第30卷 第4期 、厂01.30 NO.4 新乡学院学报(自然科学版) Journal of Xinxiang Universit)r(Natural Science Edition) 2013年8月 Aug.2013 多糖的提取纯化研究 马世民 ,田 华 (1.信阳市农产品质量安全检测中心,河南信阳464000;2.信阳师汜a4-学院生命科学学院,河南信阳464000) 摘要:研究了多糖的提取纯化方法,提出了将来的研究和发展方向. 关键词:多糖;提取方法;纯化 中图分类号:TS201.1 文献标志码:A 文章编号:1674-3326(2013)04—0258—05 Study of Extraction and Puriication Methods 0f fP0lysaccharides MA Shi—min .TIAN Hua‘ f 1.Xinyang Agricultural Products Quality Safety Testing Center,Xinyang 464000,China; 2.College of Life Science,Xinyang Normal University,Xinyang 464000,China) Abstract:Extraction and purification of polysaccharides is studied at present and in the future study and development directions are proposed. Key words:polysaccharides;extraction methods;purification O 引言 多糖(polysaccharides)X称多聚糖,是由多个醛糖或酮糖脱水形成的糖苷键以线性或分枝连接而成的链 状聚合物,相对分子量通常达到数万到数百万[”.目前多糖研究主要以真菌、植物为主,动物多糖研究相对 较少,昆虫多糖研究更少.国内外越来越多的研究结果表明,多糖在抗肿瘤、免疫调节、抗衰老、降血糖、 抗病毒等方面具有良好的活性作用.多糖的提取方法常用的有水提法、酸液提取法、碱液提取法、蛋白酶 水解法、超临界CO2萃取、高速逆流色谱提取法六种.选择不同的溶剂、不同的提取方法,可得到不同组 分和活性的多糖 1.因此本文就多糖的提取纯化方法作了综述,旨在为多糖的深入研究及开发利用提供参 考. 1 多糖的提取 多糖是极性大分子化合物,易溶于水,不溶于乙醇等有机溶剂,因此可利用多糖不溶于有机溶剂的性 质,在提取液中加入乙醇使多糖从提取液中沉淀出来,实现初步分离纯化而得到粗多糖.多糖通常采用热 水浸提,稀酸、稀碱或酶提取,以及超临界流体萃取和高速逆流色谱提取.目前,热水浸提法是最常用的 多糖提取方法,通常在热水浸提法的基础上,辅助采用酶解、微波、超声波等方法,以进一步提高多糖得 率. 1.1溶剂提取法 溶剂提取法首先是根据多糖不同的溶解度选择一种溶剂,对多糖进行提取.最常用的溶剂是水(冷或 温)、稀醇、碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐的稀水溶液(5%以下)以及0.5%~1%草酸铵溶液.二甲亚砜是一 种提取多糖的良好溶剂,能够溶解大多数的多糖,且具有化学惰性,对乙酰多糖也可溶解而不影响其乙酰 基团等优点,但其价格昂贵,对人体有害,了其大规模应用【3】.水提醇沉法是目前提取多糖应用最多的 收稿日期:2013-06—02 修回日期:2013-07—19 作者简介:马世民(1965一),男,河南罗山人.高级农艺师,研究方向:农产品检测.E-mail:msm0519@163.com. 田华(1979一),女,河南南阳人.讲师,研究方向:生物技术.E-mail:xynu0818@163.corn. 马世民,田华:多糖的提取纯化研究 一・259・ 种方法,此工艺成本低、安全,被广泛使用. 1.2超声波提取法 超声波提取法是利用超声波产生的强烈振动、空化效应破坏细胞壁,使溶剂直接进入细胞内浸提 多糖.利用超声能量强化可加速提取过程,提高多糖产率,缩短提取时间,是改善提取效果的一种新 方法.超声波提取操作方便,短时高效,温度易控,且自动化程度极高,产品质量好,便于大规模工 业生产[训. 1_3微波提取法 微波是一种高频率的电磁波,它能够透射到生物组织内部使偶极分子和蛋白质的极性侧链以极高的频 率振荡,引起分子的电磁振荡从而产生热量,并且微波透人物体的深度较深,对细胞的结构有较大作用, 因此常被用来提取多糖….朱丹等对马齿苋多糖的提取工艺进行了研究,结果发现马齿苋在热水浸提前经微 波预处理30 min,可使多糖得率从10.71%提高到13.94%.张忠等利用微波结合正交实验的方法研究了微波 对茶籽多糖提取条件的影响,发现对多糖浸出率影响的主次顺序为功率>pH>固液比>时间.微波提取在 保证一定功率的条件下,很快能达到浸提终点,并且可供选择的溶剂种类多、用量少,可有效降低提取成 本,且工艺简单,加热均匀,选择性高,但是微波辅助提取有时也会造成提取物的组分更加复杂化,从而 给分离带来困难l5 J. 1.4 酶法提取 多糖提取时,细胞内的多糖成分必须克服细胞壁及细胞间质的双重阻力而扩散到提取介质中,纤维素 酶、半纤维素酶、果胶酶等使细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素、果胶等物质降解,破坏细胞壁的 致密结构,引起细胞壁及细胞间质结构产生局部疏松、膨胀、崩溃等变化,减小细胞壁、细胞间质等传质 屏障对有效成分从胞内向提取介质扩散的传质阻力,从传质角度促使有效成分提取率的提高f】】.但是酶提法 也存在着一定的局限性:一是酶的最佳反应温度和最佳反应pH值范围非常窄,为使酶的活性提高到最大 值,必须严格控制酶反应时的温度和pH值.二是酶法提取还需综合考虑酶浓度、底物浓度、抑制剂和激活 剂等对提取物的影响. 1.5超临界流体萃取法 利用流体在临界点附近所具有的特殊溶剂性质而进行的提取技术,特殊溶剂性质即温度和压力的微小 变化就会引起SCF溶解能力的很大变化【5】.例如CO2,无毒、无臭、不燃、廉价、临界温度31.04℃、临 界压力7.38 MPa,压力改变后就能在接近常温的条件下分离出萃取物质.盛桂华和周泉城对超临界CO 萃 取瓜篓多糖工艺进行了研究,得出瓜篓多糖得率最高的萃取条件为:萃取压力20.1 MPa,萃取温度55.2℃, 携带剂乙醇浓度50.2%,携带剂用量12.0 mL/100 g.此条件下瓜篓多糖得率为0.95%,通过超临界CO2萃 取的瓜篓多糖萃取物不仅多糖得率增加,而且无有毒溶剂残留,此工艺适合工业化推广,而产品则具有保 健食品特性【oJ. 1.6 高速逆流色谱(HSCCC)提取法 高速逆流色谱是一种液一液色谱分离技术,它的固定相和流动相都是液体,没有不可逆吸附,具有样品 无损失、无污染、高效、快速和大制备量分离等优点l5I7】.高速逆流色谱可以从复杂的天然粗制品中提取不 同特性的有效成分,为天然药物的发展提供了有利条件.近年来,双水相体系的开发使得逆流色谱技术在 多糖分离上显露出巨大的潜能.Shibusawa等用质量分率16%PEG1000.质量分率12.5%磷酸钾缓冲液 (pH=8.0)成功地分离了蛋清中的3种糖蛋白[ ;Chao等用12.5%PEG1000—8%磷酸钾缓冲液(pH=6.8)成功地 分离了Achyranthes bidentata中的多糖 ].高速逆流色谱作为新型的分离技术,对天然产物有效成分的分离 具有很大的优势,它具有处理量大、适应性强、产品损失小、能一次制备性地分离复杂的样品等优点[ . 2多糖的分离纯化 多糖的分离纯化一般包含两个过程:多糖的除杂和多糖的分离.所得的多糖提取液可直接过滤或离心 除去不溶物,得到的上清液即为粗多糖溶液,溶液中除多糖外,还含有无机盐、蛋白质、色素及小分子物 质等杂质.一般先除去非多糖组分,再对多糖组分进行分级,依糖组分及杂质的复杂程度不同所采用的分 ・260・ 新乡学院学报(自然科学版) 离纯化方法也不同. 2.1多糖的除杂 2.1.1蛋白质去除 用温水提取多糖时,蛋白质会一起被提取,因此除蛋白是多糖纯化的一个重要步骤_3】,且需要根据提 取多糖的性质选择合适的方法.除蛋白常用方法主要有Sevage法 】、三氯乙酸法… 、蛋白酶法 、重金属 离子沉淀法 ”、三氟三氯乙烷法 l,或者两种方法的协同作用,如:冻融一Sevage法[ ]、三氯乙酸法-Sevage 法 J、蛋白酶一Sevage法 J.Sevage法采用氯仿和正丁醇等有机溶剂反复沉淀多糖中含的蛋白质,较好地避 免了多糖的降解,但多糖.蛋闩复合物也容易一起沉淀,有机溶剂用量大,时间长,多糖得率较低.三氯乙 酸法除蛋白的效率高,但过程较为剧烈,对于含呋喃糖残基的多糖由于连接键不稳定,不宦使用[j ._二氯 乙酸的用量按体系中蛋白质含量而定,其判断标准是体系由深绿色变为浅黄色,或者再滴加i氯乙酸无絮 状沉淀出现 引.三氯乙酸除蛋白时需调节溶液pH至7.0左右,以防止多糖在碱性条件下水解.目前,粗多 糖溶液脱蛋白多采用两种脱蛋白方法的协同作用. 2.1.2色素去除 多糖脱色常用的方法有:双氧水和活性炭 、离子交换树脂和大孔吸附树脂 。 、反胶束法 、冷电 弧脱色【24】等. 双氧水脱色是依赖双氧水在水溶液中电离出的过氧化氢根离子HO:去进攻色素以达到脱色目的.在酸 性和碱性介质中,能起漂白作用的HO2离子浓度很低,漂白作用很差,加入弱碱后,电离度增大,即双氧 水被活化,漂白作用增强,分解速度加快,这主要是因为在加入弱碱的条件下,双氧水容易分解形成亲核 试剂HO 一,引发过氧化氢分解产生游离基,游离基一旦与色素发生作用,便可使之脱色『2 .活性炭是一种 吸附能力很强的非极性吸附剂,具有多孔结构,不影响提取物质的生物活性,脱色效果好,成本低,在 I 业生产中应用广泛.但是,在多糖提取中采用活性炭脱色时,既要达到较好的脱色效果,又要尽可能降低 多糖损失及活性破坏,因此必须严格筛选活性炭产品,并注意控制操作温度、搅拌以及脱色时间. 可见,多糖提取脱色剂的选择不仅要考虑脱色效果,还要考虑多糖分离后的用途.如果脱色后的多糖 用于生化研究,就要着重考虑脱色效果;而如果主要为多糖的应用,则重在减少多糖的损失,作适当脱色 即可. 2.1_3小分子杂质的脱除 小分子杂质如低聚寡糖、无机盐的残留往往影响多糖的生物活性,需要进一步脱除.可选用截流相对 分子质量5 000~10 000的透析膜,通过逆向流水透析除去小分子杂质,透析法简单易行,技术成熟,但是 除杂的效率不高l1】.纤维滤器透析法是根据膜技术而新发展起来的,利用不同孑L径的膜有可能使大小不同的 分子分级【 j. 2.2多糖的分离 多糖分离常用的方法有透析法、季铵盐或甲醇等沉淀法、制备性区域电泳等,但大多数采用DEAE.纤 维素、DEAE.凝胶及其他凝胶柱层析法进行纯化,国外采用LKB柱层析系统Il, . 2.2.1分级沉淀 不同相对分子质量的多糖混合物在不同浓度的低级醇或酮中具有不同的溶解度,按比例由小到大加入 甲醇、乙醇或丙酮等,可达到分级沉淀多糖的目的.但是,由于多糖相对分子质量范同广,且有共沉现象, 因此,通过分级沉淀只能做到粗略的分离. 2.2.2季胺盐沉淀 长链季铵盐能与酸性多糖或盐形成水不溶性化合物,可分离酸性及中性多糖.一般地说,酸性强或相 对分子质量大的酸性多糖首先沉淀出来.常用的季铵盐是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)及其氢氧化物 (cTA一0H)和十六烷基吡啶(CPC).季铵盐与中性多糖不生成沉淀,但当pH值大于8或加入硼砂缓冲液提 高糖的酸度时,可用来沉淀分离中性多糖. 2.2.3 盐析法 不同种类的多糖在不同浓度的盐溶液中具有不同的溶解度.根据这一性质,在多糖分离纯化过程中可 马世民,田华:多糖的提取纯化研究 ・261・ 加入不同盐析剂使多糖混合物逐级析出,(NH4)2SO4的盐析效果最佳. 2.2.4冻融分级法 温度不同,多糖溶解度就不同,可根据这一性质对多糖分级.分子量大或水溶性差的多糖,低温易析 出. 2.2.5 色谱分离 色谱分离最常用的有凝胶柱色谱、离子交换色谱、活性炭柱色谱等.凝胶柱色谱按多糖分子大小和形 状不同分离开来,常用的有葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶、聚丙烯酰胺凝胶等.离子交换色谱是利用被分离物 质在离子交换树脂上的离子交换势不同而使组分分离,常用的有不同强度的阳、阴离子交换树脂.活性炭 柱色谱,吸附量大,分离效率高,是分离水溶性成分的常用吸附剂.含糖的水溶液上柱后,先用水洗脱无 机盐、单糖等,继而在水中增加乙醇的浓度,逐步洗脱二糖、三糖以及多糖『3]. 2.2.6膜分离 膜分离技术在分离多糖过程中不涉及相变,并具有生物膜浓缩富集的功能,设备简单,操作方便,可 常温操作,选择性高,自动化程度高,适合处理生物活性物质和热敏性物质,近年来在多糖的分离纯化过 程中应用广泛.膜分离技术主要利用膜孑L的选择性筛分作用,以膜的两侧压力差、浓度差、电位差等为推 动力,凭借各组分在膜中传质的选择性不同而达到分离、提纯的目的.多糖属于大分子物质,在膜分离过 程中极易造成膜污染和膜堵塞,从而造成膜渗透通量的下降,超频振动膜过滤技术 2.2.7制备性区域电泳 有望解决这一难题. 不同的多糖其分子大小、形状及负载电荷不同,在电场的作用下迁移速率不同而达到分离的目的.电 泳常用的载体是玻璃粉,分割后分别洗脱,但只适合实验室小规模使用,常用的有聚丙烯酰胺凝胶电泳和 乙酸纤维素薄膜电泳. 3结论与展望 本文就多糖的提取纯化方法作了综述,多糖的提取方法常用的有水提法、稀酸碱提取法、酶提取、超 临界CO 萃取、高速逆流色谱提取法,多糖的除杂和多糖的分离主要包含粗多糖中无机盐、蛋白质、色素 及小分子物质等杂质的去除以及多糖组分的分级.我国对多糖的研究起步较晚,虽然近年来对多糖的研究 日益重视,但由于多糖的生物活性与其结构紧密相关,多糖的结构又非常复杂,这就导致多糖的研究与蛋 白质和核酸相比差距巨大.因此,在以后的研究过程中还需要对不同多糖的提取纯化方法多做研究,尤其 对于纯化后的多糖着重于结构和生物活性以及两者之问关系进行深入的探讨,特别是多糖的高级结构,旨 在为多糖的深入研究及利用开发提供参考. 参考文献: [1]勒学远,董海丽.天然产物降血糖功能性成分研究[M].上海:上海交通大学出版社,2009:84—98. 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