超声波法在提取多糖类化合物中的应用研究.pdf

第 2 1卷第 2期 2 0 0 7年 2月 化工时刊 Ch e mi c a l I n d u s t r y T i me s VoI 21， No 2 F e b 2 2 0 0 7 超声波法在提取 多糖类化合物 中 的应用研究 张 昌军 原方 圆 邵红兵 ( 泰山医学院化学与化学工程学院 ， 山东 泰安 2 7 1 4 0 0 ； *首都师范大学化学系， 北京 1 0 0 0 3 7 ) 摘要述评 了超声波法提取多糖类化合物 的研究 现状 与进展 ， 阐 明超声 波法提 取多糖类 化合物 的原理 ， 通过列举 实例介 绍了几种 超声 波法提 取多糖类化合物的提取技术 ， 展望并讨论 了这一研究领域的方向及前景 。 关键词 超声波提取法 超声波辅助热水浸提法 超声波酶法 多糖类化合物 Ap p l i c a ti o n o f Ex t r a c tin g P o l y s a c c h a r i d e Co mp o u n d b y Ul t r a s o n i c M e t h o d Z h a n g C h a n g j u n Y u a n F a n g y u a n S h a o Ho n g b i n g ( C h e n i s t r y a n d C h e m i c a l E n s i n e e fi n g A c a d e m y o f T a i s h an ， S h and o n g T a i a n 2 7 1 4 0 0 ) ( C h e mis t r y d e p a r t m e n t o f C a p i t al N o r m a l U n i v e r s i t y ， B e i j i n g 1 0 0 0 3 7 ) Ab s t r a c t T he c u r r e n t s i t u a t i o n e x t r a c t i n g p o l y s a c c h a r i d e c o mp o u n d wa s c o mme n t e d b y u l t r a s o n i c me t h o d Th e t e c h - n o l o g y e x t r a c t i n g po l y s a c c h a r i d e co mpou n d p r i n c i p l e Was e x po u n d e d Th e s t u d y d i r e c ti o n an d p r o s p e c t we re l o o k e d f o r wa r d Ke y wo r d s ult r a s o n i c e x t r a c t i o n me t h o d ult r a s o n i c ass i s t s h o t wa t e r e x t r a c t i o n me t h o d u l t r a s o n i c e n z y me me t h o s d po l y s a c c h a r i d e c o n po u n d 多糖类化合物作为“ 生物应答效应物” ( B i o l o g i e al R e s pon s e Mo d i fi e r ， 简称 B R M) ， 是一类能够增强人体免 疫功能和抗肿瘤作用的生物活性物质。自2 O世纪 5 O 年代末人们发现真菌多糖具有抗肿瘤活性 以来 ， 多糖 的研究受到越来 越广 泛的重视近 2 0 a 来 ， 由于生物 学、 化学等学科 的飞速发展 ， 人们对多糖及其复合物 的活性作用有了越来越深人的认识。研究表明， 多糖 在抗肿瘤、 消炎、 抗病毒、 降血糖、 降血脂 、 抗袁老、 抗 凝血、 免疫 调节等方面具 有生物活性作用 1 _ 3 l 。 目 前 ， 多糖类化合物已成为分子生物学、 医学、 食品科学 等领域的研究热点之一。多糖类化合物的提取技术 目前常用的主要有 ： 热水浸提法水提醇沉法碱 提取法 酸提取法 微波提取法 酶提取法 ， 这些 方法存在着费时长、 耗能高、 效率低等缺点。超声波 作为一种提取技术已有报道， 它具有时间短、 效率高、 收稿日期 ： 2 O O 61 21 2 作者简介 ： 张 昌军( 1 9 5 6一) ， 男 ， 尉教授 ， 从事有机化学教学与研究 联系人： 原方 圆( 1 9 7 6 一) ， 女。 讲师 Em a i l ： f a n g y u a n 1 0 2 2 1 6 3 c o m 一 5 4 一 提取量高等特点 ， 同时可 防止提取物在长时间、 高温 条件下发生降解、 褪色等变化。有文献【 4 , 5 J 报道将超 声波应用在中药甙类成分 的提取中可以提高甙类 的 提出率 ， 并缩短提取时间。 目前 国内外有关超声波法 提取多糖类化合物研究报道还较少 ， 现作一概述。 超声波法提取多糖类化合物的 原 理 超声波法提取 多糖类化合物 的主要原理是 由于 超声波产生 的空化效应 。超声空化是指液体 中 的微小泡核在超声波作用下被激活， 表现为泡核的振 荡、 生长、 收缩乃至崩溃等一 系列动力 学过程。泡核 在瞬间空化崩溃时可形成高达 5 0 0 0 K 以上的局部热 点 ， 压力可达数 1 O乃至上 1 0 0个 MP a ， 随着高压 的释 维普资讯 张 昌 军 等 超 声 波 法 在 提 取 多 糖 类 化 合 物 中 的 应 用 研 究 2 0 0 7 V o 1 2 1 ， N o 2_ 囝 罾 圆 放 ， 将在液体 中形成强 大冲击波 ( 均相) 或 高速射 流 ( 非均相) 。在萃取过程中， 这种强大的冲击波能够有 效地减小、 消除溶剂与水相之 间的阻滞层 ， 从而加大 了传质效率 。同时 ， 冲击波对动植物细胞组织产生一 种物理剪切力 ， 使之变形、 破裂、 并释放 出内含物 ， 这 大大加速了萃取过程。因此 ， 超声波产生的空化效应 对萃取过 程的强化 作用可 以归结为 4个 附加效应 湍动效应 、 微扰效应 、 界面效应 、 聚能效应 ， 其 中 湍动效应使边界层减 薄， 增大传质速率； 微扰效应强 化了微孔扩散 ； 界面效应增大 了传质表面积； 聚能效 应活化了分离物质分子， 从而从整体上强化 了萃取分 离过程的传质速率和效果L 8 。 。 。 另外 ， 超声波的许多次级效应如热效应 、 溶化、 扩 散、 击碎 ， 化学效应 、 生物效应 、 凝聚效应等也 能加速 植物有效成分在溶剂中的扩散释放 ， 促进植物有效成 分与溶剂混和， 有利于萃取。 目超声波法提取多糖类化合物的 提 取技 术 2 1 超声波辅助热水浸提法 福建农林大学生命科学学院的张福娣等u l J 用热 水浸提结合超声波辅助方法提取甘薯多糖 ， 采用正交 试验 ( 3 ) 对甘薯多糖成分提取工艺进行优化设计 。 结果表明， 甘薯多糖提取工艺的最佳条件为： 料液比 1 ： 6 ， 在 7 0 提取 4 5 r n j n ， 提取 3 次后得到的提取率最 高为 2 3 6 8 。温 度和时间是甘薯多糖提取 的主要 影响因素。超声波辅助热水浸提法可 以有效地降低 提取温度 ， 避免 了高温对有效成分的破坏 ， 缩短提取 时间， 节约能源成本和时间。甘薯多糖的提取方法如 下 ： 甘薯去皮一称量一切成细条一烘干一捣碎一加入 一 定 量 的 水 一 超 声 波 提 取 一 过 滤 除 渣 一 离 心 ( 1 0 0 0 0 r r n j n ， 1 0 r n j n ) 一取上清液透析除杂一旋转蒸 发浓缩( 1 0 0 r r n j n ， 6 0 ， 2 0 r n j n ) 一加 3 倍体积乙醇沉 淀多糖 一离 心( 1 0 0 0 0 r r n j n ， 1 0 r n j n ) 一弃 上清 液一 S e v e 法除蛋 白一甘薯粗多糖 。超声 处理时间对甘 薯多糖提取影响的测定 ： 称取相 同质量的甘薯 5份， 分别用一定频率的超声波处理 l 5 、 3 0 、 4 5 、 6 0 、 7 5 r n j n 。 结论： 超声处理 3 06 0 r n j n 的提取率变化较 大； 超声 处理 4 5 r n j n 的提取率最大 ； 而后随着时间的延长 ， 提 取率开始缓慢下降。这可能是 由于长时间超声 波的 机械剪切作用使大分子多糖断裂。 王亚飞等l l 】 用热水浸提结合超声波辅助方法提 取香菇 中的香 菇多糖， 探讨 了影响提取率 的主要 因 素 ， 最后用正交法确定了最佳提取工艺， 为香菇多糖 提取的工业化生产提供依据。实验表明在时间、 温 度、 次数、 倍数 4个考察因素中， 时间因素影响最大 ， 加热 4 5 r n j n 比较合适。加热时间短， 多糖没有完全溶 出； 加热时间长， 多糖又被机械剪切成小分子而损失 掉。其次是温度 ， 温度低 ， 多糖溶 出速度慢； 温度高， 多糖溶出速度快， 而同时蛋白质等杂质的生成量也大 大增加 ， 为后 续处理带来不方便。所 以温度在 6 0 左右 比较合适 。利用超声波法提取香菇多糖， 既节省 时间 ， 又降低能量消耗 ， 在实际生产中也是可行 的。 2 2 超声 波提取 法 广州中大药物开发中心的孙素兰等 】 利用超声 波法对灵芝袋泡茶多糖的提取工艺进行多因素研究 ， 改进了原灵芝袋泡茶用水煮酒沉 的生产工艺。通过 多因素考察超声波法提取灵芝袋 泡茶多糖 的实验条 件 ， 结果显示灵芝袋泡茶在 p H=2 0的条件下超声波 提取 0 51 h得到的灵芝 多糖的含量最 多， 与未处 理多糖含量相 比超声波在 0 5 1 h的粗多糖增加 l 0 一2 0 。 常秀莲等n 】 采用超声波法提取库拉索芦荟花多 糖， 对温度、 时间、 加水量、 芦荟花粒度 4个工艺条件 进行 了研究。高温 、 细粒度、 长时间和分批次加水有 利于提高多糖的收率。本实验条件下， 芦荟花多糖提 取的最佳工艺条件 ： 温度为 7 0 ， 粒度为 4 06 0目， 时间为 2 h ， 加水量为 7 5 m L ， 分两次均匀加入 。芦荟 花多糖的提取方法 ： 称取 0 5 g 芦荟花置于 2 5 0 m L 圆 底烧瓶中， 加入一定体积的蒸馏水 ， 在一定温度 ， 一定 时间下进行超声 提取， 将提取液在 4 8 0 o r r n j n 的转 速下离心 1 0 r n j n ， 所得溶液再经 4 0 0目的滤布过滤除 去浮于表层的芦荟花 ， 得清液， 取一定体积的清液加 乙醇沉淀多糖 ， 沉淀物用 9 5 的乙醇清洗离心 ， 重复 清洗离心两次 ， 然后将沉淀 多糖用蒸 馏水溶解并定 容 ， 测定多糖含量。分批次加水实验 中， 取 0 5 g 4 0 6 0目的芦荟花置于烧瓶 中， 先加入一定体积水 ， 7 0 超声提取一定时间后， 再用 4 0 o且滤布过滤得清 液 ， 剩余残渣， 再加入一定体积的蒸馏水 7 0 超声一 定时间， 离心后过滤 ， 将得到的清液与上述清液合并。 用少许蒸馏水清洗残渣离心一次后 ， 再用 4 0 0目滤布 过滤 ， 将清液合并入 l 0 o r I l I 瘩 量瓶中定容。 一 5 5 维普资讯 置圆2 0 0 7 V o 1 2 1 ， N o 2 论 文 综 述 ( O v e rv ie w o f T h e s is e s ) 江发寿等【 1 5 研究了超声提取法提取沙枣多糖 ， 经烘干处理的沙枣用 8 0 的乙醇液提取 除去单糖和 低聚糖后 ， 采用 水为溶剂 于 4 5 k H z 超声 提取 2次 ， 2 0 m i n 次。结果 表 明超 声法提取 多糖 有较 大的优 势。提取时间大大缩短 ， 收率提高近 5 0 。 袁忠海等 1 6 将去除游离还原糖 的魔芋精粉加双 蒸水 ， 在 K Q 2 1 8超声波清洗器( 4 0 k H z ， 0 0 W) 上超声 提取魔芋精粉 葡甘露 聚糖 6 0 m i n ， 温度控制在 3 5 4 5 ， 提取效果明显优于常规法。 谭洁怡等 1 7 用超声波法从裙带菜 中提取褐藻多 糖硫酸酯( P 3 p ) ， 以多糖提取率为指标 ， 通过单因素和 正交优化实验确立 了提取 F S P的最佳工艺条件 ， 并 与传统热水提取法进行 了比较。结果表 明， 1 0 0倍加 水量、 在 1 0 0 0 w功率下超声处理 2 0 m i n 能得到最大 的多糖提取率。采用优化工艺 ， F S P得率 ( 1 6 8 7 ) 、 纯度( 7 4 1 9 ) 和硫 酸基含量( 1 0 2 2 ) 比传统水提 法分别提高了 2 3 5 9 ， 3 0 9 2 和 1 3 9 4 ， 色素和蛋 白质等杂质的析 出减少， 是一种 良好的提取 多糖 方 法 。 2 3 超 声 波酶 法 郑静等 0 】 采用单 因子分析和正交试验 ， 以灵芝 提取物中多糖提取率和多糖含量为指标 ， 分别对超声 波法和超声波协同纤维素酶法 中影响多糖提取效果 的主要因素进行研究。结果表 明， 超声波酶法中各因 素对灵芝多糖提取率的影响程 度依 次为酶解温度 ， p H值 ， 酶解时间和酶量。最佳提取条件是酶解 温度 5 0 ， p H=6 0 ， 酶量 2 0 ( 对 底 物 ) ， 酶 解 时 间 2 0 m i n 。该方法与超声波法相 比多糖提取率稍低， 但 提取物中多糖含量相对高出 2 0 以上 ； 此外 ， 该方法 还能缩短提取周期 ， 是 1 种值得借鉴的提取灵芝多糖 的方 法 。 黑木耳具有很高的营养价值和药用价值 ， 是世界 公认 的保健品， 唐娟等 研究 了超声波协 同纤维素 酶提取黑木耳多糖的方法 ， 实验结果表明 ， 其最佳提 取条件为 ： 超声 波功率 4 0 W、 p H值为 4 5 、 提取 时间 2 5 h ， 提取温度为 4 5 。6 0筛 目， 得 到黑木耳 干粉。 超声 波酶法提取黑木耳多糖方法 ： 取 5 0 0 g 木耳干 粉 ， 按 1 ： 2 5加入 p H=4 5的磷酸氢二钠 一磷酸二氢 一 5 6一 钾缓 冲溶液 ， 4 0 润胀 1 h 。后将 温度升高至 5 0 ， 加入 3 0 0 I U g 的纤 维 素酶 ， 在 4 5 w超声 场下 振 荡 4 0 m i n ， 恒温提取 2 h ； 调 p H值至 7 5 ， 加入 0 2 5 中 性蛋白酶， 酶解 3 h 后迅速升温至 9 0 灭酶浸提 1 h ， 离心， 浓缩， S e v a g 法除蛋白， 定容 ， 蒽酮 比色法测定多 糖提取率。由于该法作用温度低， 比水提、 碱提及 酶 法浸提所得多糖颜色浅 ， 便 于多糖产 品的进一步精 制。 综上所述 ， 超声波技术提取多糖类化合物具有 良 好的应用前景。用超声波技术提取多糖类化合物时 ， 超声时间不宜过长 ， 随着处理时间的延 长， 提取率反 而下降。原因可能是 由于超声波具有较强的剪切作 用 ， 长时间的作用会使大分子的多糖断裂 ， 从而在后 处理的过程中的损失增大而影响多糖的提出率。 当前及以后有关超声波技术提取多糖类化合物 的研究重点是深化对超声波提取技术的机理的认识 ， 继续进行超声波提取过程 的工艺性实验研究 ， 系统总 结超声波以及体系( 介质环境) 等因素与产生超声空 化的关系 ， 指导 寻求 切实有 效可 行的超声 波提取 技 术 。 参考文献 1 j 周永 国外医学卫生学分册 ， 2 0 0 1 ， 2 8 ( 3 ) ： 1 2 9 1 3 2 2 王蓉 ， 吴剑波 国外 医药抗生素分册 ， 2 0 0 1 ， 2 2 ( 3 ) ： 9 71 0 0 3 王长云 ， 管华诗 生物工程 进展 ， 2 0 0 0， 2 0 ( 1 ) ： 1 7 4 曾里 ， 夏之宁 化学研究与应用 ， 2 0 O 2 ， 1 4 ( 3 ) ： 2 4 5 249 5 肖贵平 福建农林大学学报( 自然科学版) ， 2 0 0 5 ， 3 4 ( 3 ) ： 3 1 83 2 3 6 葛飞肉类工业 ， 1 9 9 9