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多糖纳米硒的制备、特性及其在畜牧业中的应用与展望

2025-05-24 117 上传者：管理员

摘要：随着纳米技术的迅速进步，纳米硒作为一种新型的硒形态，因其独特的物理化学性质和显著的生物活性，在医药、畜牧业及食品工业等多个领域展现了广泛应用潜力。尤为值得注意的是，纳米硒与多糖结合形成纳米复合物后，不仅显著提升了稳定性，还极大地拓宽了其在各行业中的应用前景。因此，该文旨在系统地探讨多糖纳米硒的制备方法、物理化学特性及其在不同领域中的具体应用，还将深入分析多糖纳米硒在畜牧业中的应用挑战，并对其未来的发展方向进行展望。

关键词：
免疫调节
多糖
生物活性
畜牧业
纳米硒
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多糖[1-3]是一种对人体正常生命活动十分重要的大分子物质。枸杞多糖[4]、香菇多糖[5]、猪苓多糖[6]、海带多糖[7]、红枣多糖[8]、黄芪多糖[9]等大多数多糖都具有调节人体生理的功能，多糖具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、改善糖尿病和免疫调节等活性[6]，可作为免疫促进剂，能控制细胞的分裂和分化，调节细胞的生长与衰老；能有效清除人体内的氧自由基。此外，还具有抗癌、抗艾滋病等生理功能，可广泛应用于医药、保健食品及功能食品。纳米硒是纳米尺度下的新型硒形态。由于纳米硒的粒径影响，它更易于被人或其他生物体吸收与利用，并且展现出较强的生物学活性[10]。尽管如此，纳米硒的稳定性较差，需要通过多糖进行进一步的改进以增强其稳定性。多糖与纳米硒的研究一直是全球范围内的研究重点，特别是多糖纳米硒的制备技术至关重要。本文的目的是对多糖纳米硒的制备方法、特性以及应用前景进行综合评述，以期为多糖纳米硒在现代畜牧业领域的研究提供借鉴和参考。

1、多糖纳米硒的合成方法

1.1多糖的提取

多糖的提取是多糖纳米硒制备的关键，常见的多糖提取方法有浸提法[5，8，11]、微波提取法[7，12]、超声提取法[13-14]、复合酶提取法[15-17]、碱液提取法[18-19]、超高压提取法[20-21]等，表1展示了这些提取方式的优缺点。表1多糖常用提取方法及优缺点

1.1.1浸提法

浸提法是实验室中常用的多糖提取方法，主要利用热力学作用。例如，焦中高等[22]的研究显示，与热水浸提法相比，碱提法提取的红枣多糖生物活性更高。在相同浓度下，碱提红枣多糖的抗氧化能力更强，并且这种差异随浓度增加而更显著。杨杰南[23]采用亚临界水提取红枣多糖，在140℃、液料比1∶20条件下，提取率较高，且90min内提取率随时间延长而增加。

1.1.2微波提取法

微波提取法[12]利用微波的热效应和电磁场效应提取多糖。白艳林[24]优化红枣多糖提取工艺，最佳条件为微波时间5.5min，功率830W，液料比37∶1，提取3次，提取率可达6.78%。庞亚茹等[25]研究发现，枸杞多糖的最佳提取工艺为功率200W，温度85℃，料液比1∶20，时间45min。

1.1.3超声提取法

超声提取法利用超声波增强穿透力，缩短提取时间，提高多糖提取效率[14]。白冰瑶等[26]研究了影响红枣多糖提取率的因素，发现最佳条件为40℃超声温度，30min提取时间，1∶10料液比，20%含水量，提取率可达（8.33±0.26）%。白淑坤等[27]的试验表明，黄芪多糖在1∶20料液比，80℃提取温度，20min提取时间，300W超声功率下提取率最高，为9.87%。

1.1.4复合酶提取法

在提取多糖时，使用复合酶可简化过程，提高效率。常用的酶有蛋白酶、纤维素酶和果胶酶。结合离心浓缩等步骤，多糖的浸出率显著提高。研究显示，复合酶提取法的多糖提取率可达4.56%[15]。吴金松等[16]通过试验优化了橘皮多糖提取工艺，并通过光谱分析验证了提取物的多糖特性。

1.1.5碱液提取法

碱液提取法是运用葡萄糖、氢氧化钠、无水碳酸钠、氧化钙等物质通过粉碎、脱脂、碱液提取、抽滤、离心等方法进行还能红枣多糖的提取。赵瑞萌等[19]通过碱液提取法提取多糖，得率达11.89%。

1.1.6超高压提取法

超高压提取技术是一种高效、节能的提取方法，利用静态压力快速均匀地提取多糖，保持其高生物活性。研究显示，最佳提取工艺参数为420MPa压力、4.5min保压、60目粉碎度、1g∶14mL固液比，可实现4.71%的多糖得率[20]。张彩芳等[21]进一步通过双酶耦合和响应面法优化了香菇多糖的提取工艺。

1.2纳米硒的特性

1.2.1吸收率高

纳米硒，一种纳米级形态的硒，具有出色的吸收性能。研究显示，水稻和柑橘树对红色纳米硒的吸收和转化效率高于亚硒酸钠溶液[28]。同样，肉鸡对纳米硒的吸收率和体内保留效果也优于亚硒酸钠[29]。

1.2.2低毒安全

相较于目前广泛使用的硒酸盐类无机硒，纳米硒展现出了更低的毒性和更高的安全性。SunD等[30]研究结果表明，在使用手性青霉胺修饰的纳米硒颗粒治疗的小鼠并没有出现全身毒性的迹象，为纳米硒在生物医药应用的安全性提供了大量证据。

1.2.3生物活性

纳米硒展现生物活性，包括抗炎、抗氧化、抗菌、抑制肿瘤和糖尿病。ZhangY等[31]通过修饰三磷酸腺苷于纳米硒表面，合成ATP-SeNPs，提高肝癌细胞摄取和促进凋亡。HuangB等[32]研究显示，低浓度SeONPs清除自由基效果优于亚硒酸钠，且粒径小于150nm时清除能力更强。LiuWW等[33]发现亚硒酸钠与谷胱甘肽反应生成SeNP-TNT，具有抗菌和抗炎特性。

1.3多糖纳米硒的制备

自然界中的硒多糖存在种类有限、含量稀少以及结构复杂等不足，而人工制备的多糖纳米硒则有效克服了这些问题。纳米硒的制备方法主要有化学还原法[34-35]、物理生成法[36-37]和生物转化法[38]。化学还原法（图1）设备要求低，依赖氧化还原反应，产物粒径均匀可控；物理生成法设备要求高，采用微波、γ射线或激光烧灼，粒径均匀可控；生物转化法利用微生物或植物，粒径可控性较差。

图1多糖纳米硒的制备流程

化学还原法是一种有效的方法，用于制备多糖纳米硒。该方法利用多糖作为稳定剂和分散剂[35]，在还原剂作用下，高价硒被还原为硒原子，这些硒原子聚集成簇并与多糖结合，形成稳定分散的多糖纳米硒。常用的试剂包括亚硒酸钠和抗坏血酸。制备流程包括混合多糖溶液与维生素C，加入亚硒酸钠溶液，进行遮光处理和磁力搅拌，最后通过透析和冷冻干燥得到产品。化学法制备的多糖纳米硒结构稳定。例如，BaiK等[34]利用抗坏血酸还原亚硒酸钠，在壳聚糖/壳寡糖溶液中成功制备了平均粒径为60nm的球形壳聚糖纳米硒，表现出良好的稳定性。GaoX等[6]的研究表明，猪苓多糖纳米硒能抑制癌细胞增殖，对正常细胞无明显毒性，且比硒代蛋氨酸有更好的抗增殖活性，毒性更低，稳定性更佳。

2、多糖纳米硒的特性

2.1多糖纳米硒的表面特性及理化性质

多糖纳米硒拥有特异的表面特征和物理化学属性，包括纳米尺寸效应、高比表面积和量子尺寸效应，这些特性使得它在催化、光学和电子学等领域展现出卓越的性能。如表2展示了部分多糖纳米硒的特性。此外，红枣多糖纳米硒还具有良好的生物相容性和稳定性，在食品、医药和农业领域做出了重大贡献。

表2部分多糖纳米硒复合物的粒径、硒含量、稳定性

在合成多糖纳米硒过程中，多糖作为多功能物质，起到软模板、分散剂和稳定剂的作用。它通过相互作用力指导纳米硒的形成。研究显示，高浓度黄精多糖能更有效地包覆纳米硒表面，实现尺寸精细调控[42]。现代分析技术可用于表征多糖纳米硒的形貌、硒含量和粒度分布。显微成像技术如SEM[6，34]、TEM[6，34]和AFM[35]提供高分辨率图像，揭示其表面特征和立体结构。例如，ZhangYF等[43]利用TEM研究了HBP-SeNPs的结构和稳定性，发现SeNPs被HBP覆盖。XPS技术[34，44-45]通过分析元素电子结合能特征峰，鉴定元素种类和化合状态，是识别多糖纳米硒组成的关键技术。ZhangSJ等[44]通过XPS证实成功制备了蒲公英多糖纳米硒。

2.2生物学特性

多糖纳米硒作为一种新型的纳米复合物具有良好的抗氧化[34]、抗肿瘤[1，6，35-37]、抗炎活性[1，35-37]、抗菌活性[1-2，42]、免疫调节[34]、抗糖尿病[46]等生物活性和功能（图2）。表3展示了部分多糖纳米硒的生物学活性及机理。

图2多糖纳米硒的生物学活性

表3部分多糖纳米硒的生物学活性及机理

2.2.1抗氧化

红枣多糖和纳米硒均具有显著抗氧化性。相比单独使用，红枣多糖-纳米硒复合体系抗氧化和抗炎效果更佳，能有效清除自由基，保护细胞免受氧化损害，对延缓衰老和预防慢性疾病有益。研究显示，RP3-SeNPs能抑制细胞内ROS生成，防止线粒体损伤，展现强抗氧化性[40]。壳聚糖修饰的纳米硒能清除多种自由基[41]，而果胶修饰可增强纳米硒的稳定性和抗氧化能力[46]。如图3展示了不同种类和剂量的硒源的抗氧化活性。

图3多糖纳米硒的体内抗氧化作用

2.2.2免疫调节

多糖和硒对动物免疫系统有显著影响。多糖纳米硒能促进T细胞增殖，增强免疫因子释放和免疫细胞活性[48]。研究显示，膳食补充剂CTS-SeNP可提升溶菌酶活性，促进吞噬细胞呼吸爆发，增强脂多糖刺激下的脾细胞增殖，从而提高斑马鱼免疫力[48]。

2.2.3抗肿瘤

硒的摄入与肿瘤的发生、发展和恶化紧密相关。硒摄入不足可能增加癌症风险。适量补充硒有助于肿瘤预防和治疗[49]，且可能提高化疗效果、降低其毒性。CuiD等[47]的研究显示，LP-SeNPs对HepG2细胞有显著细胞毒性，通过抑制自噬和诱导凋亡起作用。

3、多糖纳米硒的应用

纳米硒多糖在多个领域具有巨大应用潜力。生物医药中，它用于增强放化疗效果和靶向药物递送[40，50]。绿色农业中，纳米硒复合物用于制备农药、处理污染，并促进作物生长[51-52]。畜牧业中，多糖纳米硒作为饲料添加剂，改善动物生长和提高畜产品品质[48]。

3.1生物医药方面的应用

多糖纳米硒结合了多糖和纳米硒的保健优势，具有良好的生物相容性和稳定性。深入研究其生物安全性后，可能成为广泛认可的高效、安全补硒剂[53]。纳米硒的高比表面积和小尺寸使其具备强生物活性，适合作为肿瘤治疗的药物载体，具有高药物携带量和靶向运输能力，同时减少毒副作用[54]。研究显示，由生物活性多糖和硒纳米颗粒构成的新型功能性纳米药物，表现出显著的抗肿瘤效果。另外，硫酸化灵芝多糖修饰的硒纳米颗粒对小鼠巨噬细胞具有显著抗炎活性，处理剂量增加时，促炎细胞因子的mRNA表达下降，而抗炎细胞因子IL-10的mRNA表达上升，提示该方法或化合物可能调节炎症反应，有助于减轻炎症[39]。

3.2绿色农业方面的应用

施用硒肥能提升土壤硒浓度，改善微生物群落，增强植物抗病力和生长。纳米硒在农业中应用潜力大，如胡万行等[55]研究显示，纳米硒改善马铃薯生长和品质。WuZL等[52]研究发现，纳米硒预防和抑制灰霉病有效。UdalovaZV等[56]研究指出，纳米硒复合物颗粒诱导番茄对根结线虫的系统抗性，促进植物生长发育和PR-6基因表达，增强植物抗病能力。

3.3现代畜牧方面的应用

多糖纳米硒具有多种生物活性。添加到饲料中，它能提高畜产品硒含量，改善动物生长和肉蛋奶品质[57]。研究表明，纳米硒可提升罗非鱼生长性能和免疫水平[57]，增强雄性鹌鹑生殖能力，显示其在家禽养殖中的应用潜力[58]。

4、多糖纳米硒在现代畜牧业领域的挑战与展望

纳米硒相比传统形态的硒，具有更优的吸收性、更高的安全性、更低的毒性以及多样的生物活性。然而，在现代畜牧业中应用多糖纳米硒仍面临诸多挑战，例如多糖纳米硒产品的研发、高纯度多糖纳米硒的合成，以及多糖纳米硒在畜禽中的更多功效和利用方法的探索。总体而言，多糖纳米硒在现代畜牧业领域已取得了一定的研究进展[58]，但仍需克服诸多难题，需要更深入的研究和探讨。

5、结束语

多糖纳米硒作为一种创新的纳米复合物，展现出抗炎、抗肿瘤、抗氧化、免疫调节等多种生物活性[8]，在医药、绿色农业、现代畜牧业等多个方面具有巨大的应用潜力和广泛的功能。尽管在现代化畜牧业中，多糖纳米硒的应用潜力巨大，但在其制备技术、在动物体内的代谢路径、以及作用原理等方面仍存在诸多难题，这些挑战的克服依赖于更深入的研究工作。为促进多糖纳米硒在畜牧业中的应用及其相关产品的开发，持续的研究和探索是至关重要的。

参考文献:

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基金资助:河南科技大学大学生科研训练计划(SRTP)(2024446);河南科技大学博士科研启动费(13480103);

文章来源:石践知,陈栋,杜梦丹,等.多糖纳米硒的制备､特性及其在畜牧业中的应用与展望[J].现代畜牧科技,2025,(05):74-79.