本文获国家自然科学基金地区科学基金项目（32260561）；河南省科技攻关项目（232102230071，242102110090）；河南省高等学校重点科研项目（23B550006，24B550016）；信阳农林学院高水平科研孵化器建设基金（FCL202110）；信阳农林学院青年骨干教师培养项目支持。
目的：优化右旋糖酐纳米硒（Dextran-Selenium nanoparticles，DEX-SeNPs）的制备工艺，检测其形态特征及评价体外抗氧化能力，并探究右旋糖酐（Dextran，DEX）稳定纳米硒（Selenium nanoparticles，SeNPs）的机制。方法：以DXE为分散剂和稳定剂，通过化学还原法制备DEX-SeNPs，通过单因素实验对其制备工艺进行探究，采用粒度仪、紫外光谱、红外光谱、X射线衍射等对其结构进行表征，之后进一步讨论其稳定性机制，探究其羟基自由基清除能力。结果：DEX-SeNPs制备的最优条件是抗坏血酸与亚硒酸钠摩尔比4:1，反应温度40 ℃，反应时间1 h。确定了DEX-SeNPs为无定型态零价硒，呈均匀规则的球形，平均尺寸114 nm，多分散性指数为0.038，在4 ℃存储条件下可保持稳定的胶体溶液状态30 d，并具有较好的羟基自由基清除能力。DEX稳定SeNPs的可能机制为：SeNPs表面的硒原子与DEX的羟基基团结合，形成Se···HO氢键以防止SeNPs聚集。结论：DEX-SeNPs的制备为多糖基SeNPs补硒制剂的研发与其生物活性应用研究提供了理论数据支撑。
作为最古老且有效的食品保鲜技术，低温贮藏在维持肌肉食品、水果和蔬菜的安全及质量方面发挥着关键作用，根据贮藏环境温度的不同，现代工业中通常以冷藏（0~4 ℃）和冷冻（低于−18 ℃）两种方式来提高产品的品质稳定性。近年来，与传统肉制品相比，调理牛排因其食用方便、营养均衡等优势，越来越受到消费者的青睐。调理牛排产品通常采用冷藏或者冷冻方式进行贮运销售。传统的冷藏技术货架期较短，难以进行长线的冷链运输；此外，尽管冷冻技术可以大幅度延长货架期，但是贮藏过程中冰晶的生长/再结晶会对肌肉组织造成剧烈的机械损伤，解冻后过多的汁液损失会直接损害行业的经济效益和消费者的健康需求。因此，有必要开发新型的低温保存技术以维持食品原有的品质。
硒是人体生长代谢所必需的微量元素，具有抗氧化、抗炎、提高免疫力、预防心脑血管疾病及神经退行性疾病等生理活性。数据表明，全球有近十亿人口存在硒缺乏问题，我国也是典型的缺硒国家，硒补充剂已成为当前的研究热点。然而，硒的有效剂量与有毒剂量之间的范围狭窄、不同化学形态硒存在吸收利用率低和毒性高等问题都限制了传统补硒剂的应用，与无机硒和有机硒相比，纳米硒（Selenium nanoparticles，SeNPs）表现出优异的生物利用度和低毒性，具有更好的生物学特性而引发广泛关注。但裸露的 SeNPs 由于高表面能在水溶液中极不稳定，容易聚集沉淀转变为非活性形式。因此，有必要找到合适的修饰剂或稳定剂以实现硒补充形式的创新发展。
多糖因富含多羟基亲水性基团而被认为是生产纳米颗粒最有前景的稳定剂之一。壳聚糖和来源于菌类、植物、水果的生物活性多糖等均已被用来制备 SeNPs 颗粒的表面修饰剂，以增加其稳定性和生物活性。右旋糖酐（Dextran，DEX）的分子结构简单且经典，仅由葡萄糖单体构成，主链的葡萄糖单体通过 α（1→6）糖苷键连接，支链由 α（1→2），α（1→3）或 α（1→4）糖苷键连接（图 1）。作为一种高度水溶的细菌聚糖，DEX 具有良好的生物相容性和生物降解性，安全无毒害，并且价格低廉易于获得，通常作为良好的封端剂，用于生产具有更高稳定性的纳米颗粒。上述诸多优点均有利于 DEX 作为分散剂和稳定剂解决 SeNPs 易团聚的问题，并且其与SeNPs 结合生成的多糖纳米硒与无机硒相比，有着更高的安全性，有助于扩充硒补充剂的品类，充分发挥多糖和硒的天然价值。
化学还原法是多糖纳米硒制备的常用方法之一，具有步骤简单、条件温和等优点，具体是以多糖作为分散剂和稳定剂，利用还原剂通过氧化还原反应将高价硒前体还原成硒原子，硒原子聚集团簇，并与多糖吸附结合，形成稳定分散的多糖纳米硒颗粒。其中，抗坏血酸因具有较强的还原性且对机体无害，常用作制备 SeNPs 的还原剂，亚硒酸钠、硒酸钠、二氧化硒等常用作高价硒前体。翟闯以油莎豆多糖为稳定剂，利用抗坏血酸还原亚硒酸钠法制备的油莎豆多糖纳米硒可在 4 ℃ 下稳定 21 d；王荣新以毛木耳改性多糖为稳定剂，利用抗坏血酸还原亚硒酸钠法制备的毛木耳多糖纳米硒复合物在 25 ℃ 和 4 ℃下均具有较好的贮藏稳定性。然而，DEX 用于稳定SeNPs 的研究较少，仅见 Shen 等用 γ Co-60 辐照法制备了用 DEX 稳定的纳米硒，以及 Nguyen 等将DEX 加入事先制备好的 SeNPs 溶液中，再用戊二醛做交联剂来制备 DEX-SeNPs。目前，尚未见用化学还原法制备 DEX-SeNPs，其制备方法、稳定效果和机制尚不清楚，仍有待阐明。
因此，本研究以 DEX 为稳定剂，通过抗坏血酸还原亚硒酸钠法制备 DEX-SeNPs 胶体溶液，并对其制备工艺进行优化。此外，通过对 DEX-SeNPs 颗粒大小、形态和羟自由基活性的研究，探究了 DEX 稳定 SeNPs 的可能机制，为硒补充剂的进一步扩大应用提供理论基础。
图 1 纳米硒的生物活性及右旋糖酐的结构特征
Fig.1 Biological activity of selenium nanoparticles and the structural characterization of dextran
注：A. 纳米硒的生物活性及应用；B. 直链为 α-（1→6）糖苷键连接，支链为 α-（1→3）糖苷键连接的右旋糖酐结构式。
2.1 DEX-SeNPs 制备条件的确定
反应溶液的电导率随反应时间的变化如图 3（A）所示。反应初期（10 min 以内），电导率剧烈下降，10 min 以后电导率缓慢降低，60 min 以后电导率几乎维持恒定，说明抗坏血酸与亚硒酸钠反应完全。因此，选择 60 min 作为 DEX-SeNPs 制备的最佳反应时间。
图 3 各因素对 DEX-SeNPs 平均粒径和 PDI 值的影响
Fig.3 Effects of various factors on the mean particle size
and PDI value of DEX-SeNPs
注：对于同一指标，不同字母表示数据差异显著（P<0.05），相同字母数据表示差异不显著（P >0.05），图 6 同。
由图 3（B）可知，当抗坏血酸与亚硒酸钠的摩尔比从 2:1 增大到 5:1 时，DEX-SeNPs 粒径显著性降低（P<0.05），当摩尔比为 4:1 时，DEX-SeNPs 粒径达到最小值，这是由于抗坏血酸含量增加，亚硒酸钠被还原速率提高，EX-SeNPs 成核速率增加，纳米颗粒的粒径减小，并且过量的抗坏血酸改善了纳米晶核的生长并且有助于避免 SeNPs 被氧化，从而稳定了DEX-SeNPs。进一步增加亚硒酸钠浓度时，反应体系不稳定，粒径增大，这与翟晓娜的研究结果一
致。因此，选择抗坏血酸与亚硒酸钠的摩尔比 4:1 作为制备 DEX-SeNPs 的最佳条件，并且此时 PDI 值最小，PDI 值越低，颗粒分布越均匀，说明 DEX-SeNPs具有较集中的粒径分布。
反应温度对 SeNPs 调控有重要影响。由图 3（C）可知，当反应温度由 30 ℃ 增大至 70 ℃ 时，DEXSeNPs 粒径呈缓慢的增长趋势。粒子在较低温度下热运动不足，容易形成不规则的块状物；反应温度升高会加剧分子的热运动并破坏分子间的静电力，使DEX 更容易分散和稳定 SeNPs，然而过高的反应温度会使粒子间碰撞概率显著增大，促进 SeNPs 的分子间碰撞和团聚，且温度过高也会导致不同形态的DEX-SeNPs 出现。综合考虑 DEX-SeNPs 的粒径和PDI 值，选取 40 ℃ 为最佳反应温度。
转速对 DEX-SeNPs 粒径的影响如图 3（D）所示。随着转速的增加，DEX-SeNPs 粒径并没有显著性变化（P>0.05），PDI 值也并没有呈现明显的规律性。一是对形成过程的影响，纳米颗粒的形成过程分为两个阶段，即成核阶段和生长阶段。在成核阶段，增大转速会加速成核过程，增加成核点，形成更多的晶核，此时加快转速会使粒径减小，但当完成成核过程，进入生长阶段，转速对纳米颗粒生长的影响较弱，因而当反应时间足够时，粒径趋于一致。此外，加快搅拌会增大反应物活化能，纳米产物的活性也会提高，加速粒子间的聚集。
综合以上结果，以 DEX 做稳定剂制备 DEXSeNPs 时，抗坏血酸与亚硒酸钠的最佳摩尔比为4:1，最佳反应温度为 40 ℃，反应时间 1 h。
2.2 DEX-SeNPs 的粒径大小和形貌特征
如图 4A 和图 4B 所示，DEX-SeNPs 是澄清透亮的红色胶体溶液，均一性较好，在动态光散射技术下测得其平均粒径为 114 nm，PDI 值为 0.038；而SeNPs（Control）溶液呈浑浊的暗红色，溶液中肉眼可见悬浮颗粒，样品瓶底部可观察到沉淀，平均粒径为171 nm，PDI 值为 0.201，其粒径分布较宽且尺寸较大。由图 4C 和图 4D 可知，DEX-SeNPs 呈规则的球状，大小均匀，而 SeNPs（Control）虽然也是球状，但轮廓模糊，并出现明显的团聚现象，呈簇状分布，这一结果与平均粒径和 PDI 的结果一致。SeNPs 是通过静电相互作用或氢键产生的，DEX 中-OH 基团数量多，具有较强的吸附作用，可通过氢键包裹其外部区域，促使 SeNPs 获得稳定的结构。因此，稳定性较差的 SeNPs 经 DEX 修饰后，能在胶体溶液中呈现良好的稳定性和分散效果。
图 4 DEX-SeNPs 的粒径大小和形貌特征
Fig.4 Particle size and morphological characteristics of DEX-SeNPs
注 ：A. DEX-SeNPs 的 平 均 粒 径 、 PDI 值 与 样 品 实 物 图 ；B. SeNPs（ Control） 的 平 均 粒 径 、 PDI 值 与 样 品 实 物 图 ；C. DEX-SeNPs 的 TEM 图像；D. SeNPs（Control）的 TEM 图像。
2.3 DEX-SeNPs 的结构表征及可能的稳定机制
DEX-SeNPs 胶体溶液的紫外可见吸收光谱如图 5A 所示，与 DEX、亚硒酸钠的紫外吸收峰相比，DEX-SeNPs 在 200~600 nm 范围内出现宽吸收峰，这符合 SeNPs 在紫外可见吸收光谱下的谱线特征，证实 DEX-SeNPs 的成功制备，其吸收峰与羊栖菜多糖纳米硒颗粒的紫外光谱图类似。SeNPs颗粒的粒径与其特征吸收峰的波长相关，粒径越小，其特征吸收峰的波长越短，SeNPs 的吸收峰向长波方向移动，是由于大小引起的差异。
零价硒有六种形式，分别是无定型态、玻璃态、单斜晶（α-、β-、γ-）和三角硒（t-Se）。为了确定所获得的 SeNPs 的确切形式，对 DEX-SeNPs 和 SeNPs（Control）进行了 XRD 分析，如图 5B 所示。DEXSeNPs 和 SeNPs（Control）的 XRD 图谱中并没有显示出结晶硒所对应的典型布拉格衍射峰（2θ 分别等于 24°和 30°处的强烈而尖锐的衍射峰），而是在2θ 为 20°~30°处出现了代表无定型态的宽衍射峰，这与文献报道的无定型 SeNPs 的 XRD 谱图一致，表明本研究中所获得的 SeNPs 为零价硒的无定型态。
在此基础上，为了进一步探索 DEX 稳定 SeNPs过程中与 SeNPs 的相互作用及可能的稳定机制，对 DEX 和 DEX-SeNPs 进行了 FT-IR 分析，如图 5C所示。DEX 和 DEX-SeNPs 之间高度相似的红外光谱证实了 SeNPs 和 DEX 之间通过分子间相互作用进行组装，并没有产生新的化学键。3700~3000 cm−1之 间 的 吸 收 峰 由 -OH 的 伸 缩 振 动 引 起 ， 3000~2700 cm−1 出现的吸收峰归因于 C-H 的伸缩振动，1700~1500 cm−1 出现的吸收峰归因于 C=O 的伸缩振动，1300~1000 cm−1 的吸收峰归因于吡喃环的伸缩振动。与 DEX 相比，DEX-SeNPs 的-OH 吸收峰观察到一定程度的红移（从 3417 cm−1 红移到3383 cm−1），这说明 SeNPs 与 DEX 中丰富的羟基基团之间可能产生了 Se···HO 氢键，从而有利于 SeNPs在水溶液中的稳定和分散。这与其他学者的研究结果一致，Gao 等发现猪苓多糖对 SeNPs 聚集和沉淀的抑制是由于 SeNPs 与多糖羟基基团之间的氢键相互作用；Zhang 等发现超支化多糖（HBP）的羟基在硒表面具有很强的物理吸附作用，使得 SeNPs表面被 HBP 大分子覆盖，从而使 SeNPs 粒子在水中具有高度稳定的结构。
推测 DEX-SeNPs 可能的稳定机制为：首先，DEX 溶液与亚硒酸钠溶液充分混匀，亚硒酸钠在溶液中形成水合亚硒酸根离子，水合亚硒酸根表面上水的-OH 与 DEX 糖链上的-OH 形成氢键，使亚硒酸盐沿着 DEX 柔性分子链分布；随着抗坏血酸的加入，亚硒酸根离子在 DEX 分子微环境中被抗坏血酸还原成 Se 元素，Se 元素不断增加，彼此聚集形成 Se核，根据 Gibbs–Thomson 效应，为降低自由能，Se 核会聚集更多 Se 元素在其表面，从而形成 SeNPs。SeNPs 表面的硒原子与 DEX 的-OH 基团结合，形成 Se···HO 氢键，由于 Se 的表面被 DEX 分子吸附，使得 SeNPs 在 DEX 分子存在的微环境中具有良好的分散性和稳定性，可防止 SeNPs 的进一步聚集，最终形成了稳定的 DEX-SeNPs 胶体溶液（图 5D）。
图 5 DEX-SeNPs 的结构表征
Fig.5 Structural characterization of DEX-SeNPs
注：A. DEX、DEX-SeNPs、抗坏血酸和亚硒酸钠的紫外可见波谱；B. DEX-SeNPs 和 SeNPs（Control）的 XRD 谱图；C. DEXSeNPs 和 DEX 的红外光谱；D. DEX-SeNPs 的稳定机理示意图。
2.4 DEX-SeNPs 的储存稳定性研究
大量研究表明，将纳米粒子保存在 4 ℃ 环境下，与保存在 25 ℃ 或者更高温度下相比，将更有利于保持其稳定性。因此，分别考察了 DEX-SeNPs溶液和 SeNPs（Control）溶液在 4 ℃ 下的储存稳定性。图 6A 展示了 DEX-SeNPs 溶液和 SeNPs（Control）溶液随储存时间延长的外观变化，图 6B 展示了DEX-SeNPs 溶液在储存过程中平均粒径和 PDI 值的变化情况。
由图 6A 可看出，随着储存时间的延长，SeNPs（Control）溶液很快出现聚沉现象，这可能是 SeNPs的高表面自由能所导致的，而 DEX-SeNPs 复合物溶液均呈橙红色且澄清透明，因此可推测 DEX 对于SeNPs 的稳定起到了至关重要的作用，这与蘑菇多糖、壳聚糖和石莼多糖对 SeNPs 稳定性影响的研究结果类似。这是由于多糖的多羟基结构具有较强的吸附能力，DEX 和 SeNPs 的羟基之间存在氢键相互作用，这与前面的红外光谱结果一致，另外多糖可以屏蔽 SeNPs 的负表面电荷，阻止其聚集与沉降，有助于提高其贮藏稳定性。60 d 时，DEX-SeNPs溶液出现明显分层现象，但并未观察到任何沉淀，摇匀后仍为胶体溶液状态。但 DEX-SeNPs 的平均粒径和 PDI 值均较 30 d 时均有所增加，粒径发生显著性变化（P<0.05）。因此，可认为 DEX 作为 SeNPs 稳定剂和分散剂的有效性，DEX-SeNPs 溶液在 4 ℃ 下可维持 30 d 以内的均一、稳定。
图 6 DEX-SeNPs 在 4 ℃ 下的的贮藏稳定性
Fig.6 Storage stability of DEX-SeNPs in 4 ℃
2.5 DEX-SeNPs 体外抗氧化活性的测定
图 7A 显示了样品中硒的浓度为 0.4 mg/mL 条件下的 DEX-SeNPs、SeNPs（Control）以及该浓度下DEX-SeNPs 中所对应含有量的 DEX（DEX 的实际浓度为 1.5 mg/mL）对·OH 自由基的清除能力，以0.4 mg/mL 维生素 C 为阳性对照。由图 7A 可看出：DEX-SeNPs 对·OH 自由基的清除能力（92.44%）明显高于 SeNPs（Control）（15.45%），说明 DEX 的加入不仅提升了纳米硒的稳定性，而且正是得益于DEX 对 DEX-SeNPs 稳定性的维持，其抗氧化活性与裸露的 SeNPs 相比也得到保持；且 DEX-SeNPs对·OH 自由基的清除能力高于其中对应含有量的DEX 的清除能力（对应 DEX 的清除能力为 14.14%），说明 DEX-SeNPs 对·OH 自由基的清除能力是复合物整体发挥出来的，而不是 DEX 的清除能力和裸露SeNPs 的清除能力的简单叠加。图 7B 展示了 DEXSeNPs 不同硒浓度下（0.4、0.3、0.2、0.1 和 0.05 mg/mL）对·OH 自由基的清除能力变化情况。可明显看出：DEX-SeNPs 对·OH 自由基的清除活性呈现出随着浓度升高而增强的趋势。据报道，SeNPs 与自由基之间的氧化还原反应被认为是发挥其生物活性的前置反应，因此该结果反映出了 DEX-SeNPs 在发挥纳米硒强大生物活性中的潜在应用。
图 7 DEX-SeNPs 的羟基自由基清除能力
Fig.7 ·OH scavenging ability of DEX-SeNPs
本文以 DEX 作为稳定剂，采用抗坏血酸还原亚硒酸钠法制备 DEX-SeNPs 粒子，其最佳制备条件为抗坏血酸与亚硒酸钠的最佳摩尔比 4:1，反应温度为 40 ℃，反应时间为 1 h。此时，DEX-SeNPs 表现出良好的形态和分散性（平均粒径为 114 nm，分散PDI=0.038），在 4 ℃ 环境下可保持稳定状态 30 d，当硒浓度为 0.4 mg/mL 时其羟基自由基清除能力为92.44%。DEX 稳定 SeNP 的可能机制为：SeNPs 表面的硒原子与 DEX 的-OH 基团结合，形成 Se···HO氢键以防止 SeNPs 的进一步聚集。
以 DEX 作稳定剂采用化学还原法制备 DEXSeNPs 是绿色方便、切实可行的，且产物具有良好的稳定性和优异的体外抗氧化活性，是有着较好发展应用前景的补硒制剂。后期可充分利用 DEX 的诸多优势，对 DEX-SeNPs 针对性修饰改性，探索能更有效发挥其强大生物活性的硒补充剂。
引用本文：王清，贾蕾，刘涛，等. 右旋糖酐纳米硒的制备表征及其稳定性和体外抗氧化活性分析[J]. 食品工业科技，2025，46（18）：74−81. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024090224.
Citation: WANG Qing, JIA Lei, LIU Tao, et al. Preparation and Characterization of DEX-SeNPs and Analysis of Its Stability and Antioxidant Activity in Vitro[J]. Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(18): 74−81. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2024090224.
陈山，广西大学轻工与食品工程学院教授，博士生导师。国家食糖产品质量监督检验中心学术带头人、广西重大科技攻关工程项目跟踪管理专家。1991年获学士学位（食品工程）后分配到广西政府机关工作。2000年和2003年分获硕士学位（应用化学）和博士学位（制糖工程）。2003年作为“高层次技术人才”由华南理工大学引进糖业研究中心从事教学科研工作。2005年至2006年参加由中组部、科技部、教育部和中科院联合举办的“西部之光”培养计划，2007-至今为广西大学轻工与食品工程学院的博士生导师、教授。主要从事多糖生物大分子结构及其功能化、糖类药物制备及其构效关系、糖业副产物综合利用等方面的研究。先后主持结题国家自然科学基金3 项，在研国家自然科学基金1 项。主持国家科技部创业创新基金项目2 项，广西自然科学基金项目3 项，广西科技攻关重大项目2 项。
或登录www.spgykj.com阅览全文。
群聊：食品工业科技作者群
我刊正式组建微信作者群，为作者提供更多的学术与论文资讯，如需进群，请联系刘老师（微信：上方二维码,电话：87244117-8062）。
《食品工业科技》具有以上论文在全世界范围内的复制权、发行权、翻译权、汇编权、广播权、表演权、信息网络传播权、转许可权及以上权利的邻接权，且作者已授权期刊同论文著作权保护期。如需转载，可联系《食品工业科技》编辑部010-87244116，或直接在文末撰写转载来源。
