置过夜，以7 700×g离心10 min，收集上清液。然后加入2 倍体积无水乙醇，4 ℃静置过夜，以7 700×g离心10 min，收集沉淀，冷冻干燥获得粗多糖，称其质量。按式（1）计算粗多糖得率。

1.3.2 大豆多糖和纳豆多糖的结构表征

1.3.2.1 化学组成测定

以葡萄糖为标准品，采用苯酚-硫酸法[14]测定样品中总糖含量，得线性回归方程：y＝3.277 1x+0.076 8（R2＝0.996 6）。以半乳糖醛酸为标准品，采用间羟基联苯比色法[15]测定样品中糖醛酸含量，得线性回归方程：y＝3.514 3x+0.047 7（R2＝0.994 1）。以牛血清蛋白为标准品，采用Bradford法[16]测定样品中蛋白质含量，得线性回归方程：y＝1.315 7x+0.186 7（R2＝0.993 0）。

1.3.2.2 FTIR光谱表征

称取1～2 mg粗多糖样品于研钵中，加入200 mg溴化钾粉末研磨均匀、压片，使用FTIR仪进行扫描，扫描范围4 000～400 cm-1[17]。

1.3.2.3 单糖组成测定

参考胡彦波等[18]的方法，利用高效液相色谱仪测定多糖样品的单糖组成。色谱条件：流动相为乙腈-磷酸盐缓冲液（phosphate buffered saline，PBS，pH 6.8）（17∶83，V/V），等度洗脱，流速0.8 mL/min；柱温30 ℃；检测波长250 nm；进样量10 μL。

1.3.2.4 分子质量分布测定

参考赵佳莹等[19]的方法，采用高效凝胶渗透色谱（high performance gel permeation chromatography，HPGPC）测定多糖样品分子质量分布。以不同右旋糖酐标准品相对分子质量（Mp为峰位分子质量，Mw为重均分子质量，Mn为数均分子质量）的对数值为纵坐标，以相应色谱峰的保留时间t为横坐标，得lgMp-t、lgMw-t、lgMn-t校正曲线：lgMw＝-0.177 2t+11.090 9（R²＝0.993 6）；lgMp＝-0.168 8t+10.687 1（R²＝0.992 6）；lgMn＝-0.168 5t+10.593 7（R2＝0.994 5）。色谱条件：流动相0.05 mol/L NaCl溶液，检测器为示差检测器，柱温40 ℃，流速0.65 mL/min，进样量30 μL。

1.3.2.5 多糖表面结构观察

取适量多糖样品于导电碳胶带上，喷金处理后，置于扫描电子显微镜中观察拍照。设定工作电压10.0 kV，观察多糖表面结构，于200、1 000、2 000 倍放大拍照[20]。

1.3.3 多糖溶水能力、持水能力和脂肪结合能力测定

参考Jeddou[21]、Chu Jiaxi[22]等的方法。称取50 mg多糖样品，加入1 mL蒸馏水，旋涡混合，25 ℃振荡20 h。12 000×g离心10 min，收集清液，加入3 倍体积无水乙醇，4 ℃静置过夜，以12 000 ×g离心10 min，收集沉淀，冻干后称质量，即为上清液中总碳水化合物质量，按式（2）计算溶水能力。收集第1次离心后的沉淀，70 ℃干燥6 h，称质量，按式（3）计算持水能力。称取50 mg多糖样品于空离心管中，称空离心管质量，加入1 mL植物油，每5 min混合30 s，重复6 次，1 600×g离心20 min，弃上清液，离心管在滤纸上排液30 min，称离心管质量，按式（4）计算脂肪结合能力。

1.3.4 大豆多糖和纳豆多糖体外抗氧化活性测定

1.3.4.1 DPPH自由基清除活性

参考辛玥等[9]的方法。取0.2 mL多糖样品溶液（0.125、0.25、0.5、1 mg/mL），加入0.2 mL 0.1 mmol/L DPPH溶液（溶于50%乙醇溶液），混合均匀，避光反应30 min，于517 nm波长处测定吸光度。按式（5）计算DPPH自由基清除率，以VC为阳性对照。

式中：A0为0.2 mL H2O+0.2 mL DPPH溶液的吸光度；A1为0.2 mL样品溶液+0.2 mL 50%乙醇溶液的吸光度；A2为0.2 mL样品溶液+0.2 mL DPPH溶液的吸光度。

1.3.4.2 ABTS阳离子自由基清除活性

参考Teng Cong等[23]的方法。将7.4 mol/L ABTS阳离子溶液和3.8 mmol/L硫酸钾溶液等体积混合，避光反应12 h，即为母液。在734 nm波长下，用pH 7.4 PBS将母液吸光度调整到0.70±0.02，得到工作液。取25 μL多糖样品溶液（0.5、1.0、2.0、4.0 mg/mL），加入250 μL ABTS阳离子工作液混匀，避光静置15 min，734 nm波长处测定吸光度，按式（6）计算ABTS阳离子自由基清除率，以VC为阳性对照。

式中：A3为25 μL H2O+250 μL ABTS阳离子工作液的吸光度；A4为25 μL样品溶液+250 μL PBS的吸光度；A5为25 μL样品溶液+250 μL ABTS阳离子工作液的吸光度。

1.3.4.3 铁离子还原能力（ferricion reducing antioxidant power，FRAP）

参考Liu Xuexia等[24]的方法。以FeSO4溶液浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，得线性回归方程：y＝0.689 8x+0.060 0（R2＝0.992 1）。将300 mmol/L醋酸盐缓冲液、10 mmol/L TPTZ溶液和20 mmol/L氯化铁溶液混合（体积比10∶1∶1），即为FRAP工作液。取0.1 mL多糖样品溶液（0.5、1.0、2.0、4.0 mg/mL），加入0.9 mL FRAP工作液，37 ℃水浴5 min，595 nm波长处测定吸光度，根据标准曲线计算FRAP。

1.3.5α-淀粉酶抑制活性测定

参考Gu Shuangshuang等[25]的方法。取0.4 mL多糖样品溶液（0.5、1.0、2.0、4.0 mg/mL），加入0.2 mL质量分数1%淀粉溶液，置于37 ℃水浴中温育5 min。加入0.2 mLα-淀粉酶溶液（0.5 mg/mL），37 ℃下反应10 min，加入0.4 mL DNS试剂终止反应，沸水浴加热5 min，冰水冷却。540 nm波长处测定吸光度，按式（7）计算α-淀粉酶抑制率，以阿卡波糖为阳性对照。

式中：A6为0.4 mL PBS+0.2 mL 1%淀粉溶液+0.2 mLα-淀粉酶溶液+0.4 mL DNS的吸光度；A7为0.4 mL样品溶液+0.2 mL 1%淀粉溶液+0.2 mL PBS+0.4 mL DNS的吸光度；A8为0.4 mL样品溶液+0.2 mL 1%淀粉溶液+0.2 mLα-淀粉酶溶液+0.4 mL DNS的吸光度。

1.3.6 大豆多糖和纳豆多糖体外降脂实验

参考Qin Hana等[26]的方法。取2 mL胆酸盐系列标准溶液（含甘氨胆酸钠0.03、0.06、0.12、0.18、0.24、0.30 mmol/L，牛磺胆酸钠0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 mmol/L），加入6 mL 60% H2SO4溶液，70 ℃恒温水浴40 min，冰水浴5 min，387 nm波长处测定吸光度，得牛磺胆酸钠线性回归方程为y＝0.126 9x+0.061 5（R2＝0.995 4），甘氨胆酸钠线性回归方程为y＝0.161 1x+0.050 0（R2＝0.999 2）。取0.2 mL多糖样品溶液（0.5、1.0、2.0、4.0 mg/mL），加入0.2 mL胃蛋白酶（10 mg/mL）和0.6 mL HCl溶液（0.01 mol/L），37 ℃恒温振荡，模拟胃环境消化1 h。用0.1 mol/L NaOH溶液调节pH值至6.3，加入0.8 mL胰蛋白酶（10 mg/mL），模拟肠道环境消化1 h。加入0.8 mL胆酸盐（含甘氨胆酸钠0.4 mmol/L、牛磺胆酸钠0.5 mmol/L）消化1 h，以6 500×g离心10 min，收集清液，测定胆酸盐含量。分别按式（8）、（9）计算甘氨胆酸钠和牛磺胆酸钠的结合率。

式中：c1为甘氨胆酸钠加入量/μmol；c2为甘氨胆酸钠剩余量/μmol；c3为牛磺胆酸钠加入量/μmol；c4为牛磺胆酸钠剩余量/μmol。

1.4 数据处理

所有实验均重复3 次，结果以平均值±标准差表示。采用SPSS（version 25.0）软件进行单因素方差分析，P＜0.05表明具有显著差异。使用Origin 2021软件绘图。

2 结果与分析

2.1 粗多糖得率与化学组分分析

由表1可知，大豆多糖和纳豆多糖的得率分别为（1.83±0.57）%、（2.49±0.54）%。发酵过程中纳豆芽孢杆菌产生的系列酶分解植物细胞壁，加速多糖释放[22]，纳豆多糖的得率高于大豆多糖，更有利于功能多糖的人体吸收。纳豆多糖的总糖含量是大豆多糖的1.42 倍，二者之间差异显著（P＜0.05）。纳豆多糖中糖醛酸含量显著高于大豆多糖（P＜0.05）。Zhang Lili等[27]研究发现，纳豆芽孢杆菌能分泌蛋白酶水解蛋白质，使蛋白质含量降低。因此，纳豆多糖中蛋白质含量显著降低（P＜0.05），多糖纯度提高。胡彦波等[18]研究发现，含少量蛋白质的粗多糖样品对后续抗氧化活性的研究无明显影响。因此，大豆和纳豆的粗多糖样品无需进行后续脱蛋白处理。

表1 大豆多糖和纳豆多糖得率与化学成分Table 1 Yields and chemical compositions of soybean and natto polysaccharides %

2.2 大豆多糖和纳豆多糖的结构表征

2.2.1 FTIR光谱结果

由图1可知，大豆多糖和纳豆多糖具有相似的多糖特征吸收峰，但吸收带强度不同，表明纳豆芽孢杆菌发酵过程中未破坏大豆多糖结构。但发酵过程涉及酯化、水解、氧化和还原等多种反应，均可能影响大豆多糖的结构，从而导致大豆多糖和纳豆多糖的结构特征存在差异[28]。其中，3 500～3 200 cm-1附近的吸收峰为—OH的伸缩振动，3 000～2 800 cm-1附近的吸收峰为C—H基团的不对称伸缩振动[29]。1 160～1 000 cm-1的吸收峰对应C—O—C和C—O—H键的拉伸振动，表明多糖中存在吡喃糖环[30]。830 cm-1附近出现吸收峰，表明大豆多糖和纳豆多糖的内部结构中均存在α-型糖苷键[23]。1 665、1 450 cm-1附近的吸收峰分别对应对称和非对称C＝O拉伸振动，表明多糖中可能含有较多糖醛酸[31]。1 740 cm-1附近的吸收峰是糖醛酸的特征吸收，用于表征多糖的酯化程度[18,24]。大豆多糖在1 740 cm-1附近无吸收峰，而纳豆多糖在1 746 cm-1处有特征峰，说明纳豆多糖的糖醛酸可能部分被酯化修饰。Li Xiaoli等[32]研究发现，经硫酸酯化后的牡丹种子多糖的糖醛酸含量为（25.62±0.64）%，是牡丹种子多糖的5.04 倍，硫酸酯化后多糖的水溶性和生物活性等均显著增强。采用浓硫酸法和氯磺酸-吡啶法修饰的天然多糖易降解[33]，且氯磺酸等试剂有剧毒，可能产生毒副作用[34-35]。微生物发酵酯化修饰的多糖食品安全性较高。

图1 大豆多糖和纳豆多糖的FTIR图谱Fig.1 FTIR spectra of soybean and natto polysaccharides

2.2.2 单糖组成

由图2和表2可知，大豆多糖和纳豆多糖的单糖组成相似，且均为酸性杂多糖。大豆多糖主要单糖组成为甘露糖（mannose，Man）（22.72%）、葡萄糖（glucose，Glc）（17.26%）、半乳糖（galactose，Gal）（22.68%），纳豆多糖主要单糖组成为Glc（35.52%）和Gal（27.49%）。纳豆多糖中Man、半乳糖醛酸（galacturonic acid，GalA）、岩藻糖（Fucose，Fuc）物质的量分数下降，而盐酸氨基葡萄糖（D-glucosamine hydrochloride，GlcN）、Glc、Gal、木糖（xylose，Xyl）物质的量分数增加。纳豆芽孢杆菌的生物合成代谢会改变多糖中单糖的浓度和比例[36]。杨文丽等[11]研究发现，纳豆多糖的单糖组成及物质的量比为Fuc∶木糖醇∶Man∶Glc∶GalA＝1.04∶1.53∶1.57∶1.19∶4.68。单糖组成可以反映活性多糖部分结构信息[19]。大豆多糖和纳豆多糖的R1值较小，表明其线性区域含量较低，即侧链的分支程度较高。大豆多糖和纳豆多糖的R2值较高，表明RG-I含量较高。纳豆多糖的R3值（4.36）高于大豆多糖（2.65），表明纳豆多糖的RG-I中侧链占比高于大豆多糖。Mao Guizhu等[37]研究发现，高RG-I含量和小分子质量的柑橘多糖更有利于肠道微生物生态平衡。Zhang Shikai等[38]研究发现，富含RG-I的欧李多糖具有良好的乳化性能和抗氧化能力。

图2 大豆多糖和纳豆多糖的单糖组成高效液相色谱图Fig.2 HPLC chromatograms of monosaccharide compositions of soybean and natto polysaccharides

表2 大豆多糖和纳豆多糖的单糖组成及物质的量分数Table 2 Monosaccharide compositions of soybean and natto polysaccharides %

2.2.3 分子质量分布

由图3可知，纳豆多糖mw为33.532 ku，高于大豆多糖（5.256 ku），表明微生物发酵增加了大豆多糖的mw。发酵过程中纳豆芽孢杆菌分泌的酶可以对多糖小分子基团修饰和重组，从而改变多糖分子质量[39]。多糖分子中含有大量羟基，羟基的伸缩振动以及分子间作用力相互聚集，特别是酸性多糖容易形成不同程度的聚集体，使得多糖分子质量增加[40]。Liang Jingjing等[41]研究发现，发酵乳杆菌21828发酵过程中香菇多糖分子质量由11.6 ku增加到18.7 ku，且发酵香菇多糖的免疫调节活性提高。Gu Jinyan等[20]研究发现，相同来源的茨菇多糖，分子质量大的表现出较强的抗氧化和免疫调节活性。由表3可知，大豆多糖和纳豆多糖的分散系数（mw/mn）为1.2～1.5，均接近1，表明二者均一性较好。

图3 大豆多糖和纳豆多糖的HPGPC图Fig.3 HPGPC chromatograms of soybean and natto polysaccharides

表3 大豆多糖和纳豆多糖的分子质量Table 3 Molecular masses of soybean and natto polysaccharides

2.2.4 大豆多糖和纳豆多糖的微观结构

由图4可知，大豆多糖表面粗糙，有少许分支和孔洞。纳豆多糖表面呈网状和纤维状，光滑致密。大豆多糖与纳豆多糖的显微形态差异明显。多糖是具有复杂网络结构的大分子聚集体，其微观形态与聚集状态有关[28]。Wang Lei等[42]发现，刺梨果多糖的分子排列不紧密，表明多糖聚集体之间的相互作用力较弱。Pei Fangyi等[43]研究发现，发酵过程改变了蓝金银花多糖原有的互连或聚集，导致大分子结构的降解和重构，呈现出光滑和致密表面。

图4 大豆多糖和纳豆多糖的扫描电子显微图Fig.4 Scanning electron micrographs of soybean and natto polysaccharides

2.3 大豆多糖和纳豆多糖溶水能力、持水能力和脂肪结合能力

由图5可知，大豆多糖的溶水能力为（31.81±4.48）%，显著低于纳豆多糖的（64.77±0.41）%（P＜0.05）。纳豆多糖糖醛酸含量的增加以及糖醛酸部分酯化能使溶水能力增强[32]。纳豆芽孢杆菌发酵多糖的连接被破坏，暴露出更多的氢键和偶极形式，这有助于溶水能力的提高[22]。多糖的水溶性越好，其应用范围越广。

图5 大豆多糖和纳豆多糖的溶水能力、持水能力和脂肪结合能力Fig.5 Water solubility,water-holding capacity and fat-binding capacity of soybean and natto polysaccharides

大豆多糖的脂肪结合能力为（102.82±9.08）%，显著高于纳豆多糖的（34.40±1.01）%（P＜0.05）。大豆多糖的持水能力为（75.04±7.89）%，和纳豆多糖（（70.67±5.03）%）之间没有显著差异。脂肪结合能力与多糖的化学成分、纤维分子对油的亲和力、与纤维结构的孔隙度密切相关[21,44]。纳豆多糖的显微结构紧实光滑，不利于与油结合，使得脂肪结合能力下降。与纳豆多糖相比，大豆多糖具有良好的脂肪结合能力，其在食品增味剂和保味剂中具有良好的应用价值。

2.4 大豆多糖和纳豆多糖体外抗氧化活性

如图6所示，大豆多糖和纳豆多糖的DPPH自由基清除率、ABTS阳离子自由基清除率和FRAP在一定的浓度范围内都表现出质量浓度依赖性。当多糖质量浓度增加到1 mg/mL时，大豆多糖和纳豆多糖的DPPH自由基清除率分别为（84.14±0.20）%和（92.27±0.43）%。当多糖质量浓度增加到4 mg/mL时，大豆多糖和纳豆多糖的ABTS阳离子自由基清除率分别为（55.91±1.88）%和（60.23±1.00）%。纳豆多糖对DPPH和ABTS阳离子自由基清除能力的半抑制质量浓度（half maximal inhibitory concentration，IC50）分别为（0.049±0.015）、（2.640±0.072）mg/mL，表现出更佳的抗氧化活性。如图6C所示，当多糖质量浓度为0.5 mg/mL时，纳豆多糖的FRAP（（165.14±0.91）μmol/L）高于大豆多糖（（157.94±0.67）μmol/L）。当多糖质量浓度增加到4 mg/mL时，大豆多糖和纳豆多糖的FRAP分别达到（172.48±1.81）、（202.6±2.03）μmol/L，纳豆多糖对铁离子的还原能力高于大豆多糖。

图6 大豆多糖和纳豆多糖的抗氧化活性Fig.6 Antioxidant activity of soybean and natto polysaccharides

与大豆多糖相比，纳豆多糖的DPPH自由基清除能力、ABTS阳离子自由基清除能力和FRAP更强。多糖的抗氧化活性与糖醛酸含量、单糖组成和分子质量等结构特征密切相关[6]。糖醛酸含量越高，多糖的供电子或供氢能力越强，抗氧化活性越高[28]。Gu Jinyan等[20]发现采用热水浸提法提取的茨菇多糖，其糖醛酸含量（8.62%）高于亚临界水提法提取的多糖（2.75%），且热水浸提制备的茨菇多糖抗氧化活性更强。本研究中纳豆多糖的糖醛酸含量显著高于大豆多糖，这可能是其抗氧化活性较高的重要原因。微生物发酵是一种温和的生物修饰法，可以改变天然多糖的结构，提高多糖的抗氧化活性[45]。Chen Qiuyan等[46]研究发现，采用酿酒酵母和枯草芽孢杆菌混合发酵麦麸改变了麦麸的单糖组成和分子质量，增强了麦麸多糖的DPPH自由基清除能力和对2,2′-偶氮双盐酸(2-甲基丙酰脒)诱导的氧化应激的保护作用。

2.5 大豆多糖和纳豆多糖体外降血糖活性

α-淀粉酶是参与糖代谢的关键消化酶之一，能将二糖转化为单糖，导致餐后血糖水平急剧升高[10]。控制肠道内葡萄糖的释放是治疗II型糖尿病的有效途径[25]。多糖抑制α-淀粉酶活性的能力可以表征其体外降血糖活性。由图7可知，当多糖质量浓度为4 mg/mL时，大豆多糖和纳豆多糖的α-淀粉酶抑制率分别为（43.77±2.44）%和（55.66±2.98）%。纳豆多糖抑制α-淀粉酶活性的IC50为（3.297±0.395）mg/mL，体外降血糖活性显著高于大豆多糖（P＜0.05），但二者对α-淀粉酶的抑制能力均低于阿卡波糖。单糖组成、糖醛酸含量和空间构象等因素会影响多糖的降血糖活性[47]。Zhang Zhenbiao等[48]研究发现，鼠李糖比例高且分子质量大的茶叶多糖对α-淀粉酶的结合亲和力更强、降血糖活性更高。刘丹奇等[49]研究红茶多糖、枸杞多糖和桑叶多糖时发现，阿拉伯糖和木糖的物质的量占比与降血糖活性呈正相关。Wu Mengqi等[50]研究发现，从蔷薇多糖中分离的WSRP-2b的糖醛酸含量（（74.73±3.43）%）高于WSRP-2a（（61.46±2.29）%），WSRP-2b对α-淀粉酶具有更强的抑制能力。纳豆多糖的木糖比例高、糖醛酸含量高且分子质量大，可能是其具有良好降血糖活性的主要原因。

2.6 大豆多糖和纳豆多糖体外降血脂活性

胆固醇降解会产生胆酸盐，多糖能在肠道内与胆酸盐结合，减少胆酸盐重吸收，并且多糖能介入胆酸盐的肠肝循环，使胆酸盐排出体外[51]。多糖通过降低胆固醇和胆酸盐含量达到降血脂的目的。如图8所示，当多糖质量浓度为4 mg/mL时，大豆多糖和纳豆多糖对甘氨胆酸钠的结合率分别为（56.06±2.41）%和（63.77±2.43）%，对牛磺胆酸钠的结合率分别为（53.38±0.93）%和（59.29±0.93）%。纳豆多糖对甘氨胆酸钠结合能力和牛磺胆酸钠结合能力的IC50分别为（2.292±0.175）、（1.249±0.062）mg/mL，显著高于大豆多糖（P＜0.05)。Pei Fangyi等[43]研究发现，分子质量大的多糖，胆汁酸结合能力高，降血脂能力强。Li Qiaoyun等[52]研究发现，高糖醛酸含量和大分子质量的沙棘多糖具有更强的胆汁酸结合能力。纳豆多糖的分子质量和糖醛酸含量均高于大豆多糖，可能是纳豆多糖胆酸盐结合能力增强的重要原因。

图8 大豆多糖和纳豆多糖的胆酸盐结合能力Fig.8 Cholate-binding capacity of soybean and natto polysaccharides

3 结论

大豆多糖和纳豆多糖均为含有α-吡喃糖环的酸性杂多糖，其得率分别为（1.8 3±0.5 7）%和（2.49±0.54）%。纳豆多糖的糖醛酸含量为大豆多糖的1.18 倍。大豆多糖和纳豆多糖的单糖组成种类相似但比例不同，其分子质量分别为5.256、33.532 ku。大豆多糖的表面较为粗糙，纳豆多糖表面光滑致密。纳豆多糖的溶水能力是大豆多糖的2.04 倍，而大豆多糖的脂肪结合能力为纳豆多糖的2.99 倍。纳豆多糖对DPPH和ABTS阳离子自由基的清除能力、FRAP、α-淀粉酶的抑制能力和胆酸盐的结合能力优于大豆多糖。纳豆多糖表现出更优的抗氧化、体外降血糖和体外降血脂生物活性。但纳豆芽孢杆菌发酵改变大豆多糖结构的机制尚不明确，多糖结构的官能团变化尚不清楚。在后续研究中需要进一步分离纯化纳豆多糖，对其结构进行表征，探索结构与生物活性的关系。