（化学工程专业论文）灵芝多糖脱色研究.pdf

摘要 摘要 在食品保健方面，由于灵芝能润泽肌肤，轻身不老，以美容为目的的灵芝产品将是 今后开发的重点。然而，灵芝多糖由于提取工艺落后，产品色泽呈黄褐色，主要杂质有 色素、蛋白质和一些小分子物质，严重影响了化妆品的色泽。本文围绕灵芝多糖脱色的 一系列问题进行研究。 1 灵芝多糖的提取与预处理。以灵芝子实体为原料，提取工艺采用固定水料比为 2 0 ：l ，8 5 下水浴振荡2 5 h ，提取次数2 次；乙醇醇沉可以除去灵芝多糖中的小分子单 糖和寡糖，7 5 乙醇醇沉效果最好，测定得灵芝多糖含量为2 6 2 ，蛋白质含量为1 0 2 8 。 2 以提取的灵芝多糖为原料，分别从树脂极陛、离子型、比表面积和平均孔径等特 征，研究比较了八种大孔吸附树脂和四种离子交换树脂对灵芝多糖溶液脱色性能的影 响。结果表明：1 ) 灵芝多糖色素类型主要为阴离子型分子，其次还有少量非极性和弱 极性分子。2 ) 对于非极性和弱极性色素分子的吸附，脱色率与大孔树脂极性成反比。 3 ) 非极性和弱极性色素既有小分子的，也有体积较大的，大部分色素分子直径大于1 8 n m ， 且随着树脂孔径和比表面的同时增大，色素的吸附率也会明显提高。4 ) 阴离子交换树 脂比阳离子交换树脂的脱色率明显高，且弱碱性功能基团- n h ：的d 3 9 2 阴离子交换树脂脱 色最好，最大脱色率为9 5 。 3 以d 3 9 2 阴离子交换树脂为脱色树脂，在不同温度，不同树脂用量下进行吸附动 力学实验，研究结果表明：1 ) d 3 9 2 阴离子交换树脂对灵芝多糖色素的吸附等温线模型 符合f r e u n d l i c h 方程，为多分子层吸附。2 ) 树脂对色素的吸附是一个吸热的、自发的、 熵推动为主的化学吸附过程。3 ) d 3 9 2 阴离子交换树脂的静态吸附速率曲线符合 l a g e r g r e n 一级速率方程和k a n n a n & s u n d a r a m 颗粒内扩散模型，吸附速率受液膜扩散 和颗粒内扩散的共同控制。 4 对d 3 9 2 脱色树脂进行再生，研究了新型羟基化铝盐再生剂，结果表明：1 ) 离子与 色素分子作用力大小：【n a + 】 蔗糖含量 c a 0 用量。3 ) 通过正交试验确定了羟基化铝 盐再生剂组成是：树脂2 9 ：4 2 m l ( 4 0 9 l a i c l 3 + 5 9 l 蔗糖+ 2 m 1 5 0 9 l c a ( o h ) 2 ) 再生剂。 5 采用d 3 9 2 脱色树脂进行动态脱色工艺研究，结果表明：d 3 9 2 阴离子交换树脂对灵 芝多糖色素的吸附最佳工艺条件为：高径比9 ，流速5 b v h ，单次处理量1 0 b v 。灵芝多 糖脱色率8 6 ，多糖保留率7 9 。且羟基化铝盐比n a o h 再生剂能够有效地解吸脱色树脂 所吸附的色素，减小其脱色能力下降地速度，降低树脂的破损程度，很好地延长了树脂 的寿命。 关键词：灵芝多糖，提取，预处理，脱色，树脂，动力学，树脂再生 a b s t r a c t ab s t r a c t i nt h eh e a l t h c a r ef o o d ，b e c a u s eg a n o d e r m al u c i d u m h e l p st om o i s t u r i z et h es k i n ，e n l i v e n s a p p e a r a n c e f o rt h ep u r p o s eo fb e a u t yp r o d u c t sw i l lb et h ef o c u so fd e v e l o p m e n tf u t u r e h o w e v e r , a sar e s u l to fb a c k w a r de x t r a c t i o np r o c e s so fg a n o d e r m al u c i d u mp o l y s a c c h a r i d e s t h ec o l o ro ft h ep r o d u c ti sb r o w n ，t h em a j o ri m p u r i t yh a st h ep i g m e n t ，t h ep r o t e i na n ds o m e s m a l lm o l e c u l a rm a t e r i a l ，s e r i o u s l ya f f e c t st h ec o l o ro fc o s m e t i c s t h e r e f o r e t h ea r t i c l ef o c u s o n as e r i e so fp r o b l e m so fd e c o l o r a t i o nf o rg a n o d e r m al u c i d u m p o l y s a c c h a r i d e ss o l u t i o n f i r s t l y , e x t r a c t i o na n dp r e t r e a t m e n to fg a n o d e r m al u c i d u mp o l y s a c c h a r i d e 1 1 1 ee x t r a c t i o n p r o c e s su s e sf i x e dp r o p o r t i o no fm a t e r i a la n dw a t e rf o r2 0 ：1 t h ew a t e rb a t hv i b r a t i n g2 5 h u n d e rt h e8 5 ，t h ee x t r a c t i o nn u m b e ro f2t i m e s ，t h ee x t r a c t i o nr a t ef o r2 3 3 i tt a k e st h e g a n o d e r m al u c i d u mc a r p o p h o r ea sr a wm a t e r i a l t h e e t h y la l c o h o ls i n k sm e l l o w l y g a n o d e r m al u c i d u mp o l y s a c c h a r i d e st h a tm a ye x c e p ts m a l lm o l e c u l a rm o n o s a c c h a r i d ea n d w i d o w e ds u g a r , i ti sb e s tf o rt h ee f f e c to f7 5 e t h y la l c o h o ls i n k i n g ，g a n o d e r m al u c i d u m p o l y s a c c h a r i d ec o n t e n ti s2 6 2 t h ep r o t e i nc o n t e n ti s10 2 8 s e c o n d l y , e i g h tm a c r o p o r o u sr e s i n sa n df o u ri o n e x c h a n g er e s i nf o rp r o p e r t i e so f d e c o l o r i z a t i o no fg a n o d e r m al u c i d u mp o l y s a c c h a r i d e ss o l u t i o ni sc o m p a r a t i v es t u d i e df r o m t h er e s i np o l a r i t y , i o n t y p e ，s p e c i f i cs u r f a c e a r e aa n da v e r a g ep o r es i z ea n do t h e r c h a r a c t e r i s t i c sr e s p e c t i v e l y , i tt a k e st h ee x t r a c t i o no fg a n o d e r m al u c i d u mp o l y s a c c h a r i d e sa s r a wm a t e r i a l mr e s u l t ss h o wt h a t ：1 ) p i g m e n t t y p e o ft h eg a n o d e r m al u c i d u m p o l y s a c c h a r i d em a i n l yi st h ea n i o nm e m b e r , a l s of e wn o n p o l a ra n dt h ew e a kp o l a rm o l e c u l e 2 ) i nt h ec a s eo fa d s o r p t i o nf o rn o n - p o l a ra n dw e a k l yp o l a rp i g m e n tm o l e c u l e ，t h ep e r c e n to f d e c o l o r i z a t i o na n dt h er e s i np o l a r i t ya r ei nr e v e r s ep r o p o r t i o n 3 ) n o n p o l a ra n dt h ew e a kp o l a r p i g m e n tm o l e c u l ea l r e a d yh a st h es m a l lm e m b e r , a l s oh a st h eb i gv o l u m e ，m a j o r i t yo fp i g m e n t m o l e c u l a rf o rd i a m e t e ri st h eb i g g e rt h a n18 n m t h e r e f o r ea l o n g 、撕t l le n l a r g e m e n tf o rt h e a p e r t u r ea n dr e l a t i v es u r f a c e ，t h ea d s o r p t i o nr a t eo fp i g m e n tw i l la l s oe n h a n c e 4 ) p e r c e n to f d e c o l o r i z a t i o no fa n i o nr e s i nc o m p a r et oc a t i o ne x c h a n g er e s i ni st h es i g n i f i c a n t l yh i g h e r , a n d t h ew e a kb a s i c i t yf u n c t i o n g r o u pf o r - n h 2a n i o nr e s i nd e c o l o n z e sw e l l n l eg r e a t e s t d e c o l o r i z a t i o nr a t ew a s9 5 t h i r d l y , t h ea d s o r p t i o nd y n a m i c se x p e r i m e n t sa r ec a r r i e du n d e rt h ed i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s a n da m o u n to fr e s i n ，i tt a k e st h ed 3 9 2a n i o nr e s i na st h ed e c o l o r i z a t i o nr e s i n ，t h er e s u l t ss h o w t h a t ：1 ) i s o t h e r m a lm o d e lf o rp i g m e n ta d s o r p t i o no fg a n o d e r m al u c i d u mp o l y s a c c h a r i d ew i t h d 3 9 2a n i o nr e s i ni ss u i t a b l ef o rf r e u n d l i c he q u a t i o na n dp o l y m o l e c u l a rl a y e ra d s o r p t i o n 2 1 1 1 1 ep i g m e n ta d s o r p t i o ni sa b s o r p t i o nh e a t , s p o n t a n e o u s ，t h ee n t r o p yi m p e t u sp r i m a r yo f c h e m i c a la d s o r p t i o np r o c e s s ，t h eh i g ht e m p e r a t u r ei sa d v a n t a g e o u st oa d s o r p t i o n 3 ) 1 1 1 e d 3 9 2a n i o nr e s i no fs t a t i cs t a t eo fa d s o r p t i o nr a t ec u r v ec o n f o r m st ot h el a g e r g r e nr a t e e q u a t i o nf o rf i r s t l e v e la n dk a n n a n & s u n d a r a mf o rp a r t i c l ed i f f u s i o nm o d e l t h ea d s o r p t i o n r a t ei sj o i n t l yc o n t r o l l e db yt h ef l u i df i l ma n dt h ep e l l e tp r o l i f e r a t i o n f o u r t h l y , t h en e wh y d r o x y l a t i o na l u m i n u ms a l tr e g e n e r a n t i ss t u d i e di no r d e rt o r e g e n e r a t i o no fd 3 9 2d e c o l o r i z a t i o nr e s i n ，f i n a l l yi n d i c a t e ：1 ) f o r c es i z eo fi o na n dp i g m e n t m o l e c u l e ： n d t h e a m o u n to fs u c r o s e t h ea m o u n to fc a o 3 ) h y d r o x y l a t i o na l u m i n u ms a l tr e g e n e r a n t ss u i t a b l e d e n s i t yi sd e t e r m i n e dt h r o u g ht h eo r t h o g o n a lt e s t a n di ti st h ec o m p o s i t i o nt h a t ：2 9o f r e s i n ：4 2 m l ( 4 0 9 l a l c l 3 + 5 9 lo fs u c r o s e + 2 m l 5 0 9 l c a ( o h ) 2o fr e g e n e r a n t ) f i n l l l v d y n a m i cd e c o l o r i z a t i o nc r a f to ft h eg a n o d e r m a1 u c i d u mp o l y s a c c h a r i d ei ss t u d i e d b vu s i n gt h ed 3 9 2d e c o l o r i z a t i o nr e s i n f i n a l l yi n d i c a t e st h a tt h eb e s tt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s o ft h ed 3 9 2a n i o nr e s i nf o rt h eg a n o d e r m al u c i d u mp o l y s a c c h a r i d ep i g m e n t sa d s o r p t i o ni s ： t h er a t i oo fh e i g h ta n dd i a m e t e rf o r9 ，s p e e do ff l o w i n gf o r5 b v l l ，s i n g l ep r o c e s sl o a d f o r lo b vt h ep e r c e n to fd e c o l o r i z a t i o ni s8 6 p o l y s a c c h a r i d er e t e n t i o nr a t ei s7 9 a n dt h e h y d r o x y l a t i o na l u m i n u ms a l tc a nd e s o r be f f e c t i v e l yt h ep i g m e n to fd e c o l o r i z a t i o nr e s i n c o m p a r et ot h en a o hr e g e n e r a n t ，a n du s i n gt h en e wr e g e n e r a t i o nm e t h o dc a l lr e m o v el l i g m y e f f i c i e n c yt h ep i g m e n tf o rr e s i na d s o r b i n g i tc a nr e d u c ei t sd e c o l o r i z a t i o na b i l i t yt od r o pt h e s p e e d 。t h el o s so fr e s i na n dl e n g t h e nt h el i f eo fr e s i nw e l l k e y w o r d s ：g a n o d e r m al u c i d u mp o l y s a c c h a r i d e ，e x t r a c t i o n , p r e t r e a t m e n t ，d e c o l o r i z a t i o n , r e s i n ，d y n a m i c s ，r e s i nr e g e n e r a t i o n i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 亟旦鹭垡 日 期： 里21 ：望 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签 名：望旦堕生 导师签名： 日期： 影 润 i i o7 2 2 , 0 第一章绪论 第一章绪论 1 1 灵芝多糖的结构与其生物活性间的关系 多糖是由多个单糖分子缩合、失水而成，是一类分子机构复杂且庞大的糖类 物质。其通式为( c 6 h l 0 0 5 ) x 。多糖凡符合高分子化合物概念的碳水化合物及其衍生 物均称为多糖。多糖分为均一性多糖和非均一性多糖，均一多糖：由一种单糖分子 缩合而成的多糖，有淀粉、糖元纤维素、几丁质( 壳多糖) 、菊糖和琼脂。不均一多 糖：有不同的单糖分子缩合而成的多糖，不均一性多糖种类繁多，常见的有：透 明质酸、硫酸软骨素等。 多糖的化学结构与其生物活性间关系密切，要想了解灵芝多糖的生物活性，必须对 其化学结构进行分析研究。经过大量的实验研究表明，目前已分离到灵芝多糖有2 0 0 多 种，其中大部分为b 葡聚糖，少数为a 葡聚糖，多糖链由三股单糖链构成，是一种螺旋 状立体构形物，其构形与d n a 、r n a 相似，螺旋层之间主要以氢键固定，分子量从数百 到数十万。除- d , 部分小分子多糖外，大多不溶于高浓度酒精，而溶于热水。灵芝多糖 是灵芝中最有效的成分之一，因此倍受医药工作者的重视。灵芝多糖的单糖组成一般都 是d 半乳糖，d 甘露糖、d 一葡萄糖、d 木糖、l 鼠李糖、l 岩藻糖、l 邛可拉伯糖。多 糖的药理活性和单糖间糖苷键的结合形成有关。一般单糖间以阻1 _ 3 ) ( 1 _ 6 ) 连接或以 p 1 0 4 时才显出强抑制肿瘤的活性。 灵芝多糖的主链越长，侧链频率越高，分子量越大，生物学活性越高。并测定了其结构、 活性。得出结论，以眦1 3 ) 糖苷键为主链的葡聚糖其抗肿瘤活性与眦l _ 6 ) 为支链的 分支度有关。 据报道，灵芝多糖具有刺激宿主非特异性抗性、免疫特异反应以及抑制移植肿瘤生 理活性的特性。多糖分子量大于1 1 0 4 时显示强抑制肿瘤活性，活性强弱还与多糖链分 叉的程度及支链上羟基的数量有关。另有报道，灵芝多糖还能提高机体免疫力，提高机 体耐缺氧能力消除自由基，抗放射，提高肝脏、骨萌、血液合成d n a 、r n a 和蛋白质的 能力，从而延长寿命。 江南大学硕士学位论文 1 2 灵芝多糖的生物学功能 经过大量临床和药理分析表明，灵芝对慢性支气管炎、冠心病、心绞痛、慢性肝炎、 神经衰弱、心悸头晕等均有不同程度的疗效。尤其使人们感兴趣的是它还具有免疫调节 功能和明显的抗癌活性和抗衰老活性。 1 2 1 免疫调节功能 迄今为止，关于灵芝多糖的免疫调节功能的机制还不十分清楚【3 。5 j ，普遍认为其免 疫功能可能是灵芝多糖能直接或间接激活t 细胞、b 细胞、巨噬细胞( m ( p ) 、自然杀伤细 、胞( n k ) 等免疫细胞、促进未经纯化的脾细胞在体外的增殖，增强d n a 多聚酶0 【的活性以 及促进白细胞介素的分泌等来实现其免疫功能的。 灵芝多糖可调节免疫系统的众多组成成分，其中部分被认为具有明显的抗肿瘤特 性。在中国的一次包括2 0 0 0 个病例的实验中，利用浓缩灵芝制品治疗老年慢性支气管 炎后显示出良好的反应。该研究显示了超过6 0 的成功比率。在数月的治疗后，痰中的 免疫球蛋白a 水平出现了明显的上升。免疫球蛋白a 是在呼吸道中发现的主要免疫球 蛋白。在鼻过敏症，系统性狼疮和类风湿性关节炎中其一般会出现不足。灵芝多糖补充 剂曾显示改善哮喘和鼻过敏症状。灵芝多糖这可能是为何其有益于哮喘的原因，同时灵 芝提取物中一种被称为g l h w 0 2 的特殊的蛋白结合多糖，在实验室条件下显示出拥有有 效的对抗1 型和2 型单纯性病毒的抗病毒特性。一次小规模的人体实验显示灵芝提取物 “戏剧性地”减少了两名疱疹后神经痛患者的疼痛以及另两位带状疱疹感染( 带状疱疹， 因疱疹病毒而引起) 患者的剧烈疼痛。 在实验室条件下，灵芝提取物中多种灵芝酸和多糖显示可作为活性抗h i v 物质，并 表现出在保守剂量下降低病毒复制达5 0 的能力，和其它东方药草混合后，灵芝现在被 用于对艾滋病相关综合症，a i d s 的治疗，并单独或与其它药材混用治疗慢性疲劳症候 群。 1 2 2 抗肿瘤作用 灵芝多糖主要是通过增强机体的免疫功能来达到杀伤肿瘤细胞的目的，即抗癌作用 经过宿主中介作用，增强机体的非特异性和特异性免疫作用，而非直接杀死肿瘤细胞， 同时也与多糖影响细胞生化代谢、抑制肿瘤细胞周期和抑制肿瘤组织中s o d 活性有明 显的关系。大量实验研究表明，灵芝多糖无直接细胞毒性，在管内均不能抑制肿瘤细胞 生长。那么它是如何实现抗肿瘤作用的呢? 其抗癌机理目前尚无定论，较有代表性的理 论是免疫功能论、端粒酶论、促分化论等三种机理。动物的癌症研究( 例如：大鼠结缔 组织癌症模型) 显示在利用灵芝多糖治疗后有5 0 的肿瘤衰退比率。灵芝多糖被日本的 部分外科医师用于治疗癌症患者，并且在众多病例中注意到其显著的抗肿瘤和免疫刺激 作用。从灵芝和其他药用蘑菇中分离的多糖在日本已获专利在癌症治疗中用作免疫调节 剂。其与化学或放射疗法混用并显示出减少副作用，增进治疗效果的能力，并被用于促 进疾病康复。 2 第一章绪论 中国的研究显示灵芝多糖加强了巨噬细胞和t 细胞的抗肿瘤能力。灵芝提取物已知 还具有其它免疫调节作用和抗氧化剂性质。动物研究同样显示灵芝的多糖部分可诱导白 血病细胞的细胞凋亡( 癌症细胞的程序性死亡) 并在利用灵芝多糖治疗时诱导了 4 0 一4 5 的白血病细胞出现细胞分化，证明其明显的癌症治疗潜力。这些作用主要因为 灵芝多糖诱导产生的抗肿瘤细胞因子( 信号代理) 分泌上升，即t n f a l p h a 和i f n g a m m a ， 而且这两种细胞因子在抑制白血病细胞生长是表现出协同效应。在一次相关试验中，灵 芝的d 葡聚糖多糖部分在对大鼠恶性肿瘤研究时显示出产生戏剧性的肿瘤衰退。在许 多实验动物身上，受选群体在注射贝塔d 葡聚糖多糖部份5 周后出现了肿瘤的完全 衰退。有人实验报道了患病动物身上9 0 的肿瘤抑制比率和7 5 的肿瘤衰退。 1 2 3 抗氧化与抗衰老作用 在传统的中医延缓衰老的古方中，基本上是以植物药为主，含量较高的成分多为糖 类。现代科学提出了衰老的自由基学说，其基本要点是：在正常情况下，机体内自由基 的产生和消失处于动态平衡状态下，即自由基在不断产生，同时也不断被消除，以维持 机体的正常代谢，但当机体衰老时，自由基产生的量比较多，同时机体清除自由基的能 力却降低了，过剩的自由基对机体组织进行攻击，机体的功能发生紊乱与障碍，而呈现 衰老的症状。多糖具有清除自由基、提高抗氧化酶活性和抑制脂质过氧化的活性，起到 保护生物膜和延缓衰老的作用。 灵芝所含的多糖、多肽等有着明显的延缓衰老功效。此功效主要基于以下机理： 1 促进和调整免疫功能。对于成年人和老年人而言，这种促进和调整可明显延缓衰老。 对于处于生长发育阶段的少年儿童而言，则可促进其免疫功能的完善，增强抗病能力， 确保其健康成长。 2 调节代谢平衡，促进核酸和蛋白质的合成。研究表明，灵芝能促使血清、肝脏和骨 髓的核酸及蛋白质的生物合成，因此可以有效地抗病防衰老。观察表明，服用灵芝可以 抗衰老，不仅对老年人有益，对各年龄阶段的人士都适用，因为生长发育的过程，也就 是走向衰老的过程。 3 抗自由基作用。自由基理论认为，人体衰老是由于细胞、组织受到自由基摧残的结 果，自由基是人体代谢过程中氧化还原反应产生的，是活性很强的化学基团，能使蛋白 质等大分子生命物质失活，类脂质产生过氧化，从而破坏细胞膜功能，引起血管脂质沉 淀，人之岁月进入老年之后，自由基产生数量增加，机体疾病就逐渐增多，而生存期就 在逐渐缩减。灵芝多糖可显着清除机体产生的自由基，从而阻止自由基对机体的损伤， 防止了类脂质产生过氧化，保护了细胞，延缓了细胞衰老。 4 灵芝多糖能显着促进细胞核内d n a 合成能力，并可增加细胞的分裂代数，从而延 缓了机体的衰老。 1 2 4 对心血管系统的作用 动物实验和临床试验均表明，灵芝可有效地扩张冠状动脉，增加冠脉血流量，改善 心肌微循环，增强心肌氧和能量的供给，因此，对心肌缺血具有保护作用，可广泛用于 江南大学硕士学位论文 冠心病、心绞痛等的治疗和预防。对高血脂病患者，灵芝可明显降低血胆固醇、脂蛋白 和甘油三脂，并能预防动脉粥样硬化斑块的形成。对于粥样硬化斑块已经形成者，则有 降低动脉壁胆固醇含量、软化血管、防止进一步损伤的作用。并可改善局部微循环，阻 止血小板聚集。这些功效对于多种类型的中风有良好的防治作用。 综上所述，经过大量的研究灵芝生物活性及其有效成分的情况，可总结于附表，从 表中可以看出以下几点： ( 1 ) 灵芝中三萜类化合物其羊毛甾烷衍生物化学成分具有多种生物活性。如具有降 血压、刺激肝功能、抑制大鼠细胞组织胺释放、抗炎等活性。 ( 2 ) 灵芝中的某一种生物活性的有效成分可能不仅是单一的化合物。如多糖和三萜 类化合物都是抗肿瘤活性的有效成分，其中还有微量元素的协同作用。这是因为某一类 疾病的发病机理可能不是单一的，因此必须有多种灵芝成分对其治病有效；且不同的有 效成分其防病治病机理不同，如灵芝多糖具有抗肿瘤的功效，则可能是由于宿主介导的 作用，即通过增强机体的免疫功能而实现的【6 】。而三萜类化合物的抑制肝脏肿瘤细胞， 是细胞毒性的，即通过细胞毒性成分杀伤癌细胞。所以在研究灵芝有效成分时，必须考 虑多种化学成分的综合协调作用。 ( 3 ) 医学研究中对不同活性成分科学地加以组合，将大大提高灵芝类产品防病治病 之功效。 表1 1 灵芝的生物活性及有效成分 t a b 1 - 1t h eb i o l o g i c a la c t i v i t ya n da c t i v ei n g r e d i e n t so fg a n o d e r m al u c i d u m 生物活性有效成分 抗肿瘤 心血管活性 抗肝、排毒 抗氧化 清除自由基 消炎 能量转换及调节 诸多代谢途径 抗艾滋病毒 抗疱疹病毒 多糖、葡聚糖与杂多糖、糖蛋白、有机锗、三萜类化合物 生物碱、三萜类( g a n o d e r i ca 、g a n o d e r i cb 等) 、腺苷、核苷、糖蛋 白、多糖 三萜类 多糖、三萜类 葡聚糖、三萜类 核苷、尿嘧啶 g a n o d e r i o lf 、g a n o d e r m a n o n t r i o l 、g a n o d e r i ca c i db 、g a n o d e r i o lb 、 g a n o d e r i ca c i dc i ，g a n o d e r i ca c i d 口，g a n o d e r i ca c i dh ，g a n o d e r i o la ， i u - c i d e n i ca c i do 、l a c t o n e 等三萜类化合物 多糖a p b p 、蛋白结合多糖 1 3 多糖的脱色方法 多糖类物质广泛存在于动物、植物、微生物细胞中，目前具有生理功能的多糖主要 从动植物中提取分离，其中以从植物中提取到的水溶性多糖尤为重要。人类对糖类化合 物的认识，最初认为是食物中能量和纤维素的来源以及生物体内的骨架物质，而现在对 糖类的研究主要集中在免疫系统中的多糖对生物信息受体识别与结合，即免疫调节作 用。其次，糖的结构也影响到与其相连的蛋白质的功能，如蛋白质的折叠、溶解度、半 4 第一章绪论 衰期、抗原性及生物活性等方面。代表性的植物多糖有人参多糖、香菇多糖、云芝多糖、 茯苓多糖、灵芝多糖等。纯化的天然多糖是白色，无甜味的，但由于多糖的来源不同以 及提取方法的缺陷，再加上植物组织成分的复杂性，常常使得到的多糖液为褐色、红色 或黄色等；并且多糖分子量较大，粘度较大且水溶性较小等特殊性质，不仅给多糖提取 造成了很大困难，而且在进一步对多糖进行分离纯化、定量、定性分析及结构测定中具 有很大影响。因此，对多糖脱色是多糖提取过程中至关重要的一个环节。国内外对多糖 脱色的报道较多，但是由于植物材料的不同，脱色方法也不尽相同。 1 3 1 色素种类及去除方法 ：色素是植物或动物细胞与组织内的天然有色物质，食品天然色素主要可分为动物肌 肉中的色素和植物色素，后者包括叶绿素、类胡萝b 素、黄酮类与其他酚类，天然色素 一般对光、热、p h 、氧气等条件敏感【7 1 。 1 3 1 1 脂溶性色素的去除 脂溶性色素主要为四萜类衍生物，这类色素不溶于水，难溶于甲醇，易溶于乙醇、 乙醚和氯仿等溶剂。其可以在脱脂这一步中除去，对植物组织可以先用石油醚回流脱脂 1 次2 次，然后将样品晾干，再用9 5 乙醇回流脱脂，在除去脂类物质的同时，一些脂 溶性色素也被除去。色素的脱除可以从颜色的变化辨别出来，即直到回流的溶剂中无色 为止【8 】o 1 3 1 2 水溶性色素的去除 水溶性色素如花色甙类，可溶于水与乙醇，不溶于乙醚和氯仿等有机溶剂，遇醋酸 铅试剂会沉淀，并能被活性炭吸附，颜色随p h 的不同而改变。其可以在热水浸提多糖时 溶解在水中，再用乙醇沉淀多糖的时候，色素就留在上清液中而除去。 1 3 1 3 其它色素的去除 上述两类色素很容易除去，关键就是多酚类和多酚氧化酶类，还有和多糖结合的其 它有色物质，这些物质的去除，有很多种方法，在具体实践中要根据实验要求选择合适 的去除方法。下面重点介绍这类物质的去除。 1 3 2 活性炭脱色 活性炭是黑色细微多孔性物质，具有芳香环式的结构，它靠范德华力将色素吸附到 自身表面，从而使有色物质脱色。可以吸附一定分子量的化合物，通常最佳吸附的分子 量在3 0 0 0 以内，而且由于孔径有大有小，所以对不同分子量的化合物有大约相同量的 吸附效果，活性炭擅于吸附芳香族有机物( 糖汁中的有色物大部分属于这类) ，并易于吸 附含有3 个碳原子以上的其他有机物。它对不带电物质的吸附力较强，而对带电物质( 如 阴离子) 的吸附较弱。对带电物质的吸附：在酸性溶液中吸附较强，碱性溶液中较弱。 因为弱酸性物质在低p h 下带电较少以至不带电，较易被吸附；高p h 下电荷较强，不 利于吸附一j 。 5 江南大学硕士学位论文 1 3 3h 2 0 2 脱色 过氧化氢带有过氧键，容易因过氧键断裂生成过氧自由基，该自由基夺电子能力强， 有强氧化性。当过氧化氢等强氧化剂与色素作用时，有色物质的分子被氧化从而失去原 有的颜色。对于一些与植物多糖糖结合的色素，这些色素都可以用h 2 0 2 氧化脱色。h 2 0 2 在水溶液中可电离出过氧氢根离子h 0 2 与有机物的发色基团( 一般是不饱和共轭键) 作 用，过氧化氢离子h 0 2 - 使发色基团破坏从而起到漂白作用。在碱性介质中电离度增大， 脱色作用增强，因此对于负性离子有很好的脱色作用【1 0 以。 1 3 4 静态混合器在多糖脱色中的应用 静态混合器是一种没有运动部件的高效混合设备，其基本工作机理是利用固定 在管内的混合单元体改变流体在管内的流动状态，以达到不同流体之间良好分散 和充分混合的目的。自7 0 年代以来，静态混合器就已开始在化学工业、食品工业、 纺织轻工等行业得到应用，并取得良好的成果。植物多糖多为发酵产品，属高粘度 的非牛顿流体，其脱色是通过与脱色剂的混合而实现的，常见的脱色过程为机械搅拌式 间歇生产，能耗大且效果不好。而采用静态混合器可以实现高粘度植物多糖的连续脱色 过程，混合时间短，能耗低、效果好。在脱色过程中，p h 值、脱色剂用量及混合时间对 脱色的效果均有影响，但在合适的p h 值条件下，脱色效果显著【1 2 l 。 1 3 5 树脂脱色 利用树脂脱色是新发展的一种脱色方法，其脱色效果较好。树脂也是一种吸附性质 的脱色剂，在干燥状态下其内部具有较高的孔隙率，表面积较大、交换速度较快、机械 强度高、抗污染能力强、热稳定好，在水溶液和非水溶液中都能使用。吸附树脂具有很 好的吸附性能，它理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶剂，对有机物选择性较好，不 受无机盐类及强离子低分子化合物存在的影响，可以通过物理吸附从水溶液中有选择地 吸附有机物质。 离子交换树脂主要有苯乙烯和丙烯酸( 酯) 两大类，这两类树脂的吸附性能都很好， 但有不同特点。丙烯酸系树脂能交换吸附大多数离子型色素，脱色容量大，而且吸附物 较易洗脱，便于再生，在糖厂中可用作主要的脱色树脂。苯乙烯系树脂擅长吸附芳香族 物质，善于吸附糖汁中的多酚类色素( 包括带负电的或不带电的) ；但在再生时较难洗脱。 因此，糖液先用丙烯酸树脂进行粗脱色，再用苯乙烯树脂进行精脱色，可充分发挥两者 的长处。树脂的交联度对树脂的性质有很大影响。通常，交联度高的树脂聚合得比较紧 密，坚牢而耐用，密度较高，内部空隙较少，对离子的选择性较强；而交联度低的树脂 孔隙较大，脱色能力较强，反应速度较快，但在工作时的膨胀性较大，机械强度稍低， 比较脆而易碎。工业应用的离子树脂的交联度一般不低于4 ；用于脱色的树脂的交联 度一般不高于8 ；单纯用于吸附无机离子的树脂，其交联度可较高。糖液脱色常使用 强碱性阴离子树脂，它对拟黑色素( 还原糖与氨基酸反应产物) 和还原糖的碱性分解产物 吸附较强，对焦糖色素的吸附较弱。这被认为是由于前两者通常带负电，而焦糖的电荷 很弱。 6 第一章绪论 大孔吸附树脂的脱色能力较大，脱色范围较广，脱色容量高，但是它只适合于粘度 小、处理量少、色素含量低的体系，否则容易造成树脂污染，再生困难，加上树脂成本 较高，实验前须用薄层色谱对洗脱剂进行筛选，然后进行上柱、洗脱，生产周期较长。 1 4 离子交换树脂对多糖的脱色 离子交换树脂在现代制糖工业中起着很重要的作用。世界上许多糖厂制造精糖和高 级使用糖浆，多数使用离子交换树脂将糖浆液脱色提纯，而过去传统用骨炭的精炼糖厂 亦有逐渐转向使用离子交换树脂的趋势。离子交换技术有相当长的历史，某些天然物质 如泡沸石和用煤经过磺化制得得磺化煤都可以用作离子交换剂。但是，随着现代有机合 成工业技术的迅速发展，研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂，并开发了多种新 的应用方法，离子交换技术迅速发展，在许多行业特别是高新科技产业和科研领域中广 泛应用。今年国内外生产地树脂品种达数百种，年产量数十万吨。在工业应用中，离子 交换树脂的优点主要是处理能力大，脱色范围广，脱色容量高，能除去各种不同的离子， 可以反复再生使用，工作寿命长，运行费用较低。以离子交换树脂为基础的多种新技术， 如色谱分离法、离子排斥法、电渗析法等【1 3 - 1 4 1 ，各具独特的功能，可以进行各种特殊的 工作，是其他方法难以做到的。离子交换技术的开发和应用还在迅速发展之中。离子交 换树脂的应用，是近年国内多 b s u 糖工业的一个重点研究课题是糖业现代化的重要标志。 1 5 立题依据 灵芝我国自古以来被誉为长寿仙草。具有包括免疫调节、抗肿瘤、降血糖、降血脂、 抗辐射、抗菌抗病毒、保护肝脏等保健作用，它富含麦角甾醇、p 谷甾醇、树脂、脂肪 酸、甘露醇、多糖类、胆碱、甜菜碱、香豆精、水溶性蛋白质、多种酶类、有机酸、氨 基葡萄糖、核苷类、呋喃类衍生物、三萜类化合物等。灵芝多糖在产品中的机理作用在 于它富含有机酸、有机锗和灵芝多糖。其独特活性和来源的天然性在保障人体健康应用 中具有强大潜力。 随着对多糖生物活性的研究深入，多糖的生物活性机理，功效因子会更加明确，它 的应用领域也将会更加拓宽。然而，由于多糖本身结构比较复杂，其结构测定和分离纯 化有很大的难度 1 5 - 1 6 多糖在天然植物中的含量低且不易分离及多糖的药理作用与诸多 因素有关，给多糖的研究和应用带来许多的挑战。尤其是糖液中的色素去除的困难，其 方法很多，取决于上游不同的工艺和不同色素类型，多糖中色素类型包括黄铜类、多聚 物等及色源如还原糖、氨基化合物等；提取工艺中产生的色素如糖类分解物、拟黑色素、 焦糖等，这些色素含有不饱和键的基团如- n 司卜，- h c = c h - ，- c h = n 一等【1 7 】。在溶液中， 色素分子呈电离状态，带负电荷，可与阴离子发生交换作用，因此可采用树脂进行脱色。 近些年，随着生活水平的不断提高，人们的健康保健意识在逐渐增强。我国灵芝多 糖应用历史悠久，具有巨大的开发前景。通过对多糖的构效和量效关系的研究，人们将 会利用我国丰富的多糖资源，生产出高附加值的多糖( 或复方多糖) 为主要成份的保健食 品，以提高人民身体素质、增进健康、提高生活质量。 7 江南大学硕士学位论文 1 6 研究内容 本课题的研究内容主要有四个方面： 1 ) 以灵芝子实体为原料，采用热水浸提法提取灵芝多糖，醇沉预处理，得到的多 糖通过树脂脱色。分别从树脂极性、离子型、比表面积和平均孔径等特征，研究比较了 八种大孔吸附树脂和四种离子交换树脂对灵芝多糖溶液脱色性能的影响，得出色素主要 类型，对筛选出的树脂，从不同温度，不同树脂用量研究静态脱色工艺，适宜的p h ， 确定较好树脂吸附灵芝多糖色素的静态工艺。 2 ) 灵芝多糖色素在阴离子树脂表面的吸附行为研究。在不同温度，不同树脂用量 下进行吸附动力学实验，研究较好树脂对色素的吸附等温线模型，吸附热力学模型。此 外，研究色素静态吸附速率方程，吸附速率受颗粒内扩散或膜扩散的控制。 3 ) 脱色阴离子交换树脂的再生剂研究。用羟基化铝盐代替传统的氢氧化钠做再生 剂，进行树脂的再生新方法研究。 4 ) 灵芝多糖脱色动态工艺研究。研究树脂动态脱色柱的高径比，糖液流速，处理 量