兰州理工大学研究：电子束辐照提升当归多糖提取率与生物活性

电子束辐照改性当归多糖，提升多项生物功能活性

作者｜安 耘 运营｜王 蕊 图片｜网 络 来源｜FFL未来食品实验室

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药食同源植物兼具营养与药用价值，在膳食补充剂和功能食品开发中应用广泛，多糖作为其中一类重要活性物质，具有抗氧化、免疫调节、抗肿瘤等多种药理活性，受到广泛关注。当归是我国传统药食两用中药材，当归多糖（ASP）是其核心活性成分，由8种单糖组成，具有抗氧化、抗衰老、抑制肿瘤细胞增殖等多种作用，因此开发可提升当归多糖生物活性的技术具有重要的科研与产业价值。

多糖的活性与其结构密切相关，低分子量多糖水溶性、受体结合能力更优，支链结构、三螺旋等高级构象同样会显著影响其功能活性。多糖可通过物理、化学、生物方法实现降解改性，但各类方法均存在一定局限；电子束辐照（EBI）作为一种低能耗绿色电离辐射技术，能够引发分子断链、交联和氧化反应，可通过调控辐照剂量实现结构可控改性，已有研究证实该技术可提升果胶、罗望子籽多糖的得率与功能特性。

但目前电子束辐照改性多糖的研究大多只聚焦抗氧化活性，缺少对免疫调节、抗肿瘤活性以及完整“剂量-结构-功能-活性”关联的系统解析。基于此，兰州理工大学生命科学与工程学院胡云霞团队开展相关研究，系统探究不同剂量电子束辐照对当归多糖提取率、理化性质、结构特征以及抗氧化、免疫调节、抗肿瘤生物活性的影响，阐明电子束辐照调控多糖活性的内在机制，为当归多糖在功能食品和医药领域的应用拓展提供理论依据。

核心痛点

其一，传统热水提取多糖得率低，大分子多糖溶解性差、生物利用度低；而现有降解手段——物理方法（高压、超声、微波）、化学方法（酸、碱处理）、生物方法（酶解）各有缺陷，缺乏高效、绿色、可剂量调控的降解修饰技术。

其二，现有电子束和伽马（γ）辐照多糖的研究多集中在抗氧化单一维度，对免疫调节、抗肿瘤等关键活性缺乏系统探究。

本技术核心优势

首先，研究团队将干燥当归根粉碎并过筛，以未辐照样品（NAP）为对照，设置10、20、40、60和80kGy五个目标剂量组，采用电子加速器辐照处理后，再对样品进行多糖提取与纯化，并开展后续系统评价。

EBI可剂量依赖性地提高ASP提取率，NAP为10.03%，80kGy达16.27%，提高62.13%；主要原因在于EBI破坏细胞壁、促进溶剂渗透和多糖释放。化学组成分析表明，在提取效率提升的同时，多糖的主要化学属性未发生根本改变。

▲图1 不同电子束辐照（EBI）剂量对当归多糖得率及化学组成的影响

EBI未改变ASP的8种单糖种类，但显著改变各类单糖的摩尔占比：80 kGy时阿拉伯糖（Ara）增加42.01%、鼠李糖（Rha）增加34.02%、葡萄糖醛酸（GlcA）增加25.95%，半乳糖醛酸（GalA）下降52.94%。SEM显示，辐照使当归粉末和多糖的结构变得粗糙、多孔并发生碎片化；UV、FT-IR、XRD和刚果红试验表明，主要官能团、半结晶性和三螺旋构象基本得到保留。

▲图2 电子束辐照预处理对当归多糖单糖组分、表面微观结构与结构特征的影响

EBI可改善ASP的功能性质，但不同性质的最优剂量不同。溶解度由NAP的75.80mg/mL升至EAP-80的91.42mg/mL，提高20.61%；持油能力（OHC）在60和80kGy分别提高26.69%和36.24%；起泡能力（FC）以EAP-40最高，提高113.83%；泡沫稳定性（FS）以EAP-60最佳，提高29.78%。

▲图3 电子束辐照预处理对当归多糖功能性质的影响

EBI整体增强ASP抗氧化活性。DPPH清除率以EAP-60最高67.57%；羟自由基清除率在40kGy达81.77%；ABTS清除率持续升高，EAP-80达92.07%；T-AOC由15.56μmol/g增至18.72μmol/g，表现出剂量依赖性特征。不同自由基指标对辐照剂量的响应不同。

▲图4 电子束辐照预处理对当归多糖抗氧化活性的影响

研究采用RAW264.7巨噬细胞模型，以20μg/mL NAP/EAPs处理细胞，以LPS（10 μg/mL）为阳性对照，通过细胞形态观察、CCK-8法检测细胞增殖、中性红摄取法检测吞噬活性，比较不同辐照剂量多糖的免疫调节作用。

结果表明，EBI在20-60kGy范围内可增强RAW264.7巨噬细胞的免疫调节活性，其中EAP-40效果最强：细胞增殖较NAP提高12.06%，吞噬率达160.57%，较NAP提高19.14%；60-80kGy时增殖作用下降，提示辐照剂量过高会削弱多糖的免疫刺激作用。

▲图5 电子束辐照预处理对当归多糖免疫活性的影响

研究采用A549（肺腺癌）、HeLa（宫颈癌）和K562（白血病）三种肿瘤细胞模型，以1、3、5mg/mL的NAP/EAPs样品处理72 h，采用CCK-8法检测细胞增殖抑制率并计算IC50，比较不同辐照剂量当归多糖对不同肿瘤细胞的作用差异。

结果表明，多糖的体外抗肿瘤活性存在细胞系依赖性的最优剂量窗口。K562细胞对高剂量最敏感，EAP-80的抑制率由6.55%升至33.62%，IC50较NAP降低26.01%；HeLa细胞以EAP-20和EAP-40较优，IC50分别降低9.58%和5.37%；A549细胞整体抑制较弱。

▲图6 电子束辐照预处理对当归多糖体外抗肿瘤活性的影响

皮尔逊相关性分析表明，辐照剂量与提取率、Ara、溶解度、OHC、FS及抗氧化指标呈正相关，与重均分子量（Mw）和K562细胞IC50呈负相关；Mw降低有利于功能性质和抗氧化活性提升。聚类热图显示，EAP-40的免疫调节和抑制HeLa细胞作用最强，EAP-80在持油、起泡、抗氧化和抗K562细胞增殖方面更均衡。

▲图7 不同电子束辐照剂量处理当归多糖后，辐照剂量、理化性质、结构特征与生物活性之间的关联关系

总结

本研究确立了电子束辐照作为当归多糖“同步高效提取与功能化改性”绿色技术的地位。EBI在不破坏核心官能团和三螺旋构象的前提下，剂量依赖性造成糖苷键断裂、降低分子量46.61%、提升得率62.13%、富集阿拉伯糖侧链，并显著改善溶解性、持油性与起泡性；更关键的是揭示了剂量分流规律：40kGy条件下免疫调节能力、起泡性能得到优化；80kGy可最大化抗氧化能力以及对 K562白血病细胞的抑制效果。

本研究将辐照从单纯降解升级为可控的结构工程手段，为当归多糖在功能食品、乳化、抗氧化稳定剂和免疫增强配料中的高值化开发提供了新策略。

参考文献

原文献：HU Y X, LIU X, WANG H J, et al. Efficiently electron beam radiation-induced degradation and extraction of Angelica sinensis polysaccharides and its excellent biofunctional properties[J]. Food Chemistry, 2026, 521: 149896.