酶法提取技术及其应用进展.pdf

G o n g y it a n t a 。 y u X it o n g s h e j i 工 艺 探 讨 与 系 统 设 计 l 酶法提取技术及其应用进展 韩伟马婉婉骆 开荣 ( 华东理工大学中药现代化工程 中心， 上海 2 0 0 2 3 7 ) 摘要： 简要介绍了酶法提取的基本原理、 特点及提取速率的影响因素 ， 结合酶法在提取有效成分中的应用实例和 与其他技术的联用， 对酶法在中药提取领域的前景进行展望。 关键词： 酶法； 中药提取； 综述 中药是中华 民族 灿烂文 明 中一 朵盛开 的奇葩 ， 有 着几千年的悠久历史 。中药成分复杂且很多贵重有效 成分含量很低 ，因此中药开发中的关键 工序 即为如何 有 效地提 取 中药 中的有效 成 分 。传 统提 取方 法如 煎 煮、 回流 、 浸渍 、 渗漉 法 ， 存 在着 周期长 、 工序 多、 提取 率不高等缺点。酶作为一种 生物催化剂 ，在 中药提取 中， 对 中草药细胞壁 的有效成分进 行分解 破坏 ， 从而降 低传质阻力， 提 高提 取率： 可改变 中药 目标产物 的生理 生化性 能， 优 化产物效用 ， 并且酶法提 取操作 简单 ， 条 件温和 ， 环保 无毒， 现 已将 其用 于中药提取过程 。 本 文就酶 法 的提取 技 术及其 应 用进 展 方面 进行 综述。 1 酶 法提 取 的基 本 原 理 大多数中药为植物性 草药，中药材 中的有效成分 多存在于植物细胞 的细胞质 中。在 中药提 取过程 中 ， 溶剂 需要克服来 自细胞壁及细胞 间质的传质阻力 。细 胞壁是 由纤维素、 半纤维素 、 果胶质等物质构成的致密 结构 ， 选 用合适 的酶 ( 如纤 维素酶 、 半 纤维 素酶 、 果胶 酶)对 中药材进行 预处理 ，能分解构成细胞壁 的纤维 素 、 半纤维素及果胶 ， 从而破坏细胞 壁 的结构 ， 产生局 部 的坍塌 、 溶 解 、 疏松 ， 减少溶剂提 取时来 自细胞壁和 细胞 问质的阻力， 加快有 效成分溶出细 胞的速 率， 提 高 提取效率， 缩短提取 时问。 而且 ， 在中药提取中酶法可作用于 目标产物 ， 改善 目标产物的理化性质 ， 提 高其在提取溶剂 中的溶解度 ， 减少溶剂的用量 ， 降低成本 ； 也可 改善 目标产物 的生理 生化功 能， 从而提 高其 效用 。 2酶 法提 取 的 特 点 2 1 反应条件温和 。 产物不易变性 酶法提 取主要采用酶破坏 细胞壁结构 ，具有反应 条件温和 、 选择性高 的特点 ， 而酶 的专一性可避免对底 物外物质的破坏 。在提取热稳定性差或含量较少 的化 学成分时 ， 优势更为 明显 。 杨云龙等 用酶法提取洋葱 中黄酮类化合物 ， 采用酶解法来处理洋葱皮 ， 避免 了因 高温对黄酮类化合物结构的破坏 ，提高 了黄酮类化合 物的提取率 。 2 2提高提取率 。 缩短提取时间 酶法预处理减 少了中药材 中有效成 分的溶 出及溶 剂提取时的传质阻力 ，缩短 了提取时间，提 高了提取 率， 具有很大的应用 价值。 张文森 3 使用复合酶法提取 茉莉 花中有 效成分， 相 比较 传统的水提取 ， 提取温度 由 8 5 9 0降至5 0，提取 时间由3 h 降至 l h ，提取率 由5 5 6 0 升至6 5 7 0 。 2 3降低 成 本 。 环 保 节 能 酶法是绿色高效的植物提取技术 ，可利用相关 的 酶制剂来提 高提取物 的极性 ，从而减少有机溶剂 的使 用 ， 降低成本 。 2 4优 化 有 效 组 分 酶法不仅可 以应用在中药材的提取过程 ， 也可对 中 药提取物进行酶法处理 ， 优化有效组分 ， 提高 目标产物 的药用价值 。 肖连 使用碱性蛋 白酶对啤酒糟 麦芽蛋 白进行水解 ， 在最佳酶解条件下 ， 麦芽蛋 白的起 泡性、 机电信息2 0 1 0年第 l 7期总第2 6 3 期 1 5 I 工 艺 探 讨 与 系 统 设 计 G 0 n g y it a n t a o y u X it 。 n g s h e J 溶解 性和乳化性分别达到 1 6 7 、 2 2 6 8 和 1 3 8 ， 比未 改性前 的麦芽 蛋 白分 别提高 了7 3 5 、 2 4 7 和2 7 8 。 2 5工艺 简单可行 酶法提取在原工艺条件上仅增加 了1 个操作单元 ， 反应条件温和 易获得 ，不需要对原有工艺设备进行过 多的改变 ， 对 反应设备 的要求较低 ， 操作简单。姚晓琳 等 s 在研究酶法 提取柑橘 黄酮 时， 与 原有醇提 工艺相 比，仅在 乙醇浸取提取步骤前增加 了一个步骤适 量酶液酶解 提取 。总黄酮提取率可达2 6 7 0 0 6 ， 提 取率大幅提 高。 3 酶法提取的影响因素 3 1 药材颗粒度 为利于酶解 ， 需对药材进行预处理 。 如用粉 碎机作 预处理 ， 粉碎 颗粒越细 ， 越 易悬浮在酶解液 中 ， 增加有 效面积而易被酶水解， 加快水解速度 。但粉碎过细， 吸 附作用过强，反而会影 响扩散作用 。因此通常在提取 前适 当粉碎， 可提高酶解效 率。 3 2提取溶剂 酶法提取 的关键 ， 是选择适当 的溶剂。 溶剂选择适 当， 就可 以比较顺利地将需要的成 分提取 出来 ， 并且可 溶 解较 多的有效 成分 。选择 溶剂 主要注 意 以下3 点： ( 1 ) 溶剂对有效成分溶解度大 ， 对杂质溶解度 小； ( 2 ) 溶 剂不能与 中药 的成 分起化学变化 ； ( 3 ) 溶剂要经 济、 易 得、 使用安全等 。现在工业生产及实验室主要采用水、 乙醇等作 为提取 的溶剂 。 3 3温 度及 o H 温度增高 ， 分子运动加快， 溶解、 扩散速度也加快 ， 有利于 有效成分 的提 出，所 以热提常 比冷提 效率高 。 但温度 过高， 有些有效 成分被 破坏 ， 酶 的活性降低 ， 甚 至失活 ，同时杂质的溶出也增 多。故一般加热不超过 6 0 ， 最高不超过 1 0 0。过高或过低 的p n 都会 导致 酶 失活 ， p H不仅影 响酶立 体构象 ，也影 响底物 解离状 态 。在最适宜 的p H下进行提取 ， 效率最高 。 3 4酶解时 间 有效 成分 的提取 率通 常 随提取 时 间的延 长而 增 1 6 中国制药装备 2 0 1 0年6月 第6辑 加， 直到药材细胞 内外有效成分 的浓度达到平衡为止。 所 以不必无 限制地延长提取时间，一般用水加热提 取 以每次0 5 1 h 为宜， 用乙醇加热提取每次以l h 为宜。 3 5 酶 的用量 随着酶的浓度 的升 高， 与底物的接触面积增大， 酶 解反应速率增大 。但当酶的浓度达到过饱和时 ，底物 浓度相对较低 ， 酶与底物竞争 ， 会对 酶产生抑制作用 ， 酶得 不到充分利用 ， 造成浪费。 4酶 法 提 取在 中药 领 域 的 应 用 实例 4 1 酶法作用于植物细胞壁 植物细胞壁及细胞 间质 中的纤维素、 半纤维素、 果 胶等具有大 分子结构 的物质是中药提取 中传质 的主要 阻力来源 。 所 以采用酶法提取 ， 分解破坏植物细胞 的细 胞壁 ， 多采用纤维素酶 、 半纤维素酶、 果胶酶 。 ( 1 ) 纤维素酶 。纤维素是由 D 一 葡萄糖以l ， 4 葡 萄糖苷键连接 ， 用纤 维素酶酶解可 以破坏 葡萄糖 苷键 ， 使细胞壁破 坏， 有利于对有效成分的提 取。项雷 文等 6 通 过正交实验法研 究了纤维素酶法提取杭 白菊 中总黄酮的主要工艺参数 ( 酶添加量 、 酶解 时间、 酶解 温度和p H ) 对总黄酮提取率 的影响 。得到纤维素酶法 提取 的最佳 条件为： 酶添加量0 5 、 酶解时间2 5 h 、 酶 解温度5 5、 p H 5 0 ， 此条件下总黄酮提取率比对照组 提 高了1 9 2 。 ( 2 ) 果胶酶。 果胶酶是作用于果胶复合物的酶的总 称。果胶酶有两种 ： 果胶 甲酯酶和 多聚半乳糖醛酸酶。 周 向荣等 利用盐渍藻 头提取其风 味物质 ， 考 查了p H 值 、 温度 、 加热时间 、 商 品果胶 酶添加量对盐渍 蓖头中 蒜素提取效果的影响。 在果胶酶同原料比为0 6 1 2 ， p H 3 4 、 温 度5 0 、 提 取时 间2 4 h 的条件 下 ， 蒜 素的 提取 率可达 到较 高水平 ( O 2 1 0 2 7 g 1 0 0 m L ) ， 且 出 汁效果较好 ( 9 0 9 2 ) ， 固形物含量较高 ( 1 9 2 1 9 8 B r i x ) ， 能较好地保持菖头特 有的香气 。 ( 3 ) 半纤维素酶 。 戴瑜等 s 研究 了半纤维素酶法提 取 杜 仲 叶 中 主要 有 效 成 分 ，即 苯 丙 素类 的绿 原酸 ( c H A ) ， 通过 单 因素试 验 、 正交试 验和方 差分 析确定 了半 纤维素 酶法 提取杜 仲 叶 中绿 原 酸的最 佳操 作条 件。 结果表 明： 加入9 9 6 U g 半纤维素酶0 4 5 、 p H 4 0 、 温度4 O， 得率最高可达3 8 0 1 mg g 。 ( 4 ) 复合酶 。 采用两种或两种 以上 的酶按一 定比例 进行 组合 ， 进行 中药提取 ， 可 以较大地 加快提取速 率 ， 提高提取率 。吴 国卿等 研究 了复合酶法提 取野木瓜 汁 的工艺。以野木瓜为原料 ， 采用复合酶法提取野木瓜 汁。 确定了果胶酶与纤维素酶的最佳添加比例为1 ： 6 。 复 合酶提取野 木瓜汁的最佳酶解 工艺条件为 ： 复合酶添 加 量 1 0 ， 酶解 温度 4 5， p H 4 0 ， 酶解 时 间2 5 h ， 在 此最佳 条件下 ， 野木 瓜 出汁率 可达5 6 7 ， 比空 白样的 出汁率 1 3 7 高 出4 3 O 。 4 2酶 法 作 用 于 目标 产 物 对于有效成分 中立体结构 大的物 质，可 使用葡萄 糖苷 酶、 转苷酶 、 淀粉酶等进 行分解糖苷键 等 ， 改变理 化性 质 ， 增 大极 性 ， 减 少有机 溶剂 的用 量 ， 降低 成本 ， 且改变生理生化性质， 提高效用 。 ( 1 ) 转苷酶 。许 明淑等 o 3 在提取银杏叶黄酮 时， 使 用S u h o n g 4 7 5 转苷酶和糖基配体对银杏叶进行处理 ， 提 高黄酮苷元、 黄酮苷 的极性 ， 进 而在3 0 乙醇溶剂 中提 取。此时的提取率相 当于6 O 乙醇提取条件下 的提 取 率。郁军 n 使用淀粉 酶和环糊精转 糖苷酶 ( c G T a s e ) 处理甜菊 糖作用 于甜菊糖苷 ， 破坏 了甜菊苷 的结构 ， 与 未用 酶法 处理过 的甜菊糖相 比较 ，有效地改善 了甜菊 糖 的后苦 味。 ( 2 ) 葡萄糖苷酶。 殷涌光等 I 2 从松针 中提取松针黄 酮 ， 即8 一 葡萄糖 苷酶松针总黄酮 ( P N F ) ， 使用 葡萄糖苷 酶酶解P N F ， 酶解温度4 0， 酶添 加量 1 1 0 0 0 ， 底物 质 量 浓度0 6 g L ， 酶解 时 间5 h ， 经 过修 饰后 的P N F 对 自 由基清除率、 羟基 自由基清除率 、 超氧 阴离子清除率及 对铁离子的还原能力都有明显地提 高。 ( 3 ) 复合酶 。两种 以上 的酶 的应用 ， 既可 以对植 物 细胞壁进 行作用 ，也可 以对有 效成分进行优化 。董捷 ” 在研 究油菜 花粉 萌发孔通透 性时采用 了复合酶 法 中温 淀粉 酶和 复合纤维 素酶 的组合 。结果表 明：用 中 温淀粉酶和复合纤维素酶处理 花粉后 ，每克花粉上清 液 中可溶性糖含量最 高可达到 ( 0 3 6 5 0 0 1 7 g ) ， 与 空 G o n g y it a n t a 0 y u X ito n g s h e jj 工 艺 探 讨 与 系 统 设 计 I 白相 比提高 了5 3 。 5酶法提取技术与其他技术 的联用 某些 中药采用 酶法提取 时收率 明显 提高，具有较 大的应用潜力 ， 但该技术 同时也存在着一定的局 限性。 酶法的最佳反应条件需要严格控制 ， 条件微小的波动， 也有可能引起酶活性的大大下降 。实验中的酶有可能 会与实验中其他的化学物质发生反应，会影响反应速 率和 产物的纯度 。故实验 室或工业生产 中，多采用 酶 法与其他技术的联合进行中药提取 ， 可扬长补短 ， 发挥 协 同作用 ， 提高有 效成分的提取 效率。 5 1 酶法协同超 声波 赵玉 “ 采用复合酶法协同超声波提取南瓜水溶 性多糖， 试验将两种独立的提取方法进行协同作用， 考 察协 同作用对提取 效果的影响， 并与单 一超 声波法 、 复 合酶解法相 比较 。原料经复合酶酶解处理， 超 声1 0 mi n 后 ， 多糖 提取 率为2 5 9 4 ， 提取 率 明显高 于单 一使用 超声波 、 复合酶法 的提取 。 5 2 酶法协 同超 高压提取 超声波在使用时， 在破碎细胞的同时， 会引起温度 急剧上升 ，费用较高 。而超高压提取可在低温条件下 应用 ， 不会 引起温度 的剧烈变化 ， 不会 引起酶 的活性降 低 ， 在热 敏物质 的提 取中应用将 会更 为广泛 。奚海 燕 等 j s 在超 高压辅助 酶法提取 大米 蛋 白的研 究 中， 首先 在4 0 0 MP a 下对 大米进行预 处理 ，后加碱 性蛋 白酶量 1 4 ， 温 度5 8， p H 8 3 ， 时间4 h 及液 固 L t 9 ： 1 进行 处 理 ， 大米 蛋 白质 的提取 率为 7 8 7 2 ， 而只 用碱 性蛋 白 酶进 行处理的提取率为7 0 ， 提取率提高显著 。 5 3酶法协 同微 波提 取 与传统的溶剂提取法相 比， 微波法批处理量较大 ， 萃 取效率高 、 省时 ， 而 且选 择性较好 ， 可提高 萃取效率 和产 品纯度 。王文平 首次采用微波辅助酶法提取 薏 苡仁粗 多糖 ，并对提取工艺进行 了探讨 。在单 因素 试验 的基础上 ， 采用正交试验优化其工艺 ， 得到 的最佳 提取工艺为： 微波功率5 6 0 W， 料液1 ： 3 0 ， 提取时间4 mi n ， 提取得率达2 2 6 1 。 机电信息2 0 1 0年第 l 7 期总第2 6 3 期 1 7 l 工 艺 探 讨 与 系 统 设 计 G o n g y it a n t a o y u X it o n g s h e j 6酶 法提 取 技 术 的应 用 前 景 酶法强化中药提取 由于 反应特异性强 、条件温和 易获得、 提取 时间短、 提取率 高、 绿色节能等 已引起广 泛的关注 ， 必将成为 中药开发的重要手段 ， 具有较大 的 应用潜 力， 且随着对酶法技术的不断研究 ， 酶法与其他 技术如超 声波 、 超高压 、 微波等技术的联用 也将成 为中 药提取 的另一个热 点研究方 向。 参考文献 1 陈栋， 周永传 酶法在中药提取中的应用和进展 J 中国中药杂志， 2 0 0 7 ， 3 2 ( 2 ) ： 9 9 i 0 1 ， i 1 9 2 杨云龙， 苏范胜 ， 赵邦龙， 等 洋葱中黄酮类化合物 的酶解法提取研究 丁 滨州学院学报 ， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 3 ) ： 8 3 85 3 张文森 茉莉花茶酶法提取工艺的研究 J 福建轻 纺 ， 2 0 0 9 ( 7 ) ： 4 1 4 3 4 肖连冬 酶法改性麦芽蛋白功能特性的研究 J 中 国食 品学报 ， 2 0 0 9 ， 9 ( 5 ) ： 1 5 1 1 5 6 5 姚晓琳 ， 朱新荣， 段春红， 等 酶解法提取甜橙皮黄 酮研究 J 粮食与油脂， 2 0 0 9( 2 ) ： 4 3 4 6 6 项雷文， 陈文韬 纤维素酶法提取杭 白菊 中总黄酮 工艺优化 J 化学工程与装备， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 2 6 2 9 7 周 向荣， 吉维 ， 盛立新 ， 等 果胶酶对菇头中蒜素提 取的影响 J 食品科学， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 9 ) ： 3 7 8 3 8 3 8 戴瑜， 李姣娟 ， 周尽花 ， 等 半纤维素酶法提取杜仲 叶绿原酸 J 林业科技开发， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 3 ) ： 9 6 9 9 9 吴 国卿， 王文平， 陈燕 ， 等 复合酶法提取野木瓜汁 的工艺研究 J 安徽农业科学， 2 0 0 9 ， 3 7 ( 3 1 ) ： 1 5 4 2 1 1 5 42 3 1 0 许明淑 ， 邢新会， 罗明芳， 等 银杏叶黄酮的酶法强 化提取工艺条件研究 J 中国实验方剂学杂志， 2 0 0 6， 1 2( 4 ) ： 2 4 1 1 郁军， 岳鹏翔， 程其春， 等 酶法改性甜菊糖甙的工 艺研究 J 食品科学， 2 0 0 8 ， 2 9 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