高 然，蘇 贇，陳俊德, ，鄭美華

（1.自然資源部第三海洋研究所，自然資源部海洋生物資源開發(fā)利用工程技術(shù)創(chuàng)新中心，福建 廈門 361001；2.集美大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，福建 廈門 361021）

鋅是人體必需微量元素之一，以二價陽離子形式存在于皮膚、肌肉和骨骼中。鋅作為人體抗氧化酶、DNA聚合酶和其他基質(zhì)金屬蛋白酶等體內(nèi)多種酶的主要組成成分和酶促因子，可人體調(diào)節(jié)碳水化合物、脂肪及蛋白質(zhì)的代謝活動，對人體的維生素代謝、細胞免疫及生長發(fā)育等方面具有重要作用[1?2]。缺鋅易引發(fā)人體多種生物學(xué)功能降低，如生長功能下降、免疫系統(tǒng)受損、內(nèi)分泌系統(tǒng)失衡等[3?4]。目前，市面上常見的補鋅劑多為硫酸鋅和葡萄糖酸鋅，此類產(chǎn)品以鋅離子形式進入人體后，一方面胃酸的分泌影響鋅離子的吸收，一方面在消化道中，鋅離子幾乎不能穿過腸道粘膜[5]，導(dǎo)致人體對鋅離子的吸收率和利用度較低[6]。

硫酸軟骨素（Chondroitin Sulfate，CS）是一種以蛋白聚糖形式存在的線性糖胺聚糖，分子結(jié)構(gòu)中主要的活性基團為羧基和磺酸基團[7?9]，可與鋅離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)形成硫酸軟骨素鋅螯合物[10?12]。硫酸軟骨素鋅螯合物以有機結(jié)合態(tài)穿過小腸粘膜屏障，可有效降低游離鋅離子對胃腸道粘膜的刺激[13]。當(dāng)釋放鋅離子后，CS配體還可繼續(xù)發(fā)揮其生物活性。

市場上現(xiàn)有的以CS和鋅為主要成分的補鋅劑產(chǎn)品，只是將CS和無機鋅鹽進行簡單混合，并沒有形成真正意義上的硫酸軟骨素鋅配位化合物，無法避免胃腸環(huán)境對鋅離子的干擾。本研究以硫酸軟骨素和硫酸鋅為原料，采用生物螯合技術(shù)，將游離鋅離子以共價鍵形式結(jié)合到硫酸軟骨素上，形成結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的硫酸軟骨素螯合鋅制品。硫酸軟骨素螯合鋅作為一種既可補充鋅離子，同時又具有多種生物活性的新型多糖補鋅劑，市場上未見相關(guān)產(chǎn)品。本論文采用正交試驗法優(yōu)化硫酸軟骨素螯合鋅的制備工藝，并分析其結(jié)構(gòu)特征和體外消化吸收特性，為新型補鋅劑的開發(fā)提供研究思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鯊魚源硫酸軟骨素（含量90%） 實驗室自制；七水合硫酸鋅、氫氧化鈉 均為分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；濃硫酸、濃硝酸、濃鹽酸、無水乙醇、溴化鉀 均為分析純，西隴科學(xué)股份有限公司；高氯酸 優(yōu)級純，天津政成化學(xué)制品有限公司；鋅單元素標(biāo)準(zhǔn)液（1000 Ug/mL） 國家有色金屬及電子材料分析測試中心；人工胃液（無菌）、人工腸液（無菌）

福州飛凈生物科技有限公司；透析袋（3500 Da）蘇州達麥迪生物醫(yī)學(xué)科技有限回公司。

Neofuge 15R高速冷凍離心機 上海力申科學(xué)儀器有限公司；SG2便攜式pH計 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；DSHZ-300A水浴恒溫振蕩器

蘇州培英實驗設(shè)備有限公司；LyoBeta 25冷凍干燥機 泰事達機電設(shè)備（上海）有限公司；UV1780紫外可見分光光度計、AA-6880原子分光光度計 日本島津儀器公司；Tensor27 &Tensor37紅外光譜儀

布魯克光譜儀器公司；TGA2（SF）熱重分析儀 梅特勒-托利多中國；Nano ZS90 Zeta電位分析儀 英國馬爾文儀器有限公司；PA Nalytical X射線衍射儀荷蘭帕納科公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 硫酸軟骨素螯合鋅的制備 將硫酸軟骨素溶于50 mL蒸餾水中，調(diào)節(jié)螯合反應(yīng)溫度、pH，條件穩(wěn)定后加入5 g七水合硫酸鋅進行螯合，10000 r/min，4 ℃下離心10 min去除沉淀，取上清液。在4 ℃條件下，向上清液中加入3倍體積的無水乙醇進行醇沉處理，醇沉?xí)r間為2 h，取醇沉樣將其冷凍干燥即得硫酸軟骨素螯合鋅樣品[14]。

1.2.2 單因素實驗

1.2.2.1 pH對鋅螯合率的影響 稱取硫酸軟骨素、七水合硫酸鋅，使反應(yīng)體系中七水合硫酸鋅的質(zhì)量分數(shù)為10%，硫酸軟骨素與七水合硫酸鋅的質(zhì)量比1:1，設(shè)定反應(yīng)溫度50 ℃，調(diào)節(jié)pH（3、4、5、6、7），反應(yīng)時間2 h，得硫酸軟骨素螯合鋅溶液，經(jīng)乙醇醇沉、冷凍干燥，制得硫酸軟骨素螯合鋅固體樣品，并測定樣品鋅螯合率。

1.2.2.2 反應(yīng)時間對鋅螯合率的影響 稱取硫酸軟骨素、七水合硫酸鋅，使反應(yīng)體系中七水合硫酸鋅的質(zhì)量分數(shù)10%，硫酸軟骨素與七水合硫酸鋅的質(zhì)量比1:1，設(shè)定反應(yīng)溫度50 ℃，pH4，分別反應(yīng)0.5、1、2、4和6 h，得硫酸軟骨素螯合鋅溶液，經(jīng)乙醇醇沉、冷凍干燥，制得硫酸軟骨素螯合鋅固體樣品，測定樣品鋅螯合率。

1.2.2.3 硫酸軟骨素與七水合硫酸鋅質(zhì)量比對鋅螯合率的影響 稱取硫酸軟骨素、七水合硫酸鋅，使反應(yīng)體系中七水合硫酸鋅的質(zhì)量分數(shù)10%，硫酸軟骨素（m1）與七水合硫酸鋅（m2）的質(zhì)量比分別為0.1:1、0.5:1、1:1、2:1和5:1，設(shè)定反應(yīng)溫度50 ℃，pH4，反應(yīng)時間2 h，得硫酸軟骨素螯合鋅溶液，經(jīng)乙醇醇沉、冷凍干燥，制得硫酸軟骨素螯合鋅固體樣品，測定樣品鋅螯合率。

1.2.2.4 反應(yīng)溫度對鋅螯合率的影響 稱取硫酸軟骨素、七水合硫酸鋅，使反應(yīng)體系中七水合硫酸鋅的質(zhì)量分數(shù)10%，硫酸軟骨素與七水合硫酸鋅的質(zhì)量比1:1，設(shè)定反應(yīng)溫度（20、30、40、50、60 ℃），pH4，反應(yīng)時間2 h，得硫酸軟骨素螯合鋅溶液，經(jīng)乙醇醇沉、冷凍干燥，制得硫酸軟骨素螯合鋅固體樣品，測定樣品鋅螯合率。

1.2.3 正交試驗 根據(jù)單因素實驗結(jié)果，設(shè)定七水合硫酸鋅質(zhì)量分數(shù)10%，選取pH、反應(yīng)時間（h）、硫酸軟骨素與七水合硫酸鋅的質(zhì)量比（m1:m2）、反應(yīng)溫度（℃）為試驗考察因素，鋅的螯合率為考察指標(biāo)，設(shè)計4因素3水平L9（34）的正交試驗確定硫酸軟骨素螯合鋅的最佳螯合工藝。試驗因素及水平見表1。

表1 正交試驗因素及水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.2.4 鋅螯合率的測定 參照GB 5009.14-2017《食品中鋅的測定》中火焰原子吸收法測定單因素實驗及正交試驗中硫酸軟骨素螯合鋅樣品中鋅的含量。按照公式（1）計算鋅的螯合率。

式中：X為鋅螯合率（%），M為螯合物中鋅的含量（g），M0為反應(yīng)體系中鋅的總含量（g）。

1.2.5 硫酸軟骨素螯合鋅結(jié)構(gòu)表征

1.2.5.1 紫外光譜分析 分別稱取硫酸軟骨素螯合鋅凍干樣品、硫酸軟骨素樣品和硫酸鋅樣品溶于蒸餾水中，配成1 mg/mL溶液，用紫外-可見光分光光度計在200～600 nm波長范圍內(nèi)進行紫外光譜掃描[15]。

1.2.5.2 紅外光譜分析 采用溴化鉀壓片法，按照1:100比例分別將硫酸軟骨素螯合鋅凍干樣品、硫酸軟骨素樣品和硫酸鋅樣品與溴化鉀研磨均勻，制成半透明狀薄片，溴化鉀做測試對照，在400～4000 cm?1范圍內(nèi)進行紅外光譜掃描[16]。

1.2.5.3 掃描電鏡分析 分別將硫酸軟骨素螯合鋅凍干樣品和硫酸軟骨素樣品用導(dǎo)電膠粘結(jié)在鋁制樣品座上，放置于真空鍍膜機內(nèi)，樣品表面噴金鍍膜，在掃描電鏡下觀察樣品微觀形態(tài)并照相。放大倍數(shù)為3000倍和24000倍[16]。

1.2.5.4 熱重分析 分別稱取硫酸軟骨素樣品和硫酸軟骨素螯合鋅樣品，溫度由30 ℃升至600 ℃，以10 ℃/min的速率升溫，在氮氣通量為50 mL/min環(huán)境下進行熱重分析。以溫度為X軸，以質(zhì)量損失率（某一溫度下質(zhì)量損失后樣品的實測質(zhì)量與樣品總質(zhì)量的比值）為Y軸，繪制熱重變化曲線[17]。

1.2.5.5 X射線衍射分析 將硫酸軟骨素螯合鋅樣品、硫酸軟骨素樣品和硫酸鋅樣品分別用瑪瑙研缽研至無顆粒感為佳，裝入制樣框，插入樣品臺，設(shè)置CuKα射線，在5～80°衍射角度范圍內(nèi)進行連續(xù)掃描，確定結(jié)構(gòu)信息[18]。

1.2.6 硫酸軟骨素螯合鋅生物利用率

1.2.6.1 體外模擬胃腸道消化吸收 模擬胃消化：分別取10 mg/mL的硫酸軟骨素螯合鋅和硫酸鋅溶液，用1 mol/L鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH到2，向溶液中加入5 mL模擬胃液，放置于37 ℃水浴中振蕩2 h，反應(yīng)結(jié)束后，將溶液置于100 ℃水浴中10 min滅酶。模擬腸吸收：取胃消化液，用0.1 mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH到7，向溶液中加入5 mL模擬腸液，將混合溶液裝入透析袋中（3500 Da），放置于37 ℃水浴中震蕩2 h，反應(yīng)結(jié)束后，將溶液置于100 ℃水浴中10 min滅酶[19]。

1.2.6.2 鋅離子溶解率的測定 分別測定模擬胃消化溶液和模擬腸吸收溶液中鋅離子的溶解率。取兩種溶液10000 r/min離心10 min，采用1.2.4中鋅含量測定方法，分別測定上清液中鋅離子的含量和溶液中總鋅離子的含量。按照公式（2）計算鋅離子溶解率。

式中：C1為上清液中鋅離子的濃度（mg/mL），C2為溶液中鋅離子的濃度（mg/mL）。

1.2.6.3 鋅離子透過率的測定 測定模擬腸吸收溶液中鋅離子的透過率。模擬膜吸收結(jié)束后，分別測定透析袋外的溶液中鋅離子的含量和溶液中總鋅離子的含量。按照公式（3）計算鋅離子透過率。

式中：C1為透析袋外鋅離子的濃度（mg/mL），C2為溶液中鋅離子的濃度（mg/mL）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

文中單因素實驗數(shù)據(jù)及正交試驗數(shù)據(jù)均進行三次平行實驗（n=3），取平均值，數(shù)據(jù)表示為±S（S：標(biāo)準(zhǔn)差）。采用SPSS軟件進行方差分析（ANOVA），不同字母代表差異顯著（P<0.05），用Origin 9.1軟件完成作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 pH對鋅螯合率的影響 由圖1可知，隨著pH增大，鋅螯合率先上升后下降，pH4時鋅螯合率最高（78.68%±1.04%）。pH小于4時，體系中存在大量氫離子，氫離子與鋅離子爭奪供電基團[20]，不利于螯合反應(yīng)進行；pH大于4時，鋅離子的螯合能力減弱，優(yōu)先與體系中的氫氧根離子形成氫氧化鋅沉淀，使得鋅離子不能充分與硫酸軟骨素進行螯合反應(yīng)[21]。測定硫酸軟骨素螯合鋅在不同pH時的電位值，pH3（ζ=20.5 mV）>pH4（ζ=15.8 mV）>pH5（ζ=?7.3 mV）>pH6（ζ=?16.7 mV）>pH7（ζ=?23.6 mV），推測螯合物的等電點（PI）[22]位于4附近，此時，鋅離子與硫酸軟骨素形成螯合物后更有利于聚集反應(yīng)發(fā)生。因此，在后續(xù)實驗中選擇反應(yīng)pH為4。

圖1 pH對鋅螯合率的影響Fig.1 Effect of pH on the chelation rate of zinc

2.1.2 反應(yīng)時間對鋅螯合率的影響 由圖2可知，在0.5～2 h范圍，隨著反應(yīng)時間增加，硫酸軟骨素與鋅離子的結(jié)合更為充分，鋅螯合率顯著上升（P<0.05），反應(yīng)時間為2 h時，鋅螯合率達到最高（71.39%±0.81%），當(dāng)反應(yīng)時間繼續(xù)增加時，鋅螯合率呈現(xiàn)下降態(tài)勢。其主要原因是，在酸性的反應(yīng)體系中，若反應(yīng)時間過長，反應(yīng)體系穩(wěn)定性降低，極易引起螯合物中的糖苷結(jié)構(gòu)斷裂[23]或硫酸基水解[24]，影響螯合物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)致鋅螯合率降低[25?26]。因此，在后續(xù)實驗中選擇反應(yīng)時間為2 h。

圖2 反應(yīng)時間對鋅螯合率的影響Fig.2 Effect of reaction time on the chelation rate of zinc

2.1.3 硫酸軟骨素與七水合硫酸鋅質(zhì)量比對鋅螯合率的影響 由圖3可知，硫酸軟骨素與七水合硫酸鋅質(zhì)量比在0.1:1～1:1范圍內(nèi)時，鋅螯合率呈現(xiàn)增大趨勢，在比值為1:1時，鋅螯合率最高（78.73%±1.55%），在比值大于1:1時，鋅螯合率呈現(xiàn)下降趨勢。增加硫酸軟骨素在體系中的占比，可以增加反應(yīng)物的接觸幾率，更易形成環(huán)狀螯合結(jié)構(gòu)，提高螯合率，但硫酸軟骨素與鋅離子結(jié)合的位點有限[27]，加入過多硫酸軟骨素不僅使螯合液過于黏稠，不利于反應(yīng)進行，同時也會影響螯合物形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，降低螯合率[28]。在質(zhì)量比為1:1時，與鋅離子作用的硫酸軟骨素結(jié)合位點達到飽和狀態(tài)。因此，在后續(xù)實驗中選擇硫酸軟骨素與七水合硫酸鋅質(zhì)量比為1:1。

圖3 質(zhì)量比對鋅螯合率的影響Fig.3 Effect of mass ratio on the chelation rate of zinc

2.1.4 反應(yīng)溫度對鋅螯合率的影響 由圖4可知，反應(yīng)溫度對鋅螯合率的影響較為顯著。鋅螯合率隨著反應(yīng)溫度的升高呈現(xiàn)先升后降的趨勢。反應(yīng)體系在較低溫度范圍（20～30 ℃）時，鋅螯合率呈現(xiàn)升高態(tài)勢。其主要原因可能是，從動力學(xué)角度分析，升高溫度有利于分子間運動，增加硫酸軟骨素與鋅離子的結(jié)合幾率，有利于螯合反應(yīng)的進行[29]。從空間結(jié)構(gòu)角度講，在相對適宜的溫度范圍內(nèi)，糖鏈結(jié)構(gòu)較為舒展，與鋅離子的結(jié)合位點暴露的較多[30]。反應(yīng)溫度為30 ℃時，鋅螯合率最高（75.74%±3.71%）。由于螯合反應(yīng)為放熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)溫度繼續(xù)升高時，阻礙了螯合反應(yīng)的進行。同時溫度過高，致使硫酸軟骨素結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差，分子間易發(fā)生聚團現(xiàn)象，導(dǎo)致與鋅離子的結(jié)合位點減少[31]，鋅螯合率降低。因此，在后續(xù)實驗中選擇反應(yīng)溫度為30 ℃。

圖4 反應(yīng)溫度對鋅螯合率的影響Fig.4 Effect of reaction temperature on the chelation rate of zinc

2.2 正交試驗設(shè)計

正交試驗結(jié)果和方差分析結(jié)果如表2和表3所示。由表2可知，4因素對鋅螯合率的影響大小的順序依次為C>D>A>B，即硫酸軟骨素與七水合硫酸鋅質(zhì)量比影響最大，其次是反應(yīng)溫度，pH次之，反應(yīng)時間的影響最小[32]。通過比較各因素的均值大小確定最佳反應(yīng)組合A2B1C2D2，即pH4，反應(yīng)時間1 h，硫酸軟骨素與七水合硫酸鋅質(zhì)量比1:1，反應(yīng)溫度30 ℃。由表3可知，4因素中質(zhì)量比對鋅螯合率的影響顯著（P<0.05），而pH、時間及溫度對鋅螯合率的影響不顯著（P>0.05）。選取正交試驗最佳工藝A2B1C2D2，在此實驗條件下開展驗證實驗，所得鋅螯合率為（80.6%±1.31%），優(yōu)于所有正交試驗及單因素實驗結(jié)果，驗證實驗成功。

表2 正交實驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Orthogonal design and results

表3 正交試驗方差分析結(jié)果Table 3 Orthogonal test results of variance analysis

2.3 硫酸軟骨素螯合鋅結(jié)構(gòu)表征

2.3.1 紫外光譜分析 如圖5所示，硫酸軟骨素的最強吸收峰在204 nm，該峰為多糖的特征吸收峰，是多糖中的發(fā)色基團發(fā)生電子躍遷引起[33]，硫酸軟骨素螯合鋅的多糖特征吸收峰出現(xiàn)在212 nm。吸收峰藍移是由于鋅離子結(jié)合在氧原子和氮原子上導(dǎo)致了n→π﹡躍遷[34]。同時，硫酸軟骨素在255 nm處出現(xiàn)一弱吸收峰，與鋅離子螯合之后，吸收峰藍移至260 nm。這是鋅離子與多糖分子中的發(fā)色基團結(jié)合后，基團偏振的結(jié)果[35]。此外，硫酸軟骨素螯合鋅的吸光度明顯強于硫酸軟骨素，原因可能是鋅離子結(jié)合后導(dǎo)致的電荷轉(zhuǎn)移[36]。硫酸鋅在200～600 nm近紫外-可見光區(qū)未顯示特征吸收。紫外光譜表明鋅離子與硫酸軟骨素結(jié)合形成了螯合物，吸收峰的藍移及強度變化表明發(fā)色基團與鋅離子螯合過程中發(fā)生了極化變化。

圖5 硫酸軟骨素螯合鋅及硫酸軟骨素和硫酸鋅的紫外光譜圖Fig.5 UV spectra of chondroitin sulfate chelated zinc,chondroitin sulfate and zinc sulfate

2.3.2 紅外光譜分析 為進一步研究分子結(jié)構(gòu)的變化，采用紅外光譜研究了分子振動和不同原子間的極性鍵，如圖6所示。硫酸軟骨素螯合鋅的紅外光譜在參數(shù)和形狀上與硫酸軟骨素類似。3591.08 cm?1處為硫酸軟骨素羥基的伸縮振動峰，與鋅螯合后，該峰紅移至3556.30 cm?1，這是由于感應(yīng)效應(yīng)或偶極場效應(yīng)改變了羥基的電子云密度[37]，與Wang等[38]的報道一致。1658.35和1425.74 cm?1處為硫酸軟骨素羧基中羰基的特征伸縮振動峰，與鋅螯合后，該峰分別紅移至1647.04和1418.18 cm?1，說明羧基參與了螯合物的形成[39]；1256.78和1043.61 cm?1處為硫酸軟骨素磺酸基的非對稱拉伸振動峰和對稱拉伸振動峰，與鋅螯合后，該峰分別移動至1239.53和1114.16 cm?1，說明磺酸基參與了螯合反應(yīng)[40]。硫酸軟骨素螯合鋅圖譜的指紋區(qū)617.02 cm?1處有一弱吸收峰，推測為Zn-O的彎曲振動峰。紅外光譜結(jié)果表明，鋅離子與硫酸軟骨素成功配位，這種吸收峰的位移和強度變化，可能是Zn-O鍵形成和配合物物理吸附的結(jié)果[41]。

2.3.3 掃描電鏡分析 采用掃描電鏡觀察硫酸軟骨素及硫酸軟骨素螯合鋅的微觀形貌結(jié)構(gòu)差異，如圖7所示。放大3000倍可以看到，如圖7A、圖7B所示。二者都為不規(guī)則顆粒體，硫酸軟骨素表面光滑，呈現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)；硫酸軟骨素螯合鋅表面較粗糙，呈現(xiàn)顆粒的凹凸?fàn)顟B(tài)。放大24000倍可看到，如圖7C、圖7D所示。硫酸軟骨素的結(jié)構(gòu)松散，有許多不規(guī)則尺寸空腔，與報道的多糖表面形態(tài)一致[42]；硫酸軟骨素螯合鋅則呈現(xiàn)顆粒狀的緊密結(jié)構(gòu)，主要原因可能是鋅與硫酸軟骨素之間形成配位鍵改變了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)致密[43]。由此推測，硫酸軟骨素螯合鋅與硫酸軟骨素的形貌區(qū)別是由于鋅離子與硫酸軟骨素發(fā)生了螯合反應(yīng)，形成了硫酸軟骨素螯合鋅的微顆粒導(dǎo)致的。

圖7 硫酸軟骨素螯合鋅及硫酸軟骨素的掃描電鏡圖Fig.7 SEM spectra of chondroitin sulfate chelated zinc and chondroitin sulfate

2.3.4 熱重分析 利用熱重分析法分析熱穩(wěn)定性差異，如圖8A、圖8B所示。根據(jù)熱重分析的結(jié)果，硫酸軟骨素及硫酸軟骨素螯合鋅的失重均分為三個階段。第一階段30～150 ℃，質(zhì)量損失是失水所致。硫酸軟骨素質(zhì)量損失率15.39%；相比之下，硫酸軟骨素螯合鋅質(zhì)量損失率18.69%，說明硫酸軟骨素螯合鋅分子中的結(jié)晶水散失率大于硫酸軟骨素。第二階段

圖8 硫酸軟骨素（A）及硫酸軟骨素螯合鋅（B）的熱重曲線圖Fig.8 Thermogravimetric curve of chondroitin sulfate（A） and chondroitin sulfate chelated zinc（B）

150～300 ℃，主要是由樣品化學(xué)鍵和基本結(jié)構(gòu)的熱降解[44]引發(fā)的。此階段，硫酸軟骨素質(zhì)量損失率29.55%；相比之下，硫酸軟骨素螯合鋅質(zhì)量損失率18.26%，原因可能是硫酸軟骨素與鋅離子形成了配位鍵，破壞化學(xué)鍵需要更多能量[45]。第三階段300～600 ℃，硫酸軟骨素質(zhì)量損失率15.59%，推測是多糖已經(jīng)碳化，從而導(dǎo)致失重緩慢[46]；相比之下，硫酸軟骨素螯合鋅質(zhì)量損失率20.68%，并在504.17 ℃時失重迅速，可能是由于硫酸軟骨素螯合鋅出現(xiàn)結(jié)晶度，熔點向更高溫度移動[47]。以上結(jié)果表明，硫酸軟骨素和硫酸軟骨素螯合鋅的熱力學(xué)性能有很大不同，與硫酸軟骨素相比，硫酸軟骨素螯合鋅是一種更穩(wěn)定的物質(zhì)，這與Zhang等[48]對多糖鋅螯合物的熱穩(wěn)定性研究結(jié)果一致。

2.3.5 X射線衍射分析 通過X射線衍射分析反映物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)信息，如圖9所示。硫酸鋅有明顯的結(jié)晶衍射峰，分別在17.92°、20.22°、22.09°等三處有強衍射峰，并且出現(xiàn)多個小峰。硫酸軟骨素為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，不具有周期性結(jié)構(gòu)，只能觀察到衍射值最大所對應(yīng)的漫反射區(qū)[49]，呈現(xiàn)“饅頭”狀。硫酸軟骨素螯合鋅與硫酸軟骨素有著顯著差別，在“饅頭”峰區(qū)域19.56°、27.11°等兩處出現(xiàn)明顯的尖峰，說明硫酸軟骨素與鋅螯合后，在空間結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生新的相互作用力，形成了有序晶體結(jié)構(gòu)[39]。硫酸軟骨素螯合鋅并不包含硫酸鋅的特征衍射峰，說明鋅與硫酸軟骨素螯合后廣泛分布于糖鏈中。

圖9 硫酸軟骨素、硫酸鋅及硫酸軟骨素螯合鋅的X射線衍射圖Fig.9 X-ray diffraction pattern of chondroitin sulfate，zinc sulfate and chondroitin sulfate chelated zinc

2.4 硫酸軟骨素螯合鋅生物利用率分析

以硫酸鋅作為參照，評價硫酸軟骨素螯合鋅在胃腸道環(huán)境中的生物利用率，如圖10所示。硫酸軟骨素螯合鋅和硫酸鋅在胃消化階段的鋅溶解率分別為（94.86%±1.02%）、（91.53%±0.87%）。當(dāng)轉(zhuǎn)移至腸消化階段時，二者的鋅溶解率分別為（63.01%±2.56%）、（39.83%±1.41%），鋅透過率分別為（33.86%±1.68%）、（16.39%±2.42%）。在胃消化階段，酸性環(huán)境有利于鋅離子的釋放和溶解[50]，硫酸軟骨素螯合鋅和硫酸鋅均有較好的溶解性。在腸消化階段，硫酸鋅的鋅溶解率及鋅透過率均不及硫酸軟骨素螯合鋅，這是由于在腸液較高的pH環(huán)境中，硫酸鋅易形成不溶性的鋅化合物[51]，而腸道無法吸收。硫酸軟骨素螯合鋅因其較穩(wěn)定的配位鍵，在胃腸環(huán)境中的溶解性和穩(wěn)定性比硫酸鋅有明顯優(yōu)勢，并能以螯合物分子的形式透過腸道屏障[13]，比硫酸鋅更易被胃腸消化吸收，生物利用率更高，與Yonekura等[52]研究殼聚糖可提高體內(nèi)鋅生物利用度的結(jié)果一致。

圖10 體外模擬實驗中硫酸軟骨素螯合鋅與硫酸鋅的生物利用率Fig.10 Comparison of bioavailability between chondroitin sulfate chelated zinc and zinc sulfate in vitro simulation experiment

3 結(jié)論

本研究以硫酸軟骨素和硫酸鋅為原料，利用螯合反應(yīng)制備了一種新型補鋅劑硫酸軟骨素螯合鋅。通過單因素實驗及正交試驗確定硫酸軟骨素螯合鋅的最佳制備條件為：pH4，反應(yīng)時間1 h，硫酸軟骨素與七水合硫酸鋅質(zhì)量比1:1，反應(yīng)溫度30 ℃，此條件下鋅螯合率為80.6%±1.31%，硫酸軟骨素表現(xiàn)出良好的鋅螯合能力。紫外光譜證實鋅離子可以有效地與硫酸軟骨素結(jié)合，紅外光譜進一步證明鋅離子與硫酸軟骨素螯合形成了Zn-O，螯合位點為羥基氧、羧基氧、磺酸基氧。掃描電鏡、熱重分析及X射線衍射分析結(jié)果表明，與鋅離子螯合，導(dǎo)致硫酸軟骨素的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成了更為穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)和微顆粒的聚集。體外模擬消化吸收實驗證明，硫酸軟骨素螯合鋅在胃腸中的溶解率與透過率均優(yōu)于硫酸鋅，具有良好的生物利用率。硫酸軟骨素與鋅離子的有效結(jié)合，不僅保留了硫酸軟骨素所具有的生物學(xué)功能，又有補鋅功效，有望開發(fā)成一種具有多種保健功能的生物多糖型補鋅劑。