植物多糖的新型提取分離技術(shù)在中藥提取行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展

植物多糖的新型提取分離技術(shù)在中藥提取行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展

????摘要:植物多糖因具有抗腫瘤、增強(qiáng)免疫力、降血糖等多種生物活性而廣受關(guān)注與研究.提取分離是多糖領(lǐng)域研究的基礎(chǔ).綜述了植物多糖提取分離的六種新型技術(shù):酶法，超聲波，微波，超臨界萃取，膜分離以及色譜分離，分析了它們的作用原理、主要影響因素和應(yīng)用，并探討了發(fā)展前景.

????多糖是自然界中含量最豐富的生物聚合物，是多種中草藥的有效成分之一，由10個(gè)以上單糖通過試鍵連接而成，通常是上百乃至幾千個(gè)單糖基組成的高分子化合物.近年來的大量研究表明，多糖具有抗腫瘤、增強(qiáng)免疫、抗氧化、抗菌、抗病毒、降血糖等生物功效.引發(fā)了學(xué)者對(duì)植物多糖展開新一輪的研發(fā)熱潮，并取得了卓有成效的研究結(jié)果，為了獲得較高生物活性的多糖，植物多糖的提取分離工作就成為相關(guān)研究工作的基礎(chǔ).植物多糖的新型提取分離技術(shù)在中藥提取行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展

傳統(tǒng)熱水浸提法由于提取溫度較高，時(shí)間較長，極易導(dǎo)致多糖生物活性降低;溶劑萃取法則存在溶劑回收困難、產(chǎn)物溶劑殘留等問題.大部分含有豐富多糖的植物其細(xì)胞壁較厚，致使多糖難以從植物細(xì)胞中擴(kuò)散出來等多種因素阻礙了植物多糖提取分離過程的進(jìn)行.隨著新型提取分離技術(shù)的不斷出現(xiàn)和生命科學(xué)的不斷發(fā)展，植物多糖的提取分離研究也邁入一個(gè)新的時(shí)代.

1酶解技術(shù)

????酶參與到植物多糖的提取分離過程中，主要是利用酶促反應(yīng)，借助酶的參與來降低提取過程的活化能，使整個(gè)提取活動(dòng)在較低能量水平上進(jìn)行，易于多糖從植物細(xì)胞中釋放出來.鑒于不同酶參與提取的作用機(jī)理不同，以及植物結(jié)構(gòu)和其所含各種生物活性成分含量的差異，結(jié)合文獻(xiàn)研究，常見的酶解法可總結(jié)為:單酶法，復(fù)合酶法.單酶法就是根據(jù)植物自身的特點(diǎn)，遴選出一種酶參與提取過程.陳某在提取金針菇根部多糖時(shí)，采用單酶法，木瓜蛋白酶酶解82 min時(shí)，溫度52℃，不但提取時(shí)間縮短且提取效果遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)熱水浸提法.蔣某等在提取桂花多糖時(shí)，采用纖維素酶，桂花多糖的得率高達(dá)18.43 %.單酶法的介入，在很大程度上提高了提取效率.為了極大限度地發(fā)揮酶解技術(shù)的效用，利用各種不同酶的協(xié)同作用，可以選用幾種酶同時(shí)參與提取過程，這就是所謂的復(fù)合酶法.多糖被包裹于植物纖維中，植物中又往往含有蛋白質(zhì)、果膠成分，使得其難以從細(xì)胞中擴(kuò)散出來，因此在提取過程中，可以考慮采用纖維素酶、果膠酶、木瓜蛋白酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶等酶的連用.張某等研究竹蓀中多糖的提取工藝，對(duì)比研究單酶法和復(fù)合酶法，研究結(jié)果表明:單酶法多糖提取率為10. 35 %，而復(fù)合酶法多糖提取率可提高0.92%.植物多糖的新型提取分離技術(shù)在中藥提取行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展

無論是單酶法還是復(fù)合酶法，其本身都用的是純酶，純酶的介入會(huì)進(jìn)一步增加植物多糖提取的成本費(fèi)用，而混合酶(又稱粗酶)價(jià)格較低，并且具有較寬的活性溫度、pH值適用范圍.例如，寧夏夏盛公司所生產(chǎn)的中性蛋白復(fù)合酶，其中還含有少量的纖維素酶、半纖維素酶、淀粉酶，利用多種酶相互之間產(chǎn)生的協(xié)同作用，可極大程度地提高植物多糖提取效率.筆者采用此種復(fù)合酶來提取大棗多糖，其應(yīng)用效果顯著，粗多糖純度高達(dá)54.26% ，同時(shí)具有優(yōu)異的生物活性.這種混合酶的應(yīng)用，可以為植物多糖提取與分離的工業(yè)化發(fā)展提供技術(shù)支持.

2微波提取技術(shù)

????近年來微波輔助技術(shù)已被用于植物有效成分的提取，它具有快速、高效的特點(diǎn)，在提取過程中能有效保護(hù)功能成分并能保證其充分溶出，符合熱敏性物料的提取工藝.微波輔助提取的功率通常分為低、中、高等幾個(gè)檔次.在微波萃取過程中，所需的微波功率的確定應(yīng)以最有效地萃取出目標(biāo)成分為原則.微波一般選用功率為200一1 000 W，頻率為(0. 2~30) x 10四次方MHz，微波輻射時(shí)間不可過長.韓某通過對(duì)比構(gòu)記多糖的傳統(tǒng)水提法和微波輔助法，得出微波輔助提取比傳統(tǒng)水提法的效率高得多，微波單次提取時(shí)間為90 s，而傳統(tǒng)提取方法提取時(shí)間長達(dá)4h，且提取多糖的得率及多糖含量也較傳統(tǒng)方法有所提高.張某等采用微波技術(shù)輔助提取紫蘇葉多糖，多糖的得率為3. 99%，提取效果優(yōu)于纖維素酶法提取紫蘇葉多糖。植物多糖的新型提取分離技術(shù)在中藥提取行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展

微波輔助提取技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是加熱效率高，提取時(shí)間短，能耗低，操作較為簡單，但在高頻微波場(chǎng)作用下，多糖提取過程較為劇烈，容易導(dǎo)致局部溫度過高，對(duì)多糖的生物活性會(huì)有一定的影響，同時(shí)微波提取對(duì)提取溶劑也有選擇性，需要溶劑必須是透明或半透明的，在后續(xù)的研究中還需進(jìn)一步改善和探討.

3超聲波提取技術(shù)

????超聲波法提取多糖類化合物的主要原理是利用超聲波的空化效應(yīng)增加溶劑穿透力，提高活性成分溶出速度和溶出次數(shù).超聲空化是指液體中的微小泡核在超聲場(chǎng)作用下被激活，表現(xiàn)為泡核的振動(dòng)、生長、收縮乃至氣泡急劇崩潰閉合等一系列過程，這大大加速了提取過程.對(duì)于不同植物提取過程，影響多糖超聲提取率的因素主要包括超聲功率、超聲時(shí)間、超聲溫度、液固比和超聲頻率.管某在豆粕水溶性多糖的提取過程中利用超聲波提取法后，與傳統(tǒng)單純水提法相比，料水比從20 : 1降至4: 1，提取時(shí)間縮短了91.7%，同時(shí)大豆多糖得率提高了4. 64%.彭某等采用超聲波輔助熱水浸提香菇多糖??究中，與傳統(tǒng)的熱水煎煮工藝相比，采用超聲波輔助熱水浸提的方法提取，可使香菇多糖得率提高33. 29%，提取能耗降低55.51%.

超聲波提取技術(shù)可以有效縮短提取周期，減少溶劑用量，節(jié)約能源成本，但有研究表明，超聲技術(shù)參與后往往導(dǎo)致多糖具有低分子量化趨勢(shì)，這主要與超聲對(duì)多糖鏈的降解有關(guān).因此，對(duì)于不同來源植物多糖的提取，在考慮多糖得率的前提下，還應(yīng)進(jìn)一步研究超聲技術(shù)對(duì)多糖活性的影響.植物多糖的新型提取分離技術(shù)在中藥提取行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展

4超臨界萃取技術(shù)

????超臨界萃取(SFE)是利用超臨界狀態(tài)，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地把極性、沸點(diǎn)和分子量大小不同的成分依次萃取出來.目前，CO2作為普遍應(yīng)用的超臨界流體，其臨界溫度為31. 1℃，臨界壓力為7. 38 MPa，臨界條件容易實(shí)現(xiàn).在超臨界狀態(tài)下，溫度和壓力參數(shù)的變化對(duì)CO2流體的溶劑強(qiáng)度影響較大，因此，在植物多糖的提取過程中可以通過改變溫度和壓力條件使植物多糖的溶解度發(fā)生變化，進(jìn)而分離出來，最終達(dá)到分離提取的目的.李某在采用SFE - CO2萃取處理灰樹花后，SFE-CO2萃取法所得灰樹花多糖得率為7. 38%，多糖純度為44. 21 %，其純度約為熱水浸提法的2倍.任某等采用SFE-CO2提取竹葉中的多糖，竹葉多糖得率在4. 283%~6. 816%之間，與周某在研究毛竹葉多糖時(shí)所采用的水提法、超聲波提取和微波3種提取方法相比較，其提取效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于后者.

由于SFE在接近室溫下進(jìn)行，能同時(shí)完成萃取和分離兩步操作，過程中不使用有機(jī)溶劑，產(chǎn)物無溶劑殘留，因此與傳統(tǒng)的提取方法相比，具有多糖產(chǎn)物生物活性高、過程分離效率高、操作周期短、萃取速率快、工藝簡單容易掌握、選擇性易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，與此同時(shí)，由于該技術(shù)參與提取過程涉及較高壓力，大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用時(shí)其對(duì)生產(chǎn)技術(shù)要求較高，設(shè)備費(fèi)用較大也成為該法的最大弊端.

5膜分離技術(shù)

????MST是一項(xiàng)新興的高效分離技術(shù)，分離過程以選擇透過性膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩側(cè)施加電位差、化學(xué)位差、壓力差等推動(dòng)力，根據(jù)篩分原理使目標(biāo)組分選擇性透過膜，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的提純和濃縮研究表明，植物多糖的藥物活性和分子結(jié)構(gòu)與相對(duì)分子量大小有密切關(guān)系，而MST主要是利用物質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量的差異實(shí)現(xiàn)分離目的，因此該技術(shù)能從根本上實(shí)現(xiàn)植物多糖的分離與純化.常見的膜分離過程包括微濾、超濾、納濾、反滲透，目前在多糖的提取方面應(yīng)用較多的是超濾和微濾技術(shù).超濾的孔徑范圍為1~100 nm，截留相對(duì)分子質(zhì)量為1~1 000 kD，故分子量在1 kD以上的物質(zhì)被截留.微濾膜通常截留粒徑大于0.05 μm的微粒，多采用對(duì)稱微孔膜，膜的孔徑范圍為0. 1一10μm.楊某等利用MST分離提純靈芝多糖，先采用微濾膜對(duì)靈芝浸提液進(jìn)行除雜，然后采用超濾技術(shù)，對(duì)靈芝水提物進(jìn)行分離，結(jié)果分離出4個(gè)不同分子量段的黑靈芝多糖組分.陳某等通過超濾技術(shù)分離出相對(duì)分子質(zhì)量為30 kD的板藍(lán)根多糖，且該工藝穩(wěn)定可行.周某等采用超濾將白術(shù)多糖分成了5個(gè)級(jí)別分子量的多糖，其中分子量大于10 kD的占19. 28%，小于10 kD的占80. 72%，并且通過活性研究發(fā)現(xiàn)，白術(shù)多糖對(duì)超氧陰離子自由基O2-·和輕基自由基OH·具有極強(qiáng)的抗氧化活性.

MST與多糖提取液的真空濃縮法相比，能耗少、條件溫和、操作簡單，尤其是分離所得多糖含量高于真空濃縮法.該技術(shù)的參與提高了植物多糖的品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了多糖進(jìn)一步分離與純化目的.目前，由于活性多糖一般屬于大分子化合物，很多還具有孰性，在膜分離操作過程中容易造成膜污染和堵塞M，因此一些新型技術(shù)例如超頻震動(dòng)膜過濾技術(shù)有望加入到該研究中，將植物多糖的膜分離純化工作引入一個(gè)新的高度